В процессе измерения один из параметров измеряемого сигнала изменяется или, другими словами, модулируется измеряемой величиной. Так, например, информативным сигналом может служить ток в цепи, а его параметр – амплитуда – информативным параметром, который отражает сопротивление участка цепи. В этом случае амплитуда тока модулируется значением сопротивления цепи, а соответствующее кодирование осуществляется на основе закона Ома.
Таким образом, суть модуляции заключается в том, что измеряемая величина, действуя на информативный параметр определенного сигнала-носителя, передает ему измеряемую информацию, в результате чего этот сигнал становится источником измеряемой информации.
Итак, модуляция представляет собой операцию формирования вторичных сигналов. Очевидно также, что модуляция и кодирование органично связаны между собой: модулируются определенные параметры носителей, а кодируется измерительная информация.
Совместно с модуляцией сигнала применяют и некоторые иные способы изменения сигнала – дискретизацию и квантование. При этом в некоторых случаях эти приемы могут являться частными случаями модуляции.
Виды модуляции
Носитель информации может быть представлен в нескольких формах:
- в виде величины с постоянным начальным размером;
- гармоничным колебанием, параметрами которого являются амплитуда, частота и фаза колебаний;
- периодической последовательностью импульсов, параметры которой - амплитуда, продолжительность, частота следования и фаза.
Согласно приведенным примерам различают прямую модуляцию, модуляцию гармонических сигналов и импульсную модуляцию.
Дискретизация
Дискретизацию непрерывного во времени (пространстве) сигнала осуществляют с целью освобождения от избыточной информации, чтобы упростить средства и способы ее хранения, передачи и обработки.
Она заключается в том, что непрерывный сигнал X (t), который имеет множество значений (рис. 1, а), заменяется последовательностью его значений X (tk) в определенные промежутки времени tk (рис. 1, б). Интервал времени Dtk = tk - tk-i называется шагом квантования, который может быть равномерным или неравномерным. Величину шага дискретизации выбирают так, чтобы сигнал X(t) можно было бы воспроизвести с допустимой погрешностью при минимальном количестве его дискретных значений X (tk). С неравномерным шагом осуществляется адаптивная дискретизация, при которой шаг дискретизации выбирается автоматически в зависимости от скорости изменения (спектрального состава) сигнала X(t) для того, чтобы свести к минимуму избыточность измеряемой информации.
Рис. 1. Виды сигналов: а – непрерывный; б – дискретизированный во времени; в – квантованный по уровню; г – дискретизированный и квантованный.
Следует отметить, что в случае идеальной дискретизации её можно сравнить с модуляцией с подавлением несущей, когда «несущей» является непрерывная последовательность единичных импульсов. В этом случае такую дискретизацию можно считать разновидностью модуляции.
Квантование
Квантования аналогового сигнала по уровню необходимое для цифрового кодирования измеряемой информации. Одновременно оно также обеспечивает возможность освобождения от избыточности измеряемой информации.
Квантование заключается в том, что значение непрерывного или дискретизированного во времени сигнала округляется до дискретного уровня (рис. 1, в, г). Интервал, в котором лежат значения величины, которые округляются до определенного уровня Xi, называется шагом квантования qi, который может быть равномерным (qi = q = const) или неравномерным (qi ≠ const). Наиболее часто, как и при дискретизации, используют квантование с равномерным шагом, величина которого равна единице младшего разряда при цифровом представлении физической величины. С неравномерным шагом осуществляют адаптивное квантование.
Величину шага квантования выбирают в зависимости от допустимых потерь измеряемой информации.
На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!
Комментарии