Сигналы передачи данных и телеграфии

Первичные сигналы телеграфии и передачи данных получаются на выходе телеграфных аппаратов или аппаратуры передачи данных и представляют последовательность однополярных (рис. 4,а) или двухполярных (рис. 4,б) прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и длительности. При этом положительный импульс обычно соответствует передаваемому символу “1”, а пропуск или отрицательный импульс – символу “0”. Такие сигналы принято называть двоичными.

t

На рис. 4 приняты следующие обозначения: C(t) – первичный сигнала передачи данных или телеграфии; А_m – амплитуда импульсов и _и – длительность импульсов. Кроме этих параметров импульсной последовательности, вводится понятие тактовой частоты, под которой понимается отношение вида F_Т = 1/_и и которая численно равна скорости передачи в бодах (В ). Отметим, что значение тактовой частоты F_Т и скорости передачи В совпадают только в случае передачи двоичных последовательностей. При переходе к многопозиционным кодам такого совпадения нет.

Вероятность появления “1” и “0” для однополярной последовательности импульсов (иногда называемой обобщенным телеграфным сигналом) и импульсов положительной или отрицательной полярности, а также статистические связи между импульсами определяются свойствами источника сообщения. Чаще эти вероятности равны 0,5 и импульсы последовательности принимаются статистически независимыми.

Определим основные физические параметры первичных сигналов телеграфии и передачи данных.

Такая характеристика, как динамический диапазон, для сигналов передачи данных и телеграфии, как и для всех двоичных сигналов, не применяется, т.к. по самому определению для такого класса сигналов не имеет смысла.

Информационная емкость сигналов передачи данных и телеграфии равна скорости передачи, т.е. I_ТЛГ = F_Т.

Для определения полосы частот, необходимой для качественной передачи сигналов телеграфии и передачи данных воспользуемся понятием спектральной плотности амплитуд S_и (f ) элементарного сигнала: прямоугольного импульса с амплитудой A_m и длительностью _и.

Спектральную плотность амплитуд такого импульса, иногда называемого видеоимпульсом, получим применив к нему прямое преобразование Фурье:

. ( 12 )

Из анализа (12) следует наличие нулей спектральной плотности амплитуд. Эти нули располагаются на частотах, где sinf_и = 0, т.е. при  _и = 2k, и следовательно, на частотах f_k = k/_и = kF_Т, т.е. нули спектральной плотности амплитуд одиночного прямоугольного импульса располагаются на гармониках тактовой частоты. При f  0 (12) принимает значение , т.е. начальное и одновременно наибольшее значение спектральной плотности импульса равно его площади S_и = А_m _и. График спектральной плотности амплитуд видеоимпульса (одиночного прямоугольного импульса – элементарной посылки) показан на рис. 5.

Из рассмотрения рис.5 следует, что основаня энергия (более 90%) импульса находится в полосе частот от 0 до F_Т = 1/_и , т.е. в полосе частот главного “лепестка” его спектральной плотности амплитуд, а в полосе частот от 0 до F_Т / 2 – более 60 %.

Д ругим предельным видом сигнала передачи данных и телеграфии является сигнал, соответствующей передачи “точек”, т.е. периодической последовательности токовых “1” и бестоковых “0” посылок, рис. 6. Здесь, кроме уже принятых,

введем новые обозначения: Т_и – период следования импульсов, а 1/Т_и = F_и – частота следования импульсов; Т_и / _и = q_и – скважность импульсов (для передачи “точек” скважность q = 2 ).

Периодический сигнал, рис. 6, может быть представлен рядом Фурье

. (13 )

Анализ формулы (13) показывает, что периодическая последовательность импульсов, рис. 6, в самом общем случае, содержит постоянную составляющую с амплитудой

А₀ = A_m_и / Т_и = A_m / q_и ( 14 )

и гармоники частоты следования импульсов F_и с амплитудами

А_k = 2A_m [sin(k_и / Т_и )] / k = 2A_m [sin(k / q_и )] / k, ( 15 )

число которых зависит от скважности периодической последовательности. Для случая передачи “точек ” скважность q_и = 2 и формула (13) приводится к виду:

( 16 )

Основная энергия периодической последовательности импульсов, рис. 6 лежит в полосе частот от 0 до F_T = 2 F_и .

Следовательно, спектр сигналов передачи данных и телеграфии, в самом общем случае, содержит непрерывную составляющую, спектральная плотность амплитуд которой совпадают со спектральной плотностью одиночного импульса, и дискретную составляющую, соответствующую спектру амплитуд периодической последовательности импульсов типа “точек”.

Следует, однако, иметь в виду, что при передаче двоичных сигналов в приемнике нет необходимости восстанавливать импульсы без искажений, т.е. строго сохранять их форму; для восстановления информации достаточно – зафиксировать только знак импульса при двухполярном сигнале либо наличие или отсутствие импульса для однополярного сигнала.

Если спектр сигнала ограничить фильтром нижних частот (ФНЧ), близким к идеальному, то уверенный прием сигналов возможен при частоте среза равной 0,5F_T, т.е. можно считать,, что эти сигналы занимают полосу частот от 0 до 0,5F_T. Однако в реальных условиях верхнюю граничную частоту спектра сигналов телеграфии и передачи данных принимают равной F_T или даже 1,2F_T . Это обусловлено тем, что при некоторых видах передачи информация заложена в изменениях длительности импульсов, а также мешающим действием помех.

Можно считать, если не оговорены специальные условия, сигналы передачи данных и телеграфии занимают полосу частот от 0 до F_T .

При передаче таких сигналов вероятность неправильно принятого символа (“1” или “0”) или вероятность ошибки должна быть не хуже 10^-5. Это позволяет принять значение необходимой защищенности от помех не хуже А_з.тлг = 12 дБ.