Информационно-энтропийный анализ сигналов. Вероятность события. Информация. Информационная энтропия.

Информационно-энтропийный анализ является эффективным средством описания открытых систем, т.е. систем, обменивающихся с окружающей средой энергией, веществом и информацией.

Информация в теории вероятностей под информацией понимают аддитивную величину(меру), которая служит для сравния вероятностей различных событий. Важным фактом является то, что информация может быть оценена количественно. Вообще информация порождается независимо от природы обьекта при нарушении симметрии, структуировании и вероятностном характере исследуемого процесса. Поскольку структуирование, как правило, характерно для процессов самоорганизвации, численное значение информации может быть использовано для оисания таких процессов.

Пусть возможна реализация некоторых событий с номерами i=1,2,3…Обозначим через Piвероятность реализации i-го события. Тогда величина Ii=-lnPi(8.1)представляет собой количество информации об этом событии. Так как вероятность события-величина, принадлежащая интервалу от 0 до 1, то численное значение информации всегда неотрицательно. Единицами измерения количества информации являются биты, диты и наты для двоичных, десятичных и натуральных логарифмов в формуле (8.1) соответственно.


 

20. Иформационно-энтропийный анализ сигналов. Информация. Энтропия Шеннона. Критерии самоорганизации сложных систем.

Информационно-энтропийный анализ является эффективным средством описания открытых систем, т.е. систем, обменивающихся с окружающей средой энергией, веществом и информацией.Информация в теории вероятностей под информацией понимают аддитивную величину(меру), которая служит для сравния вероятностей различных событий. Важным фактом является то, что информация может быть оценена количественно. Вообще информация порождается независимо от природы обьекта при нарушении симметрии, структуировании и вероятностном характере исследуемого процесса. Поскольку структуирование, как правило, характерно для процессов самоорганизвации, численное значение информации может быть использовано для оисания таких процессов.

Пусть возможна реализация некоторых событий с номерами i=1,2,3…Обозначим через Piвероятность реализации i-го события. Тогда величина Ii=-lnPi(8.1)представляет собой количество информации об этом событии. Так как вероятность события-величина, принадлежащая интервалу от 0 до 1, то численное значение информации всегда неотрицательно. Единицами измерения количества информации являются биты, диты и наты для двоичных, десятичных и натуральных логарифмов в формуле (8.1) соответственно.

 


 

Фильтрация сигналов. Применение фильтрации сигналов. Раскройте смысл следующих терминов: «передаточная функция», «амплитудно-частотная характеристика», «фазо-частотная характеристика», «полоса пропускания», «полоса задержания», «частота среза», «резонансная частота», «добротность полосового фильтра».

Процесс преобразования сигналов называется фильтрацией, а устройство, выполняющее фильтрацию, называется фильтром.Команда фильтра задается при помощи функции filter.
Аналоговый фильтр — разновидность электронных, механических, или звуковых фильтров, имеющих дело с аналоговыми или непрерывными сигналами, такими как напряжение, звук или механическое движение. В отличие от них цифровые фильтры имеют дело с дискретными сигналами.
Цифровой фильтр — в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определённых частот этогосигнала. В отличие отцифрового, аналоговый фильтр имеет дело с аналоговым сигналом, его свойстванедискретны, соответственно передаточная функция зависит от внутренних свойств составляющих егоэлементов.
Преимущества и недостатки
Преимуществами цифровых фильтров перед аналоговыми являются:
• Высокая точность (точность аналоговых фильтров ограничена допусками на элементы).
• Стабильность (в отличие от аналогового фильтра передаточная функция не зависит от дрейфа характеристикэлементов).
• Гибкость настройки, лёгкость изменения.
• Компактность — аналоговый фильтр на очень низкую частоту (доли герца, например) потребовал бычрезвычайно громоздких конденсаторов или индуктивностей.
Пассивный фильтр — электронный фильтр, состоящий только из пассивных компонентов, таких как, к примеру, конденсаторы и резисторы. Пассивные фильтры не требуют никакого источника энергии для своего функционирования. В отличие от активных фильтров в пассивных фильтрах не происходит усиления сигнала по мощности. Практически всегда пассивные фильтры являются линейными.
Активный фильтр — один из видов аналоговых электронных фильтров, в котором присутствует один или несколько активных компонентов, к примеру, транзистор или операционный усилитель.
В активных фильтрах используется принцип отделения элементов фильтра от остальных электронных компонент схемы. Часто бывает необходимо, чтобы они не оказывали влияния на работу фильтра. Применение усилителей в активных фильтрах позволяет увеличить наклон частотной характеристики в полосе подавления, что недостижимо при каскадном соединении пассивных RC-цепочек.
Существует несколько различных типов активных фильтров, некоторые из которых также имеют и пассивную форму:
• Фильтр высоких частот — ослабляет (обычно значительно) амплитуды гармонических составляющих сигнала ниже частоты среза.
• Фильтр низких частот — ослабляет (обычно значительно) амплитуды гармонических составляющих сигнала выше частоты среза.
• Полосовой фильтр — ослабляет (обычно значительно) амплитуды гармонических составляющих сигнала выше и ниже некоторой полосы.
• Режекторный фильтр — ослабляет (обычно значительно) амплитуды гармонических составляющих сигнала в определённой ограниченной полосе частот.
• Линейный фильтр — динамическая система, применяющая некий линейный оператор ко входному сигналу для выделения или подавления определённых частот сигнала и других функций по обработке входного сигнала. Линейные фильтры широко применяются в электронике, цифровой обработке сигналов и изображений, в оптике, теории управления и других областях.
• Наиболее часто они используются для того, чтобы подавить нежелательные частоты входного сигнала или для того чтобы выделить нужную полосу частот в сигнале. Существует большое количество различных типов и модификаций линейных фильтров, в статье описаны наиболее распространённые.
По виду частотной характеристики фильтры подразделяются на:
• Фильтр низких частот — пропускает низкие частоты сигнала.
• Фильтр высоких частот — пропускает высокие частоты сигнала.
• Полосовой фильтр — пропускает ограниченную полосу частот сигнала.
• Режекторный фильтр пропускает все частоты, кроме определённой полосы.
• Фазовый фильтр пропускает все частоты сигнала, но изменяет его фазу

 

 

Фильтрация сигналов. Раскройте смысл следующих терминов: «аналоговый фильтр», «цифровой фильтр», «пассивный фильтр», «активный фильтр», «линейный фильтр», «нелинейный фильтр», «рекурсивный фильтр», «нерекурсивный фильтр». Проектирование цифровых фильтров.

Процесс преобразования сигналов называется фильтрацией, а устройство, выполняющее фильтрацию, называется фильтром.Команда фильтра задается при помощи функции filter.
Аналоговый фильтр — разновидность электронных, механических, или звуковых фильтров, имеющих дело с аналоговыми или непрерывными сигналами, такими как напряжение, звук или механическое движение. В отличие от них цифровые фильтры имеют дело с дискретными сигналами.
Цифровой фильтр — в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определённых частот этогосигнала. В отличие отцифрового, аналоговый фильтр имеет дело с аналоговым сигналом, его свойстванедискретны, соответственно передаточная функция зависит от внутренних свойств составляющих егоэлементов.
Преимущества и недостатки
Преимуществами цифровых фильтров перед аналоговыми являются:
• Высокая точность (точность аналоговых фильтров ограничена допусками на элементы).
• Стабильность (в отличие от аналогового фильтра передаточная функция не зависит от дрейфа характеристикэлементов).
• Гибкость настройки, лёгкость изменения.
• Компактность — аналоговый фильтр на очень низкую частоту (доли герца, например) потребовал бычрезвычайно громоздких конденсаторов или индуктивностей.
Пассивный фильтр — электронный фильтр, состоящий только из пассивных компонентов, таких как, к примеру, конденсаторы и резисторы. Пассивные фильтры не требуют никакого источника энергии для своего функционирования. В отличие от активных фильтров в пассивных фильтрах не происходит усиления сигнала по мощности. Практически всегда пассивные фильтры являются линейными.
Активный фильтр — один из видов аналоговых электронных фильтров, в котором присутствует один или несколько активных компонентов, к примеру, транзистор или операционный усилитель.
В активных фильтрах используется принцип отделения элементов фильтра от остальных электронных компонент схемы. Часто бывает необходимо, чтобы они не оказывали влияния на работу фильтра. Применение усилителей в активных фильтрах позволяет увеличить наклон частотной характеристики в полосе подавления, что недостижимо при каскадном соединении пассивных RC-цепочек.
Существует несколько различных типов активных фильтров, некоторые из которых также имеют и пассивную форму:
• Фильтр высоких частот — ослабляет (обычно значительно) амплитуды гармонических составляющих сигнала ниже частоты среза.
• Фильтр низких частот — ослабляет (обычно значительно) амплитуды гармонических составляющих сигнала выше частоты среза.
• Полосовой фильтр — ослабляет (обычно значительно) амплитуды гармонических составляющих сигнала выше и ниже некоторой полосы.
• Режекторный фильтр — ослабляет (обычно значительно) амплитуды гармонических составляющих сигнала в определённой ограниченной полосе частот.
• Линейный фильтр — динамическая система, применяющая некий линейный оператор ко входному сигналу для выделения или подавления определённых частот сигнала и других функций по обработке входного сигнала. Линейные фильтры широко применяются в электронике, цифровой обработке сигналов и изображений, в оптике, теории управления и других областях.
• Наиболее часто они используются для того, чтобы подавить нежелательные частоты входного сигнала или для того чтобы выделить нужную полосу частот в сигнале. Существует большое количество различных типов и модификаций линейных фильтров, в статье описаны наиболее распространённые.
По виду частотной характеристики фильтры подразделяются на:
• Фильтр низких частот — пропускает низкие частоты сигнала.
• Фильтр высоких частот — пропускает высокие частоты сигнала.
• Полосовой фильтр — пропускает ограниченную полосу частот сигнала.
• Режекторный фильтр пропускает все частоты, кроме определённой полосы.
• Фазовый фильтр пропускает все частоты сигнала, но изменяет его фазу

23. Фильтрация сигналов. Применение фильтрации сигналов. Классификация цифровых фильтров. Проектирование цифровых фильтров.

Цель фильтрации: выделение полезного сигнала из смеси этого сигнала с другими сигналами и шумами.

 

Фильтрацией называется эффект от умножения спектров сигналов при свертке.

• Свертка (англ. convolution) — это операция, показывающая «схожесть» одной функции с отражённой и сдвинутой копией другой.

• Сверткой (линейной) сигналов a(n) и b(n) называется дискретный сигнал вида:

• Ядро свертки при фильтрации обычно называют фильтром.

Полоса пропускания - это полоса частот, в которое ослабление мало. В то время как полосой задерживания называется полоса частот, в которой имеется большое ослабление. Переходная область находится между полосой пропускания и полосой задерживания.

ФНЧ-фильтры низких чaстот (low-pass-filters) данный фильтр подавляет высокие частоты во входном сигнале, низкие частоты пропускает. Полоса пропускания таких фильтров располагается на шкале частот от щ=0 до некоторой граничной частоты , а полоса непропускания (задерживания) - от до бесконечно больших частот.

ФВЧ - фильтр высоких частот (high-passfilters). Такой фильтр подавляет низкие частоты, при этом пропуская высокие. Такие фильтры имеют полос пропускания от частоты до бесконечно больших частот и полосой непропускания от частоты щ=0 до

ПФ - полосовой фильтр, это такие фильтры которые пропускают или подавляют сигнал в определенной полосе частот. Полоса пропускания располагается между полосами непропускания (задерживания)

РФ - режекторные фильтры, иными словами заграждающие, если говорить о подавлении определенной полосы частот во входном сигнале. Между полосами пропускания находится полоса задерживания.

LC-фильтры используются в силовых электрических цепях для гашения помех и для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямителя. В каскадах радиоэлектронной аппаратуры часто применяются перестраиваемые LC-фильтры, например, простейший LC-контур, включенный на входе средневолнового радиоприёмника обеспечивает настройку на определённую радиостанцию.

Фильтры используются в звуковой аппаратуре в многополосных эквалайзерах для корректировки АЧХ, для разделения сигналов низких, средних и высоких звуковых частот в многополосных акустических системах, в схемах частотной коррекции магнитофонов и др.

 

24. Модуляция. Опишите смысл следующих терминов: «аналоговая модуляция», «амплитудная модуляция», «частотная модуляция», «фазовая модуляция». Применение модуляции

Модуляция — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения). • Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим (модулируемым). • Применяется для высококачественной передачи звукового (низкочастотного) сигнала в радиовещании, для звукового сопровождения телевизионных программ, передачи сигналов цветности, видеозаписи, музыкальных синтезаторах.

Виды аналоговой модуляции:

§ амплитудная модуляция (АМ), происходит изменение амплитуды несущего колебания;

§ частотная модуляция (ЧМ), происходит изменение частоты несущего колебания;

§ фазовая модуляция (ФМ), происходит изменение фазы несущего колебания

Амплиту́днаямодуля́ция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда[1].

Частотная модуляция (ЧМ, FM (англ. Frequencymodulation)) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

Высокое качество кодирования аудиосигнала обусловлено тем, что в радиовещании при ЧМ применяется большая (по сравнению с шириной спектра сигнала АМ) девиация несущего сигнала, а в приёмной аппаратуре используют ограничитель амплитуды радиосигнала для устранения импульсных помех. Такая модуляция называется широкополосной ЧМ. В радиосвязи применяется узкополосная ЧМ с небольшой девиацией частоты несущего сигнала.

Фа́зоваямодуля́ция — один из видов модуляции, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом.

В случае, когда информационный сигнал является дискретным, то говорят о фазовой манипуляции. Хотя, строго говоря, в реальных изделиях манипуляции не бывает, так как для сокращения занимаемой полосы частот манипуляция производится не прямоугольным импульсом, а колоколообразным (приподнятым косинусом и др.). Несмотря на это, при модуляции дискретным сигналом говорят только о манипуляции.

По характеристикам фазовая модуляция близка к частотной модуляции. В случае синусоидального модулирующего (информационного) сигнала, результаты частотной и фазовой модуляции совпадают

 

Аналоговая модуляция

 

Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот, типичным представителем которых является канал тональной частоты, предоставляемый в распоряжение пользователям общественных телефонных сетей. Типичная амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты представлена на (рис. 2.10.) Этот канал передает частоты в диапазоне от 300 до 3400 Гц, таким образом, его полоса пропускания равна 3100 Гц. Хотя человеческий голос имеет гораздо более широкий спектр - примерно от 100 Гц до 10 кГц, - для приемлемого качества передачи речи диапазон в 3100 Гц является хорошим решением. Строгое ограничение полосы пропускания тонального канала связано с использованием аппаратуры уплотнения и коммутации каналов в телефонных сетях.

 

Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем (модулятор - демодулятор)

В радиотехнике модуляция чаще всего применяется для переноса спектра сигнала

 


 

25. Модуляция. Несущее колебание. Виды модуляции. Опишите различие между модуляцией и манипуляцией сигналов. Демодуляция. Синхронное детектирование.

Модуля́ция (лат. modulatio — размеренность, ритмичность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения).

Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим (модулируемым). Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую с целью получения нового, модулированного сигнала.

В результате модуляции спектр низкочастотного управляющего сигнала переносится в область высоких частот. Это позволяет при организации вещания настроить функционирование всех приёмо-передающих устройств на разных частотах с тем, чтобы они «не мешали» друг другу.

В качестве несущего могут быть использованы колебания различной формы (прямоугольные, треугольные и т. д.), однако чаще всего применяются гармонические колебания. В зависимости от того, какой из параметров несущего колебания изменяется, различают вид модуляции (амплитудная, частотная, фазовая и др.). Модуляция дискретным сигналом называется цифровой модуляцией или манипуляцией.

Использование модуляции позволяет:

§ согласовать параметры сигнала с параметрами линии;

§ повысить помехоустойчивость сигналов;

§ увеличить дальность передачи сигналов;

§ организовать многоканальные системы передачи (МСП с ЧРК).

Так как в процессе модуляции изменяются информационные параметры несущего колебания, то название вида модуляции зависит от изменяемого параметра этого колебания.

1. Виды аналоговой модуляции:

§ амплитудная модуляция (АМ), происходит изменение амплитуды несущего колебания;

§ частотная модуляция (ЧМ), происходит изменение частоты несущего колебания;

§ фазовая модуляция (ФМ), происходит изменение фазы несущего колебания.

2. Виды импульсной модуляции:

§ амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), происходит изменение амплитуды импульсов несущего сигнала;

§ частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), происходит изменение частоты следования импульсов несущего сигнала;

§ Фазо-импульсная модуляция (ФИМ), происходит изменение фазы импульсов несущего сигнала;

§ Широтно-импульсная модуляция (ШИМ), происходит изменение длительности импульсов несущего сигнала.

Амплитудная модуляция— процесс изменения амплитуды несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.

Частотная модуляция— процесс изменения частоты несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала


 






Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 2538; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.067 сек.