ОПИСС / Лекции / ЛК 01 Общие понятия о передаче информации Уровни

Общие понятия о передаче информации

Основные определения: информация, связь, сообщение,сигнал.

Информация - сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах или предметах. Известно, что 80..90% информации человек получает через органы зрения и 10..20% - через органы слуха. Другие органы чувств дают в сумме 1..2% информации. Физиологические возможности человека не позволяют обеспечить передачу больших объемов информации на значительные расстояния.

Связь - техническая база, обеспечивающая передачу и прием информации между удаленными друг от друга людьми или устройствами. Аналогия между связью и информацией такая же, как у транспорта и перевозимого груза. Средства связи не нужны, если нет информации, как не нужны транспортные средства при отсутствии груза.

Сообщение - форма выражения (представления) информации, удобная для передачи на расстояние. Различают оптические (телеграмма, письмо, фотография) и звуковые (речь, музыка) сообщения. Документальные сообщения наносятся и хранятся на определенных носителях, чаще всего на бумаге. Сообщения, предназначенные для обработки на ЭВМ, принято называть данными.

Информационный параметр сообщения - параметр, в изменении которого "заложена" информация. Для звуковых сообщений информационным параметром является мгновенное значение звукового давления, для неподвижных изображений - коэффициент отражения, для подвижных - яркость свечения участков экрана.

По характеру изменения информационных параметров различают непрерывные и дискретные сообщения.

Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является информационным параметром сигнала.

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными. Информационный параметр непрерывного сигнала с течением времени может принимать любые мгновенные значения в определенных пределах. Непрерывный сигнал часто называют аналоговым. Дискретный сигнал характеризуется конечным числом значений информационного параметра. Часто этот параметр принимает всего два значения.

Рис.1. Виды сигналов: а - аналогового, б - дискретного

В дальнейшем будем рассматривать принципы и средства связи, основанные на использовании электрической энергии в качестве переносчиков сообщений, т.е. электрических сигналов. Выбор электрических сигналов для переноса сообщений на расстояние обусловлен их высокой скоростью распространения (около 300 км/мс).

Логарифмическая система измерения параметров передачи

Уровни передачи, уровни передачи по мощности, напряжению и току, относительные, абсолютные и измерительные урони, взаимосвязь между ними. Диаграмма уровней. Остаточное затухание канала.

Сигналы, используемые для передачи сообщений в системах электросвязи, представляют собой электрические напряжение или ток, изменяющиеся во времени. Характер изменений мгновенных значений напряжения или тока сигнала однозначно соответствует передаваемым сообщениям.

Значения напряжений (токов) сигналов и помех в различных точках каналов и трактов имеют величины от пиковольт (пикоампер) до десятков вольт (ампер) Мощности токов имеют величины от долей пиковатт до ватт, киловатт и даже мегаватт. Чтобы облегчить измерения и расчеты величин, значения которых изменяются в широком диапазоне и чтобы при сравнении результатов измерений или расчетов операции умножения и деления заменить соответственно сложением и вычитанием, вместо величин мощности, напряжения и тока, выраженных в ваттах, вольтах и амперах (или их долях), используют логарифмы отношения этих величин к одноименным величинам, принятым за отсчетные. Относительные величины, выраженные в логарифмической форме называют уровнями передачи. Уровни передачи, представляющие десятичные логарифмы отношения одноименных величин, называются децибелами (дБ), а уровни передачи, представляющие натуральные логарифмы отношения одноименных величин, называются неперами (Нп). В технике телекоммуникационных систем в основном принято пользоваться децибелами.

Уровни передачи по мощности, напряжению и току определяются следующими формулами соответственно:

р_м=10lg(Р_х/Р₀);

р_н=20lg(U_х/U₀); (1.11.3)

р_т=20lg(I_х/I₀);

В этих формулах Р_х, U_х, I_х—величины кажущейся мощности, напряжения или тока в рассматриваемой точке, а Р₀, U₀ и I₀ — величины, принятые за исходные при определении уровней передачи. Уровни называются абсолютными, если за исходное приняты следующие величины: кажущаяся мощность Р₀=1 мВт; дей­ствующее напряжение U₀==0,775 В; действующий ток I₀=1,29 мА.

В общем случае численные значения уровней передачи по мощности, напряжению и току не совладают. Однако между ними легко установить взаимозависимость, если известны сопротивления Z_х и Z₀, на которых выделяются мощности Р_х и Р₀. Действительно, р_м = 101g(P_х/P₀) = 10lg(U²_х/Z _х) (Z₀/U₀²) =201g (U_х/U₀)-101g(|Z_х|/|Z₀|), откуда

р_м=р_н-10lgZ_x/Z₀ (1.4)

. Аналогично получим

р_м=р_т+10lgZ_x/Z₀ (1.5)

Если абсолютные уровни определяются при сопротивлении Z=600 Ом, то р_м=р_н=р_т. Это объясняется выбором исходных величин: 0,775 В. 1,29 мА=1мВ А; 0,775 В/1,29 мА=600 Ом.

Уровни .передачи называются относительными, если величины Р₀ , U₀ , I₀ соответствуют значениям мощности, напряжения и тока в точке цепи, принятой за отсчетную (начало, вход цепи). Легко показать, что относительный уровень сигнала равен разности абсолютных уровней в данной точке цепи (р_х) и в точке, принятой за начало (р₀). Так, для уровня по мощности имеем р_м.отн =101g(P_х/P₀) =10lg (P_х/1 мВ А) - 10 lg (Р₀/1 мВ А) = р_мх-р_мо.

От логарифмических единиц (уровней в децибелах) легко перейти к абсолютным (мощности, напряжению, току) по очевидным формулам:

Р_х=Р₀10^0,1рм;

U_х=U₀10^0,05рн; (1.6)

I_х=I₀10^0,05рт;

При передаче сигналов по каналам связи имеют место потери энергии в пассивных четырехполюсниках или ее увеличение в активных четырехполюсниках. Чтобы охарактеризовать изменение энергии сигнала в различных четырехполюсниках, образующих каналы связи, вводится понятие рабочего затухания и рабочего усиления.

Рабочее затухание измеряется в децибелах и определяется по формуле

a_p=10lg(Р_г/Р₂)= 10lg(Р_вх/Р_вых) (1.7)

где Р_г—кажущаяся мощность, которую отдал бы источник сигнала согласованной с ним нагрузке, Р₂ — кажущаяся мощность, выделяющаяся в нагрузке четырехполюсника в реальных условиях включения. При таком определении учитывается возможная несогласованность на входе и выходе четырехполюсника. Рабочее усиление определяется выражением

S_p=10lg(Р₂/Р_г)= 10lg(Р_вых/Р_вх) (1.8)

здесь величины Р_г и Р₂ имеют тот же смысл, что в ф-ле (1.7).

Очень важным является понятие измерительного уровня. По определению МККТТ измерительным уровнем называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке системы (канала), если в начале этой системы (на входе канала) включен нормальный генератор. Нормальным называется генератор с ЭДС, равной 2775 мВ, и внутренним активным сопротивлением, равным 600 Ом. Частота тока нормального генератора может быть любой, однако, на практике, если нет специальной оговорки, частоту считают равной 800 Гц. Если .входное сопротивление канала активно и равно 600 Ом, то при подключении нормального гене­ратора на входе канала оказывается абсолютный нулевой уровень мощности, тока и напряжения.

При проектировании и эксплуатации систем связи необходимо знать величины уровней сигнала в различных точках тракта передачи. Чтобы охарактеризовать изменения энергии сигнала при его передаче, пользуются диаграммой уровней — графиком, показывающим распределение измерительных уровней вдоль тракта передачи.

Рис. 1.2. Диаграмма уровней

На рис. 1.2 показана диаграмма уровней канала передачи, состоящего из усилителя передачи УС_пер, трех участков линии связи /₁, /₂ и /₃, двух промежуточных усилителей Ус₁ и Ус₂ и усилителя приема Ус_пр. На диаграмме отмечены характерные точки тракта: точка 1—вход; точка 2—выход канала; точки 3 — выходы оконечного усилителя передающей станции и промежуточных усилителей; точки 4 — входы промежуточных и оконечно-приемного усилителей. Уровни в точках 3 определяются усилением усилителей; уровни в точках 4 зависят от затуханий участков линии. Минимально допустимый уровень в точках 4 определяется требуемым превышением сигнала над помехой (защищенностью):

А_з=10lg(Р_С/Р_п)=р_с-р_п;(1.9)

где Р_с и Р_п — мощности сигнала и помехи, а р_с и р_п — соответствующие уровни.

Соотношение между уровнями на входе и выходе канала определяется его остаточным затуханием, которое представляет собой рабочее затухание, определенное в условиях замыкания входа и выхода канала на активные сопротивления нагрузки, соответствующие номинальным значениям входного и выходного сопротивлений канала. Остаточное затухание равно разности между суммой всех рабочих затуханий, имеющихся в канале, и суммой всех рабочих усилений:

A_r= a_р.i- S_i (1.10)

Для того чтобы обеспечить нормальную работу системы связи величины мощностей, напряжений и токов сигналов и соответствующих уровней нормируют; нормируют также допустимые уровни помехи. При этом приходится считаться с тем, что вследствие наличия затуханий и усилений, уровни сигналов и помех в различных точках канала будут различными. Чтобы избавиться от неопределенности, все нормируемые величины относят к точке тракта передачи с нулевым измерительным уровнем (ТНОУ). Уровни по мощно­сти, отнесенные к точке с нулевым измерительным уровнем, обозначают через дБмО.

Возможно также использование натуральных логарифмов; при этом логарифмические единицы называются неперами (Нп); р_м= 1/2 In .P_х/P₀, р_н==1п U_x/U_y, I_т=1n I_х/I₀. Очевидно, при таких определениях 1 Нп =8,686 дБ, а 1 дБ=0,115 Нп. На практике применяются только децибелы.

И в заключение отметим, что приборы для измерения уровней передачи называются указателями уровней и представляют собой обычные вольтметры, измерительная шкала которых и входные регуляторы отградуированы в уровнях мощности и напряжения.

Вопросы для самоконтроля

1.Дайте определения таким понятием как связь, информация, сообщение, сигнал?

2.Что такое уровни по мощности , напряжению и току и как они связаны между собой?

3.Что такое относительный , абсолютный и измерительный уровни мощности, напряжения , тока и как они связаны между собой?

4.Что собой представляет прибор для измерения уровней передачи?

5.Почему в целях измерений не применяют уровни передачи по току?

6.Что такое диаграмма уровней? Как по ней определить защищенность?

7.Что такое рабочее усиление канала?

8.Что такое рабочее затухание канала?