Лекция № 1. Общие сведения о системах электрической связи

1.1. Информация, сообщения, сигналы и помехи

Системы связи предназначены для передачи информации. Информация передается посредством сообщений. Таким образом, сообщение – форма представления информации.

Сообщения – это совокупность сведений об окружающих нас предметах, явлениях.

Примерами сообщений могут служить текст телеграммы, фраза в телефонном разговоре, последовательность цифр при передаче данных, изображение в системе фототелеграфии, последовательность изображений (кадров) в системе телевидения и т.п. Сообщение представляет собой совокупность знаков (символов).

Например, текст телеграммы состоит из букв, цифр, пробелов и специальных знаков, а телеграфное сообщение, готовое для передачи по каналу связи, – из канальных символов (например, из «точек», «тире» и

пауз при использовании «азбуки Морзе»).

В системе черно-белого телевидения сообщением является последовательность кадров, каждый из которых, в свою очередь, представляет собой последовательность значений яркости, упорядоченных согласно схеме телевизионной развертки. В телефонии сообщение – непрерывная последовательность значений напряжения (тока), отображающая изменение во времени звукового давления на мембрану микрофона.

Из приведенных примеров становится ясно, что сообщения могут быть дискретными (состоящими из символов, принадлежащих конечному множеству – алфавиту) или непрерывными (континуальными, аналоговыми), описываемыми функциями непрерывного времени.

Для передачи сообщения необходим материальный носитель, называемый сигналом. Сигналом может быть свет костра, удар барабана, звук речи или свистка, предмет, находящийся в условленном месте, взмах флажка или шпаги и т.п.

Всовременных системах связи используются разнообразные сигналы

сразличными свойствами. Эти сигналы могут быть классифицированы, хотя любая классификация достаточна условна.

На рисунке представлена классификация, в основу которой положен принцип математического описания сигналов, используемый для теоретического изучения и проведения расчетов.

Математическое описание и представление сигналов позволяет создать математическую модель сигнала.

Если математическая модель позволяет точно описать сигнал, то такой сигнал называется детерминированным. В случае невозможности точного описания сигнала в любые моменты времени, сигнал называется случайным.

Высокочастотное модулированное колебание называется радиосигналом.

Сигнал без высокочастотного заполнения является видеосигналом.

Если сигнал может быть описан функцией s(t) = s(t + T), где T – период, он называется периодическим.

При невозможности такого представления, сигнал является непериодическим.

Сигнал, описывающий во времени непрерывно изменяющийся процесс, называется аналоговым. Сигнал конечной длительности является импульсным.

Иногда удобно передавать только значения непрерывного сигнала (отсчеты или выборки), взятые в отдельные моменты времени. Такой квантованный по времени сигнал называется дискретным. Если же передавать не сами выборки в виде коротких импульсов, а их числовые значения, то сначала необходимо эти значения получить. Эта процедура в технике связи называется квантованием по уровню. Таким образом, сигнал, квантованный по времени и уровню, называется цифровым.

Интересно отметить, что детерминированные сигналы не несут в себе никакой информации. Однако с их помощью возможно передавать информацию, если случайным будет расположение сигналов на временной оси. Например, телеграфный сигнал состоит из импульсов прямоугольной формы с заданными параметрами (первый стартовый, последний стоповый импульсы).

По виду передаваемых сообщений сигналы, например, можно разделить на радиовещательные, телевизионные, телеграфные и т. д.

По полосе частот сигналы обычно подразделяются на узкополосные и широкополосные.

Для широкополосных сигналов F/Fср >> 1, где

F = Fmax - Fmin – абсолютная ширина спектра сигнала, Fср = (Fmax + Fmin)/2 – средняя частота спектра сигнала, Fmax – максимальная частота в спектре сигнала,

Fmin – минимальная частота в спектре сигнала. Для узкополосных сигналов F/Fср < 1.

Сигналы так же делятся на сложные и простые в зависимости от величины базы сигнала В (произведение длительности сигнала на ширину полосы его спектра).

Для сложных сигналов В > 1,

где F∙ΔТ – база сигнала, F – абсолютная ширина спектра сигнала, Т – длительность сигнала.

Для простых сигналов В = 1.

По виду модуляции сигналы различаются по признаку того параметра, который изменяется по закону передаваемого сообщения.

Так как любое гармоническое колебание характеризуется амплитудой, частотой и мгновенной фазой, то и радиосигналы бывают с амплитудной модуляцией (АМ), с частотной (ЧМ) и фазовой модуляцией (ФМ).

В настоящее время в системах связи используется большое разнообразие сигналов со сложными видами модуляции, например, с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ), Кодово-импульсной модуляцией (КИМ), широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

К настоящему времени разработан не один десяток сложных видов модуляции и, естественно, большое количество соответствующих сигналов с различными характеристиками.

На рис. 1.3. изображены следующие сигналы: а – периодический импульсный,

б – непрерывный (аналоговый) радиосигнал с АМ, в – дискретный, г – случайный,

д – цифровой кодированный, е – АМн, ж – ЧМн, з – ФМн, и – ФМн.

Необходимо также отметить, что жесткой классификации к реальным сигналам применить невозможно.

Например, сигнал (рис. 1.3, а) можно классифицировать как детерминированный периодический импульсный видеосигнал, а сигнал (рис. 1.3, з) как случайный радиосигнал с фазовой манипуляцией.