1.4. Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы и цепи

Представленная на рис. 1.1 и описанная выше структурная схема канала связи не содержит указаний о виде используемого для передачи сообщения сигнала и структуре отдельных устройств.

Применяемые в современной радиоэлектронике сигналы можно разделить на следующие классы:

- сигналы, произвольные по величине и непрерывные по времени (рис. 1.2, а);

- сигналы, произвольные по величине и дискретные по времени (рис. 1.2, б);

- сигналы, квантованные по величине и непрерывные по времени (рис. 1.2, в);

- сигналы, квантованные по величине и дискретные по времени (рис. 1.2, г).

Сигналы первого класса (рис. 1.2, а) иногда называют аналоговыми (так как их можно толковать как электрические модели физических величин) или непрерывными (так как они задаются по оси времени на несчетном множестве точек). При этом по оси ординат они могут принимать любое значение в определенном интервале. Поскольку эти сигналы могут иметь разрывы непрерывности, как на рис. 1.2, а, то, чтобы избежать некорректности при описании, лучше такие сигналы обозначать термином континуальный сигнал.

Рис.1.2. Сигналы, произвольные по величине и по времени (а), произвольные по величине и дискретные по времени (б), квантованные по величине и непрерывные по времени (в), квантованные по величине и дискретные по времени (г)

На рис. 1.2, б представлен сигнал, заданный при дискретных значениях времени t (на счетном множестве точек); величина же сигнала в этих точках может принимать любое значение в определенном интервале по оси ординат (как и на рис. 1.2, а). Таким образом, термин "дискретный" характеризует не сам сигнал, а способ задания его на временной оси.

Из рис. 1.2, в видно, что сигнал задан на всей временной оси, однако величина сигнала может принимать лишь дискретные значения. В подобных случаях говорят о сигнале, квантованном по уровню.

В дальнейшем термин дискретный будет применяться только по отношению к дискретизации по времени; дискретность же по уровню будет обозначаться термином квантование.

Квантование используют при представлении сигналов в цифровой форме с помощью цифрового кодирования, поскольку уровни можно пронумеровать числами с конечным числом разрядов. Поэтому дискретный по времени и квантованный по уровню сигнал (рис. 1.2, г) в дальнейшем часто будет называться цифровым сигналом.

Таким образом, можно различать континуальные (рис, 1.2, а), дискретные (рис. 1.2, б), квантованные (рис. 1.2, в) и цифровые (рис. 1.2, г) сигналы.

Каждому из этих классов сигналов можно поставить в соответствие аналоговую, дискретную или цифровую цепи. Связь между видом сигнала и видом цепи показана на функциональной схеме (рис. 1.3)^*.

^* (Указанное уточнение терминологии и классификации сигналов и цепей в соответствии со схемой на рис. 1.3 было предложено А. М. Трахтманом. )

Рис.1.3. Виды сигнала и соответствующие им цепи

При обработке континуального сигнала с помощью аналоговой цепи не требуется дополнительных преобразований сигнала. При обработке же континуального сигналу с помощью дискретной цепи необходимы два преобразования: а) дискретизация сигнала по времени на входе дискретной цепи и б) обратное преобразование, т. е. восстановление континуальной структуры сигнала на выходе дискретной цепи. Наконец, при цифровой обработке континуального сигнала требуются еще два дополнительных преобразования: а) аналог - цифра, т. е. квантование и цифровое кодирование на входе цифровой цепи и б) обратное преобразование цифра - аналог, т. е. декодирование на выходе цифровой цепи.

Следует указать, что в настоящее время цифровая обработка сигналов получает все более широкое применение, что связано не только с ее универсальностью и точностью, но и с возможностью использования достижений микроэлектроники.

Дискретным и цифровым сигналам и цепям посвящена гл. 13.