§ 1.2 Характеристики сигналов связи

Как уже отмечалось выше, передаваемые сигналы однозначно связаны с передаваемыми сообщениями. Математическим описанием сигнала является некоторая функция времени s(t). Сигналы связи можно классифицировать по нескольким признакам.

В теории сообщений сигналы в первую очередь принято делить на детерминированные (регулярные) и случайные. Сигнал называется детерминированным, если он может быть описан известной функцией времени. Следовательно, под детерминированным понимается такой сигнал, который соответствует известному передаваемому сообщению и который можно точно предсказать заранее за сколь угодно большой промежуток времени. Детерминированные сигналы принято подразделять на периодические, почти периодические и непериодические.

В реальных условиях сигнал в месте приема заранее неизвестен и не может быть описан определенной функцией времени. Принимаемые сигналы имеют непредсказуемый, случайный характер вследствие нескольких причин. Во-первых, потому, что регулярный сигнал не может нести информации. Действительно, если бы о передаваемом сигнале было известно все, то его незачем было бы передавать. Обычно на приемной стороне известны лишь некоторые параметры сигнала. Во-вторых, сигналы имеют случайный характер вследствие различного рода помех как внешних (космических, атмосферных, индустриальных и др.), так и внутренних (шумы ламп, сопротивлений и т.д.). Принимаемый сигнал искажается также вследствие прохождения через линию связи, параметры которой часто являются случайной функцией времени.

Моделью сигнала связи является не одна функция времени s(t), а набор некоторых функций, представляющих собой случайный процесс. Каждый конкретный сигнал является одной из реализаций случайного процесса, которую можно описать детерминированной функцией времени. Часто ансамбль возможных сообщений (сигналов) получателю известен. Задача состоит в том, чтобы по принятой реализации смеси сигнала с помехами определить, какое сообщение из заданного ансамбля было передано.

Таким образом, передаваемый сигнал необходимо рассматривать как множество функций, являющихся реализациями случайного процесса. Статистические характеристики этого процесса полностью описывают свойства сигнала. Однако решение многих конкретных задач становится в этом случае затруднительным. Поэтому изучение сигналов и их прохождение через различные цепи целесообразно начинать с отдельных реализации как детерминированных функций.

Полное описание сигнала не всегда необходимо. Иногда для анализа бывает достаточно нескольких обобщенных характеристик, наиболее полно отражающих свойства сигнала. Одной из важнейших характеристик сигнала является его длительность Т, которая определяет необходимое время работы канала и просто связана с количеством сведений, передаваемых этим сигналом. Второй характеристикой является ширина спектра сигнала F, которая характеризует поведение сигнала на протяжении его длительности, скорость его изменения. В качестве третьей характеристики можно было бы ввести такую, которая определяла бы амплитуду сигнала на протяжении его существования, например, мощность. Однако мощность сигнала Рс сама по себе не определяет условия его передачи по реальным каналам связи с помехами. Поэтому сигнал принято характеризовать отношением мощностей сигнала и помехи:

которое называют превышением сигнала над помехой или отношением сигнал/шум.

Часто используется также характеристика сигнала, называемая динамическим диапазоном,

которая определяет интервал изменения уровней сигнала (например, громкости при передаче телефонных сообщения) и предъявляет соответствующее требования к линейности тракта. С этой стороны сигнал можно охарактеризовать так называемым пикфактором

представляющим собой отношение максимального значения сигнала к действующему. Чем больше пикфактор сигнала, тем хуже будут энергетические показатели радиотехнического устройства.

С точки зрения произведенных над сообщениями преобразований сигналы принято делить на видеосигналы (немодулированные) и радиосигналы (модулированные). Обычно спектр видеосигнал сосредоточен в низкочастотной области. При использовании модуляции видеосигнал называют модулирующим. Спектр радиосигнала сосредоточен около некоторой средней частоты в области высоких частот. Радиосигналы могут передаваться в виде электромагнитных волн.

В заключение параграфа коротко охарактеризуем сигналы, используемые при различных видах связи. На рис. 1.2 показан видеосигнал в виде непрерывной импульсной последовательности. Такой сигнал формируется при телеграфных видах работы с использованием пятизначного двоичного кода. Ширина полосы частот, используемая для передачи таких сигналов, зависит от скорости телеграфирования и равна, например, 150-200 Гц при использовании телеграфного аппарата СТ-35 и передаче 50 знаков в секунду. При передаче телефонных сообщений сигнал представляет собой непрерывную функцию времена, как это показано на рис. 1.2 б.

Вкоммерческой телефонии сигнал обычно передается в полосе частот от 300 Гц до 3400 Гц. В вещании для качественной передачи речи и музыки требуется полоса частот примерно от 40 Гц до 10 кГц. При передаче неподвижных изображений с помощью фототелеграфа сигнал имеет вид, показанный на рис. 1.З а.

Он представляет собой ступенчатую функцию. Число возможных уровней равно числу передаваемых томов и полутонов. Для передачи используют один или несколько стандартных телефонных каналов. При передаче подвижных изображений в телевидении с использованием 625 строк разложения требуется полоса частот от 50 Гц до 6 МГц. Сигнал при этом имеет сложную дискретно – непрерывную структуру. Модулированные сигналы имеют вид, показанный на рис.1.3 б (при амплитудной модуляции).