Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Рудой В.М. - СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ.docx
Скачиваний:
189
Добавлен:
15.11.2018
Размер:
3.14 Mб
Скачать

Глава 1. Основные понятия и определения коммуникационных систем

    1. Сообщение, сигнал, канал, система связи

Под связью понимается передача информации от отправителя (источника) к получателю. В дальнейшем будем рассматри­вать только электросвязь, при которой передача информации осу­ществляется электрическими сигналами. Слово информация латинское и переводится как "сведения". Применительно к связи под информацией понимают те сведения, которые являются объектом передачи, переработки и хранения. Само понятие информации неот­делимо от понятия системы, например, управления или связи» При­менительно к таким системам информация есть не что иное, как но­вые сведения об объекте управления или связи, которые заключены в передаваемом сообщении. Сообщением называют совокупность сведений о состоянии некоторого материального объекта. Для передачи сообщения на рас­стояние необходимо применить какой-либо физический процесс, в изменений параметров которого было бы заключено сообщение. Пре­образованный к такому виду физический процесс называется сиг­налом, Таким образом, передача сообщений от отправителя (ис­точника) к получателю осуществляется с помощью сигналов, которые являются материальными переносчиками информации в системе связи-

В самом общем случае система связи - это часть системы управления, представляющая собой организационно-техниче­ское объединение сил и средств связи, предназначенная для обмена сообщениями между абонентами. Абонентом может быть человек, ав­томат, электронно-вычислительная машина и т.п., использующие око­нечные абонентские устройства типа телефонных и телеграфных аппа­ратов, дисплеев, передающих камер в телевидении и др.

Обобщенная структурная схема системы связи (системы переда­чи) показана на рис. 1.1. Здесь абоненты обозначены как источник и получатель сообщений.

рис.1.1

Процесс передачи сообщения от источника к получателю осу­ществляется следующим образом. Сообщение поступает от источника в передатчик, в котором осуществляется его преобразование в электрический сигнал, удоб-ный для передачи по линии связи. На другой стороне в приемнике производится обратное преобразование электрического сигнала в исходное сообщение. В идеальном слу­чае так оно и происходит. Однако, реально на передаваемый сиг­нал в линии связи, да и в самих передатчике и приемнике, дейст­вуют сторонние возмущения, которые его искажают. Все эти сторон­ние возмущения называется помехами. Их условно включают в источник помех.

В связи с действием помех на приемник поступит искаженный сигнал, который после обратного преобразования будет превращен в сообщение. Степень совпадения передаваемого и принятого сооб­щения будет определяться характером и интенсивностью помех в ка­нале связи.

Каналом связи (каналом передачи) называется совокупность технических средств и среды распространения, обеспе­чивающая при подключении абонентских оконечных устройств переда­чу сообщений от источника к получателю. Канал связи в зависимости от вида передаваемых сообщений может называться телефонным, те­леграфным, телевизионным и др. В его состав входит линия связи, которая и представляет собой среду распространения сигналов. Это может быть либо проводная линия (пара проводов, кабель, волновод), либо радиолиния. Радиолиния включает в себя средства радио­связи, а также область пространства, в котором распространяются радиоволны от передатчика к приемнику.

Системой связи (системой передачи) называется совокупность технических средств и среда распространения, обеспечивающая формирование каналов связи и передачу по ним различ­ного рода сообщений между абонентами.

Наиболее дорогостоящей частью системы связи является ли­ния связи, поэтому ее стараются использовать наилучшим образом. Это достигается либо увеличением скорости передачи, либо одно­временной передачей по линии нескольких независимых сообщений. В последнем случае система связи называется многоканальной. Такая система требует специальной каналообразующей аппаратуры для формирования, а затем разделения сигналов от­дельных сообщений на приемной стороне по некоторым отличитель­ным признакам (частотным, временным и др.).

Любая система связи характеризуется несколькими показате­лями, главными из которых является пропускная спо­собность, достоверность передачи и помехоустойчивость.

Пропускная способность характеризует максимальную ско­рость передачи информации, которая может быть достигнута при условии, что канал связи не вносит искажений и ошибок.

Достоверность передачи определяется степенью искажения сиг­нала, т.е. тем, насколько принятый сигнал соответствует передан­ному.

Помехоустойчивость характеризует способность системы связи противостоять вредному действию помех при передаче сообщений.

Рассмотрим первоначально обобщенные физические характери­стики сигналов, которые являются материальным носителем сообще­ний. Ранее уже отмечалось, что сообщение - это то, что подлежит передаче. В качестве сообщения может выступать речь, музыка, письменный текст, цифровые данные, телевизионное изобра­жение и т.п. Уже из этого перечня сообщений видно, что одни со­общения являются непрерывными (речь, музыка), а дру-гие - дискретными (текст, цифры). Источником и получателем сообщений могут быть человек, ав­томат, электронно-вычислительная машина и т.п. Для того, чтобы передать сообщение на расстояние, необходимо преобразовать его в некоторый физический процесс, параметры которого изменялись бы по закону передаваемого сообщения. Таким образом, сигнал есть процесс, отображающий сообщение в форме определенного электрического возмуще-ния. Это позволяет по принятому сигналу восстановить переданное сообщение.

Необходимо четко усвоить, что сигналом является не сам фи­зический процесс, а изменяющиеся его параметры, которые опреде­ляются характером самого сообщения. Рассмотрим, каким образом формируется непрерывные и дискретные сигналы.

В качестве непрерывного сообщения может выступать звуковое давление, яркость свечения и т.п., которые изменяют свои значе­ния на определенном интервале времени. Сообщения такого типа преобразуются в оконечных абонентских устройствах в электрический первичный сигнал. Так при формировании речевого сигнала в качестве электроакустического преобразователя исполь­зуется микрофон, который превращает звуковые колебания речи в низкочастотный непрерывный электрический сигнал (видеосигнал). На небольшие расстояния этот сигнал может передаваться непосредственно по линиям телефонной связи. Однако, если речевой сигнал необходимо передавать на значительные расстояния, то его необходимо преобразовать в высокочастотный сигнал (радиосиг­нал). В этом случае этот сигнал передается по кабелю или радио. Преобразование непрерывного сообщения A(t) в видеосигнал U(t), а затем в высокочастот-ный сигнал S(t), иллюстрируется рис.1.2,а.

рис.1.2

На приемной стороне производится обратное преобразование сигнала в сообщение, но теперь уже в качестве оконечного абонент­ского устройства используется телефон или громкоговоритель, прев­ращающий электрические колебания в звуковые,

При передаче дискретных сообщений, которые широко использу­ются в телеграфии и вычислительной технике, в качестве преобразующих оконечных абонентских устройств применяются телеграфный или фототелеграфный аппараты. Сигнал в данном случае представля­ет собой также дискретную последовательность элементов. Так, если сообщением является текст, состоящий из букв, то сигналы бу­дут представлять собой кодовые комбинации, соответствующие этим буквам. Подобно непрерывным сигналам дискретное сообщение может быть представлено как видео-, так и радиосигналом (рис.1.2,б).Об­ратное преобразование сигнала в сообщение осуществляется телеграфным аппаратом, который принятую комбинацию сигнала преобра­зует в отпечатанную на ленте букву.

Необходимо отметить, что не всегда дискретные сообщения пре­образуются в дискретные сигналы, а непрерывные сообщения - в не­прерывные сигналы. В зависимости от конкретных условий могут при­меняться любые варианты преобразования сообщений в сигналы.

Передаваемое сообщение лишь тогда несет информацию, когда отражает случайное событие. Поэтому и сигнал, отражающий сообще­ние, носит случайный характер. Сделанное замечание имеет сущест­венное значение в теории передачи сообщений. Дело в том, что в процессе передачи на сигнал действуют различного рода помехи, ко­торое также носят случайный характер. А раз так, то принятое со­общение не в полной мере будет соответствовать переданному. Сте­пень соответствия принятого сообщения переданному характеризует достоверность передачи. Понятно, что для ее повышения необходимо принимать специальные меры, по возможности исключающие действие помех. Для этого нужно четко знать, какие параметры сигнала являются основными и какой функцией можно описать информационный сигнал, который сам носит случайный характер. Вот почему в теории связи главенствующую роль играют теория случайных процессов и теория вероятностей, базирующиеся на современной высшей матема­тике.

Любой сигнал, представляющий собой изменяющуюся во времени величину, может быть описан некоторой функцией времени. Очень важно при описании сигнала выделить те его показатели, которые являются главными с точки зрения условий его передачи. В теории связи такими главными показателями сигнала приняты следующие его параметры:

- длительность сигнала Тс;

- динамический диапазон сигнала Дс;

- ширина спектра сигнала Fс.

Длительность сигнала Тс определяет интервал времени существования сигнала, а значит, и время занятости канала передачи системы связи.

Динамический диапазон Дс определяется отношением наибольшей мощности сигнала к наименьшей. Он измеряется логарифмической мерой и выражается в децибелах (дБ). Динамический диапазон речи диктора равен около 30 дБ, а оркестра - около 70 дБ.

Наименьшая мощность сигнала Pcmin выбирается такой, чтобы она не­сколько превышала мощность помех Pп. На практике широко использует­ся такой показатель, как отношение мощностей сигнала и помехи. Логарифм этого отношения называют превышением сигнала над помехой или кратко - отношением сигнал/помеха. Таким образом, динамический диапазон характеризует максимальную мощность сигнала, но не абсолютную, а отнесенную к мощности помехи, т.е. Дс = 10 lg (Pcmax / Pcmin), где Pcmin = Pп. Величина Дс измеряется в децибелах.

Ширина спектра сигнала Fс, характеризует скорость изменения сигнала на интервале его существования. Ширина спектра различных сигналов отличается весьма существенно. Некоторые сигналы имеют бесконечный спектр. На практике ширину спектра любого сигнала ограничивают полосой частот, в которой сосредоточена его основная энергия.

Этот факт является очень важным, поскольку полоса пропускания частот различных каналов связи существенно зависит от типа используемой аппаратуры и линий связи. Поэтому не всякий сигнал можно передавать по любому каналу связи. Следовательно, ограничение спектра сигнала технически выгодно.

Главным критерием при ограничении ширины спектра являются допустимые искажения сигнала. Покажем это на примере речевого сигнала. Из акустики известно, что спектр речи занимает полосу от нескольких десятков герц до 16 кГц. Основная же энергия этого сигнала распределена в пределах от 200-300 Гц до 3-4 кГц. При оп­ределении допустимых ограничений спектра речи в телефонии ставят два условия: во-первых, речь должна иметь высокую разборчивость; во-вторых, она должна быть естест-венной настолько, чтобы коррес­понденты могли узнавать друг друга по голосу. Эксперимент пока­зал что этим условиям удовлетворяет спектр речевого сигнала с полосой 300-3400 Гц. Типовой канал передачи с эффективно передаваемой полосой частот 300-3400 Гц называется каналом тональной частоты или каналом ТЧ. Этот канал является в системах связи основным.

Ширина спектра телеграфного сигнала зависит от скорости его передачи , которая оценивается количеством элементарных импульсов, передаваемых в 1 секунду. За единицу скорости передачи принят один Бод. Обычно при вычислении ширины спектра телеграфного сигнала пользуются соотношением Fс . Так, при типовой скорости передачи =100 Бод, ширина спектра телеграфного сигнала Fc = 150 Гц.

Таким образом, рассмотрение основных параметров сигналов Тс, Дс и Fс позволяет любой сигнал представить геометрически в виде объема сигнала Vc = Тc Дc Fc (рис. 1.3).

рис.1.3

Подобно сигналу, канал связи также можно описать тремя па­раметрами Тк, Дк, Fк и емкостью канала Vк = Тк Дк Fк. Однако эти параметры могут быть как постоянными, так и переменными. Отсюда различают каналы связи с постоянными и переменными параметрами. К каналам связи с пос-тоянными параметрами относятся проводные каналы передачи и некоторые каналы радиосвязи ультракоротковолнового диапазона. К каналам связи с переменными параметрами относятся практически все каналы радиосвязи. Это вызвано тем, что область свободного пространства, в котором распространяются электромагнитные волны, меняет свои показатели под действием внешних условий. Поэтому сигнал на выходе канала радиосвязи все время случайным образом изменяется по уровню в широких пределах. Отсюда следует, что ка­нал радиосвязи находится в более трудных условиях по отношению к каналу проводной связи и такой показатель, как достоверность передачи у канала радиосвязи хуже. [1]