2. СИСТЕМЫ СВЯЗИ И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.1. Основные понятия и определения

Объектом передачи в любой системе связи является сообщение, несущее какую-либо информацию.

В системах передачи сообщений смысловое содержание понятий информации и сообщения весьма близкое.

В общем случае под информацией понимают совокупность све­ дений о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Для передачи или хранения информации используются различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) информацию в некоторой фор­ ме. Это могут быть буквы, цифры, жесты и рисунки, математические или музыкальные символы, слова и фразы человеческой речи, различ­ ные реализации форм электрических колебаний и т.д.

Под сообщением понимается форма представления информации. Иначе говоря, сообщение - это то, что подлежит передаче. Множество возможных сообщений с их вероятностными характеристиками на­ зывается ансамблем сообщений. Выбор сообщений из ансамбля осу­ ществляет источник сообщений. Процесс выбора является случайным; заранее не известно, какое сообщение будет передаваться. Различают дискретные и непрерывные сообщения.

Дискретные сообщения формируются в результате последователь­ ной выдачи источником отдельных элементов - знаков. Множество раз­ личных знаков называют алфавитом источника сообщений, а число знаков - объемом алфавита. В частности, знаками могут быть буквы естественного или искусственного языка, удовлетворяющие определен­ ным правилам взаимосвязи.

Сообщения, предназначенные для обработки в компьютерных информационных системах, принято называть данными.

Сообщение представляет собой последовательность состояний источника информации, разворачиваемую во времени. В зависимости от того, является ли множество состояний источника информации счет­ ным, конечным (с мощностью алфавита М) или принимающим свои со­ стояния из некоторого континуума возможных значений, источники делят

на дискретные и непрерывные (аналоговые). Под дискретным источни­ ком информации понимают некоторый объект, который в определенные моменты времени принимает одно из M-состояний дискретного множес­ тва. Непрерывный источник в каждый момент времени может принимать одно из бесконечного множества своих состояний. Соответствующим об­ разом вводится понятие источника сообщений, при этом все возможные источники можно разделить на дискретные и непрерывные.

Для передачи сообщения на расстояние необходимо наличие ка­ кого-то переносчика, материального носителя. В качестве таковых используются статические либо динамические средства, физические процессы. Физический процесс, используемый в качестве переносчи­ ка сообщения и отображающий передаваемое сообщение, называется сигналом.

Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина явля­ ется информационным параметром сигнала.

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискрет­ ными. Информационный параметр непрерывного сигнала с течением времени может принимать любые мгновенные значения в опреде­ ленных пределах. Непрерывный сигнал часто называют аналоговым. Дискретный сигнал характеризуется конечным числом значений ин­ формационного параметра. Часто этот параметр принимает всего два значения.

В системах электросвязи в качестве переносчика, используемого для передачи сообщений на расстояние, применяют электрические сиг­ налы, поскольку они имеют наибольшую скорость распространения (приближающуюся к скорости света в вакууме - 3 • 108м/с).

В качестве сигнала можно использовать любой физический про­ цесс, изменяющийся в соответствии с передаваемым сообщением. Су­ щественно то, что сигналом является не сам физический процесс, а из­ менение отдельных параметров этого процесса. Указанные изменения определяются тем сообщением, которое несет данный сигнал.

Во многих случаях сигнал отображает временные процессы, проис­ ходящие в некоторой системе. Поэтому описанием конкретного сигнала может быть некоторая функция времени. Определив так или иначе эту функцию, определяем и сигнал. Однако такое полное описание сигнала требуется не всегда. Для решения ряда задач достаточно более общего

описания в виде нескольких обобщенных параметров, характеризующих основные свойства сигнала, подобно тому, как это делается в системах транспортирования.

Техника передачи информации есть, по существу, техника транс­ портирования (передачи) сигналов по каналам связи. Поэтому целесо­ образно определить параметры сигнала, которые являются основными с точки зрения его передачи. Такими параметрами являются длитель­ ность сигнала, динамический диапазон и ширина спектра.

Всякий сигнал, рассматриваемый как временной процесс, имеет начало и конец. Поэтому длительность сигнала Т является естествен­ ным его параметром, определяющим интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

Характеристиками сигнала внутри интервала его существования являются динамический диапазон и скорость изменения сигнала.

Динамический диапазон определяется как отношение наиболь­ шей мгновенной мощности сигнала к наименьшей:

min

Динамический диапазон речи диктора равен 25-К30 дБ, вокального ансамбля 45^-55 дБ, симфонического оркестра 65-^75 дБ.

В реальных условиях всегда имеют место помехи. Для удовлетво­ рительной передачи требуется, чтобы наименьшая мощность сигнала превышала мощность помех. Отношение сигнала к помехе характери­ зует относительный уровень сигнала. Обычно определяется логарифм этого отношения, который называется превышением сигнала над по­ мехой. Это превышение и принимается в качестве второго параметра сигнала. Третьим параметром является ширина спектра сигнала F. Эта величина дает представление о скорости изменения сигнала внут­ ри интервала его существования. Спектр сигнала может простираться в пределах очень большой полосы частот. Однако для большинства сигналов можно указать полосу частот, в пределах которой сосредо­ точена его основная энергия. Этой полосой и определяется ширина спектра сигнала.

В технике связи спектр сигнала часто сознательно ограничивается. Это обусловлено тем, что аппаратура и линия связи имеют ограничен­ ную полосу пропускаемых частот. Ограничение спектра осуществляется

исходя из допустимых искажений сигнала. Например, при телефонной связи требуется выполнить два условия: чтобы речь была разборчива и корреспонденты могли узнать друг друга по голосу. Для выполне­ ния этих условий спектр речевого сигнала можно ограничить полосой от 300 до 3400 Гц. Передача более широкого спектра речи в этом случае нецелесообразна, так как это ведет к техническим усложнениям и уве­ личению затрат.

Более общей физической характеристикой сигнала является объ­

Для неискаженной передачи сигнала емкость канала должна быть не меньше объема сигнала.

Важной характеристикой сигналов является также база:

и принимаемые живыми существами, распространяются в среде их обитания. Эту среду можно назвать каналом передачи сообщений. Отметим сразу, что даже в такой простейшей системе передачи ти­ пичным является наличие в канале помех, т.е. сигналов, создаваемых посторонними источниками. С возникновением потребности в быст­ рой передаче сообщений на большие расстояния у человека появилась необходимость в применении различных приспособлений («техни­ ческих средств»). В современных системах передачи в качестве фи­ зических носителей информации используют электрические токи или напряжения, а также электромагнитные колебания.

При передаче сообщений возникает необходимость использования таких технических средств, как датчик - преобразователь различных фи­ зических процессов в низкочастотные электрические токи, называемые первичными сигналами (например, микрофон, видикон); устройства коди­ рования дискретных сообщений, используемые как в целях согласования мощности алфавита источника М и числа используемых в канале пере­ дачи кодовых символов, так и в целях обеспечения высокой надежности передачи; устройства модуляции высокочастотных переносчиков сигналов первичными сигналами [2]. Поскольку получатель воспринимает сооб­