2. Системы, каналы и сети связи.

В этом вопросе мы рассмотрим, что представляют собой системы, каналы и сети связи, обобщенную структурную схему системы связи и назначение ее элементов, классификацию каналов связи и их основные параметры.

Под системой связипонимают совокупность технических средств и среды распространения сигнала, служащих для передачи сообщений от источника к получателю.

Обобщенная структурная схема системы связи приведена на рисунке 2.1. Она включает только основные функциональные узлы (преобразователи сигналов), необходимые для передачи как дискретных, так и непрерывных сообщений.

Любая система связи начинается с источника, сообщения которого требуется доставить получателю сообщений. Источник сообщений – это устройство, осуществляющее выбор сообщений из ансамбля сообщений. Им может быть датчик, ЭВМ и т. п. В зависимости от типа сообщений различаютдискретныеинепрерывные источники.Получатель сообщений – это устройство (магнитофон, ЭВМ, автомат и т. п.), для которого предназначено сообщение. В зависимости от вида источника и канала различают три основных варианта построения систем связи.

Вариант I. В центральной части рисунка 2.1 изображена структура системы передачи дискретных сообщений (СПДС). В неё` входят следующие основные функциональные устройства:

Кодер источника служит прежде всего, для согласования объёмов алфавитов дискретного источника () и дискретного канала ().В результате каждый символ источника преобразуется вk – разрядную двоичную комбинацию из «0» и «1». Очевидно, что

Кодер каналаиспользуется для повышения помехоустойчивости связи. В нём к входным (информационным) кодовым комбинациям добавляются дополнительные символы, называемые проверочными, которые вместе с правилом их формирования позволяют на приёмной стороне обнаруживать и (или) исправлять некоторые из возможных ошибок передачи;

Модулятор служит для согласования первичного сигнала на выходе кодирующего устройства с характеристиками линии связи. Как правило, это преобразование сводится к преобразованию НЧ сигнала в ВЧ сигнал (то есть преобразование первичного сигнала во вторичный);

Линия связи представляет собой среду распространения сигнала в части пространства, разделяющего передающую и приёмную стороны системы связи. В линии связи сигнал подвергается искажениям и воздействию помех;

Демодулятор осуществляет анализ смеси сигнала с помехой на своем входе в течении времени его существования (временные параметры анализа обеспечиваются системой синхронизации, которая считается идеально работающей и не показана на данной схеме) и на его основе принимающий решение (возможно ошибочное) о том, какой вариант сигнала (из известного множества на входе модулятора) передавался. В результате на выход выдается «чистая» копия этого сигнала, но уже на следующем тактовом интервале.

Рисунок 2.1. – Обобщённая структурная схема системы связи

Декодер канала обнаруживает и (или) исправляет некоторые ошибки во входных кодовых комбинациях, вызванные действием помех в линиях связи, по известному ему правилу формирования проверочных символов в кодере канала;

Декодер источника преобразует информационную часть кодовой комбинации в первичное сообщение (символ источника дискретных сообщений) при не обнаружении ошибок передачи.

Совокупность кодера и декодера, выполненных в виде самостоятельного функционального устройства, называют кодеком, а пару модулятор и демодулятор – модемом.

В тех случаях, когда сообщения по своей природе является непрерывными, а первичные сигналы соответствуют аналоговым, то возможны два варианта их передачи.

Вариант 2. Передача аналогового сигнала непосредственно по линии связи, если она пропускает первичный сигнал с допустимым качеством (городская телефонная сеть), либо с использованием модулятора, реализующую прежнюю функцию согласования сигнала с линией связи. При этом несколько меняются функция демодулятора на приемной стороне, который в этой ситуации называют детектором. Его задача теперь заключается в наиболее точном воспроизведении формы первичного сигнала в результате обработки принятого сообщения (колебания).

Вариант 3. Передача аналогового сигнала по цифровому каналу связи. В этом случае на передающей стороне возникает необходимость преобразования аналогового первичного сигнала в цифровой с помощью АЦП (функция ФНЧ, ограничивающая спектр сигнала на входе АЦП, станет ясной при изучении в дальнейшем теоремы отсчетов). На приёмной стороне полученные после декодирования числовые значения отсчётов с помощью ЦАП преобразуются в соответствующие уровни напряжения, и после сглаживания в ФНЧ поступают к получателю в аналоговой форме.

Каналом связи называется совокупность средств (часть системы связи), обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки «А» системы до точки «Б». Точки «А» и «Б» могут быть выбраны произвольно, лишь бы между ними проходил сигнал. Часть системы связи, расположенная до точки «А», является источником сигнала для этого канала.

Если сигналы, поступающие на вход канала и снимаемые с его выхода являются дискретными (по уровням), то такой канал называется дискретным.

Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными (по уровню), то и канал называется непрерывным.

Встречаются также дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные каналы, на вход которых поступают дискретные сигналы, а с выхода снимаются непрерывные, или наоборот. Из сказанного видно, что канал может быть дискретным или непрерывным независимо от характера передаваемых сообщений.

По числу каналов различают одноканальные и многоканальные системы. По наличию обратного канала различают системы без обратной связи и с обратной связью.

По видам связи, которые классифицируются по виду передаваемого сообщения, каналы могут быть: телефонные, телеграфные, фототелеграфные, передачи данных, факсимильные, видеотелефонные.

Каналы связи могут работать в следующих режимах: симплексный (передача сигналов в одном направлении), дуплексный (одновременная передача сигналов в прямом и обратном направлениях), полудуплексный (поочередная передача сигналов в прямом и обратном направлениях).

По родам связи, классификационным признаком для которых является среда распространения сигналов, различают каналы: радиосвязи (прямой видимости, тропосферные, ионосферные, метеорные, космические, радиорелейные), проводные (в том числе подземно- и подводно-кабельные), опто-электроннные, гидроакустические и сейсмические. Следует отметить, что для обозначения уплотненных каналов связи можно использовать термин «линия»: тропосферная, космическая, радиорелейная, кабельная линия.

Признаками классификации могут служить характеристики применяемых сигналов (вид модуляции, база, количество различимых сигналов в алфавите).

Каналы связи имеет следующие основные характеристики:

• временем доступа

• шириной полосы пропускания

• динамическим диапазоном

				(2.4)
где		–	максимально допустимая мощность в канале;
		–	мощность собственных шумов канала.

Обобщенной характеристикой канала является его ёмкость (объём):

(2.5)

Необходимым условием согласования сигнала и канала является выполнение неравенства

Для обмена сообщениями между многими территориально разнесенными пользователями (абонентами) создаются сети связи, обеспечивающие передачу и распределение сообщений по заданным адресам (в заданное время и с установленным качеством). Распределение потоков сообщений по заданным адресам осуществляется на узлах связи с помощью коммутационных устройств.

По способу распределения сообщений сети делятся на некоммутируемые и коммутируемые. В первом случае связь между абонентами осуществляется по постоянно закрепленным каналам по принципу «каждый с каждым». Во втором случае абоненты связываются между собой не непосредственно, а через узлы коммутации.

Сеть связи представляет собой совокупность оконечных (абонентских) устройств, каналов связи (соединительные линии) и узлов коммутации.

В зависимости от числа абонентов и размеров обслуживаемой территории сети могут иметь различную структуру: линейную, радиальную, кольцевую, радиально-узловую и т. п. Задача оптимального построения сетей связи является одной из важнейших задач теории и техники связи. Решается эта задача с помощью теории графов и теории массового обслуживания.

Выводы

1. Структурная схема системы связи является обобщенной моделью действующей системы связи на флоте.

2. Каналы связи являются частью системы связи и имеют широкую классификацию.

3. Сеть связи представляет собой совокупность оконечных устройств, каналов связи и узлов коммутации.

3. Помехи и искажения в канале.

В этом вопросе мы рассмотрим, что представляют собой помехи и искажения в канале, какими они бывают и их краткая характеристика.

В реальном канале сигнал при передаче искажается,и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются какискажения, вносимые самим каналом, так ипомехи, воздействующие на сигнал. Частотные и временные характеристики канала определяют так называемыелинейные искажения. Кроме того, канал может вносить инелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных звеньев (функциональных узлов) канала. Еслилинейные и нелинейные искаженияобусловлены известными характеристиками канала, то они, по крайней мере в принципе, могут быть устранены надлежащей коррекцией. Следует отличатьискажения от помех, имеющих случайный характер. Помехи заранее не известны и поэтому не могут быть полностью устранены.

Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения переданных сообщений. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам. В радиоканалах часто встречаются атмосферные помехи, обусловленные электрическими помехами в атмосфере, и прежде всего грозовыми разрядами. Энергия этих помех сосредоточена главным образом в области длинных и средних волн. Сильные помехи создаются также промышленными установками. Это так называемые индустриальные помехи, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях всевозможных электроустройств. Сюда относятся помехи от электротранспорта, электрических двигателей, медицинских установок, систем зажигания двигателей и т. п. Распространенным видом помех являются помехи от посторонних радиостанций и каналов. Они обусловлены нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала, а также нелинейными процессами в каналах, ведущими к перекрестным искажениям.

В проводных каналах связи основным видом являются импульсные шумы и прерывания связи. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, резисторах, колебательных контурах и других элементах аппаратуры. Эти помехи особенно сказываются при радиосвязи в диапазоне ультракоротких волн, где другие помехи невелики, В этом диапазоне имеют значения и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах и других внеземных объектах. В общем виде влияние помехи на полезный сигналможно выразить оператором:

(2.6)

В частном случае, когда оператор вырождается в сумму:

(2.7)

помеха называется аддитивной (естественная помеха). Если же оператор может быть представлен в виде произведения:

(2.8)

то помеху называют мультипликативной (искусственная помеха). Здесь – случайный процесс. В реальных каналах обычно имеют место и аддитивные, и мультипликативные помехи, и поэтому

(2.9)

Среди аддитивных помех различного происхождения выделяют:

• сосредоточенные по спектру (узкополосные) помехи;

• сосредоточенные во времени (импульсные) помехи;

• флуктуационную помеху, не ограниченную во времени и спектру.

Флуктуационная помеха (флуктуационный шум) представляет собой (непрерывный во времени случайный процесс) случайный процесс с нормальным распределением (гауссовский процесс). Такая помеха наиболее изучена и представляет наибольший интерес как в теоретическом, так и в практическом отношении. Этот вид помех практически имеет место во всех реальных каналах. В диапазоне оптических частот существенное значение имеет квантовый шум, вызванный дискретной природой сигнала.

Мультипликативные помехи обусловлены случайными изменениями параметров канала связи. В частности, эти помехи проявляются в изменении уровня сигнала.

Следует заметить, что между сигналом и помехой отсутствует принципиально различие. Более того, они существуют в единстве, хотя и противоположны по своему действию. Так излучение радиопередатчика является полезным сигналом для приемника, которому предназначено это излучение, и помехой для всех других приемников. Электромагнитное излучение звезд является одной из причин космического шума в диапазоне сверхвысоких частот и поэтому является помехой для систем радиосвязи. С другой стороны, это излучение является полезным сигналом, по которому определяют некоторые физико-химические свойства звезд.

Выводы

1. Причинами появления ошибок при передаче сообщений по каналу связи являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал.

2. Помехи могут быть аддитивными и мультипликативными.

3. Среди аддитивных помех наиболее распространенными являются флуктуационные, сосредоточенные по спектру и импульсные.

И так, в заключении по лекции сделаем выводы.

Заключение

1. Передача сообщений по каналам связи осуществляется с помощью сигналов, которые являются материальными носителями сообщений, отображающих ту или иную информацию. Характерной особенностью сообщений (сигналов) является их непредсказуемость. О любом сообщении можно говорить лишь как о возможном с некоторой вероятностью событии. Сообщение об известном событии информации не несет. Процесс передачи сообщений всегда является вероятностным (стохастическим).

2. Сообщения и соответствующие им сигналы могут быть дискретными и непрерывными. Непрерывный канальный сигнал формируется с помощью модуляции, а дискретный – с помощью кодирования и модуляции. Основными устройствами системы передачи дискретных сообщений являются кодек и модем. Канальные устройства вместе с линией связи образуют непрерывный канал, а последний вместе с модемом – дискретный канал.

3. Причинами появления ошибок при передаче сообщений по каналу связи являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал. Помехи могут быть аддитивными и мультипликативными.

4. Среди аддитивных помех наиболее распространенными являются флуктуационные, сосредоточенные по спектру и импульсные.