Кроме перечисленных, используются и другие признаки классификации сигналов, например, иногда различают информационные и управляющие сигналы (колебания) и т. д.

В теории электрической связи принято рассматривать сигнал как «объект транспортировки». С этой точки зрения сигнал можно описать тремя «габаритными характеристиками».

Первая из таких характеристик – длительность сигнала Tс, измеряемая в секундах (с).

Вторая характеристика – ширина спектра, или полоса частот сигнала Fс, равная разности наивысшей и низшей частот его

гармонических составляющих и измеряемая в герцах (Гц).

Третьей «габаритной» характеристикой служит динамический диапазон, измеряемый в децибелах (дБ) и определяемый формулой

Dc = 20lg(Хmax / Хmin),

где Хmax и Хmin – соответственно максимальное и минимальное возможные значения сигнала (напряжения или тока).

Произведение этих трех величин называется объемом сигнала:

Vc =Tc∙ΔFc∙Dc

Полезные сигналы отличаются от мешающих тем, что полезные сигналы служат для передачи сообщений, в то время как мешающие являются причиной их искажения (потери информации).

Часто полезный сигнал называют просто сигналом, а мешающий – помехой. Сигналы и помехи, рассматриваемые в совокупности, будем называть колебаниями.

Помехи могут быть естественными и преднамеренными (искусственными), шумовыми (флюктуационными) и импульсными, активными и пассивными и т.д.

Необходимо отметить, что одно и то же колебание может быть полезным сигналом по отношению, например, к одной системе связи или радиолокации и помехой – по отношению к другой.

Стоит также отметить, что не все помехи, как и не все сигналы, являются случайными (если помеха детерминированна, то её можно исключить из наблюдаемого колебания и таким образом избавиться от её вредного воздействия на сообщение).

На рис. 1.6 приведены примеры случайного сигнала и случайной (шумовой) помехи.

Рис. 1.6. Случайный (речевой) сигнал (а) и случайная помеха (шум) (б)

По способу взаимодействия с сигналом помехи подразделяются на аддитивные (от англ. add – складывать), мультипликативные (от англ. multiply – умножать) и смешанные (т.е. все взаимодействия, не сводимые к аддитивному или мультипликативному).

1.2. Общие принципы построения систем связи

Современная система связи представляет собой сложную совокупность устройств, выполняющих преобразования сообщений

исигналов с целью наиболее эффективной передачи информации.

Кпоказателям эффективности относятся достоверность и скорость передачи информации, а также некоторые другие величины.

Сообщения – это совокупность сведений об окружающих нас предметах, явлениях. Сообщения могут быть звуковыми (речь, музыка), световыми (изображения неподвижных и подвижных объектов), текстовыми (буквенно-цифровые сообщения).

Обобщенная структурная схема системы связи (рис. 1.7) отражает наиболее типичные преобразования, которым подвергается сообщение в системе связи, она справедлива для любых видов сообщений. Рассмотрим назначение основных блоков системы связи.

Рис. 1.7. Обобщенная структурная схема системы связи

Источник информации – источник сообщения подлежащего передаче (человек, окружающая среда и т.п.).

Кодер:

а) преобразует неэлектрическое сообщение в электрический сигнал б) преобразует аналоговый (непрерывный) сигнал в дискретный

(цифровой); в) осуществляет кодирование с целью уменьшения необходимой

скорости передачи информации при заданном качестве (устранение избыточности сообщения);

г) осуществляет помехоустойчивое кодирование, позволяющее улучшить качество принимаемого сообщения.

Генератор несущий – генерирует колебания с постоянной амплитудой, частотой, фазой.

Модулятор – изменяет амплитуду, частоту или фазу носителя в соответствие с модулирующим сигналом, поступающим от кодера.

Выходное устройство – усиливает сигнал, для обеспечения заданного качества связи и ограничивает спектр излучаемого сигнала до полосы частот, отведённой для заданной системы связи.

Кодер, модулятор, генератор несущей и выходное устройство образуют передатчик.

Линия связи – совокупность технических устройств (кабель, двухпроводная линия, оптическая линия связи) или эфир, по которым сигнал поступает от передатчика к приёмнику.

Напряжение на входе приёмника можно записать как:

Uпрм (t) K(t)Uпрд x(t)

Uпрм(t) – напряжение на входе приёмника;

K(t) – мультипликативная помеха (это переменный коэффициент передачи линии связи);

Uпрд – напряжение на выходе передатчика;

x(t) – аддитивная помеха (тепловой шум, помеха от соседних передатчиков, помехи от различных технических устройств и т.п.).

Входное устройство – выделяет сигнал своего передатчика, отфильтровывает (не пропускает) сигналы соседних по частоте передатчиков и часть помех, усиливает сигнал.

Демодулятор – преобразует ВЧ модулированный сигнал в НЧ модулирующий (~соответствующий сигналу на входе модулятора).

Декодер:

а) принимает решение по каждой посылке (1 или 0); б) декодирует кодовые комбинации, исправляет часть ошибок;

г) преобразует кодовые комбинации в сообщения удобные для получателя.

Получатель сообщения – человек, компьютер или другие технические устройства.

Входное устройство, демодулятор и декодер образуют приемник.

КОДЕР + ДЕКОДЕР = КОДЕК МОДУЛЯТОР + ДЕМОДУЛЯТОР = МОДЕМ

КОДЕР+МОДУЛЯТОР+ДЕКОДЕР+ДЕМОДУЛЯТОР = КОДЕМ

С кодированием не следует путать шифрование сообщений. Цель шифрования состоит в предотвращении

несанкционированного извлечения или преднамеренного изменения информации. При шифровании производится замена открытого сообщения шифрограммой (шифр-текстом), а при расшифровании происходит обратное преобразование. Шифрование выполняется до преобразования сообщения в первичный сигнал или в кодовую последовательность.

Таким образом, для модуляции в зависимости от сложности системы применяется первичный сигнал или последовательность кодовых символов.

В качестве переносчика часто используют гармоническое колебание A∙cos(ωt+φ), которое имеет три параметра: амплитуду A, круговую частоту ω = 2πf и начальную фазу φ. Поэтому возможны три вида модуляции гармонического переносчика аналоговым сигналом: амплитудная модуляция (АМ), частотная модуляция (ЧМ) либо фазовая модуляция (ФМ), рис. 1.8.

Рис. 1.8. Несущее гармоническое колебание (а) и получаемые на его основе модулированные сигналы: АМ (б), ЧМ (в) и ФМ (г)

Во многих случаях роль переносчика в системах связи играет периодическая последовательность импульсов одинаковой формы (часто импульсы считают в первом приближении прямоугольными).