Краткие теоретические сведения

Из курса физики известно, что существует два вида сигналов: аналоговый и цифровой.

Аналоговый сигнал – это такой сигнал, значение которого меняется непрерывно и плавно во времени. Цифровой сигнал – это сигнал, величина которого резко изменяется от одного значения к другому.

В жизни мы сталкиваемся с обоими видами сигналов. Например, музыка – это аналоговый сигнал. Аналоговый и цифровой сигналы характеризуется соответственно следующими параметрами:

Табл. 9.1. таблица сравнительных характеристик аналогового и цифрового сигналов

	Аналоговый		Цифровой
1.	Амплитуда	A	Уровень (напряжение)	A
2a.	Период	T	Период следования	T
2b.	Частота	F=1/T	Частота следования	F=1/T
3.	Фаза	P	Задержка сигнала	P
4.	Поляризация		-	-

Для передачи информации по беспроводным средам передачи используются электромагнитные волны и лучи различной природы: радиоволны, световые лучи, лазерные лучи, инфракрасные волны. Все эти волны представляют, непрерывно меняющийся во времени сигнал.

Для передачи информации по кабельным средам передачи используется переменный или импульсный электрический ток, при помощи которого можно передавать соответственно аналоговый сигнал или цифровой сигнал. Как известно, переменный электрический ток при распространении проявляет электромагнитную природу, т.е. ведет себя как электромагнитная волна, параметры которого (напряжение, частота и фаза электромагнитной волны) изменяются непрерывно во времени. Если один из параметров или их несколько менять по закону определённых передаваемых данных, то тогда с помощью такой волны можно передавать нужную информацию. Такой процесс называется модуляцией, а передаваемый сигнал является промодулированным сигналом.

Модуляция – это изменение амплитуды, частоты или фазы электрического сигнала по закону передаваемых данных. Модуляция очень широко используется в жизни. Например, все обычные радиопередачи и телевизионные передачи представляют собой промодулированный аналоговый сигнал.

Однако в настоящее время в жизни всё чаще используются технологии, основанные на передаче цифрового сигнала. Цифровой сигнал представляет собой такой сигнал, у которого изменение амплитуды (уровня напряжения) происходит скачкообразно (импульсно) и с большой частотой. Причём может быть несколько уровней напряжения.

Внеаудиторная практическая работа №4 Изучение зависимостей между пропускной способностью канала связи и его шириной полосы пропускания

Тема 7. Характеристики проводных линий связи. Задание:

1. Для различных видов кабелей, имеющих различную ширину полосы пропускания определить численные значения пропускной способности канала связи а) для идеального сигнала (формула Нейквиста); б) для реального сигнала (формула Шенона)

2. Решить обратные задачи по отношению к первоначальным различного содержания а) для идеального сигнала (формула Нейквиста); б) для реального сигнала (формула Шенона)

3. При решении задач руководствоваться следующими значениями ширины полосы пропускания для различных видов кабеля:

Табл. 4.1

Вид кабеля	Ширина полосы пропускания W (МГц)
Неэкранированный кабель «витая пара» категории UTP5	100
Экранированный кабель «витая пара» с общим экраном категории UTP6	250
Экран. кабель «витая пара» с экранированием каждой пары проводов кат. UTP7	600
Тонкий коаксиальный кабель	200
Толстый коаксиальный кабель	500

4. Решить задачи по выявлению условия нормальной передачи цифрового сигнала, т.е. выявления условия при котором сигнал передаётся с допустимым затуханием и успешно распознаётся на предельном расстоянии по распознаваемости сигнала, если известны коэффициенты значимых гармоник.

5. Решение задач представить в обычном текстовом виде в специальной тетради. При решении задач использовать информацию, представленную в кратких теоретических сведениях.

Задачи.

1. Какой пропускной способностью теоретически будет обладать определённый кабель с известной шириной полосы пропускания W при N-уровневом кодировании информации? Значение известных параметров указано в нижеприведённой таблице

Табл.4.2

Параметр	Ед. изм	Варианты
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
C	Мбит/с	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
W	МГц	100	100	100	100	100	100	100	200	200	200	200	200	200	200	500	500	500	500	500	500
M	-	2	4	8	16	32	2	4	8	16	32	2	4	8	16	32	2	4	8	16	32
K	бит	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

2. Какой пропускной способностью будет обладать определённый кабель с известной шириной полосы пропускания W при передаче цифровым сигналом за один такт K битов информации?

Табл.4.3

Параметр	Ед. изм	Варианты
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
C	Мбит/с	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
W	МГц	100	100	100	100	100	100	100	200	200	200	200	200	200	200	500	500	500	500	500	500
M	-
K	бит	5	4	3	2	1	5	4	3	2	1	5	4	3	2	1	5	4	3	2	1

3. Какой пропускной способностью будет обладать определённый кабель с известной шириной полосы пропускания W при передаче цифровым сигналом в реальных условиях, если уровень сигнала равен Рс мВт, а уровень шума равен Рш мВт?

Табл.4.4

Параметр	Ед. изм	Варианты
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
C	Мбит/с	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?
W	МГц	100	100	100	100	100	200	200	200	200	200	250	250	250	250	250	500	500	500	500	500
Pс	мВт	630	310	150	70	30	60	140	300	620	1260	310	150	70	30	10	10	30	70	150	310
Pш	мВт	10	10	10	10	10	20	20	20	20	20	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10

4. Сколько бит информации К можно передавать за один такт сигнала, передаваемого с пропускной способностью С по определённому виду кабелю с известной шириной полосы пропускания W?

Табл.4.5

Параметр	Ед. изм	Варианты
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
C	Мбит/с	200	400	600	800	1000	400	800	1200	1600	2000	500	1000	1500	2000	2500	1000	2000	3000	4000	5000
W	МГц	100	100	100	100	100	100	100	200	200	200	200	200	200	200	500	500	500	500	500	500
M	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
K	бит	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

5. Какая должна быть величина отношения сигнал/шум (по мощности) для передачи данных по определённому виду кабелю с известной шириной полосы пропускания W, с заданной пропускной способностью C?

Табл.4.6

Параметр	Ед. изм	Варианты
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
C	Мбит/с	600	500	400	300	200	400	600	800	1000	1200	1250	1000	750	500	250	500	1000	1500	2000	2500
W	МГц	100	100	100	100	100	200	200	200	200	200	250	250	250	250	250	500	500	500	500	500
Pс /Рш	мВт	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

6. Известны коэффициенты затухания при частотах 1-ой, 2-ой, 3-ей, 4-ой, 5-ой, 6-ой, 7-ой гармоник цифрового сигнала:

Будет ли передача цифрового сигнала осуществляться нормальным образом? (да/нет)

Табл.4.7

Параметр	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Кз1	0,45	0,42	0,5	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Кз2	0,4	0,43	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45
Кз3	0,28	0,5	0,28	0,28	0,28	0,28	0,28	0,28	0,28	0,28	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Кз4	0,22	0,52	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Кз5	0,15	0,3	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Кз6	0,15	0,3	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Кз7	0,15	0,3	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Вопрос	Выполнение условия нормальной передачи данных?