ВВЕДЕНИЕ

Жизнь современного общества немыслима без широко раз­ветвленных систем передачи информации. Для развития народ­ного хозяйства и общества необходимо широкое внедрение ав­томатизированных систем управления (АСУ), важнейшей частью которых является система связи для обмена информацией. В дисциплине “Теория злектросвязи” (ТЭС) рассматриваются общие закономерности и единые методы решения разнообразных задач, возникающих при передаче информации от ее источника до получателя.Работы В.А.Котельникова по теории помехоустойчивости и К.Шеннона по теории информации легли в основу этой дисциплины.

Теория электросвязи – базовая дисциплина для изучения специальных дисциплин. Без знания основ ТЭС невозможно создание современных систем связи и их эксплуатации. Поэтому ее изучение является неотьемлимой частью теоретичесой подготовки специалистов связи. В курсе ТЭС изучаются: виды сигналов, способы их формирования, преобразования и передача по линиям связи, помехоустойчивость и способы ее повышения.

Изучение и усвоение дисциплины основывается на твердых знаниях студентами прикладной математики, теории электрических цепей, электронных приборов.

Для более полного изучения учебного материала по программе “Теория электросвязи” предусмотрено выполнение десяти лабораторных и практических работ и одной домашней контрольной работы.

Контрольная работа содержит пять заданий, которые составлены по всем основным темам изучаемой дисциплиной. Контрольная работа одинакова для всех специальностей. При выполнении контрольной работы следует руководствоваться методическими указаниями по выполнению конкретных задач, а также литературой указанной в методических указаниях.

Раздел I. Общие понятия об электросвязи

I.I. Обмен информацией

Информация, сообщение, сигнал. Источники и получатели информации. Виды информации, сообщений, сигналов. Истори­ческий обзор развития средств общения, теория информации и средств связи.

При изучении темы необходимо уяснить разницу между близ­кими по смыслу понятиями "информация", "сообщение", "сигнал". Передача информации осуществляется путем передачи сообщений с помощью материального носителя - сигнала. Термины "инфор­мация", "сообщение", "сигнал" выражают один и тот же процесс - передачу информации. Средства передачи информации с помощью электрических сигналов составляют область техники, получившую название - электросвязь. Различные виды передаваемой инфор­мации привели к возникновению соответствующих видов электро­связи: телеграфная связь; телефонная связь, передача данных, факсимильная связь, передача газет по каналам электросвязи, звуковое вещание, телевизионное вещание.

1.2. Виды и системы электросвязи

Классификация электросвязи по виду передаваемых сооб­щений - телефонная, телеграфная связь, передача данных, факсимильная связь, передача газет, звуковое и телевизион­ное вещание.

Система связи. Структурная схема одноканальной и много­канальной систем связи. Функциональное назначение узлов. Диапазоны частот, используемые в связи.

Канал связи, линия передачи. Классификация линий пере­дачи в зависимости от среды распространения и диапазона частот: проводные линии - воздушные, кабельные, волноводные и оптические; радиолинии - радиорелейные (прямой ви­димости и тропосферные}, спутниковые, ионосферные на декаметровых волнах, метеорные.

Системы электросвязи получили свое название по виду передаваемых сообщений. На рис. 1.2 [I, §I.3] приведена структурная схема системы передачи информации, отражаю-щая суть процесса. Особенности построения одноканальной и многоканальной систем связи рассмотрены в [3, § 1.3, 16.5]. Понятие о канале связи и линии связи дано в [3, § I5.I]. Для передачи различных видов информации и возможности международного обмена ею электрические сигналы строго нор­мируются по полосе занимаемых частот [3, § 15.1].

После изучения раздела I студенты должны знать:

определение информации, сообщения и сигнала;

преобразование сообщений в сигнал и наоборот;

Раздел 2. Сигналы и каналы электросвязи

2.1. Классификация и параметры сигналов, используемых в электросвязи

Способы представления сигналов: векторное, временное, спектральное. Понятие математической модели сигнала.

Классификация сигналов по форме (гармонические, негар­монические, аналоговые и дискретные, периодические и непе­риодические) и по информативности (детерминированные и слу­чайные). Первичные и вторичные сигналы. Характеристики и параметры сигналов. Уровни передачи, динамический диапазон. Приборы и измерение параметров сигнала.

Свойства и характеристики сигналов в значительной сте­пени определяют требования ко всем устройствам системы пе­редачи. Вопросы данной темы изложены в [3. § 2.1-2.5]. Важным является го, что все сигналы можно изучать и анали­зировать на основе общей методологии, т.е. таким образом можно количественно описывать все многообразие электрических сигналов, используемых в электросвязи. Необходимо обратить внимание на понятие первичный и вторичный сигнал. Как правило, под первичным понимают сигнал после преобразования со­общения. Этот низкочастотный сигнал далее преобразуется (модулируется) и носит название вторичного.

Сигналы, не несущие информацию, детерминированные, по­пользуются как испытательные и в качестве несущего колебания.

В [3, § 2.1 и 9.2] дано понятие уровня передачи и динамического диапазона. Уровни бывают относительные, абсолютные и измерительные в зависимости' от того, каковы значения напряжения, тока или мощности в точке, взятой для сравнения.

2.2. Спектральное представление сигналов

Спектральное представление сигналов. Спектр амплитуд. Спектр фаз. Алгоритм расчета спектров периодических сигналов. Спектры последовательностей прямоугольных импульсов. Спектр одиночного прямоугольного импульса. Ширина спектра. Расчет и построение спектров периодической последователь­ности прямоугольных импульсов различной скважности и частоты следования.

Для понимания вопросов, изложенных в данной теме, необходимо усвоить следующие понятия»: длительность импульса, скважность, импульсная последовательность. Спектр импульса и импульсной последовательности, частота следования импуль­сов - все эти понятия даны в [3, § 2.2-2.5].

Необходимо уяснить, что спектр периодических сигналов неограничен и изображается совокупностью спектральных линий, т.е. дискретный; для непериодических сигналов спектр оказы­вается сплошным и вводится понятие спектральной плотности сигнала.

2.3. Случайные сигналы и их характеристики

Математическая модель и характеристики случайного про­цесса. Спектральная плотность. Эффективная ширина спектра случайного процесса. Объем сигнала. Информационные характе­ристики сигналов: количественная мера информации, энтропия, производительность дискретного источника сообщения.

Материал данной темы изложен в [3, § I3] . Следует по­нять, что случайными сигналами называются такие, математи­ческим описанием. которых являются случайные функции времени. Реальные сигналы и помехи представляют собой случайные про­цессы. Для случайных сигналов вводится понятие спектральной мощности процесса, в [3, § 17.2] дано понятие энтропии и производительности однократного сообщения.

2.4. Каналы передачи сигналов электросвязи

Классификация каналов по виду сигналов (аналоговые и дискретные), виду передаваемых сообщений (телефонные, теле­графные, звукового и телевизионного вещания, видеотелефон­ной и факсимильной связи), способу разделения (с частотным и временным разделением каналов), диапазону используемых частот и среде распространения сигнала.

Параметры каналов. Емкость канала. Согласование объема сигнала с емкостью канала.

Искажения и помехи. Случайный характер помех. Отличие помех от искажений. Классификация помех по месту происхожде­ния, форме и воздействию на сигнал. Внутренние шумы устройств от линейных и нелинейных переходов. Внешние помехи: атмо­сферные, космические, излучения электроустановок и систем связи.

Гармонические, импульсные и флуктуационные помехи. Их статические характеристики. Аддитивная и мультипликативная помеха. Передача информации по каналам связи при наличии помех. Условие неискаженной передачи. Основной материал этой темы изложен в [3, гл. 15].

Каналы передачи можно классифицировать по различным при­знакам: по полосе частот, отводимых для одного канала; по ти­пу сигналов, подаваемых на вход канала и наблюдаемых на его выходе. При изучении материала необходимо усвоить следующие важные понятия: канал передачи, непрерывные и дискретные кана­лы передачи, параметры канала. На рис. 15.1 [3, § 15] изобра­жены структурные схемы каналов. Кроме того, существенно поня­тие "математическое описание канала", т.е. указание способа определения формы сигнала на выходе канала при заданной его форме на входе.

Материал, связанный с помехами, изложен в [3, § 14] . Необходимо понять, что такое помехи, как они классифициру­ются, в чем причина их возникновения, как наличие помех сказывается на передаче сигналов.

Следует разобраться с отличием помех от искажений, ко­торые могут возникнуть в результате действия помех и несо­вершенства характеристик канала связи. Искажения в свою очередь можно подразделить на линейные (амплитудно-частот­ные и фазо-частотные) и нелинейные.

Изучив раздел 2, студенты должны знать: формы представления сигналов, их характеристики и па­раметры;

характеристики каналов передачи; условия неискаженной передачи; помехи и искажения;

воздействие помех на сигнал, потери информации при пе­редаче сигналов по каналам связи при наличии помех.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите способы представления сигналов.

2. Приведите классификацию сигналов по форме.

3. Перечислите физические характеристики сигналов.

4. В чем заключается суть спектрального представления сигналов?

5. От какого параметра зависит амплитуда спектральных составляющих в спектре последовательности прямо­угольных импульсов?

6. От каких факторов зависит ширина спектра одиночного прямоугольного импульса?

7. Какие сигналы называют детерминированными?

8. Приведите основные признаки, по которым классифи­цируются каналы электросвязи.

9. Перечислите основные параметра каналов передачи.

10. Поясните, в чем различие между помехой и искажением?

11. Перечислите причины возникновения внешних и внутрен­них помех.