Часть 1 – «Общие сведения о системах электросвязи »

Лекция 1

1 Введение. Системы, каналы и сети связи.

1.1 Информация, сообщения, сигналы.

Под информацией понимают совокупность сведений, о каких – либо событиях, явлениях или предметах. Для передачи или хранения информации используется различные знаки (символы) позволяющие выразить (представить) информацию в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова и фразы в человеческой речи, жесты и рисунки, форма колебаний, математические знаки и т. п. Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением. Так при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющих собой последовательность отдельных знаков – букв и цифр. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающий не только содержание, но и интонацию, тембр, ритм и иные свойства речи. При передаче движущихся изображении в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения.

Передача сообщений (а следовательно и информации) на расстояние осуществляется с помощью какого – либо материального носителя (бумаги, магнитные ленты и т. п.) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока и т. п.).

Физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение, называется сигналом.

Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение. Сигналы формируется путем изменения тех или иных параметров физического носителя по закону передаваемых сообщений. Этот процесс (изменения параметров носителя) принято называть модуляцией.

Сигнал представляет собой функцию U(t), принимающую только определенные дискретные значения U_n (1 и 0), то его называют дискретным, или точнее дискретным по состояниям.

Если сигнал (или сообщение) принимает любые значения в некотором интервале, то он называется непрерывным по состояниям, или аналоговым.

непрерывный по состояниям дискретный по состояниям

и по времени и по времени

непрерывный по состояниям, дискретный по состояниям

дискретный по времени и по времени

1.2 Роль и место электросвязи на железнодорожном транспорте.

Техника передачи информации с каждым годом приобретает все больше значение, являлось одним из основных компонентов современных систем управления, в том числе и автоматизированного. На железнодорожном транспорте она находит применение в системах магистральной, дорожной, отделенческой и станционной технологической связи, в системах связи с подвижными объектами железнодорожного транспорта (поездная, станционная, ремонтно-оперативная радиосвязь, системы громкоговорящего оповещения и индуктивной связи), в системах многоканальной связи и т. д.

Наряду с традиционными проводными, радио и радиопроводными линиями связи создаются наземные волоконно-оптические и спутниковые радиолинии связи. В качестве рабочих используются частоты всех диапазонов от крайне низких (3-30 Гц) до сверхвысоких (3-30 ГГц) частот.

Сообщение с помощью датчиков обычно преобразуется в электрическую величину в(t) – первичный сигнал. В некоторых случаях первичный сигнал непосредственно передается по линии. Так поступает, например, при обычной городской телефонной связи.

Для передачи на большие расстояния (по кабелю или радио) первичный сигнал преобразуется в высокочастотный сигнал U(t).

Если бы передаваемое сообщение было детерминированным, т. е. заранее известным с полной достоверностью, то передача его не имела бы никакого смысла. Такое детерминированное сообщение не содержит информации. Поэтому сообщение следует рассматривать как случайные события (или случайные величины, случайные функции). Случайный характер сообщений сигналов, а также помех обусловил важнейшие значения математической теории вероятности в построении теории связи.

Вероятностные свойства сигналов и сообщения, а также среды, в которой передается сигнал, позволяют определить количество передаваемой информации и ее потери. Описанием конкретного сигнала может быть функция времени S(t). Определив эту функцию, определяем и сигнал.

Параметры сигнала: длительность сигнала Т_с, его динамический диапазон Н_с и ширина спектра F_c.

Всякий сигнал, рассматриваемый как временной процесс, имеет начало и конец. Длительность сигнала Т_с определяет интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

Динамический диапазон определяется как отношение небольшой мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Динамический диапазон речи диктора, например равен 25–30 дБ, симфонического оркестра 65-75 дБ.

Третьим параметром является ширина спектра сигнала F_c. Эта величина дает представление о скорости изменения внутри интервала его существования. Спектр сигнала, в принципе, может быть неограниченным. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала.

В технике связи спектр сигнала часто сознательно ограничивается. Это обусловлено тем, что аппаратура и линия связи имеют ограниченную полосу пропускаемых частот. При телефонной связи требуется, чтобы речь была разборчива, и чтобы корреспонденты могли узнать друг друга голосу. Для выполнения этих условий спектр речевого сигнала можно ограничить полосой от 300 до 3400 Гц.

Спектр модулированного сигнала обычно шире спектра передаваемого сообщения (первичного сигнала) и зависит от вида модуляции. Объем сигнала: V_c=T_c*F_c*H_c.

Объем сигнала V_c дает общее представление о возможностях данного ансамбля сигналов как переносчиков сообщений. Чем больше объем сигнала, тем больше информации можно «вложить» в этот объем.