- •1. Основные определения.
- •2. Этапы обращения информации.
- •3. Понятие сигнала и его модели.
- •4. Формы представления детерминированных сигналов.
- •5. Представление сигнала в виде взвешенной суммы базисных функций. Понятие дискретного спектра сигнала и спектральной плотности.
- •6. Ортогональное представление сигналов.
- •7. Временная форма представления сигнала.
- •8. Частотная форма представления сигнала.
- •9. Спектры периодических сигналов.
- •10. Распределение энергии в спектре периодичного сигнала.
- •11. Спектры непериодических сигналов.
- •12. Распределение энергии в спектре непериодического сигнала. Равенство Парсеваля.
- •13. Соотношение между длительностью импульсов и шириной их спектра.
- •14. Спектральная плотность мощности детерминированного сигнала.
- •15. Функция автокорреляции детерминированного сигнала.
- •16. Случайный процесс как модель сигнала. Понятие ансамбля и пространства состояний. Виды случайных процессов.
- •17. Вероятностные характеристики случайного процесса.
- •18. Стационарные и эргодические случайные процессы.
- •19. Спектральное представление случайных сигналов.
- •20. Частотное представление стационарных случайных сигналов. Дискретные спектры.
- •21. Частотное представление стационарных случайных сигналов. Непрерывные спектры.
- •22. Основные свойства спектральной плотности.
- •23. Дискретизация непрерывных величин.
- •24. Квантование по времени. Теорема Котельникова.
- •25. Понятие модуляции.
- •26. Амплитудная модуляция.
- •27. Частотная модуляция.
- •28. Фазовая модуляция.
- •29. Модуляция импульсного тока.
- •30. Кодоимпульсные сигналы.
- •31. Многократная модуляция.
- •32. Количество информации в дискретных сообщениях. Энтропия дискретного источника.
- •33. Свойства энтропии.
- •34. Условия энтропии и ее свойства.
- •35. Передача информации от дискретного источника. Частное количество информации.
- •37. Частная условная энтропия. Условная энтропия источника. Апостериорная энтропия источника.
- •38. Количество информации в переданном сообщении дискретным источником.
- •39. Энтропия квантовой величины.
- •40. Количество информации в непрерывном сообщении. Априорная (безусловная) и апостериорная (условная) дифференциальные энтропии. Симметричность выражения количества информации.
- •43. Количество и скорость передачи информации при нормальном распределении сигнала и помехе (погрешности).
- •42. Количество информации, передаваемое за определенное время. Скорость передачи информации.
- •41. Количество передаваемой информации с учетом наличия аддитивной помехи.
- •44. Количество и скорость передачи информации при равномерном распределении сигнала и нормальном распределении помехи (погрешности).
- •45. Дифференциальная энтропия равномерно распределенной погрешности. Энтропийная погрешность.
- •46. Код, кодирование, кодовые сигналы.
- •47. Системы счисления.
- •48. Числовые коды.
- •49. Коды, не обнаруживающие возможных искажений.
- •50. Коды, обнаруживающие ошибки.
- •51. Информационная способность кода и избыточность.
- •52. Коды с коррекцией искажений.
12. Распределение энергии в спектре непериодического сигнала. Равенство Парсеваля.
Рассмотрим непериодический сигнал u(t), физическим представлением которого будем считать электрическое напряжение на резисторе с сопротивлением в 1 Ом.
Тогда энергия, выделяемая на этом резисторе:
(54)
Предполагаем, что интеграл сходится. Выразим энергию через модуль спектральной характеристики S() сигнала u(t). Квадрат этого модуля запишем в виде:
(55)
где - функция, комплексно-сопряженная спектральной характеристике S(j) сигнала u(t).
Тогда
После изменения последовательности интегрирования и использования обратного преобразования Фурье получим:
Окончательно имеем
(56)
Соотношение (56) известно как равенство Парсеваля. Оказывается, что энергию, выделяемую непериодическим сигналом за время его существования, можно определить, интегрируя квадрат модуля его спектральной характеристики в интервале частот.
Каждое из бесконечно малых слагаемых соответствующих бесконечно малым участкам спектра, характеризует энергию, приходящуюся на спектральные составляющие сигнала, сосредоточенные в полосе частот от до +d.
В связи с этим возникает необходимость ввести в рассмотрение модели сигналов, обладающие как конечной длительностью, так и ограниченным спектром. При этом, в соответствии с каким либо критерием дополнительно ограничивается либо ширина спектра, либо длительность сигнала, либо оба параметра одновременно. В качестве такого критерия используется энергетический критерий, согласно которому практическую длительность ТП и практическую ширину спектра П выбирают так, чтобы в них была сосредоточена подавляющая часть энергии сигнала.
Для сигналов, начинающихся в момент времени t0 = 0 практическая длительность определяется из соотношения
(59)
где - коэффициент, достаточно близкий к 1 (от 0,9 до 0,99 в зависимости от требований к качеству воспроизведения сигнала).
Принимая во внимание равенство Парсеваля (56), для практической ширины спектра сигнала соответственно имеем
(60)
13. Соотношение между длительностью импульсов и шириной их спектра.
Анализируя спектр одиночного прямоугольного импульса (рис. 11), можно установить, что при увеличении его длительности от 0 до спектр сокращается от безграничного (у – функции) до одной спектральной линии в начале координат, соответствующей постоянному значению сигнала. Это свойство справедливо для сигналов любой формы.
Рассмотрим функцию u(t) определенной продолжительности и функцию u(t), длительность которой при >1 будет в раз меньше. Считая, что u(t) имеет спектральную характеристику S(j), найдем соответствующую характеристику S(j) для u(t):
(57)
где t’ = t
Следовательно, спектр укороченного в раз сигнала в раз шире. Коэффициент 1/ перед S(j/) изменяет только амплитуду гармонических составляющих и на ширину спектра не влияет.
Другой важный вывод. Длительность сигнала и ширина его спектра не могут быть одновременно ограничены конечными интервалами: если длительность сигнала ограничена, то спектр его неограничен, и, наоборот, сигнал с ограниченным спектром длится бесконечно долго. (Все это вытекает из интегрального преобразования Фурье, в котором подынтегралом в степени у е стоит произведение и t). Справедливо соотношение
t = С (58)
где t – длительность импульса; - ширина спектра импульса; С – постоянная величина, зависящая от формы импульса (при ориентировочных оценках обычно принимают С = 1).
Реальные сигналы ограничены во времени, генерируются и передаются устройствами, содержащими инерционные элементы (например, емкости и индуктивности в экспериментных целях), и поэтому не могут содержать гармонические составляющие сколь угодно высоких частот.