основные характеристики систем связи

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ЭЛЕМЕНТЫИ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

 

 

МОСКВА – 2017

1. ЗАДАНИЕ

- Изучить теоретическую часть

- Ответить на поставленные вопросы

2.Теоретическая часть

Структурная схема телекоммуникационной системы

Телекоммуникационная система — это совокупность технических устройств и среды распространения (линии связи), которые позволяют передать информацию, содержащуюся в сообщении, от отправителя к получателю.

Информация — это совокупность сведений об окружающих нас предметах и явлениях, которые являются для потребите­ля новыми и непредвиденными. Информация отображается в знаках и символах, которые называются сообщениями.

Сообщение — физическая форма представления инфор­мации. Сообщения могут быть звуковыми (речь, музыка), световыми (изображения неподвижных и подвижных объ­ектов), текстовыми (буквенно-цифровые сообщения). В си­стеме связи сообщения передаются с помощью сигналов.

Сигнал — это электрическое или электромагнитное коле­бание, однозначно связанное с сообщением и способное рас­пространяться по линии связи.

Сообщение следует сначала преобразовать в электрическую форму, т.е. в первичный низкочастотный (НЧ) электрический сиг­нал, обозначаемый как a(t), в некотором оконечном устройстве, которое называется терминалом (телефонный аппарат, компью­тер, факс, радио-/телевизионный приемник/передатчик). Напри­мер, звуки речи приводят к колебаниям мембраны в микрофоне телефонной трубки и преобразованию звуков в первичный элек­трический НЧ сигнал. С выхода терминала пользователя он по­ступает на вход передатчика, где подвергается определенной об­работке (кодирование, модуляция, усиление), в результате кото­рой он превращается в более сложный вторичный высокочастотный (ВЧ) сигнал, наиболее соответствующий по своим характери­стикам данной среде распространения. Этот ВЧ сигнал, обозначае­мый как S(t), передается по линии связи от передатчика к прием­нику. Благодаря близкому соответствию характеристик выходного ВЧ сигнала передатчика характеристикам среды распространения и наличию дополнительных устройств усиления обеспечивается воз­можность передачи сообщений на расстояния сотен и тысяч киломе­тров. В приемнике, на другом конце линии связи, осуществляется операция обратного преобразования вторичного ВЧ сигнала в пер­вичный электрический сигнал, который с помощью терминала по­лучателя превращается в копию исходного сообщения, поступающе­го к его получателю.

Структурная схема системы связи показана на рисунке 1.1.

Рассмотрим, из каких элементов она состоит и каково их назначение.

Источник сообщения — человек, компьютер, телевизионная трубка, музыкальный аппарат и другие устройства.

Передатчик — преобразует НЧ сообщение a(t) в ВЧ сигнал S(t). Основные элементы передатчика: кодер, модулятор, генера­тор несущего колебания и выходное устройство.

Кодер:

а) преобразует аналоговый (непрерывный) сигнал в цифровой;

б) осуществляет эффективное кодирование с целью увеличе­ния необходимой скорости передачи информации за счёт сокра­щения избыточности информации;

в) осуществляет помехоустойчивое кодирование, позволяю­щее повысить верность передачи информации за счёт добавле­ния некоторой служебной избыточности.

Генератор несущего колебания — генерирует ВЧ несущее колебание U_Hec(t) (переносчик информации), имеющее постоян­ные параметры (амплитуду, частоту, фазу).

Модулятор — преобразует НЧ сигнал в ВЧ сигнал, изменяя какой либо из параметров переносчика в соответствии с моду­лирующим сигналом, поступающим от кодера.

Выходное устройство — согласует параметры модулятора с параметрами линии связи, т.е. для обеспечения заданное каче­ство связи усиливает сигнал и ограничивает его спектр до по­лосы частот, отведённой системе связи.

Линия связи — совокупность технических устройств (ка­бель, двухпроводная линия, волновод, оптическая линия свя­зи) или среда (эфир, вода), используемая для передачи сигна­ла от передатчика к приёмнику.

 

Основные физические параметры сигналов и каналов

Сигналы

Сигнал характеризуется следующими параметрами.

Т_с — длительность сигнала, т.е. интервал времени, в тече­ние которого наблюдается сигнал.

f_c — ширина спектра сигнала. Это полоса частот, в ко­торой сосредоточена основная доля (~ 90%) энергии сигнала и которая достаточна для его качественного воспроизведения при обратном преобразовании в со­общение, т.е. обеспечения требуемых параметров, та­ких как разборчивость речи, четкость изображения и т.д.

d_c — динамический диапазон сигнала определяется как от ношение максимальной мгновенной мощности сигнала к минимальной допустимой мощности сигнала. Он со­ответственно равен:

D_с = 10 lg (P_c max / P_c min)_[дБ].

Примечание 1.

Проходя по направляющим средам или в открытом пространстве сигналы затухают. При увеличении длины линии связи затухание сигнала растет линей­но. Для оценки степени затухания используются ло­гарифмические единицы, т.к. некоторые наши орга­ны чувств, например, слух, имеют характеристи­ки восприятия, близкие к логарифмическим. Еди­ница измерения затухания [децибел (дБ)] названа в честь американского изобретателя А.Г. Белла, кото­рый в 1876 году изобрел телефон (лат. tele — далеко, phone -звук). Затухание сигнала по мощности на К дБ соответствует затуханию в N раз: К=10 IgN (дБ.)

 

N(РАЗ) [раз]
К [дБ]

Примечание 2.

Например, динамический диапазон телефонного сигна­ла не превышает 40дБ, факсимильного сигнала — 25дБ, телевизионного сигнала — 45дБ. Для двоичных сигна­лов (телеграфия, данные от компьютеров и др.), у кото­рых амплитуда импульсов (и, следовательно, мгновен­ная мощность) постоянна, понятие динамического диа­пазона отсутствует.

 

 

 

 

 

 

Различают два основных типа линий связи: проводные и бес­проводные (радиолинии). По проводным линиям электрические сигналы распространяются вдоль или внутри непрерывной на­правляющей среды: проводов, кабелей, световодов (оптических волокон). В радиолиниях физической средой распространения является свободное (естественное) пространство (космос, воз­дух, земля, вода и т.д.), в котором сообщения от источника к получателю (от передатчика к приемнику) переносятся с помо­щью электромагнитных волн.

В линии связи сигнал искажается из-за действия различного вида шумов и помех, поэтому на вход приемника поступает сиг­нал в общем случае отличающийся от переданного. Помехи мо­гут возникать как в передатчике/приемнике (из-за неидеально­сти преобразований в них), так и в самой линии связи (вслед­ствие неидеальиости условий распространении в ней сигнала), т.е. они распределены по различным сечениям системы. В тео­рии электрической связи при рассмотрении искажений переда­ваемого сигнала обычно используют модель одного источника помех, объединяющего все возможные источники.

Сигнал на входе приёмника можно записать как:

 

S*(t) = η(t) S (t) + ηξ(t),

 

где S(t) —сигнал на выходе передатчика; η (t) — мультипли­кативная помеха (от английского слова multiplication — умно­жение). Это переменный коэффициент передачи линии связи. Причинами могут быть: нелинейность тракта, многолучевое распространение радиоволн, замирания радиосигнала, перерывы в связи и т.д.; ξ(t) — аддитивная помеха (от английского слова addition — сложение). Примеры: тепловой шум, помехи от со­седних станций, помехи от различных технических устройств, атмосферные помехи и т.п.

Приемник — преобразует ВЧ сигнал S*(t) в НЧ сигнал a*(t). Приемник состоит из входного устройства, демодулятора и де­кодера.

Входное устройство — выделяет сигнал своего передатчи­ка, отфильтровывает (не пропускает) сигналы соседних по ча­стоте передатчиков и часть помех, усиливает сигнал. Другими словами, входное устройство согласует параметры линии связи с параметрами приемника.

Демодулятор (детектор) — преобразует ВЧ модулированный сиг­нал в НЧ сигнал, выделяя закон изменения информационного пара­метра (частоты, амплитуды, фазы). Сигнал на выходе демодулятора примерно соответствует тому, что было на входе модулятора.

 

 

V_c — объем сигнала дает общее представление о возможностях данного множества сигналов и определяется через произ­ведение длительности, ширины спектра и динамического диапазона сигнала:

 

V_c = Т_с · F_c · D_c

Чем больше объем сигнала, тем труднее передать его по ка­налу связи без заметных искажений.

Каналы

Непрерывный канал связи характеризуется следующими па­раметрами.

Tk — время передачи сигнала по каналу.

Fk — полоса пропускания канала.

Dk — динамический диапазон канала, т.е. отношение допу­стимой мощности передаваемого сигнала к суммарной мощности помех:

 

Dk = 10 lg (P_{доп .} ­_сигн/P_{∑ помех} ) [дБ]

Vk — объем канала:

V_k = T_k · F_k · D_k.

V_c < Vk — необходимое условие неискаженной передачи данного сигнала по данному каналу

основные характеристики систем связи

1. Своевременность передачи информации. Определяется задержкой сообщения. Зависит от протяженности и характера канала связи, сложности обработки сигнала в декодере, длины кодовой комбинации.

2. Скорость передачи информации по системе — это количе­ство информации, передаваемое по системе в единицу времени.
6

3. Максимальная скорость передачи определяет пропускную спо­собность системы связи. Ее оценивают количеством одновре­менно передаваемых, например, телефонных разговоров, теле­визионных передач и т.д.

4. Помехоустойчивость — это способность системы противо­стоять вредному действию помех. Характеризуется верностью передачи информации, т.е. степенью соответствия переданного сообщения оД«(0] — принятому а_j [ a (t)].

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определение телекоммуникационной системы?

2. Дайте определение информации?

3. Дайте определение сообщения?

4. Дайте определение сигнала?

5. Дайте определение источника сообщения?

6. Дайте определение передатчика?

7. Дайте определение кодера?

8. Дайте определение генератора несущего колебания?

9. Дайте определение модулятора?

10. Дайте определение выходного устройства?

11. Дайте определение линии связи?

12. Дайте определение приемника?

13. Дайте определение входного устройства?

14. Дайте определение демодулятора (детектора)?

15. Дайте определение декодера?

16. Дайте определение получателя сообщения?

17. Дайте определение канала связи?

18. Дайте определение непрерывного и дискретного каналов?

19. Дайте определение дуплексного и полудуплексного каналов?

20. Что такое длительность сигнала?

21. Что такое динамический диапазон сигнала?

22. Что такое объём сигнала?

23. Что такое время передачи по каналу?

24. Что такое полоса пропускания канала?

25. Что такое динамический диапазон сигнала?

26. Что такое своевременность передачи информации?

27. Что такое своевременность передачи информации?