Занятие №3 «Сообщение, сигнал и канал связи»

Задание №2.

Тема: «Сообщение, сигнал и канал связи»

Выполнил студент группы 222-ЧС ____________________________

 

ЗАДАНИЕ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

 

Изучить тему занятия №3 «Сообщение, сигнал и канал связи». В рабочей тетраде письменно ответить на вопросы и выполнить задания. Сначала переписать вопрос (задание), затем написать слово ОТВЕТ: и ответь на вопрос или выполнить задание.

Вопросы и здания

1. Для чего предназначена электрическая связь?

2. Из каких операций состоит превращение сообщения в сигнал?

3. Что собой представляет преобразование и как оно происходит?

4. Какая комбинация называется кодовой?

5. Что собой представляет кодирование?

6. Какое сообщение называют дискретным?

7. Что собой представляет код?

8. Как образуется и что собой представляет двоичный, или бинарный, код?

9. В чем заключается не симметричные и симметричные коды?

10. В чем отличие неизбыточных кодов от избыточных?

11. Что такое модуляция и в чем состоит процесс модуляции?

12. Выполните таблицу следующей формы:

 

Виды модуляции

 

№ п.п.	Вид модуляции	Рисунок	Описание

 

13. Что такое демодуляция и в чем заключается (в чем состоит) процесс демодуляции?

14.Как измеряется сигнал?

15. Какие сигналы называют детерминированными, случайными, непрерыв­ными и дискретными?

16. Чем характеризуется уровень сигнала?

17. Какая связь называется многоканальной и с какой целью она применяется?

18. Какие методы разделения ка­налов применяют для передачи информации на расстояние и в системах связи?

19. В чем заключается сущность наиболее часто применяемого в системах связи метода ча­стотного разделения каналов?

Занятие №3 «Сообщение, сигнал и канал связи»

 

Электрическая связь предназначена для передачи на расстояние со­общений с помощью электрических сигналов. Превращение сообщения в сигнал состоит из трех операций: преобразования, кодирования и моду­ляции, которые могут быть независимыми или совмещенными.

Преобразование – это перевод неэлектрических величин, определяю­щих первоначальное сообщение, в электрический сигнал. Например, в те­лефонии переменное звуковое давление, соответствующее звукам речи, преобразуется с помощью микрофона в изменяющиеся электрические ко­лебания. В телевидении при передаче изображения узкий оптический луч сканирует по поверхности передаваемого изображения. В результате отра­жения сканирующего луча от поверхности свет попадает на фотоэлемент, где преобразуется в соответствующие колебания электрического тока. Как видно из рассмотренных примеров, микрофон и фотоэлемент являются преобразователями соответствующих переменных величин (звукового давления и светового потока) в электрическую величину (ток или напря­жение). Главным общим требованием к таким преобразователям является обеспечение пропорциональности между воздействием и откликом.

В телеграфии для передачи сообщения каждый его знак преобразуется в комбинацию токовых и бестоковых посылок или посылок тока разного направления. Такая комбинация называется кодовой.

Кодирование – это процесс замены передаваемого знака сообщения соответствующими кодовыми комбинациями. Правомерно сказать, что ко­дирование определяет математическую сторону процесса превращения со­общения в сигнал.

Сообщение, состоящее из отдельных элементов: символов, букв, цифр, называют дискретным. Следует помнить, что передача дискретного сооб­щения может быть сведена к передаче последовательности чисел. Так, при передаче некоторого слова по буквам передаются не сами буквы, а некото­рые символы, которые могут, например, рассматриваться как порядковые номера букв или вообще, как некоторые условно приписанные им числа. К этому и сводится любая телеграфная азбука, т. е. телеграфный код.

Код представляет собой набор комбинаций, составленных из различ­ных элементов. Под элементами кода понимаются различные элементарные сигналы, отличающиеся друг от друга. Например, в телеграфии передача сообщений осуществляется импульсами тока, которые в совокупности с па­узами образуют двоичный, или бинарный, код. Числа в двоичной системе счисления записываются при помощи двух цифр – 0 и 1.

Код Бодо, применяемый в телеграфии, состоит из пяти элементов и двух позиций. Все комбинации кода Бодо составлены из одинакового чис­ла элементов и имеют одинаковую длительность. Благодаря этому каждый элемент занимает вполне определенное положение во времени, находясь на определенном месте внутри комбинации.

Комбинации кода Бодо составляются пятью элементами каждая, с по­мощью которых можно передать 32 различных символа (2⁵ = 32). Ниже при­ведено несколько комбинаций кода Бодо, в которых используется двоичная система. Причем 1 означает посылку тока, а 0 – отсутствие тока, паузу.

Коды бывают несимметричные, в которых символы кодируются не­одинаковым количеством элементов (азбука Морзе), и симметричные – с одинаковым количеством элементов (код Бодо). В вычислительных сетях каждый символ кодируется восемью элементами (одним байтом).

Построение кода определяется числом элементов кода, а не физиче­скими различиями между ними (например, силой тока импульсов). При построении кода учитывают возможности канала связи, кодирующих устройств и соответствующих им средств обратного преобразования – де­кодирующих устройств.

По способу построения коды делятся на систематические и несистема­тические. Особенность построения систематических кодов заключается в том, что в них четко разделены часть кода, несущая основную информацию, и часть кода, служащая для обнаружения и исправления ошибок, которая представляет собой контрольную информацию.

Несистематические коды указанным свойством не обладают и стро­ятся с использованием различных методов комбинирования его элементов.

Коды бывают неизбыточные и избыточные. У неизбыточных кодов все возможные кодовые комбинации М используются для передачи смыс­ловой информации. При основании системы счисления К код может быть построен как отображение множества десятичных чисел от нуля до М – 1 с числом разрядов п в каждой кодовой комбинации. Например, для М – 4 двоичный неизбыточный код может быть получен как представление чисел 0, 1, 2, 3 двухэлементным двоичным кодом: 00, 01, 10, 11 соответственно.

Отличие неизбыточных кодов от избыточных состоит в том, что из-за отсутствия избыточности они не способны обнаруживать ошибку и поэтому не могут быть использованы для передачи информации по каналам с помехами. Введение избыточности в код обеспечивает повы­шение помехоустойчивости при передаче информации по реальным кана­лам связи, а также позволяет обнаруживать и корректировать (исправлять) ошибки.

В электросвязи переносчиком информации является энергия сиг­нала. Изменение определенного параметра сигнала в соответствии с пере­даваемым сообщением при передаче информации называется модуляцией. Используемые виды модуляции зависят от типа переносчика сигнала и подвергаемых изменению (модулируемых) его параметров.

В телефонной линии связи постоянно присутствует электрический сиг­нал (несущая частота) напряжением 60 В для России и 30 В за рубежом.

Процесс модуляции состоит в том, что изменения низкочастотного (НЧ) сигнала, преобразованного в электрический сигнал первоначального со­общения, вызывают изменения параметров сигнала несущей частоты. Электрический сигнал распространяется в виде синусоидальных колеба­ний несущей частоты передатчика. Параметрами такого сигнала являются амплитуда, частота и фаза. Изменяя каждый из перечисленных параметров, получают амплитудную (AM), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуля­ции. Таким образом, модуляция – это воздействие на некоторый параметр (изменение параметра) переносчика сигнала в соответствии с законом из­менения первоначального передаваемого сообщения. На рис. 3.1 показаны сообщения и существующие формы сигналов для амплитудной, частотной н фазовой модуляций.

Для передачи на значительные расстояния речевых сигналов, лежа­щих в низкочастотном (тональном) спектре частот (300-3 400 Гц), приме­няют те или иные виды модуляции.

При амплитудной модуляции гармонического колебания (рис. 3.1) воздействию подвергается амплитуда несущего (высокочастотного (ВЧ)) сигнала, изменяемая во времени в соответствии с изменением передавае­мого низкочастотного сигнала.

При частотной модуляции изменяется частота несущего сигнала в со­ответствии с изменением уровня передаваемого низкочастотного сигнала.

Фазовая модуляция характеризуется изменением фазы сигнала в соот­ветствии с передаваемым сообщением.

Рис. 3.1. Виды модуляции

 

Импульсная модуляция – процесс изменения параметров импульсной последовательности сигнала-переносчика. Различают амплитудно-, широтно-, фазово- и частотно-импульсную модуляции.

Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) – модуляция, при которой изменяется только амплитуда импульсов – переносчиков информации.

Сущность фазово-импульсной модуляции состоит в том, что при воз­действии модулирующего сигнала происходит смещение импульсов – пе­реносчиков во времени относительно их немодулированного положения на величину, пропорциональную мгновенному значению сигнала. Ширина импульсов при этом не изменяется.

Демодуляция – процесс выделения низкочастотного (модулирующего) сигнала из высокочастотного (в радиосвязи), т. е. процесс, обратный моду­ляции. Для непрерывной модуляции демодуляция принципиально равнозначна процессу детектирования, состоящего из двух частей: создания низкочастотного сигнала на основе модулированных высокочастотных ко­лебаний, отфильтровывания полезного низкочастотного сигнала от высо­кочастотных колебаний, для чего используются детекторы и фильтры.

Демодуляция частотно-модулированных колебаний состоит в том, что сначала эти колебания преобразуются в амплитудно-модулированные, а затем они детектируются.

Для определения наилучших условий передачи сигнала необходимо знать единицу его измерения. Сигнал, рассматриваемый как явление во времени, имеет начало и конец. Следовательно, одной из единиц измере­ния сигнала является его длительность Тс, которая непосредственно связа­на с количеством передаваемой информации. Чем больше длительность сигнала, тем на большее время занимается канал связи. Длительность сиг­нала определяет интервал времени, в пределах которого он передается.

По степени определенности сигналы бывают детерминированными и случайными. Детерминированными называют сигналы, значения которых в любые моменты времени являются известными величинами. Примерами детерминированных сигналов могут служить импульсы известной формы, величины и положения во времени. К таким сигналам относят синусои­дальные колебания с известной амплитудой, частотой и фазой.

Случайными (вероятностными) называют сигналы, значения которых в любые моменты времени случайны и представляют собой хаотические функции времени.

Детерминированные и случайные сигналы разделяются на непрерыв­ные и дискретные. Непрерывный сигнал имеет различные значения уровня на заданном отрезке времени. Дискретный сигнал задается конечным зна­чением уровня в определенный момент времени и определяется Длитель­ностью в фиксированные моменты времени.

Случайные параметры сигналов могут быть информативными и не­информативными. Информативные параметры переносят информацию от источника сообщений к получателю.

Важной характеристикой сигнала является его средняя мощность, ха­рактеризующая уровень сигнала. Однако мощность сигнала сама по себе не определяет свойства сигнала как переносчика сведений, так как нельзя пренебречь реальными условиями передачи сигналов, определяемыми наличием помех. В связи с этим уровень сигнала, дБ, целесообразно харак­теризовать не абсолютной мощностью, а отношением мощности сигнала к мощности помех.

Известно, что стоимость сооружений связи протяженностью в несколько десятков и сотен километров достаточно велика. Поэтому естественным является стремление к увеличению пропускной способности системы связи. И последние годы для этой цели используются системы передачи, обеспечи­вающие одновременную передачу по линии нескольких сообщений. При этом каждое сообщение передается по своему каналу связи. Сигналы сооб­щений всех каналов смешиваются на передающем пункте и поступают в ли­нию. На приемном пункте сигналы снова разделяются и преобразуются в независимые сообщения. Такая связь называется многоканальной.

Систему многоканальной связи можно представить следующей структурной схемой (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема системы многоканальной связи:

1₁–l _n – отправители; 2₁–2 _n – преобразователи; 3₁–3 _n – передатчики; 4 – линия связи; 5₁–5 _n – селекторы (разделители); 6₁–6 _n – приемники; 7₁–7 _n – преобразователи; 8₁–8 _n – получатели; 9 – помехи

 

Различные сообщения от одного или нескольких отправителей 1 преобразуются специальными устройствами (преобразователями 2) в электрические сигналы, которым придаются соответствующие признаки кодовым устройством, а затем с помощью передатчиков 3 в ли­нию связи 4.

Выделение нужного сигнала на приемном пункте из смеси сигналов, поступающих с линии, осуществляется с помощью операции разделения (селекции). На схеме (см. рис. 3.2) показано подключение к выходу линии связи разделителей (селекторов 5), за которыми включены приемники 6. Селекторы выполнены таким образом, что реагируют только на соответствующие признаки используемых сигналов и не реагируют на признаки других сообщений. В результате создаются раздельные каналы связи, испытующие общую линию связи.

Для передачи информации на расстояние применяют временной, ча­стотный, фазовый, цифровой и комбинированный методы разделения ка­налов. В системах связи в основном применяют временной, частотный, кодовый и комбинированный методы.

Сущность наиболее часто применяемого в системах связи метода ча­стотного разделения каналов заключается в том, что сигналы передаются различной частоты. А на приемном пункте в качестве селекторов приме­няются настроенные на эти частоты фильтры, пропускающие сигналы только определенной частоты.

В системах с временным разделением каналов для каждого источника сигналов периодически отводится отдельный отрезок времени длительно­стью Т. Физическое выделение временных участков (интервалов) произво­дится с помощью коммутаторов (переключателей). Перед передачей ин­формации посылают синхронизирующий сигнал, относительно которого ведется разделение работы каналов во времени.