Сигналы передачи данных и телеграфии

Первичные сигналы телеграфии и передачи данных получаются на выходе телеграфных аппаратов или аппаратуры передачи дан­ных и представляют последовательность однополярных (рис. 5, а) или двухполярных (рис. 5, б) прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и длительности. При этом положительный импульс обычно соответствует передаваемому символу «1», а пропуск или отрицательный импульс - символу «0». Такие сигналы принято называть двоичными.

На рис. 5 приняты следующие обозначения: C(t) - первичный сиг­нал передачи данных и телеграфии; А_т- амплитуда импульсов -длительность импульсов. Кроме этих параметров импульсной по­следовательности, вводится понятие тактовой частоты, под кото­рой понимается отношение вида и которая численно равна скорости передачи в бодах (В). Отметим, что значение тактовой частоты F_T и скорости передачи В совпадают только в случае пере­дачи двоичных последовательностей. При переходе к многопозици­онным кодам такого совпадения нет.

Рис. 5. Сигналы передачи данных и телеграфии

Вероятность появления «1» и «О» для однополярной последова­тельности импульсов (иногда называемой обобщенным телеграф­ным сигналом) и импульсов положительной или отрицательной полярности, а также статистические связи между импульсами опре­деляются свойствами источника сообщения. Чаще эти вероятности равны 0,5, и импульсы последовательности принимаются статисти­чески независимыми.

Определим основные физические параметры первичных сигна­лов телеграфии и передачи данных.

Такая характеристика, как динамический диапазон, для сигналов передачи данных и телеграфии, как и для всех двоичных сигналов, не применяется, так как по самому определению для такого класса сигналов не имеет смысла.

Информационная емкость сигналов передачи данных и телегра­фии равна скорости передачи, т.е. .

Для определения полосы частот, необходимой для качественной пе­редачи сигналов телеграфии и передачи данных, воспользуемся поня­тием спектральной плотности амплитуд элементарного сигнала: прямоугольного импульса с амплитудой А_т и длительностью .

Спектральную плотность амплитуд такого импульса, иногда на­зываемого видеоимпульсом, получим, применив к нему прямое преобразование Фурье:

(12)

Из анализа (12) следует наличие нулей спектральной плотности амплитуд. Эти нули располагаются на частотах, где , т.е. при , и, следовательно, на частотах , т.е. нули спектральной плотности амплитуд одиночного прямоугольного импульса располагаются на гармониках тактовой частоты. При (12) принимает значение

т.е. начальное и одновременно наибольшее значение спектральной плотности импульса равно его площади . График спек­тральной плотности амплитуд видеоимпульса (одиночного прямо­угольного импульса - элементарной посылки) показан на рис. 6.

Рис. 6. Спектральная плотность амплитуд видеоимпульса

Из рассмотрения рис. 6 следует, что основная энергия (более 90 %) импульса находится в полосе частот от 0 до , т.е. в полосе частот главного «лепестка» его спектральной плотности амплитуд, а в полосе частот от 0 до - более 60 %.

Рис. 7. Телеграфный сигнал, соответствующий передача «точек»

Другим предельным видом сигнала передачи данных и телегра­фии является сигнал, соответствующей передачи «точек», т.е. периодической последовательности токовых «1» и бестоковых «0» посылок (см. рис. 7). Здесь, кроме уже принятых, введем новые обозначения: Т_и - период следования импульсов, а - час­тота следования импульсов; - скважность импульсов (для передачи «точек» скважность q = 2).

Периодический сигнал, может быть представлен рядом Фурье

(13)

Анализ формулы (13) показывает, что периодическая последо­вательность импульсов, в самом общем случае, содержит постоян­ную составляющую с амплитудой

(14)

и гармоники частоты следования импульсов F_u с амплитудами

(15)

число которых зависит от скважности периодической последова­тельности. Для случая передачи «точек» скважность q_u = 2 и фор­мула (13) приводится к виду:

(16)

Основная энергия периодической последовательности импуль­сов лежит в полосе частот от 0 до F_T = 2 F_u.

Следовательно, спектр сигналов передачи данных и телеграфии, в самом общем случае, содержит непрерывную составляющую, спектральная плотность амплитуд которой совпадает со спектральной плотностью одиночного импульса, и дискретную составляющую, соответствующую спектру амплитуд периодической последователь­ности импульсов типа «точек».

Следует, однако, иметь в виду, что при передаче двоичных сиг­налов в приемнике нет необходимости восстанавливать импульсы без искажений, т.е. строго сохранять их форму; для восстановления информации достаточно - зафиксировать только знак импульса при двухполярном сигнале либо наличие или отсутствие импульса для однополярного сигнала.

Если спектр сигнала ограничить фильтром нижних частот (ФНЧ), близким к идеальному, то уверенный прием сигналов возможен при частоте среза, равной 0,5F_T, т.е. можно считать, что эти сигналы занимают полосу частот от 0 до 0,5F_T. Однако в реальных условиях верхнюю граничную частоту спектра сигналов телеграфии и пере­дачи данных принимают равной F_T или даже 1,2 F_T. Это обусловлено тем, что при некоторых видах передачи информация заложена в изменениях длительности импульсов, а также мешающим дейст­вием помех.

Можно считать, если не оговорены специальные условия, сигналы передачи данных и телеграфии занимают полосу частот от 0 до Ft.

При передаче таких сигналов вероятность неправильно принято­го символа («1» или «О») или вероятность ошибки должна быть не хуже 10^-5. Это позволяет принять значение необходимой защищен­ности от помех не хуже А_з.тлг = 12 дБ.