Виды сообщений систем связи. Основные понятия и определения. виды связи. Общие сведения о системах связи

План:

1 Классификация электросвязи
2 Типы связи
3 Сигнал
4 Линия связи
5 Канал связи
6 Разделение (уплотнение) каналов
7 Сеть связи
8 Стандартизация

Введение

Электросвязь - способ передачи информации с помощью электромагнитных сигналов, например, по проводам, волоконно-оптическому кабелю или по радио.

Принцип электросвязи основан на преобразовании сигналов сообщения (звук, текст, оптическая информация) в первичные электрические сигналы. В свою очередь, первичные электрические сигналы при помощи передатчика преобразуются во вторичные электрические сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками линии связи . Далее посредством линии связи вторичные сигналы поступают на вход приёмника. В приемном устройстве вторичные сигналы обратно преобразуются в сигналы сообщения в виде звука, оптической или текстовой информации.

1. Классификация электросвязи

По виду передачи информации все современные системы электросвязи условно классифицируются на предназначенные для передачи звука, видео, текста.

В зависимости от среды передачи выделяют электрическую, оптическую и радиосвязь.

В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть квалифицированы на предназначенные для передачи информации индивидуального и массового характера. По временным параметрам виды электросвязи могут быть работающими в реальном времени либо осуществляющими отложенную доставку сообщений.

Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

2. Типы связи

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:

спутниковые
воздушные
наземные
подводные
подземные

В зависимости от того, подвижны источники/получатели информации или нет, различают стационарную (фиксированную ) и подвижную связь (мобильную, связь с подвижными объектами - СПО).

По типу передаваемого сигнала различают аналоговую и цифровую связь. Аналоговая связь - это передача непрерывного сигнала (например, звука или речи). Цифровая связь - это передача информации в дискретной форме (цифровом виде). Цифровой сигнал по своей физической природе является «аналоговым», но этот аналоговый сигнал (импульсный и дискретный) наделяется свойствами числа, в результате чего для его обработки становится возможным использование численных методов.

Дискретные сообщения могут передаваться аналоговыми каналами и наоборот. В настоящее время цифровая связь вытесняет аналоговую (происходит оцифровка), поскольку аналоговые сигналы перед отправкой могут быть преобразованы в дискретные и после приема восстановлены без существенных потерь. Условия, обеспечивающие возможность такого преобразования, задаются теоремой Котельникова.

3. Сигнал

Аналоговый сигнал - физическая величина, изменение (модуляция) которой в пространстве и во времени отображает передаваемое сообщение. Например, изменения напряжения (или тока, частоты, фазы и т. п.) отражают процесс речи. Сигнал имеет следующие измерения: высота H (динамический диапазон), «ширина» F (ширина спектра), длина T (длительность сигнала во времени).

Объёмом сигнала является произведение V = FHT. В процессе передачи сигнала могут происходить изменения измерений как с сохранением объёма, так и без. Это происходит вследствие следующих преобразований сигнала:

Ограничение - изъятие из передачи одной или нескольких частей сигнала без сохранения информации, которая содержалась в изъятых частях. Например, ограничение речевого канала диапазоном 300-3400 Гц (канал тональной частоты).
Трансформация - изменения одного или нескольких измерений за счёт изменения другого или других измерений с сохранением неизменного объёма (как у кубика пластилина). Например, уменьшить время передачи можно, увеличив ширину спектра сигнала или динамический диапазон, либо и то, и другое.
Компандирование - включает два процесса, от которых пошло название: компрессия (сжатие) и экспандирование (расширение). На передающей стороне происходит сжатие сигнала в одном или нескольких измерениях, на приёмной - восстановление. Например, «выкусывание» пауз в речи на передающей стороне и восстановление на приёмной.

4. Линия связи

Цепь связи - проводники/волокно, используемые для передачи одного сигнала. В радиосвязи то же понятие имеет название ствол . Различают кабельную цепь - цепь в кабеле и воздушную цепь - подвешена на опорах.

Линия связи (ЛС) в узком смысле - физическая среда, по которой передаются информационные сигналы аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. В широком смысле - совокупность физических цепей и (или) линейных трактов систем передачи, имеющих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распространения (ГОСТ 22348). Тракт - совокупность оборудования и среды, формирующих специализированные каналы , имеющие определённые стандартные показатели: полоса частот, скорость передачи и т. п.

Линия содержит одну и более цепь связи (ствол). Сигнал, действующий в линии, называется линейным .

Различают два основных типа ЛС:

линии в атмосфере (радиолинии, РЛ);
направляющие линии передачи (линии связи).

5. Канал связи

Для обеспечения эффективного использования цепей связи на них с помощью каналообразующего оборудования (КОО) организуются каналы связи . В некоторых случаях линия, цепь связи и канал связи совпадают (одна линия, одна цепь и один канал), в некоторых канал состоит из нескольких линий/цепей (как последовательно, так и параллельно). Каналы могут вкладываться друг в друга (групповой канал). Сигнал, «содержащий» несколько индивидуальных каналов, называется групповым сигналом . Каналы можно разделить на непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые).

Каналы связи по направлению передачи подразделяются на:

симплексные - то есть допускающие передачу данных только в одном направлении, пример - радиотрансляция, телевидение;
полудуплексные поочерёдно , пример - рации;
дуплексные - то есть допускающие передачу данных в обоих направлениях одновременно , пример - телефон.

6. Разделение (уплотнение) каналов

и Модуляция.

Создание нескольких каналов на одной линии связи обеспечивается с помощью разнесения их по частоте, времени, кодам, адресу, длине волны.

частотное разделение каналов (ЧРК, FDM) - разделение каналов по частоте. Каждому каналу выделяется определённый диапазон частот.
временное разделение каналов (ВРК, TDM) - разделение каналов во времени. Каждому каналу выделяется квант времени (таймслот).
кодовое разделение каналов (КРК, CDMA) - разделение каналов по кодам. Каждый канал имеет свой код, наложение которого на групповой сигнал позволяет выделить информацию конкретного канала.
спектральное разделение каналов (СРК, WDM) - разделение каналов по длине волны.

Возможно комбинировать методы, например ЧРК+ВРК и т. п.

7. Сеть связи

Сеть передачи данных

Сеть (система) электросвязи - совокупность оконечных устройств, линий связи и узлов связи, функционирующих под единым управлением. Например: компьютерная сеть, телефонная сеть.

В общем виде система связи состоит из:

оконечного оборудования (ОО, терминальное устройство, оконечное устройство) источника и получателя сообщения, и
устройств преобразования сигнала (УПС) с обоих концов линии.

Оконечное оборудование обеспечивает первичную обработку сообщения и сигнала, преобразование сообщений из вида, в котором их предоставляет источник (речь, изображение и т. п.) в сигнал (на стороне источника, отправителя) и обратно (на стороне получателя), усиление и т. п.

Устройства преобразования сигнала могут обеспечивать защиту сигнала от искажений, формирование канала (каналов), согласование группового сигнала (сигнала нескольких каналов) с линией на стороне источника, восстановление группового сигнала из смеси полезного сигнала и помех, разделение его на индивидуальные каналы, обнаружение ошибок и коррекцию на стороне получателя. Для формирования группового сигнала и согласования с линией используется модуляция.

Линия связи может содержать такие устройства преобразования сигнала, как усилители и регенераторы . Усилитель просто усиливает сигнал вместе с помехами и передаёт дальше, используется в аналоговых системах передачи (АСП). Регенератор («переприёмник») - производит восстановление сигнала без помех и повторное формирование линейного сигнала, используется в цифровых системах передачи (ЦСП). Усилительные/регенерационные пункты бывают обслуживаемыми и необслуживаемыми (ОУП, НУП, ОРП и НРП соответственно).

В ЦСП оконечное оборудование называется ООД (оконечное оборудование данных, DTE), УПС - АКД (аппаратура окончания канала данных или оконечное оборудование линии связи, DCE). Например, в компьютерных сетях роль ООД выполняет компьютер, а АКД - модем.

8. Стандартизация

Стандарты в мире связи исключительно важны, так как оборудование связи должно уметь взаимодействовать друг с другом. Существует несколько международных организаций, публикующих стандарты связи. Среди них:

Международный союз электросвязи (англ. International Telecommunication Union , ITU) - одно из агентств ООН.
Институт инженеров электротехники и электроники (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers , IEEE).
Специальная комиссия интернет-разработок (англ. Internet Engineering Task Force , IETF).

Кроме того, нередко стандарты (как правило, де-факто) определяются лидерами индустрии телекоммуникационного оборудования.

Классификация систем электросвязи по назначению (видам передаваемых сообщений) и виду среды распространения сигналов

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Классификация систем электросвязи весьма разнообразна но в основном определяется видами передаваемых сообщений средой распространения сигналов электросвязи и способами распределения коммутации сообщений в сети рис.2 Классификация систем электросвязи по видам передаваемых сообщений и среды распространения По виду передаваемых сообщений различают следующие системы связи: телефонные передачи речи телеграфные передачи текста факсимильные передачи неподвижных изображений теле и звукового вещания передачи подвижных изображений и...

Классификация систем электросвязи по назначению (видам передаваемых сообщений) и виду среды распространения сигналов.

Классификация систем электросвязи весьма разнообразна, но в основном определяется видами передаваемых сообщений, средой распространения сигналов электросвязи и способами распределения (коммутации) сообщений в сети (рис. 1.2.2).

Рисунок 1.2.2 Классификация систем электросвязи по видам

передаваемых сообщений и среды распространения

По виду передаваемых сообщений различают следующие системы связи: телефонные (передачи речи), телеграфные (передачи текста), факсимильные (передачи неподвижных изображений), теле и звукового вещания (передачи подвижных изображений и звука), телеизмерения, телеуправления и передачи данных.

По назначению телефонные и телевизионные системы делятся на вещательные, отличающиеся высокой степенью художественности воспроизведения сообщений, и профессиональные, имеющие специальное применение (служебная связь, промышленное телевидение и т.п.). В системе телеизмерения измеряемая физическая величина (температура, давление, скорость и т.п.) с помощью датчиков преобразуется в первичный электрический сигнал, поступающий в передатчик. На приёмном конце переданную физическую величину или её изменения выделяют из сигнала и наблюдают или регистрируют с помощью записывающих приборов. В системе телеуправления осуществляется передача команд для автоматического выполнения определённых действий.

Системы передачи данных , обеспечивающие обмен информацией между вычислительными средствами и объектами автоматизированных систем управления, отличаются от телеграфных более высокими скоростями и верностью передачи информации.

В зависимости от среды распространения сигналов различают системы (линии) проводной связи (воздушные, кабельные, волоконно-оптические и др.) и радиосвязи. Кабельные системы связи являются основой магистральных сетей дальней связи, по ним осуществляется передача сигналов в диапазоне частот от десятков кГц до сотен МГц. Весьма перспективными являются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Они позволяют в диапазоне от 600 до 900 ГГц (0,5...0,3 мкм) обеспечить очень большую пропускную способность (сотни телевизионных или сотни тысяч телефонных каналов). Наряду с проводными линиями связи широко используются радиолинии различных диапазонов (от сотен кГц до десятков ГГц). Эти линии более экономичны и незаменимы для связи с подвижными объектами. Наибольшее распространение для многоканальной радиосвязи получили радиорелейные линии (РРЛ) метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов на частотах от 60 МГц до 40 ГГц. Разновидностью РРЛ являются тропосферные линии с использованием отражений от неоднородностей тропосферы. Всё большее применение находят спутниковые линии связи (СЛС) РРЛ с ретранслятором на ИСЗ. Для этих линий (систем) связи отведены диапазоны частот от 4 до 6 и от 11 до 27,5 ГГц. Большая дальность при одном ретрансляторе на спутнике, гибкость и возможность организации глобальной связи важные преимущества СЛС.

Диапазоны частот электромагнитных колебаний, используемые в системах радиосвязи, представлены в табл. 1.2.1.

Таблица 1.2.1 Диапазон частот электромагнитных колебаний,

используемых в системах радиосвязи

Системы связи могут работать в одном из трёх режимов:

Симплексном передача сообщений осуществляется в одном направлении от источника к получателю;

Дуплексном обеспечивается возможность одновременной передачи сообщений в прямом и обратном направлении;

Полудуплексном обмен сообщений осуществляется поочередно.

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
51285.		Изучение явления интерференции света с помощью бипризмы Френеля	82 KB
	Цель работы: Изучение поляризованного света явлений вращения плоскости поляризации в оптически активных растворах и магнитных полях определение постоянной вращения постоянной Верде и концентрация оптически активных растворов. Приборы и принадлежности: круговые поляриметры трубки с оптически активными соленоид выпрямитель миллиметровка Определение постоянной вращения сахарных растворов.5 По формуле вычислим концентрацию: Вывод: в ходе работы изучили: излучение поляризованного света явление вращения плоскости поляризации в...
51286.		исследование дисперсии стеклянной призмы	74 KB
	Цель работы: Наблюдение линейных спектров испускания определение показателя преломления оптического стекла для различных длин волн и построение кривой дисперсии этого стекла определение дисперсионных характеристик призмы. Определение зависимости Преломляющий угол...
51287.		Изучение явления интерференции света в тонких плёнках на примере колец Ньютона	131.5 KB
	Цель работы: изучение явления интерференции света определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона определение длины волны пропускания светофильтров
51289.			42.5 KB
	Цель работы: изучение методов получения когерентных источников света искусственным делением фронта световой волны бипризма Френеля; изучение явления интерференции света; определение длины волны источника света и расстояний между когерентными источниками света. Приборы и принадлежности: источник света светофильтры раздвижная щель бипризма Френеля микроскоп с отсчет ной шкалой оптические рейтеры.Определение длины волны источника света. Вывод: изучили методы получения когерентных источников света искусственным делением...
51290.		Иучение явления интерференции света с помощью бипризмы Френеля	52.5 KB
	Цель работы: Изучение методов получения когерентных источников света искусственным делением фронта световой волны бипризма Френеля; изучение явления интерференции света. Приборы и принадлежности: источник света светофильтры раздвижная...
51291.		Дифракция света в лазерных лучах	55 KB
	Газовый лазер непрерывного действия ЛГ-75 или ЛПМ-11, рейтер с дифракционными объектами (раздвижная щель, тонкая нить, две взаимно перпендикулярные нити), экран с отсчетными линейками.
51292.		Финансы и финансовая деятельность	178.88 KB
	Финансы - это экономические денежные отношения по формированию, распределению и использованию фондов денежных средств государства, его территориальных подразделений, а также предприятий, организаций и учреждений, необходимых для обеспечения расширенного воспроизводства и социальных нужд, в процессе осуществления которых происходит распределение и перераспределение общественного продукта и контроль за удовлетворением потребностей общества.

По виду передаваемых сообщений различают:

1) телеграфию (передача текста),

2) телефонию (передача речи),

3) фототелеграфию (передача неподвижных изображений),

4) телевидение (передача подвижных изображений),

5) телеметрию (передача результатов измерений),

6) телеуправление (передача управляющих команд),

7) передачу данных (в вычислительных системах и АСУ).

По диапазону частот – в соответствии с декадным делением диапазонов электромагнитных волн от мириаметровых (3÷30) кГц до децимиллиметровых (300÷3000) ГГц.

По назначению – вещательные (высококачественная передача речи, музыки, видео от малого числа источников сообщений большому количеству их получателей) и профессиональные (связные), в которых число источников и получателей сообщений одного порядка.

Различают следующие режимы работы СС:

1) симплексный (передача сигналов в одном направлении),

2) дуплексный (одновременная передача сигналов в прямом и обратном направлениях),

3) полудуплексный (поочередная передача сигналов в прямом и обратном направлениях).

Каналом связи называется комплекс радиотехнических устройств, при помощи которых передается и принимается информация, плюс среда между ними. В зависимости от вида сигналов на входе и выходе различают каналы: непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные; непрерывно-дискретные.

Каналы связи можно характеризовать по аналогии с сигналами следующими тремя параметрами:

– временем доступа Тк,

– шириной полосы пропускания ΔFк,

– динамическим диапазоном [дБ],

где Pк.доп. – максимально допустимая мощность сигнала в канале,

Pш – мощность собственных шумов канала.

Обобщенным параметром канала является его емкость

Очевидным необходимым условием согласования сигнала и канала является выполнение неравенства Vc

Вы также можете найти интересующую информацию в научном поисковике Otvety.Online. Воспользуйтесь формой поиска:

Еще по теме 1.3. Классификация систем связи:

Белоус И.А.. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ СВЯЗИ. Практикум, 2016
22.7. Пропускная способность каналов радиотехнической системы связи
22.1. Тактико-технические параметры радиотехнической системы связи
Исследование связи синусового узла с вегетативной нервной системой
22.4. Количество информации при приёме дискретных сигналов радиотехнической системы связи
Правовые системы и теоретические проблемы их классификации § 1. Правовая система общества: понятие, элементы, функции

А.П. Сальников

ТЕОРИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Конспект лекций

Часть 1

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

УДК 621.391.1

Сальников А.П. Теория электрической связи: Конспект лекций, часть 1/ СПбГУТ. –СПб., 2002. –93 с.: ил.

Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Теория электрической связи».

Содержит общие сведения о системах связи, описание моделей детерминированных сигналов. Рассмотрены преобразования сигналов в типовых функциональных узлах систем связи (модуляторах и детекторах разных видов, перемножителях и преобразователях частоты сигналов).

Приведены контрольные вопросы по всем разделам для самопроверки их усвоения и рекомендации по проведению сопутствующих экспериментальных исследований в виртуальной учебной лаборатории по курсу ТЭС.

Материал соответствует действующей учебной программе по курсу ТЭС.

Ответственный редактор М.Н. Чесноков

телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2002

Редактор И.И. Щенсняк

ЛР № от.02. Подписано к печати.02

Объем 8,125 уч.-изд. л. Тир. 200 экз. Зак.

РИО СПбГУТ. 191186, СПб., наб. р. Мойки, 61

Общие сведения о системах связи

Информация, сообщения, сигналы

Под информацией понимают совокупность каких-либо сведений о явлениях, объектах и т.п. Сообщения представляют собой материальную форму существования информации и могут иметь различную физическую природу. Сигналами в электрической связи служат процессы (функции времени) электрической природы, посредством которых осуществляется передача сообщений на расстояние. Общее и различное в этих основополагающих понятиях теории связи поясняется таблицей 1.1. В ней также указаны возможные преобразователи сообщений в сигналы, которые называют датчиками сигналов .

Таблица 1.1.

Текстовые сообщения представляют собой последовательности символов из некоторого конечного множества {a i } (языка) с известным объемом алфавита m . Преобразование такого рода сообщений в сигнал может осуществляться, например, клавиатурой ЭВМ путем поочередного кодирования отдельных символов сообщения k -разрядными комбинациями из 0 и 1, которым соответствуют два разных уровня напряжения.

Звуковые сообщения представляют собой изменения давления воздушной среды в заданной точке пространства во времени p (t ). С помощью микрофона они преобразуются в переменный электрический сигнал u (t ), который в определенном смысле является копией сообщения и отличается от него лишь физической размерностью.

Видеосообщения можно рассматривать как распределение яркости на поверхности объекта b (x,y ), неподвижное изображение которого требуется передать на расстояние (фототелеграф), или более сложный процесс b (x,y,t ) (черно-белое телевидение). Характерной особенностью при передаче видеосообщений является необходимость преобразования описывающих их многомерных функций в одномерный сигнал u (t ). Это достигается использованием в датчиках видеосигналов устройств развертки (УР) для поэлементного преобразования яркости отдельных точек объектов в уровень электрического сигнала с помощью фотоэлементов (ФЭ) или иных фотоэлектрических преобразователей.

Классификация сигналов

По относительной ширине спектра сигналы делят на низкочастотные (называемые также НЧ, видео, широкополосные сигналы) и высокочастотные (ВЧ, радио, узкополосные, полосовые сигналы).

Для НЧ сигналов ΔF /F ср> 1, где

ΔF = F max– F min– абсолютная ширина спектра сигнала,

F ср= (F max+ F min)/2 – средняя частота спектра сигнала,

F max– максимальная частота в спектре сигнала,

F min– минимальная частота в спектре сигнала.

Для ВЧ сигналов ΔF /F ср << 1.

Как правило, первичные сигналы на выходе датчиков являются низкочастотными. Полезно помнить диапазоны частот, в которых располагаются спектры типичных сигналов в системах связи и вещания:

1) телефонный – 300 ÷ 3400 Гц (стандартный канал тональной частоты),

2) радиовещательный – от 30–50 Гц до 6–15 кГц,

3) телевизионный – 0 ÷ 6 МГц (для вещательного стандарта разложения изображения, принятого в России).

По своей природе различают сигналы детерминированные и случайные. Детерминированные сигналы считаются известными в каждой точке временной оси. В отличие от них значения случайных (стохастических) сигналов в каждый момент времени являются случайной величиной с той или иной вероятностью. Очевидно, что детерминированные сигналы в силу своей полной определенности не могут нести никакой информации. Их удобно использовать в теории для анализа различных функциональных узлов (ФУ ), а на практике в качестве испытательных сигналов для измерения неизвестных параметров и характеристик отдельных звеньев трактов систем связи.

По форме сигналы можно разделить на четыре вида, приведенные в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

	Время t
непрерывное	дискретное
Значения u (t )	Непрерывные	u (t ) аналоговый 1 t	u (t ) t
Дискретные	u (t ) t	u (t ) цифровой 4 t

Сигнал (1 ), непрерывный по времени и состояниям, называют аналоговым . Сигнал (4 ), дискретный по времени и состояниям, – цифровым . Эти сигналы чаще всего используются в различных узлах систем связи. Соответственно различают аналоговые и цифровые ФУ по форме сигналов на их входах и выходах. Возможны преобразования аналогового сигнала в цифровой с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и, наоборот, – с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) . Условные графические обозначения (УГО) этих типовых ФУ приведены на рис. 1.1.

Сигналы можно рассматривать в качестве объектов транспортировки по каналам связи и характеризовать основными параметрами, такими как

- длительность сигнала Т с,

- ширина его спектра F c ,

- динамический диапазон , где

и – максимальная и минимальная

мгновенные мощности сигнала.

Пользуются также более общей характеристикой – объемом сигнала .На интуитивном уровне очевидно, чем больше объем сигнала, тем он информативнее, но тем и выше требования к качеству канала для его передачи.

Классификация систем связи

По виду передаваемых сообщений различают:

1) телеграфию (передача текста),

2) телефонию (передача речи),

3) фототелеграфию (передача неподвижных изображений),

4) телевидение (передача подвижных изображений),

5) телеметрию (передача результатов измерений),

6) телеуправление (передача управляющих команд),

7) передачу данных (в вычислительных системах и АСУ).

По диапазону частот – в соответствии с декадным делением диапазонов электромагнитных волн от мириаметровых (3÷30) кГц до децимиллиметровых (300÷3000) ГГц.

По назначению – вещательные (высококачественная передача речи, музыки, видео от малого числа источников сообщений большому количеству их получателей) и профессиональные (связные), в которых число источников и получателей сообщений одного порядка.

Различают следующие режимы работы СС:

1) симплексный (передача сигналов в одном направлении),

2) дуплексный (одновременная передача сигналов в прямом и обратном направлениях),

3) полудуплексный (поочередная передача сигналов в прямом и обратном направлениях).

Уточним уже использованный нами термин канал связи. Под ним принято понимать часть СС между точками А на передающей и Б на приемной сторонах. В зависимости от выбора этих точек, иначе говоря, по виду сигналов на входе и выходе различают каналы:

1) непрерывные ,

2) дискретные ,

3) дискретно-непрерывные ,

4) непрерывно-дискретные .

Каналы связи можно характеризовать по аналогии с сигналами следующими тремя параметрами:

– временем доступа ,

– шириной полосы пропускания ,

– динамическим диапазоном [дБ],

где – максимально допустимая мощность

сигнала в канале,

– мощность собственных шумов канала.

Обобщенным параметром канала является его емкость

Очевидным необходимым условием согласования сигнала и канала является выполнение неравенства V c < V к.

Менее очевидно то, что это условие является также достаточным и вовсе не обязательно добиваться аналогичного согласования по частным параметрам (длительности, спектру, динамическому диапазону), так как возможен «обмен» ширины спектра сигнала на его длительность или динамический диапазон.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения понятиям информация, сообщение сигнал. Какие между ними связи и различия?

2. Приведите примеры сообщений разной физической природы и соответствующих им датчиков сигналов.

3. Каким образом сообщения, описываемые многомерными функциями, преобразуются в сигналы? Приведите примеры.

4. Классифицируйте сигналы по особенностям их формы и спектра.

5. По какому признаку различают НЧ и ВЧ сигналы?

6. По какому критерию различают аналоговые и цифровые сигналы и ФУ?

7. Укажите основные параметры сигналов.

8. Нарисуйте структурные схемы систем связи для:

· передачи дискретных сообщений,

· передачи непрерывных сообщений,

· передачи непрерывных сообщения по цифровым каналам.

9. Укажите назначение следующих ФУ систем связи:

· кодера источника и кодера канала,

· модулятора,

· демодулятора,

· декодера канала и декодера источника.

10. Что общего и различного в задачах, решаемых демодуляторами СПДС и СПНС?

11. Какие системы связи Вам известны:

· по виду передаваемых сообщений,

· по диапазону используемых частот,

· по назначению,

· по режимам работы?

12. Дайте определение термину «канал связи». Какая классификация каналов связи Вам известна?

13. Укажите основные параметры каналов связи.

14. Сформулируйте условия согласования сигналов и каналов связи.

Для закрепления полученных в разделах 1.1 и 1.2. знаний полезно выполнить лабораторную работу № 14 «Знакомство с системами ПДС» (из перечня тем виртуальной учебной лаборатории) в полном объёме. Эта работа носит ознакомительный характер и позволяет наблюдать все основные процессы получения, преобразования и приёма сигналов в системах передачи дискретных сообщений (рис. 1.3). Следует обратить внимание на осциллограммы и спектрограммы сигналов на выходах типовых ФУ (кодера источника при выборе разных типов интерфейса, кодера канала при выборе разных помехоустойчивых кодов, модулятора при разных видах модуляции, демодулятора и декодера), входящих в системы ПДС, и сопоставить с ними свои представления, полученные в ходе изучения раздела.

Рекомендуется по результатам наблюдения сигналов в разных точках тракта СПДС провести их классификацию, определить их основные параметры, а также выделить в СПДС разные типы каналов (непрерывный, дискретный, дискретно-непрерывный и непрерывно-дискретный). Полезно также получение наглядного представления о функции каждого ФУ СПДС.

Для закрепления полученных сведений о различии НЧ и ВЧ сигналов и наполнения их практическим содержанием целесообразно провести исследования в рамках лабораторной работы № 4 «Модулированные сигналы». Выбирая в качестве первичных НЧ сигналы разных форм, обратите внимание не только на различие осциллограмм и спектрограмм первичных (НЧ) и модулированных (ВЧ) сигналов, но и на объединяющие их признаки при использовании разных видов модуляции (рис. 1.4).

При выполнении указанных работ не обязательно строго придерживаться имеющихся в них заданий. Используйте возможности ресурсов ВЛ для проведения исследований по своему усмотрению и желанию.

Пространств

Сигналы – это, прежде всего, процессы, т.е. функции времени x (t ), существующие на ограниченном интервале Т (в теории возможно Т → ∞). Их можно изобразить графически (рис. 2.1) и описывать упорядоченной последовательностью значений в отдельные моменты времени t k

(вектор строка).

Разные сигналы отличаются формой (набором значений x (t k )). Вместо сложной совокупности точек кривой x (t ) в простой области – двумерном пространстве можно ввести в рассмотрение более сложные пространства (пространства сигналов), в которых каждый сигнал изображается простейшим элементом – точкой (вектором).

В математике под пространством понимают множество объектов (любой физической природы), наделенных некоторым общим свойством. Свойства, которыми целесообразно наделять пространства сигналов, должны отражать наиболее существенные свойства реальных сигналов, такие как их длительность, энергия, мощность и т.п.

Метрические пространства

Первое свойство, которым мы наделим пространство сигналов, называют метрикой.

Метрическое пространство – это множество с подходящим образом определенным расстоянием между его элементами. Само это расстояние, как и способ его определения, называют метрикой и обозначают . Метрика должна представлять собой функционал, т.е. отображение любой пары элементов и множества на действительную ось, удовлетворяющее интуитивно понятным требованиям (аксиомам):

1) (равенство при ),

2) ,

3) (аксиома треугольника).

Следует отметить, что метрики можно задать разными способами и в результате для одних и тех же элементов получить разные пространства.

Примеры метрик:

1) ,

2) евклидова метрика,

3) евклидова метрика.

Линейные пространства

Усовершенствуем структуру пространства сигналов, наделив его простыми алгебраическими свойствами, присущими реальным сигналам, которые можно алгебраически складывать и умножать на числа.

Линейным пространствомL над полем F называют множество элементов , называемых векторами, для которых заданы две операции –сложение элементов (векторов) и умножение векторов на элементы из поля F (называемые скалярами ) . Не вдаваясь в математические детали, в дальнейшем, под полем скаляров будем понимать множества вещественных чисел R (случай действительного пространства L ) или комплексных чисел С (случай комплексного пространства L ). Эти операции должны удовлетворять системе аксиом линейного пространства.

1. Замкнутость операций сложения и умножения на скаляр:

2. Свойства сложения:

ассоциативность,

коммутативность.

3. Свойства умножения на скаляр:

Ассоциативность,

дистрибутивность суммы векторов,

дистрибутивность суммы скаляров.

4. существование нулевого вектора.

5. существование проти-

воположного вектора.

Вектор, образованный суммированием нескольких векторов со скалярными коэффициентами

называют линейной комбинацией (многообразием). Легко видеть, что множество всех линейных комбинаций векторов при разных a i (не затрагивая ) также образует линейное пространство, называемое линейной оболочкой для векторов .

Множество векторов называют линейно независимыми , если равенство

возможно лишь при всех a i = 0. Например, на плоскости любые два неколлинеарные вектора (не лежащие на одной прямой) являются линейно независимыми.

Система линейно независимых и ненулевых векторов образует в пространстве L базис , если

Этот единственный набор скаляров {a i }, соответствующий конкретному вектору , называют егокоординатами (проекциями ) по базису .

Благодаря введению базиса операции над векторами превращаются в операции над числами (координатами)

Если в линейном пространстве L можно отыскать n линейно независимых векторов, а любые n + 1 векторов зависимы, то n – размерность пространства L (dim L = n ).

Нормированные пространства

Следующий наш шаг в совершенствовании структуры пространства сигналов – объединение геометрических (характерных для метрических пространств) и алгебраических (для линейных пространств) свойств путем введения действительного числа, характеризующего «размер» элемента в пространстве. Такое число называют нормой вектора и обозначают .

В качестве нормы можно использовать любое отображение линейного пространства на действительную ось, удовлетворяющее следующим аксиомам:

3) .

Выводы

1. Математическим аппаратом спектрального анализа периодических сигналов являются ряды Фурье.

2. Спектры периодических сигналов дискретные (линейчатые), представляют собой совокупность амплитуд и фаз гармонических колебаний (составляющих) следующих по оси частот через интервалы Δf = f 1 = 1/T.

3. Ряд Фурье является частным случаем обобщенного ряда Фурье при использовании в качестве базиса

или .

Спектры Т-финитных сигналов

Т-финитными называют ограниченные по времени сигналы. По определению они не могут быть периодическими и, следовательно, к ним не применимо разложение в ряды Фурье.

Чтобы получить адекватное описание таких сигналов в частотной области используют следующий прием. На первом этапе от заданного сигнала x (t ), имеющего начало в точке t 1 и конец в точке t 2 переходят к сигналу x п (t ), являющемуся периодическим повторением x (t ) на бесконечной оси времени с периодом . Сигнал x п (t ) можно разложить в ряд Фурье

где .

Введём в рассмотрение текущую частоту и спектральную плотность амплитуд .

Тогда .

Исходный сигнал x (t ) можно получить из x п (t ) в результате предельного перехода Т® ¥ .

, , å ® ò , ,

Таким образом, для описания спектра финитного сигнала приходим к известному в математике интегральному преобразованию Фурье:

– прямое,

– обратное.

В данном случае (и в дальнейшем) комплексную функцию записали в виде , как это принято в научно-технической литературе.

Из полученных соотношений следует, что спектр Т-фи- нитного сигнала сплошной. Он представляет собой совокупность бесконечного числа спектральных составляющих с бесконечно малыми амплитудами , непрерывно следующих по оси часты. Вместо этих бесконечно малых амплитуд используют спектральную функцию (спектральную плотность амплитуд)

где – амплитудный спектр,

– фазовый спектр.

Выводы

1. Математическим аппаратом спектрального анализа Т-финитных сигналов является интегральное преобразование Фурье.

2. Спектры Т-финитных сигналов сплошные и описываются непрерывными функциями частоты в виде модуля спектральной плотности амплитуд (амплитудный спектр) и её аргумента (фазовый спектр).

Свойства преобразования Фурье

1. Прямое и обратное преобразование Фурье являются линейными операторами , следовательно, действует принцип суперпозиции. Если , то .

2. Прямое и обратное преобразование Фурье являются взаимно однозначными .

3. Свойство запаздывания .

Если , то

(в данном случае использованы подстановки: ).

4. Спектральная функция δ-функции .

Используя общее выражение спектральной функции и фильтрующее свойство δ-функции, получим

5. Спектральная функция комплексного гармонического сигнала .

(2.5)

Используя одно из определений δ-функции

и выполняя в нём взаимную замену t и w (или f ), получим

За последнее десятилетие уровень развития территориальных систем связи значительно определил любую другую область телекоммуникаций, ощутимо изменив стиль всей нашей жизни.

Средства связи - это комплект аппаратуры, обеспечивающий взаимное соединение и передачу информации между абонентами. Средства связи могут быть различны между собой. Виды связи в значительной степени зависят от того, как и где расположены элементы системы, которую они обслуживают.

Существуют системы, которые расположены на некоторой ограниченной территории (как правило, в одном помещении или нескольких помещениях, расположенных недалеко друг от друга), для обслуживания их используются локальные средства связи.Они создаются специально для каждого случая и выполняются так, чтобы технически обеспечить взаимодействие элементов системы. Существуют системы, элементы которой расположены на значительных расстояниях. К ним относятся все системы связи, традиционно используемые в быту и на производствах. В таких случаях применяются каналы связи, использующиеся на данной территории. Такие виды связи принято считать территориальными, предназначенными для определенных территорий, или глобальными - для межгосударственных контактов.

Современные территориальные системы связи можно разделить на следующие группы:

Телеграф;

Телефонная связь;

Радиосвязь различных видов;

Индивидуальные соединительные линии связи. Индивидуальные линии создаются специально для систем, используемых на данной территории или в каком-либо помещении, но технически они выполняются как разновидность одного из перечисленных каналов территориальной или локальной связи.

Для оценки возможностей передачи информации рассмотрим конкретно каждый из видов связи.

8.2. Локальная система связи

Данная система связи выполняется как сеть, которая соединяет между собой специально подготовленное оборудование. Такая система связи способна передавать непосредственно ту информацию, которая создается всей аппаратурой, сопряженной с ней. Простейшая сеть из двух компьютеров может быть организована путем прямого соединения между собой установленных в этих компьютерах адаптеров. Расстояние между компьютерами может достигать 300-800 м. Для объединения компьютеров в вычислительную сеть используют технологию "разветвленная звезда".

Для создания более сложной сети применяют пассивные и активные разветвители, которые соединяются между собой в различных сочетаниях.

Расстояние от пассивного разветвителя до компьютера или активного разветвителя - до 60 м. Если пассивные разветвители выполняют только функции разветвления соединений сети, то активные разветвители содержат усилители передаваемого сигнала. Расстояния от компьютера до активного разветвителя или от одного активного разветвителя до другого может достигать 600-800 м.

Всего в одной локальной сети может работать до 255 компьютеров. С учетом возможности последовательного соединения до 10 активных разветвителей протяженность такой цепочки может составлять до 6-8 км (рис. 50).

В тех случаях, когда используются территориальные виды связи, прямая передача сведений, создаваемых вычислительными системами, невозможна, так как такие системы связи по своим техническим характеристикам не способны передавать информацию с компьютера.

Для сопряжения компьютеров с такой сетью применяется следующая специальная аппаратура:

1. Модем - это устройство, позволяющее компьютеру выходить на связь с другим компьютером посредством телефонных линий, т. е. модем может модулировать и демодулировать передаваемое сообщение. При пользовании модемом возможен самый быстрый способ принять документальный материал с одного компьютера на другой без его распечатки. Пересылка файла по модему возможна в течение нескольких минут. При его распечатке пересылка его займет значительно больше времени.

2. Факс-модем - это устройство, позволяющее принимать факсимильные сообщения с выводом их на экран компьютера или с печатью на принтере и передавать документы, подготовленные на компьютере без их распечатки, а также использовать другие возможности телефаксов.

Рис. 50. Пример организации вычислительной сети