Лекция 3

3.1 Физические характеристики каналов связи и сигналов

В разделе 2.1 было дано определение проводной линии связи как комплекса технических средств, включающего в себя устройства защиты от перенапряжений, изоляторы, кабель, провода для соединения распорядительных и исполнительных пунктов. Почему речь шла о проводной линии? Потому, что это наиболее распространенный в системах железнодорожной автоматики тип линий связи, позволяющий передавать не только слаботочные сигналы, а в ряде случаев и энергию для работы объектов управления (см. п. 2.2, 2.3). Термин «канал связи» применялся неоднократно, однако определение канала связи дано не было.

Под каналом связи принято понимать комплекс технических средств, включающий в себя линию связи и аппаратуру, позволяющую обеспечивать передачу сигналов от источника к получателю независимо от передачи по ней других сигналов. Т.о., линия связи – это среда распространения сигналов, а канал связи - это среда + аппаратура, позволяющая эффективно использовать эту среду. Так, по одной линии связи (в том числе и проводной) можно организовать несколько каналов связи, выделив каждому для работы определенную полосу частот. При этом возможна одновременная передача сигналов по различным каналам и в разных направлениях.

По типу среды распространения и используемому переносчику каналы связи делятся на проводные, акустические, оптические, инфракрасные, радиоканалы. В любом канале перенос электромагнитной энергии сигналов зависит от свойств канала.

Количественные возможности каналов связи с точки зрения пропускной способности (емкость канала Vк) характеризуются тремя параметрами: временем, в течение которого канал предоставлен отправителю сообщения (Тк), полосой частот пропускания канала (Fк) и допустимой электрической мощностью сигнала, передаваемого по каналу (Нк):

Vк = Тк*Fк*Нк (2.2)

Аналогично может быть представлен и объем передаваемого сигнала Vc.

Vс = Тс*Fс*Нс, (2.3)

где: Тс – длительность импульса сигнала;

Fс- ширина спектра частот сигнала;

Нс- превышение уровня сигнала над уровнем помех.

Нормальная передача сигнала возможна только при правильном согласовании объемов сигнала и канала. Причем всегда должно выполняться не только условие Vк > Vс, но и Тк > Тс, Fк > Fс, Нк > Нс. Согласование сигнала с каналом сводится к уменьшению одного параметра и пропорциональному увеличению другого с сохранением условия Vк > Vс.

Очевидно, что чем большее количество информации передается по каналу в единицу времени при заданной достоверности, тем лучше (чем интенсивнее используется система – в данном случае подсистема связи, тем быстрее она окупается). Однако все сказанное имеет отношение к системам связи, ориентированным на передачу информации в коммерческих целях. Для систем ДЦ максимальная загрузка канала связи не столь актуальна по сравнению с достоверностью и скоростью доставки информации. Не смотря на различные конечные задачи, решаемые аппаратурой коммерческой связи и подсистемой связи ДЦ, для достижения максимального использования канала по частоте Fк и времени Tк при постоянной энергии сигналов Нк применяются однотипные подходы.

Частотное разделение сигналов

Всю полосу частот канала Fк разбивают на число имеющихся двоичных сигналов n с тем, чтобы каждый из них передавался независимо от других на своей частоте (рис. 2.5, а).

Рисунок 2.5 Частотное и временное разделение сигналов

Подобный способ легко осуществить при относительно небольшом числе сигналов, так как различать близкие частоты сложно. Если имеются ограничения на допустимое время передачи сигналов Тд, минимальная полоса частот, необходимая для передачи сигнала такой длительности, определяется из соотношения Fс=1/Тд. Максимальное число частотных сигналов n=Fк/Fс / /.

Подобным образом могут быть организованы частотные каналы для независимой передачи непрерывных сигналов.

Временное разделение сигналов

Полностью использовать полосу частот канала связи можно при передаче сигнальных импульсов длительностью τ=1/Fк. Такие импульсы должны передаваться последовательно во времени, так как каждый из них требует всей полосы частот Fк канала (рис.2.5, б). Для правильного приема сигналов между импульсами должны быть разделительные интервалы. Длительность такого интервала не может быть меньше длительности импульса. Следовательно, за время Тд может быть передано n независимых сигналов n=Тд/(2 τ).

Кроме рассмотренных двух предельных случаев максимального использования объема канала при частотном и временном его разделении, может быть организована передача частотно-временных сигналов при условии, что их общий объем не превышает объема канала Vк.