1.2. Структура систем зв’язку

На рисунку 1.2.1 зображена структурна схема одноканальної системи зв’язку.

Джерело повідомлення та одержувач повідомлення – люди або різного роду пристрої (автомат, комп’ютер і т.ін.).

К одер джерела – виконує задачу зменшення надлишковості при передаванні повідомлення в канал зв’язку, а декодер джерела – відновлення прийнятого по каналу зв’язку повідомлення.

П

Рис. 1.2.1. Структурна схема одноканальної системи зв’язку

ДП – джерело повідомлення; КД – кодер джерела; КК – кодер каналу; ППС – пристрій перетворення сигналу; ДК – декодер каналу; ДД – декодер джерела; ОП – одержувач повідомлення; ДЗ – джерело завад

рисутність цих пристроїв у системі зв’язку пояснюється тим, що повідомленню, яке поступає від ДП, у ряді випадків притаманна надлишковість. Наприклад, це може бути обумовлене тим, що символи (де - повідомлення, яке передається) можуть бути статистично пов’язані (наприклад, сполучники, прийменники, розділові знаки). Такий зв’язок символів дозволяє частину повідомлення не передавати, відновлюючи його на приймальному кінці лінії за відомим статистичним зв’язком.

Ліквідація надлишковості призводить до того, що за задані проміжки часу передається більше повідомлень, і, як наслідок, більш ефективно використовується канал зв’язку.

Кодер каналу здійснює надлишкове кодування повідомлення з метою підвищення надійності передавання вірної інформації. На приймальному кінці декодер каналу виконує обернене перетворення (декодування), в результаті якого отримуємо комбінацію початкового коду. Часто кодер та декодер називають пристроєм захисту від помилок (ПЗП).

Пристрої перетворення сигналів – пристрої, які міститься на обох кінцях каналу зв’язку та використовуються для узгодження кодера та декодера каналу із середовищем каналу зв’язку. В окремих випадках з цією метою можуть застосовуватись модулятор та демодулятор.

При проходженні сигналу через реальний канал зв’язку сигнал спотворюється і тому на приймальному кінці повідомлення може відтворюватися з деякою помилкою. Причиною виникнення таких помилок можуть бути як спотворення, які вносить сам канал зв’язку, так і завади, що впливають на сигнал із зовнішнього середовища.

Завадою називають будь-який випадковий (іноді детермінований) вплив на сигнал, що погіршує правильність відтворення повідомлень, що передаються.

Завади досить різноманітні як за своїм походженням, так і за своїми фізичними властивостями.

Атмосферні завади зумовлені електричними процесами в атмосфері і насамперед грозовими розрядами. Енергія такого типу завад в основному сконцентрована в області довгих та середніх хвиль.

Індустріальні завади виникають внаслідок різких перепадів току в різного роду промисловому устаткуванні.

Розповсюджені також завади, що виникають внаслідок впливу сторонніх каналів зв’язку та радіостанцій.

У провідних системах зв’язку основним типом завад є імпульсні завади та припинення зв’язку. Поява імпульсних завад часто пов’язана з автоматичною комутацією і перехресними наводками. Припинення зв’язку є явищем, при якому сигнал в лінії різко загасає або зникає.

Практично в будь-якому діапазоні частот мають місце внутрішні шуми апаратури.

У діапазоні ультракоротких хвиль мають значення космічні завади, які пов’язані з електромагнітними процесами, що відбуваються на Сонці, зірках і т.д.

В оптичному діапазоні частот суттєве значення має квантовий шум, викликаний дискретною природою світла.

У реальному каналі зазвичай мають місце адитивні (які додаються до сигналу) і мультиплікативні (які множаться на сигнал) завади. Тому сигнал у присутності завад можна записати у вигляді:

. (1.2.1)

Серед адитивних завад різного походження виділяють зосереджені по спектру (вузькозонні) завади, зосередженні в часі (імпульсні) завади та так звані флуктуаційні завади, які не зосереджені ні по спектру, ні в часі.

У техніці зв’язку розрізняють синхронні та асинхронні цифрові канали.

У синхронних цифрових каналах – кожний одиничний елемент, що передається, вводиться в канал у строго визначені моменти часу. Ці канали призначені тільки для передавання ізохронних сигналів, тому вони названі кодозалежними, або непрозорими.

В асинхронних каналах передаваний сигнал може вводитися в канал у будь-який момент часу, тобто по такому каналу можна передавати будь-які сигнали – ізохронні й анізохронні. Тому такі канали отримали назву прозорих, або кодонезалежних.

Дискретний канал разом з кодером і декодером каналу називається розширеним.

Цифровий канал характеризується такими параметрами:

1. Швидкістю передавання інформації, яка виміряється в бітах на секунду (біт.с).

2. Швидкістю телеграфування В, яка виміряється в бодах. Це кількість одиничних символів, що передається за секунду. У техніці передавання даних замість швидкості телеграфування використовується термін швидкість модуляції.

3. Ефективною швидкістю передавання інформації, яка визначається із врахуванням того, що не всі елементи, що передаються в канал, несуть інформацію; не всі комбінації, що поступають на вхід каналу, видаються одержувачу (частина комбінацій може бути забракована).

4. Коефіцієнтом помилок за елементами, який виявляє правильність проходження одиничних елементів по каналу і визначається відношенням помилково прийнятих елементів до загальної кількості переданих за інтервал аналізу:

. (1.2.2)

5. Коефіцієнтом помилок за кодовими комбінаціями, який характеризує правильність проходження повідомлення по каналу зв’язку і визначається відношенням кількості помилково прийнятих кодових комбінацій до кількості переданих у заданому інтервалі часу.

6. Часом , впродовж якого по каналу можлива передавання інформації.

7. Динамічним діапазоном каналу , який визначається відношенням допустимої потужності передаваного сигналу до потужності завад, які неминуче присутні в сигналі. виражається в децибелах.

8. Узагальненою характеристикою каналу, яка є його ємністю (об’ємом) та визначається виразом:

. (1.2.3)

При цьому необхідною умовою передавання по каналу неспотвореної інформації з об’ємом сигналу очевидно повинна бути умова:

. (1.2.4)

Перетворення первинного сигналу у високочастотний сигнал зазвичай переслідує мету узгодження сигналу з характеристиками каналу. У простішому випадку сигнал повинен бути узгоджений із каналом по всіх трьох параметрах:

. (1.2.5)

В цьому випадку об’єм сигналу повністю “вписується” в об’єм каналу. Проте нерівність (1.2.4) може виконуватися і тоді, коли одна або дві з нерівностей (1.2.5) не виконуються. Це означає, що в процесі передавання можна проводити “обмін” їх тривалості на ширину спектра або на величину динамічного діапазону і т.д. Наприклад, якщо записаний на плівку телефонний сигнал, який має ширину спектра 3 кГц, необхідно передати через канал, що має смугу пропускання 300 Гц, то це можна зробити, передаючи сигнал з швидкістю в 10 разів меншою, ніж швидкість, з якою він був записаний. При цьому всі частоти початкового сигналу зменшаться в 10 разів і в стільки ж разів збільшиться час його передаванні. Аналогічно, сигнал можна передати швидше, якщо смуга пропускання каналу ширша, ніж ширина спектра сигналу.

У системі зв’язку, яка зображена на рисунку 1.1.1, передавання повідомлення відбувається лише в напрямку від джерела до одержувача. Такий режим зв’язку називається симплексним. Режим зв’язку, який забезпечує можливість одночасного передавання повідомлень в обох напрямках, має назву дуплексного. Можливий також і півдуплексний режим, коли обмін повідомленнями відбувається по черзі в обох напрямках.