パルス信号は電流に依存します。 電力業界での使用は、主に遠隔監視、制御、修理保護システムによって決まります。 パルス信号はエネルギーの伝達には使用されません。 これは、エネルギー (周波数) スペクトルが広いためです。 それらは周期的、つまり特定の時間間隔後に繰り返される場合もあれば、非周期的である場合もあります。 このような信号の主な目的は情報提供です。

パルス信号の基本的な特性。

1) パルス信号の瞬時値 (U(t)) は、正弦波信号と同様に、信号形状を表す計測器を使用して決定できます。

２）Ｕ ｎ の振幅値は、期間Ｔの間隔における瞬時電圧の最高値を特徴付ける。パルス信号の調査期間は、０．５振幅のレベルの点によって決定される。

3) リーディングエッジの立ち上がり時間 t f + は、0.1U m と 0.9U m に対応する点の間の時間間隔です。 立ち上がりエッジは信号増加の程度を特徴づけます。 レベル 0 からのインパルスが U m に到達するまでの速さ。 理想的には、t f + はゼロに等しいはずですが、実際には、この間隔は決してゼロに等しくなく、t f » 10 nS です。

4) 減衰時間 (後エッジ) t f - も同様に、振幅では 0.1 ～ 0.9 のレベルから決定されますが、パルスの減衰では決定されます。 後縁の時間も、前縁と同様に有限です。 この減少はパルス持続時間 t u に影響を与えるため、彼らはこれを減少させようと努めています。

5) パルス持続時間 t u – 立ち上がりエッジから立ち下がりエッジまで 0.5 振幅のレベルで決定される時間間隔。 デューティ サイクルと呼ばれるパルス繰り返し周期とパルス持続時間の比は、信号にとって重要です。 デューティ サイクルが高くなるほど、パルスが繰り返し周期 T/m = q に「適合」する回数が多くなります。

パルス信号の特殊なケースは、デューティ サイクル q = 2 を持つ方形波です。デューティ サイクルは間接的に信号のエネルギー特性を示します。デューティ サイクルが大きいほど、信号が一定期間にわたって運ぶエネルギーは少なくなります。 信号はさまざまな電圧レベルによって特徴付けられるため、次のようにも使用されます。 実効電圧値、アナログ形式。 平均整流電圧値。

方形信号の場合、これらの値は等しいです。 エネルギー特性 (信号パワー) がよく考慮されます。 方形波の周期あたりの電力 P は次のように定義されます。

ここで、P u はパルス電力、q はデューティ サイクルです。

パルスパワーは大きな値に達する可能性がありますが、平均パワーは低いままです。 デバイスは、振幅の大きな短いパルスを使用してテストされます。

6) リンクをコピー Y =

パルス信号のスペクトル

w 0 2w 0 3w 0 4w 0 5w 0 6w 0 t

周期信号のフーリエ級数展開によれば、パルス信号も多くの成分の和で表されます。 まず第一に、これは基本高調波、つまり信号調査の周波数とその複数の成分です。 しかし、それらに加えて、この拡張には、メインの倍音の倍数ではない他の多くの倍音が含まれています。 これらは、基本波よりも小さい高調波、およびこれらの高調波と基本波の組み合わせです。 この表現は、パルス信号が広い帯域幅を持っていることを示しています。 すべてが 1 行にあります。

低周波はパルス形式でルーフを提供します。 これらの成分が小さいほど、パルスの上部の低下は小さくなります。 同時に、パルスの立ち上がりと立ち下がりのデューティ サイクルは、信号分解における高周波成分に依存します。 周波数が高くなるほど、パルスエッジは急峻になります。 信号を送信するには、パルススペクトルの全範囲にわたって同じ透過係数を持つデバイスが必要です。 しかし、そのような装置を実装するのは技術的に困難です。 したがって、より狭いスペクトルとより良いパルスパラメータを選択することで、常に問題が解決されます。

主な最適化基準: パルス信号送信のデューティ サイクル。 しかし、今日の実際のシステムでは、1 秒あたり 100 Mbaud = 10 8 情報単位に達します。

情報の送信には負極性のパルスが使用されますが、極性は電源電圧によって決まるため、パルス信号は正極性を伝える傾向があります。 パルス信号の電圧値を測定する場合は、デバイスのピーク電圧計（振幅）、平均値、実効値に注意してください。 平均電圧値と実効値電圧値はパルス持続時間によって異なります。 ピーク値 - いいえ。 パルス信号の伝送 ワイヤーライン信号の顕著な歪みにつながります。信号スペクトルは HF 部分で狭くなり、パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりが増加します。

本質的に、電気信号は 2 つのグループ (決定的信号とランダム信号) に分類されます。

前者はいつでも特定の値 (瞬時値 U(t)) で表すことができます。 決定論的な信号大多数を占めます。

ランダムな信号。 それらの外観の性質は事前に予測できないため、特定の時点で計算したり指定したりすることはできません。 このような信号は研究することしかできず、実験を行って信号の確率的特性を決定することができます。 エネルギー分野では、そのような信号には主信号を歪ませる電磁場からの干渉が含まれます。 伝送線間で完全または部分放電が発生すると、追加の信号が表示されます。 ランダム信号は、確率特性を使用して分析および測定されます。 測定誤差に関しては、 ランダム信号そしてその影響は追加のランダムエラーに起因すると考えられます。 さらに、それらの値が主要なランダム値よりも一桁小さい場合は、分析から除外することができます。

振幅変調 (AM) は、無線工学において高周波発振に情報を組み込む最も単純かつ最も一般的な方法です。 AM では、搬送波発振の振幅エンベロープは、送信メッセージの変化の法則と一致する法則に従って変化しますが、発振の周波数と初期位相は変化せずに維持されます。 したがって、振幅変調された無線信号の場合、一般式 (3.1) は次のように置き換えることができます。

エンベロープ A(t) の性質は、送信されるメッセージのタイプによって決まります。

連続通信 (図 3.1、a) では、変調振動は図に示す形式になります。 3.1、b. 包絡線 A(t) は、変調関数、つまり送信メッセージ s(t) の形状と一致します。 図 3.1、b は、関数 s(t) の定数成分がゼロに等しいという仮定の下で構成されています (逆の場合、変調中の搬送波発振の振幅は、変調されていない発振の振幅と一致しない可能性があります)。 A(t) の「下降」における最大の変化は を超えることはできません。 原則として、「上向き」の変化はさらに大きくなる可能性があります。

振幅変調発振の主なパラメータは変調係数です。

米。 3.1. 変調機能（a）と振幅変調発振（b）

この概念の定義は、変調関数が調和振動である場合の調性変調の場合に特に明確です。

変調された振動の包絡線は次の形式で表すことができます。

ここで、 は変調周波数です。 - エンベロープの初期位相。 - 比例係数; - エンベロープ変化の振幅 (図 3.2)。

米。 3.2. 調和関数によって振幅変調された振動

米。 3.3. パルスシーケンスにより変調された発振振幅

態度

変調係数といいます。

したがって、 瞬時値変調振動

歪みのない変調では、発振の振幅は最小から最大まで変化します。

振幅の変化に応じて、高周波期間にわたる変調発振の平均電力も変化します。 エンベロープのピークは、搬送波発振のパワーの 1 ～ 4 倍のパワーに相当します。変調期間にわたる平均パワーは、振幅 A(t) の平均二乗に比例します。

この電力は、キャリアの振動の電力をわずか 1 倍上回ります。 したがって、100% 変調 (M = 1) では、ピーク パワーは平均パワー (キャリア振動のパワーは で表されます) に等しくなります。 このことから、受信時にメッセージを分離するための条件を主に決定する変調によって引き起こされる発振電力の増加は、最大変調深度であっても、搬送波発振の電力の半分を超えないことがわかります。

転送するとき 個別のメッセージ、パルスと休止の交互を表します (図 3.3、a)。変調された発振は、図 3.3 に示す一連の無線パルスの形をとります。 3.3、b. これは、各パルスに充填される高周波の位相が、1 つの連続した調和振動から「カット」されたときと同じであることを意味します。

図に示すこの条件の場合のみ。 3.3b に示すように、一連の無線パルスは、振幅のみが変調された振動として解釈できます。 位相がパルスごとに変化する場合は、振幅と角度の混合変調について話す必要があります。

講義第5回

T 問題番号 2: DISCRETEメッセージの送信

講義のテーマ: デジタル無線信号とその信号

機能の紹介

データ伝送システムでは、伝送される情報の信頼性の要件が最も重要です。 これには、情報の送受信プロセスの論理制御が必要です。 これは、デジタル信号を使用して情報を形式化された形式で送信する場合に可能になります。 このような信号により、素子ベースを統一し、ノイズ耐性を大幅に向上させる補正コードを使用することが可能になります。

2.1. 個別メッセージ送信について

現在、いわゆるデジタル通信チャネルは通常、個別のメッセージ (データ) を送信するために使用されます。

メッセージのキャリア デジタルチャンネル通信とは、デジタル信号、または無線通信回線を使用する場合は無線信号です。 このような信号の情報パラメータは、振幅、周波数、位相です。 関連するパラメータの中で、調和振動の位相は特別な位置を占めます。 受信側の高調波発振の位相が正確にわかっており、これが受信中に使用される場合、そのような通信チャネルが考慮されます。 筋の通った。 で 支離滅裂な通信路では、受信側の高調波振動の位相は不明であり、0～2の範囲で統一法則に従って分布していると考えられます。  .

送信時に離散メッセージをデジタル信号に変換し、受信時にデジタル信号を離散メッセージに変換するプロセスを図 2.1 で説明します。

図2.1。 個別のメッセージを送信中に変換するプロセス

ここでは、離散メッセージをデジタル無線信号に変換したり逆に変換したりする基本操作が、前回の講義で説明した離散メッセージ送信システムの一般化されたブロック図 (図 3 に示す) に対応していることを考慮します。 デジタル無線信号の主な種類を考えてみましょう。

2.2. デジタル無線信号の特性

2.2.1. 振幅偏移変調 (AMK) 無線信号

振幅操作 (AMn)。任意の瞬間の AMn 信号の分析表現 tの形式は次のとおりです。

s 午前 (て、 )=A 0  (t) コス(  t ) , (2.1)

どこ あ 0 ,   そして  - AMn 無線信号の振幅、周期搬送波周波数、初期位相、  (t） - 主要な デジタル信号(離散情報パラメータ)。

別の表記形式もよく使用されます。

s 1 (t) = 0 で  = 0,

s 2 (t) =A 0 コス(  t ） で  = 1, 0  t Tさん(2.2)

1 クロック間隔に等しい期間にわたる AMN 信号を分析するときに使用されます。 T。 なぜなら s(t) = 0時  = 0 の場合、AMn 信号はパッシブポーズのある信号と呼ばれることがよくあります。 AMS 無線信号の実装を図 2.2 に示します。

図2.2。 AMS無線信号の実装

AMS 信号のスペクトル密度には、搬送波周波数で連続成分と離散成分の両方が含まれます。   。 連続成分は、送信されたデジタル信号のスペクトル密度を表します。  (t)、搬送波周波数領域に転送されます。 スペクトル密度の離散成分は、信号の初期位相が一定の場合にのみ発生することに注意してください。  。 実際には、さまざまな不安定要因の結果として、信号の初期位相が時間とともにランダムに変化するため、一般にこの条件は満たされません。 ランダムなプロセスです  (t) の区間に均一に分布 [-  ;  ]。 このような位相変動が存在すると、ディスクリート コンポーネントの「ぼやけ」が生じます。 この機能は、他のタイプの操作でも一般的です。 図 2.3 は AMn 無線信号のスペクトル密度を示しています。

図2.3。 ランダムで均一な AMn ラジオ信号のスペクトル密度

間隔で分布 [-  ;  】初期段階 

AMn ラジオ信号の平均パワーは次のとおりです。
。 このパワーは、スペクトル密度の連続成分と離散成分の間で均等に分配されます。 したがって、AMS 無線信号では、有用な情報の送信による連続成分は、送信機が放射する電力の半分しか占めません。

AMS 無線信号を生成するには、通常、送信される一次デジタル信号の法則に従って無線信号の振幅レベルを変化させるデバイスが使用されます。  (t) (たとえば、振幅変調器)。

長距離を伝播できる適切な範囲の高周波電磁振動 (電波) は、メッセージの伝達手段として使用されます。

送信機によって発せられる搬送周波数発振は、振幅、周波数、初期位相によって特徴付けられます。 一般に、次のように表されます。

i = I m sin(ω 0 t + Ψ 0),

どこ： 私– キャリア電流の瞬時値。

私は– キャリア電流の振幅。

ω 0 – キャリア振動の角周波数。

Ψ 0 – キャリア振動の初期位相。

送信機の動作を制御する一次信号 (電気的形式に変換された送信メッセージ) は、これらのパラメーターの 1 つを変更する可能性があります。

一次信号を使用して高周波電流パラメータを制御するプロセスは、変調 (振幅、周波数、位相) と呼ばれます。 電信タイプの送信については、「操作」という用語が使用されます。

無線通信では、情報を送信するために無線信号が使用されます。

無線電信;

無線電話。

写真電信。

テレコード。

複雑なタイプの信号。

無線電信通信は、電信の方法によって異なります。 操作方法によって。 電信コードの使用について。 無線チャンネルの使用方法に応じて異なります。

無線電信通信は、伝送方法と速度に応じて、手動通信と自動通信に分けられます。 手動送信時はMORSE符号による電信キーで操作します。 伝送速度（聴覚受信の場合）は 60 ～ 100 文字/分です。

自動送信では、操作は電気機械装置によって実行され、受信は印刷機によって実行されます。 送信速度は 1 分あたり 900 ～ 1200 文字です。

電信伝送は無線チャネルの使用方法に基づいて、シングルチャネルとマルチチャネルに分けられます。

操作方法によると、最も一般的な電信信号には、振幅キーイング (AT - 振幅電信 - A1)、周波数シフト キーイング (FT および DChT - 周波数電信および倍周波数電信 - F1 および F6)、相対位相を備えた信号が含まれます。シフト キー (RPT - 位相電信 - F9)。

電信符号の使用には、MORSE符号を備えた電信システムが使用されます。 5桁、6桁のコードによるアイドリングストップシステムなど。

電信信号は、同じまたは異なる持続時間の一連の矩形パルス (パーセル) です。 持続時間が最も短いメッセージはエレメンタリーと呼ばれます。

電信信号の基本パラメータ：電信速度 (V); 操作頻度 (F);スペクトル幅 (2D f).

配線速度 Vボー単位で測定した、1 秒間に送信されるチップの数に等しい。 1 ボーの電信速度では、1 秒ごとに 1 つの基本パーセルが送信されます。

キーイング周波数 F数値的には電信速度の半分に等しい Vヘルツ単位で測定されます。 F=V/2 .

振幅偏移変調電信信号はスペクトル (図 2.2.1.1) を持ち、搬送波周波数に加えて、その両側に操作周波数 F に等しい間隔で無数の周波数成分が含まれています。電信無線信号の場合、搬送波周波数信号に加えて、搬送波の両側にあるスペクトルの 3 つの成分を受け入れるだけで十分です。 したがって、振幅シフトキーされた RF 電信信号のスペクトル幅は 6F です。 操作周波数が高くなるほど、HF 電信信号のスペクトルは広くなります。

米。 2.2.1.1. AT信号の時間的およびスペクトル的表現

で 周波数シフトキーイングアンテナに流れる電流の振幅は変化せず、操作信号の変化に応じて周波数のみが変化します。 FT 信号 (DFT) のスペクトル (図 2.2.1.2) は、独自の搬送周波数を持つ 2 つ (4 つ) の独立した振幅操作振動のスペクトルのようなものです。 「押す」の周波数と「押す」の周波数の差を周波数間隔といい、 Δf 50 ～ 2000 Hz (ほとんどの場合は 400 ～ 900 Hz) の範囲になります。 CT信号のスペクトル幅は2Δf+3Fです。

図2.2.1.2。 CT信号の時間的およびスペクトル的表現

無線リンクの容量を増やすために、マルチチャネル無線電信システムが使用されます。 それらでは、無線送信機の同じ搬送周波数で、2 つ以上の電信プログラムを同時に送信できます。 周波数分割多重方式、時分割多重方式、およびそれらを組み合わせた方式があります。

最も単純な 2 チャネル システムは、二重周波数電信システム (DFT) です。 DCT システムで周波数操作された信号は、2 つの電信装置からの信号が同時に送信機に与える影響により、送信機の搬送周波数を変更することによって送信されます。 これは、同時に動作する 2 つのデバイスの信号には、送信されるメッセージの組み合わせが 4 つしかないという事実を利用しています。 この方法では、任意の時点で、操作された電圧の特定の組み合わせに対応する 1 つの周波数の信号が放出されます。 受信装置にはデコーダがあり、これを利用して定電圧の電信メッセージが2つのチャネルを介して形成されます。 周波数多重化とは、個々のチャネルの周波数が周波数範囲全体の異なる部分に配置され、すべてのチャネルが同時に送信されることを意味します。

チャンネルが一時的に分離されている場合、全員に無線リンクが提供されます 電信装置ディストリビューターを順次使用していきます（図2.2.1.3）。

図2.2.1.3。 マルチチャンネル時分割方式

無線電話メッセージを送信するには、主に振幅変調および周波数変調された高周波信号が使用されます。 変調LF信号は次の組み合わせです。 大量特定の帯域内にあるさまざまな周波数の信号。 標準的な LF 電話信号のスペクトル幅は、通常、0.3 ～ 3.4 kHz の帯域を占めます。

無線信号の基本パラメータ。 変調

§ 信号強度

§ 比信号エネルギー

§ 信号持続時間 T信号が存在する時間間隔 (ゼロ以外) を決定します。

§ ダイナミック レンジは、瞬間的な最大信号パワーと最小信号パワーの比です。

§ 信号スペクトル幅 F - 主信号エネルギーが集中する周波数帯域。

§ 信号ベースは、信号の持続時間とそのスペクトルの幅の積です。 スペクトルの幅と信号の持続時間の間には反比例の関係があることに注意してください。スペクトルが短いほど、信号の持続時間は長くなります。 したがって、ベースのサイズは実質的に変わりません。

§ 信号対雑音比は、有用な信号電力と雑音電力の比 (S/N または SNR) に等しくなります。

§ 送信される情報の量は、信号送信に必要な通信チャネルの帯域幅を特徴付けます。 信号スペクトル幅とその持続時間およびダイナミックレンジの積として定義されます。

エネルギー効率 (潜在的なノイズ耐性) は、シンボル シーケンスが理想的な復調器によって復元される場合に、信号が加法性白色ガウス ノイズにさらされた場合の送信データの信頼性を特徴付けます。 これは、指定されたエラー確率を超えないチャネルを通じてデータを送信するために必要な最小信号対雑音比 (E b /N 0) によって決まります。 エネルギー効率によって、許容可能な動作に必要な最小送信電力が決まります。 変調方式の特徴は、エネルギー効率曲線、つまり理想的な復調器のエラー確率の信号対雑音比 (E b /N 0) への依存性です。

§ スペクトル効率 - 無線チャネルの使用帯域幅に対するデータ送信速度の比率。

• アンペア: 0.83
• NMT: 0.46
• GSM: 1.35

§ 伝送チャネルの影響に対する耐性は、信号が特定の歪み（マルチパス伝播によるフェージング、帯域制限、周波数または時間集中干渉、ドップラー効果など）にさらされたときの送信データの信頼性を特徴付けます。

§ アンプの直線性に関する要件。 特定のタイプの変調で信号を増幅するには、非線形クラス C アンプを使用できます。これにより、帯域外放射のレベルが許容制限を超えずに、送信機の消費電力を大幅に削減できます。 この要素は移動通信システムにとって特に重要です。

変調（ラテン語の変調 - 規則性、リズム） - 低周波情報信号（メッセージ）の法則に従って、高周波搬送波発振の 1 つまたはいくつかのパラメータを変更するプロセス。

送信される情報は制御（変調）信号に含まれており、情報担体の役割はキャリアと呼ばれる高周波発振によって行われます。 したがって、変調は情報振動を既知の搬送波に「着陸」させるプロセスです。

変調の結果、低周波制御信号のスペクトルが高周波領域に転送されます。 これにより、ブロードキャストを編成するときに、すべての受信デバイスと送信デバイスが互いに「干渉」しないように、異なる周波数での機能を設定できます。

振動をキャリアとして使用可能 さまざまな形(長方形、三角形など) ただし、調和振動が最もよく使用されます。 搬送波発振のどのパラメータが変化するかに応じて、変調のタイプが区別されます（振幅、周波数、位相など）。 変調 離散信号デジタル変調またはキーイングと呼ばれます。