1.6 Загальні характеристики системи зв'язку

При оцінці роботи системи зв'язку необхідно насамперед урахувати, яку точність передачі повідомлення забезпечує система й з якою швидкістю передається інформація. Перше визначає якість передачі, друге - кількість. У реальній системі зв'язку якість передачі залежить від ступеня спотворення прийнятого повідомлення. Ці спотворення залежать від властивостей і технічного стану системи, а також від інтенсивності й характеру завад.

У правильно спроектованій і технічно справній системі зв'язку необоротні спотворення повідомлень обумовлені лише впливом перешкод, у цьому випадку якість передачі повністю визначається завадостійкістю системи. Під завадостійкістю звичайно розуміють здатність системи протистояти шкідливому впливу завад на передачу повідомлень. Тому що дія завад проявляється в тім, що прийняте повідомлення відрізняється від переданого, те кількісно завадостійкість при заданій заваді можна характеризувати ступенем відповідності прийнятого повідомлення переданому. Назвемо цю величину загальним терміном — вірність.

Кількісну міру вірності доводиться вибирати по-різному, залежно від характеру повідомлення й вимог одержувача. Нехай повідомлення являє собою дискретну послідовність елементів з деякої кінцевої безлічі. Вплив завади на передачу такого повідомлення проявляється в тім, що замість фактично переданого елемента може бути прийнята який-небудь інший, таке подія зветься помилкою, як кількісна міра вірності можна взяти ймовірність помилки р або будь-яку монотонну функцію цієї ймовірності.

При передачі безперервних повідомлень ступенем відповідності прийнятого повідомлення B´(t) (з реалізацією b´(t)) переданому B(t) (з реалізацією b(t)) може служити деяка величина, що представляє собою "відстань" між b(t) і b´(t). Часто приймають критерій квадратичного відхилення, який представлений у вигляді [21]:

. (1.14)

Кількісну міру вірності можна також визначити як ймовірність того, що відхилення ε не перевершить деякої заданої величини ε₀:

. (1.15)

Вірність передачі залежить від відношення середніх потужностей сигналу й завади (ВСЗ). При даній інтенсивності завади ймовірність помилки тим менше, ніж сильніше розрізняються між собою сигнали, що відповідають різним повідомленням. Тоді вираз (1.15) полягає в тім, щоб вибрати для передачі сигнали з більшим розходженням. Вірність передачі залежить і від способу прийому. Необхідно вибрати такий спосіб прийому, що щонайкраще реалізує розходження між сигналами при даному відношенні сигналу до завади. Істотне розходження між прийомом в аналогових й дискретних системах передачі повідомлень.

В аналогових системах усякий, навіть як завгодно малий вплив, на сигнал викликає спотворення модулююмого параметра, завжди спричиняє внесення відповідної погрішності в повідомлення. Тому абсолютно повне відновлення переданого повідомлення неможливо.

У дискретних системах помилка при передачі повідомлень виникає тільки тоді, коли сигнал зорієнтується неправильно, а це відбувається лише при спотвореннях, що перевищують деякий поріг.

У теорії завадостійкості, розробленої В. А. Котельниковим [29], показано, що при обраному критерії й заданій безлічі сигналів, прийнятих при адитивному білому гаусівському шумі (БГШ), існує гранична (потенційна) завадостійкість, що ні при якому способі прийому не може бути перевершена. Прийомний пристрій, що реалізує потенційну завадостійкість, називається оптимальним (найкращим) за даним критерієм.

Поряд з вірністю найважливішим показником роботи системи зв'язку є швидкість передачі. У системах передачі дискретних повідомлень швидкість виміряється числом переданих символів в одиницю часу v, Бод. Кількість переданої інформації прийнято вимірювати в бітах (двійкових одиницях). Максимальна кількість інформації, яку можна передати двійковим символом, дорівнює 1 біту. При використанні не двійкових, а m - них символів максимальна кількість інформації, яку можна передати, дорівнює log m біт. Тому дискретне джерело може забезпечити максимальну швидкість видачи інформації (максимальну продуктивність)

(1.16)

де Т - тривалість посилки; т — основа коду.

При т = 2, R_і= 1/Т біт/с, швидкість передачі інформації R_і чисельно дорівнює технічної швидкості υ. При т > 2 можливо, що швидкість передачі інформації R_і > υ.

Однак нерідко в дискретних системах зв'язку швидкість передачі інформації R_і <υ. Це буває, коли не всі посилки використовуються для передачі інформації, наприклад якщо частина з них служить для синхронізації або для виявлення й виправлення помилок (при використанні коригувального коду).

При аналізі систем зв'язку вводиться також характеристика середньої швидкості передачи інформації для безперервного каналу в одиницю часу із заданою вірністю. Існує максимально можлива (гранична) швидкість передачі, що називається пропускною здатністю каналу - С. Це поняття визначає потенційні можливості системи зв'язку, що використає даний канал.

, біт/с,

де - потужність сигналу;- потужність завади.

У реальній системі середня швидкість передачі інформації завжди менше пропускної здатності каналу. У теорії інформації К. Шенноном [50] доведена теорема, відповідно до якої для джерела без надмірності при R_і < С' можна знайти такий спосіб кодування-декодування, при якому можлива передача повідомлень по каналі з завадами з як завгодно малою помилкою.

Універсальним показником ефективності системи зв'язку є коефіцієнт η, що характеризує використання системою пропускної здатності каналу η = R_и/С' (інформаційна ефективність).

.

Своєчасність передачі повідомлень визначається припустимої затримкою, обумовленою перетворенням повідомлень і сигналів, а також кінцевим часом поширення сигналу по каналу зв'язку. Вона залежить, по-перше, від характеру й довжини каналу, по-друге, від тривалості обробки сигналу в передавальних і прийомному пристроях.

Швидкість передачі й затримка є незалежними характеристиками, практично не зв'язаними один з одним.

Існують і багато інших параметрів, що характеризують із різних точок зору якості системи зв'язку. До них, зокрема, ставляться скритність зв'язку, надійність системи, габаритні розміри й маса апаратури, вартість устаткування, експлуатаційні витрати й т.п. Ці характеристики в курсі "Теорія електричного зв'язку" не розглядаються.

Загальні висновки

1. Передача повідомлень по каналах зв'язку здійснюється за допомогою сигналів, які є матеріальними носіями повідомлень, що відображають ту або іншу інформацію. Характерною рисою повідомлень (сигналів) є їхня непередбачуваність. Про будь-яке повідомлення можна говорити лише як про можливий з деякою ймовірністю події. Повідомлення про відому подію інформації не несе. Процес передачі повідомлень завжди є імовірнісним (стохастичним).

2. Повідомлення й відповідні їм сигнали можуть бути дискретними й безперервними. Безперервний канальний сигнал формується за допомогою модуляції, а дискретний - за допомогою кодування й модуляції. Кодування визначає закон побудови сигналу, а модуляція - вид сигналу, що передається по каналу.

3. Безперервне повідомлення (сигнал) у цифрових системах зв'язку перетвориться в цифровий сигнал за допомогою трьох операцій; дискретизації за часом, квантування за рівнем і кодування.

4. Основними пристроями системи передачі дискретних повідомлень є кодек і модем. Канальні пристрої разом з лінією зв'язку утворять безперервний канал, а останній разом з модемом - дискретний канал.

5. Причинами появи помилок при передачі повідомлень по каналу зв'язку є спотворення, внесені самим каналом, і перешкоди, що впливають на сигнал. Перешкоди можуть бути адитивними й мультиплікативними. Серед адитивних перешкод найпоширенішими є флуктуаційні, зосереджені по спектру та імпульсні.

6. Найважливішими характеристиками системи зв'язку є вірність і швидкість передачі повідомлень. Перша визначає якість передачі, а друге - кількість. При передачі дискретних повідомлень вірність (завадостійкість) визначається ймовірністю помилки, а при передачі безперервних повідомлень - середнеквадратичною помилкою. Швидкість виміряється найчастіше числом переданих двійкових одиниць інформації в одиницю часу (біт/с).

7. Сучасна теорія зв'язку інтенсивно розвивається як статистична теорія, основи якої становлять теорія сигналів, теорія завадостійкості й теорія кодування

Контрольні питання та задачі

1.1.Канал зв’язку зі смугою пропуску використовується для передачі сигналів про37тягом часу. У каналі діє шумова гаусівська завада з рівномірною спектральною щільністю середньої потужності. Визначити граничну потужність сигналу, що може бути переданий по даному каналу, якщо фізичний об’єм каналувідомий.

Параметри	Номер варіанту
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, кГц	10	10	15	10	2	5	7	10	3	5
, сек	10	5	10	1	10	2	4	10	8	4
	10-4	10-4	10-5	10-5	10-5	10-4	10-5	10-3	10-4	10-4
, дБ	105	104	106	106	105	104	106	104	105	105

1.2 Що назіваеться інформацією, повідомленням, сигналом?

1.3 Як класифікуються повідомлення і сигнали?

1.4 Якими параметрами характеризуються повідомлення і сигнали?

1.5 Що таке лінія зв’язку? Що таке канал зв’язку?

1.6 Якими параметрами характеризується канали зв’язку?

1.7 Як класифікуються канали зв’язку?

1.8 За якими ознаками класифікуються перешкоди в каналах зв’язку?

1.9 Які основні параметри мають адитивні перешкоди?

1.10 Що таке модуляція і демодуляція?

1.11 Що таке кодування, декодування?

1.12 В чому відмінність простих кодів від завадостійких?

1.13 Задана таблиця трьох кодів

повідомлення	а	б	в	г	д	е	ж	з
№ коду
1	000	001	010	011	100	101	110	111
2	0	1	00	01	10	11	110	111
3	00	01	100	101	1100	1101	1110	1111

Необхідно: 1) визначити вид коду; 2) визначити, які із цих кодів не вимагають розділових знаків; чому? 3) закодувати слова: зірка, вега, база; 4) розшифрувати послідовності кодових комбінацій: а) коду 1: 111000001000010000; 001101100000; б) коду 3: 0100101001110; 01110110100; 10000111100.

1.14 Стартостопний телеграфний апарат передає одну букву сімома посилками; однієї стартовою (20 мс), п'ятьма кодовими (20 мс кожна) і однієї стоповою (30 мс). Визначити швидкість модуляції υ у Бодах і максимальну швидкість передачі інформації Rі у бітах на секунду.

1.15 У чому відмінність між дискретною й безперервною модуляцією несучої?

1.16 Що розуміють під вирішальною схемою при прийомі дискретних повідомлень?

1.17 Яке число розрядів повинен мати рівномірний код, призначений для первинного кодування 32-буквеного алфавіту, при підставі коду m = 2, 8, 16, 32 ?

1.18 Покажіть, як за рахунок кодування можна здійснити обмін смуги частот і відношення сигнал-завада в каналі при незмінному обсязі сигналу.