6

Лекция №11 по курсу

“Теория электрической связи”

Каналы электрической связи

1. Общие сведения

Ранее канал связи был определён как совокупность средств, предназначенных для передачи сообщений (под “ средством” понимают и технические средства и линии связи - физическую среду, в которой распространяется сигнал между пунктами связи). Канал можно представить, как последовательное соединение устройств, выполняющих различные функции в общей системе связи.

Классификация каналов связи с использованием различных признаков. В зависимости от назначения системы, каналы связи делят на телефонные, телевизионные, телеграфные, фототелеграфные, звукового вещания, смешанные и т.п. В зависимости от того, распространяется ли сигнал между пунктами связи в свободном пространства или по направляющим линиям, выделяют каналы радио- и проводниковой связи (воздушные, кабельные, волоконно-оптические линии связи, волноводные СВЧ тракты и т.п.).

Более существенна классификация каналов связи по диапазону используемых частот. Так, на современных симметричных кабельных линиях связи применяют сигналы, занимающие полосы частот в диапазоне, ограниченном сверху частотой в несколько сотен килогерц. Коаксиальные кабели, являющиеся основой сетей магистральной дальней связи, пропускают в настоящее время диапазон в несколько сотен мегагерц. На воздушных проводных линиях используют частоты не выше 150 Гц.

Радиосвязь осуществляется с помощью электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве. В настоящее время в радиосвязи применяют частоты от 3 кГц до 300 ГГц.

В настоящее время благодаря созданию и внедрению в практику квантовых генераторов (лазеров и мазеров) освоен и диапазон световых волн (оптический диапазон).

2. Прохождение сигналов через каналы с детерминированными характеристиками

Передача сигналов по реальным каналам связи всегда сопровождается изменениями этих сигналов, в результате чего принятые сигналы отличаются от переданных. С точки зрения передачи информации по каналу, важно подразделение преобразований сигнала на обратимые и необратимые. Обратимые преобразования не влекут за собой потери информации (искажения). При необратимых преобразованиях потери информации неизбежны (помехи).

Примером простейшего детерминированного обратимого преобразования входного сигнала X(t), которое не меняет свою форму, служит (1)

В данном случае выходной сигнал Y(t) отличается от входного лишь известным масштабом k, который легко компенсируется, и постоянной задержкой во времени

В реальных каналах связи преобразования сигналов имеют сложный характер и обычно приводят к отличию формы выходного сигнала от входного.

Как известно, линейная цепь с постоянными параметрами характеризуется своей импульсной характеристикойg(t) или её преобразованием Фурье - передаточной функцией k(j). Если, например, на вход цепи поступает центрированный процесс X(t), то процесс Y(t) на выходе определяется интегралом Дюамеля:

Функция корреляции центрированного выходного процесса Y(t):

где - ФК входного сигнала.

Величина - есть ФК импульсной характеристики. Из теории преобразования Фурье известно, чтопреобразование Фурье от свёртки двух функций равно произведению преобразований Фурье от этих функций. Получаем простое соотношение между спектральными плотностями стационарных процессов на входе и на выходе линейной цепи с постоянной передаточной функцией k (iw):

G_Y (f) = G_X (f)

Отсюда следует, что ФК и спектр процесса на выходе цепи полностью определяются или спектром процесса на входе и АЧХ цепи, т.е. не зависят ни от распределения вероятностей входного процесса, ни от фазо-частотной характеристики цепи.

Всё рассматриваемое относилось к линейным цепям. Рассмотрим вопрос прохождения сигналов через нелинейные цепи.

Вход и выход связаны некоторой нелинейной зависимостью, называемой характеристикой системы: . При нелинейных преобразованиях возникает изменение (трансформация) спектра входного воздействия. Так, если на вход нелинейной системы воздействует смесь регулярного сигнала и аддитивного шумаX (t) = U(t) + N(t) в узкой полосе частот F_C , со средней частотой f₀, то в общем случае на выходе будут присутствовать составляющие комбинационных частот трёх видов, находящихся около частот nf₀ (n=0,1...), продукты биений составляющих входного сигнала между собой, продукты биений составляющих входного шума, продукты биений сигнала и шума. Разделить их на выходе системы обычно невозможно.

Если известны характеристика нелинейной системы и двумерная функция распределения входного воздействияw (x₁, x₂; t₁, t₂), то основные статистические характеристики выходного процесса, в принципе, всегда можно определить. Так, математическое ожидание отклика

, и его КФ