Методы и модели анализа непрерывных каналов разрабатывают на основании изучения физических и статистических характеристик реальных каналов. Так как непрерывные каналы являются основной составной частью всех других каналов, результаты анализа непрерывных каналов широко используют для решения задач анализа и синтеза систем, сетей связи и других объектов информационной техники. Основными задачами анализа непрерывных каналов являются анализ линейных и нелинейных искажений сигналов в каналах и анализ влияния ттомех (в каналах.

4.1.1. Анализ искажений сигналов. Для анализа искажений сигналов в каналах необходимо располагать сведениями о характеристиках входных сигналов, структуре и параметрах операторов преобразования сигналов в канале и изучать характеристики выходных сигналов. Характеристики входных сигналов определяют как характеристики модулированных сигналов (см. § 3.2-3.6). Структуру и параметры операторов преобразования сигналов в канале определяют на основе построения математических моделей каналов (см. п. 4.1.3). Прохождение сигналов через каналы и характеристики выходных сигналов обычно изучают методами теории радиотехнических цепей и статистической радиотехники .

При строгом рассмотрении реальные непрерывные каналы являются нелинейными инерционными стохастическими системами . В них реакция на выходе не может предшествовать воздействию на входе, поэтому такие системы часто называют динамическими, Анализ таких систем представляет сложную задачу. Ее решение еще более усложняется, когда в роли входных воздействий выступают случайные модулированные сигналы. Для приближенного решения задач анализа искажений непрерывный канал, как уже отмечалось в § 1.3, удобно рассматривать как последовательное соединение линейной инерционной системы и нелинейной, но безынерционной системы. На рис. 4.1 показана структурная схема непрерывного канала без помех, где линейная-инерционная система представлена полосовым фильтром а нелинейная безынерционная система - нелинейным

преобразователем . В статистической радиотехнике показано, как анализируют прохождение случайных сигналов через такие системы.

Линейные искажения сигналов появляются в линейном инерционном четырехполюснике с постоянными параметрами из-за наличия в нем реактивных элементов. При линейных искажениях нарушаются существующие частотные и фазовые соотношения между отдельными составляющими сигнала и форма сигналов. Для отсутствия искажений необходимо, чтобы модуль коэффициента передачи и время запаздывания для всех составляющих были одинаковы. Нелинейными называют искажения сигналов, которые возникают в нелинейных безынерционных четырехполюсниках с постоянными параметрами из-за нелинейности характеристик активных элементов: ламп, транзисторов и др.

Рис. 4.1. Эквивалентная схема непрерывного канала без помех

Рис. 4.2. Эквивалентная схема непрерывного капала с помехами

В результате нелинейных искажений спектры сигналов расширяются, в них появляются дополнительные компоненты, растут уровни взаимных помех в каналах.

4.1.2. Помехи в непрерывных каналах. Для рассмотрения помех в непрерывных каналах выходной сигнал представляют в виде

где входной сигнал; соответственно мультипликативная и аддитивная помехи; задержка сигнала в канале. Структурная схема непрерывного канала с помехами показана на рис. 4.2.

Мультипликативные помехи обусловлены случайными изменениями коэффициента передачи канала из-за изменения характеристик среды, в которой распространяются сигналы, и коэффициентов усиления схем при изменении питающих напряжений, из-за замираний сигналов в результате интерференции и различного затухания сигналов при многолучевом распространении радиоволн . Сущность физических явлений, вызывающих мультипликативные помехи, подробно рассмотрена в . Мультипликативные помехи бывают «медленные», когда

и «быстрые», когда

где интервал корреляции случайного процесса интервал корреляции или длительность сигнала, если он рассматривается как детерминированный.

Если сигнал включает ряд спектральных компонент и интервал корреляции или длительность компоненты сигнала, то в зависимости от значения отношения различают общие и селективные мультипликативные помехи (замирания сигналов). Если

то мультипликативную помеху называют общей. Если это отношение различно для различных компонент, то помеху называют селективной. Если случайный сигнал может быть представлен в виде тригонометрического ряда Фурье (2.45), то в роли выступает период гармоники

Аддитивные помехи обусловлены флуктуационными явлениями, связанными с тепловыми процессами в проводах, резисторах, лампах, транзисторах и других элементах схем, наводками под действием атмосферных явлений (грозовые, разряды, космическое излучение, магнитные бури и т. п.) и индустриальных процессов (работа промышленных установок, линий электропередач, радиостанций, других линий связи и т. п.).

Аддитивные помехи делят на сосредоточенные и флуктуационные. Сосредоточенные аддитивные помехи отличаются сосредоточенностью энергии помехи и полосе частот (узкополосные помехи) или на отрезке времени (импульсные помехи). Узкогтолосные помехи в основном обусловлены действием посторонних источников сигналов - ширина спектра этих помех сравнима или значительно меньше ширины спектра полезных сигналов. Узкополосные помехи как помехи от соседних станций характерны для радиосвязи. Статистические свойства узкополосных помех носят такой же характер, как и у полезных сигналов. Борьба с узкополосными аддитивными помехами ведется методами повышения избирательности радиоприемных устройств и улучшения линейности характеристик усилителей (нелинейные преобразования помех приводят к расширению их спектра, что вызывает появление частотных компонент помехи в полосе прозрачности систем, отведенной для приема полезных сигналов).

Импульсные помехи - это случайные последовательности импульсов, создаваемые промышленными установками и атмосферными источниками сигналов. Эти помехи характеризуются широким энергетическим спектром. Ширина их спектра, как известно, обратно пропорциональна длительности импульсов. Энергия спектральных составляющих импульсных помех падает в области сверхнизких и сверхвысоких частот. Это является одной из причин все более широкого использования радиоволн метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов.

Понятие сосредоточенности энергии помехи относительно. Поэтому для определенности сосредоточенными аддитивными помехами следует считать те, для которых

где соответственно ширина спектра и длительность помехи; - ширина спектра и длительность сигнала. Первое соотношение в (4.4) определяет узкополосную помеху, второе - импульсную.

Флуктуационная аддитивная помеха характеризуется «размытостью» энергии спектра в широком диапазоне частот. Она обусловлена главным образом внутренними шумами элементов аппаратуры (тепловые шумы, дробовой эффект в электровакуумных приборах и т. п.). Средняя мощность теплового шума в полосе частот полезного сигнала определяется по формуле

спектральная плотность

где постоянная Болыцмана; абсолютная температура; при . Спектральная плотность помехи на положительных частотах Флуктуационную помеху из-за «внутренней» природы невозможно устранить, можно лишь учесть ее характеристики при синтезе такой оптимальной системы, в которой наличие флуктуационной помехи меньше всего сказывается на качестве передачи информации.

Математическими моделями сосредоточенных аддитивных помех являются узкополосные случайные сигналы и случайные последовательности импульсов. Математической моделью флуктуационной аддитивной помехи служит гауссовский белый шум (см. п. 2.4.4).

4.1.3. Модели непрерывных каналов. В настоящее время разработано большое количество моделей непрерывных каналов, различных по сложности математического описания, требуемым исходным данным и погрешностям описания реальных каналов. Наиболее распространены следующие модели: идеальный канал, гауссов канал, гауссов канал с неопределенной фазой, гауссов однолучевой канал с замираниями, гауссов многолучевой канал с замираниями и сосредоточенными аддитивными помехами. Для анализа реальных каналов в конкретных условиях обычно выбирают такую модель, которая приводит к не слишком трудоемким решениям задач и в то же время обладает погрешностями, допустимыми в инженерных расчетах.

Идеальный канал можно применять как модель реального непрерывного канала, если соблюдаются следующие условия: помехи любого вида отсутствуют, оператор преобразования сигналов в канале является детерминированным (см. рис. 4.1), мощность и полоса сигналов ограничены. Для анализа выходных

сигналов с помощью этой модели необходимо знать. характеристики входных сигналов и операторов Модель идеального канала слабо отражает реальные условия, ее применяют чаще всего для анализа линейных и нелинейных искажений модулированных сигналов в многоканальных системах проводной связи.

Гауссовский канал. Основные допущения при построении этой модели следующие: коэффициент передачи и время задержки сигналов в канале не зависят от времени и являются детерминированными величинами, известными в месте приема сигналов; в канале действует аддитивная флуктуационная помеха - гауссовский белый шум (гауссовский процесс).

Если на вход гауссового канала поступает узкополосный сигнал, то выходной сигнал можно представить в виде

где квадратурные составляющие входного сигнала; коэффициент передачи канала как функция времени; средняя частота входного сигнала; время задержки сигнала в канале; - гауссовский белый шум. Если на вход гауссова канала поступает широкополосный сигнал, для компоненты которого коэффициент передачи канала равен а фазовый сдвиг то выходной сигнал

где средняя частота компоненты; время задержки компоненты; число компонент. Из сравнения (4.7) и (4.8) следует, что входной сигнал может рассматриваться как узкополосный, если амплитудные и фазовые искажения отсутствуют, и Для анализа сигналов на выходе гауссовых каналов необходимо знать характеристики входных сигналов, значения а также спектр помехи

Гауссов канал применяют как модель реальных каналов проводной связи и однолучевых каналов без замираний или с медленными замираниями, когда можно надежно измерить Эта модель позволяет анализировать амплитудные и фазовые искажения сигналов и влияние флуктуационной помехи.

Гауссовский канал с неопределенной фазой сигнала. В этой модели время задержки сигнала в канале рассматривают как случайную величину, поэтому фаза в (4.7) также случайна. Для анализа выходных сигналов канала необходимо знать закон распределения времени задержки или фазы сигнала.

Введем в (4.7) следующие обозначения для квадратурных компонент:

Для реальных каналов измеряют следующие характеристики этих процессов: математические ожидания дисперсии корреляционные функции . В зависимости от измеренных значений характеристик, различают обобщенную гауссовскую модель, обобщенную релеевскую модель и релеевскую модель однолучевого канала с замираниями.

имеет вид (2.87).

В релеевской модели канала поэтому распределение величины (4.10) является распределением Релея (2.78), а распределение фазы равномерное (2.79). Следовательно, обобщенная гауссовская модель однолучевого канала с замираниями является наиболее общей, частными видами этой модели служат обобщенная релеевская модель и релеевская модель.

Рассмотренные модели однолучевого канала с замираниями достаточно хорошо описывают свойства радиоканалов различных диапазонов и проводных каналов со случайными, в том числе и переменными параметрами.

Гауссов многолучевой канал с замираниями. Эта модель описывает радиоканалы, распространение сигналов от передатчика к приемнику в которых происходит по различным «каналам» - путям. Длительности прохождения сигналов и коэффициенты передачи различных «каналов» являются неодинаковыми и случайными. Принимаемый сигнал образуется в результате интерференции сигналов, пришедших по различным путям. Он описывается соотношением (4.8), в котором квадратурные составляющие передаваемого сигнала, прошедшие по

Гауссовский многолучевой канал с замираниями и аддитивными сосредоточенными помехами. В этой модели наряду с флуктуационной помехой учитывают и различного вида сосредоточенные помехи. Она является наиболее общей и достаточно полно отражает свойства многих реальных каналов. Однако ее использование порождает сложность и трудоемкость решения задач анализа, а также необходимость сбора и обработки большого объема исходных статистических данных.

В дальнейшем для решения задач анализа непрерывных и дискретных каналов используются, как правило, модель гауссовского канала и модель гауссовского однолучевого канала с замираниями.

Каждый день люди сталкиваются с использованием электронных приборов. Без них невозможна современная жизнь. Ведь речь идет о телевизоре, радио, компьютере, телефоне, мультиварке и прочем. Раньше, еще несколько лет назад, никто не задумывался о том, какой сигнал используется в каждом работоспособном приборе. Сейчас же слова «аналоговый», «цифровой», «дискретный» уже давно на слуху. Некоторые виды сигналов из перечисленных являются качественными и надежными.

Цифровая передача стала использоваться намного позже, чем аналоговая. Это связано с тем, что такой сигнал намного проще обслуживать, да и техника на тот момент не была настолько усовершенствована.

С понятием «дискретность» сталкивается каждый человек постоянно. Если переводить это слово с латинского языка, то означать оно будет «прерывистость». Углубляясь далеко в науку, можно сказать, что дискретный сигнал представляет собой метод передачи информации, который подразумевает изменение во времени среды-переносчика. Последняя принимает любое значение из всех возможных. Сейчас дискретность уходит на второй план, после того, как было принято решение производить системы на чипе. Они являются целостными, а все компоненты тесно взаимодействуют друг с другом. В дискретности же все с точностью наоборот - каждая деталь завершена и связана с другими за счет специальных линий связи.

Сигнал

Сигнал представляет собой специальный код, который передается в пространство одной или несколькими системами. Эта формулировка является общей.

В сфере информации и связи сигналом назван специальный носитель каких-либо данных, который используется для передачи сообщений. Он может быть создан, но не принят, последнее условие не обязательно. Если же сигнал является сообщением, то его «ловля» считается необходимой.

Описываемый код задается математической функцией. Она характеризует все возможные изменения параметров. В радиотехнической теории эта модель считается базовой. В ней же аналогом сигнала был назван шум. Он представляет собой функцию времени, которая свободно взаимодействует с переданным кодом и искажает его.

В статье охарактеризованы виды сигналов: дискретный, аналоговый и цифровой. Также коротко дана основная теория по описываемой теме.

Виды сигналов

Существует несколько имеющихся сигналов. Рассмотрим, какие бывают виды.

1. По физической среде носителя данных разделяют электрический сигнал, оптический, акустический и электромагнитный. Имеется еще несколько видов, однако они малоизвестны.
2. По способу задания сигналы делятся на регулярные и нерегулярные. Первые представляют собой детерминированные методы передачи данных, которые задаются аналитической функцией. Случайные же формулируются за счет теории вероятности, а также они принимают любые значения в различные промежутки времени.
3. В зависимости от функций, которые описывают все параметры сигнала, методы передачи данных могут быть аналоговыми, дискретными, цифровыми (способ, который является квантованным по уровню). Они используются для обеспечения работы многих электрических приборов.

Теперь читателю известны все виды передачи сигналов. Разобраться в них не составит труда любому человеку, главное - немного подумать и вспомнить школьный курс физики.

Для чего обрабатывается сигнал?

Сигнал обрабатывается с целью передачи и получения информации, которая в нем зашифрована. Как только она будет извлечена, ее можно использовать различными способами. В отдельных ситуациях ее переформатируют.

Существует и другая причина обработки всех сигналов. Она заключается в небольшом сжатии частот (чтобы не повредить информацию). После этого ее форматируют и передают на медленных скоростях.

В аналоговом и цифровом сигналах используются особенные методы. В частности, фильтрация, свертка, корреляция. Они необходимы для восстановления сигнала, если он поврежден или имеет шум.

Создание и формирование

Зачастую для формирования сигналов необходим аналого-цифровой (АЦП) и Чаще всего они оба используются лишь в ситуации с применением DSP-технологий. В остальных случаях подойдет только использование ЦАП.

При создании физических аналоговых кодов с дальнейшим применением цифровых методов полагаются на полученную информацию, которая передается со специальных приборов.

Динамический диапазон

Вычисляется разностью большего и меньшего уровня громкости, которые выражены в децибелах. Он полностью зависит от произведения и особенностей исполнения. Речь идет как о музыкальных треках, так и об обычных диалогах между людьми. Если брать, например, диктора, который читает новости, то его динамический диапазон колеблется в районе 25-30 дБ. А во время чтения какого-либо произведения он может вырастать до 50 дБ.

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал является непрерывным во времени способом передачи данных. Недостатком его можно назвать присутствие шума, который иногда приводит к полной потере информации. Очень часто возникают такие ситуации, что невозможно определить, где в коде важные данные, а где обычные искажения.

Именно из-за этого цифровая обработка сигналов приобрела большую популярность и постепенно вытесняет аналоговую.

Цифровой сигнал

Цифровой сигнал является особым он описывается за счет дискретных функций. Его амплитуда может принять определенное значение из уже заданных. Если аналоговый сигнал способен поступать с огромным количеством шумов, то цифровой отфильтровывает большую часть полученных помех.

Помимо этого, такой вид передачи данных переносит информацию без лишней смысловой нагрузки. Через один физический канал может быть отправлено сразу несколько кодов.

Виды цифрового сигнала не существуют, так как он выделяется как отдельный и самостоятельный метод передачи данных. Он представляет собой двоичный поток. В наше время такой сигнал считается самым популярным. Это связано с простотой использования.

Применение цифрового сигнала

Чем же отличается цифровой электрический сигнал от других? Тем, что он способен совершать в ретрансляторе полную регенерацию. Когда в оборудование связи поступает сигнал, имеющий малейшие помехи, он сразу же меняет свою форму на цифровую. Это позволяет, например, телевышке снова сформировать сигнал, но уже без шумового эффекта.

В том случае, если код поступает уже с большими искажениями, то, к сожалению, восстановлению он не подлежит. Если брать в сравнении аналоговую связь, то в аналогичной ситуации ретранслятор может извлечь часть данных, затрачивая много энергии.

Обсуждая сотовую связь разных форматов, при сильном искажении на цифровой линии разговаривать практически невозможно, так как не слышны слова или целые фразы. Аналоговая связь в таком случае более действенна, ведь можно продолжать вести диалог.

Именно из-за подобных неполадок цифровой сигнал ретрансляторы формируют очень часто для того, чтобы сократить разрыв линии связи.

Дискретный сигнал

Сейчас каждый человек пользуется мобильным телефоном или какой-то «звонилкой» на своем компьютере. Одна из задач приборов или программного обеспечения - это передача сигнала, в данном случае голосового потока. Для переноса непрерывной волны необходим канал, который имел бы пропускную способность высшего уровня. Именно поэтому было предпринято решение использовать дискретный сигнал. Он создает не саму волну, а ее цифровой вид. Почему же? Потому что передача идет от техники (например, телефона или компьютера). В чем плюсы такого вида переноса информации? С его помощью уменьшается общее количество передаваемых данных, а также легче организуется пакетная отправка.

Понятие «дискретизация» уже давно стабильно используется в работе вычислительной техники. Благодаря такому сигналу передается не непрерывная информация, которая полностью закодирована специальными символами и буквами, а данные, собранные в особенные блоки. Они являются отдельными и законченными частицами. Такой метод кодировки уже давно отодвинулся на второй план, однако не исчез полностью. С помощью него можно легко передавать небольшие куски информации.

Сравнение цифрового и аналогового сигналов

Покупая технику, вряд ли кто-то думает о том, какие виды сигналов использованы в том или другом приборе, а об их среде и природе уж тем более. Но иногда все же приходится разбираться с понятиями.

Уже давно стало ясно, что аналоговые технологии теряют спрос, ведь их использование нерационально. Взамен приходит цифровая связь. Нужно понимать, о чем идет речь и от чего отказывается человечество.

Если говорить коротко, то аналоговый сигнал - способ передачи информации, который подразумевает описание данных непрерывными функциями времени. По сути, говоря конкретно, амплитуда колебаний может быть равна любому значению, находящемуся в определенных границах.

Цифровая обработка сигналов описывается дискретными функциями времени. Иначе говоря, амплитуда колебаний этого метода равна строго заданным значениям.

Переходя от теории к практике, надо сказать о том, что аналоговому сигналу характерны помехи. С цифровым же таких проблем нет, потому что он успешно их «сглаживает». За счет новых технологий такой метод передачи данных способен своими силами без вмешательства ученого восстановить всю исходную информацию.

Говоря о телевидении, можно уже с уверенностью сказать: аналоговая передача давно изжила себя. Большинство потребителей переходят на цифровой сигнал. Минус последнего заключается в том, что если аналоговую передачу способен принимать любой прибор, то более современный способ - только специальная техника. Хоть и спрос на устаревший метод уже давно упал, все же такие виды сигналов до сих пор не способны полностью уйти из повседневной жизни.

СОГЛАСОВАНИЕ СИГНАЛА С КАНАЛОМ

Скорость передачи измерительной информации определя­ет эффективность системы связи, входящей в измерительную систему.

Упрощенная схема измерительной системы показана на рис.175.

Обычно первичный измерительный преобразователь преоб­разует измеряемую величину в электрический сигнал X(t), который нужно передать по каналу связи. В зависимости от того, что представляет собой канал связи (электрический провод или кабель, световод, водная среда, воздушное или безвоздушное пространство) носителями измерительной ин­формации могут быть электрический ток, луч света, звуко­вые колебания, радиоволны и т.п. Выбор носителя является первым этапом согласования сигнала с каналом .

Обобщенными характеристиками канала связи являют­ся время Т к, в течение которого он предоставлен для пере­дачи измерительной информации, ширина полосы пропуска­ния F к и динамический диапазон Н к, под которым пони­мают отношение допустимой мощности в канале к мощнос­ти неизбежно присутствующих в канале помех, выраженное в децибелах. Произведение

называется емкостью канала.

Аналогичными обобщенными характеристиками сигнала являются время Т с, в течение которого происходит переда­ча измерительной информации, ширина спектра F c и динами­ческий диапазон Н c - выраженное в децибелах отношение наибольшей мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качест­ве передачи. Произведение

называется объемом сигнала.

Геометрическая интерпретация введенных представлений показана на рис. 176.

Условием согласования сигнала с каналом, обеспечиваю­щим передачу измерительной информации без потерь и иска­жений при наличии помех, служит выполнение неравенства

когда объем сигнала полностью "вписывается" в емкость ка­нала. Однако условие согласования сигнала с каналом может выполняться и тогда, когда некоторые (но не все) из послед­них неравенств не выполняются. В этом случае возникает необходимость так называемых обменных операций, при ко­торых происходит как бы "обмен" длительности сигнала на ширину его спектра, или ширины спектра на динамический диапазон сигнала и т.п.

Пример 82. Сигнал, имеющий ширину спектра 3 кГц, необходи­мо передать по каналу, полоса пропускания которого 300 Гц. Это можно сделать, записав его предварительно на магнитную ленту и вос­производя при передаче со скоростью в 10 раз меньшей скорости за­писи. При этом все частоты исходного сигнала уменьшатся в 10 раз, и во столько же раз увеличится время передачи. Принятый сигнал при этом также нужно будет записать на магнитную ленту. Воспроизводя его затем со скоростью, в 10 раз большей, можно будет воспроизвести исходный сигнал.

Аналогичным образом можно за короткое время передать дли­тельный сигнал, если полоса пропускания канала шире спектра сигнала.

В каналах с аддитивными некоррелированными помеха­ми

где Р c и Р п - соответственно мощности сигнала и помех. При передаче электрических сигналов отношение

можно рассматривать как число уровней квантования сигна­ла, обеспечивающих безошибочную передачу. Действительно при выбранном шаге квантования сигнал любого уровня из-за влияния помех не может быть принят за сигнал сосед­него уровня. Если теперь представить сигнал совокупностью мгновенных значений, взятых в соответствии с теоремой В.А. Котельникова через промежутки времени Dt= ,

то в каждый из этих моментов времени он будет соответ­ствовать одному из уровней, т.е. может иметь одно из п равновероятных значений, что соответствует энтропии

После регистрации приемным устройством одного из уровней в фиксированный момент времени энтропия (апостериорная) окажется равной 0, а квант информации (количество инфор­мации, переданной в дискретный момент времени)

Так как весь сигнал передается N = 2 F c T c квантами, то коли­чество содержащейся в нем информации

прямо пропорционально объему сигнала. Для передачи этой информации за время Т к необходимо обеспечить скорость передачи

Если сигнал с каналом согласованы и Т с = Т к; F c = F к,то

Это формула К. Шеннона для предельной пропускной способ­ности канала. Она устанавливает максимальную скорость безошибочной передачи информации . При Т c < T к скорость может быть меньшей, а при Т с > T к возможны ошибки.

Зависимость предельной пропускной способности канала от отношения сигнал/помеха при нескольких значениях ши­рины полосы пропускания показана на рис. 177. Характер этой зависимости разный при больших и малых отношениях

т.е. зависимость пропускной способности канала от отноше­ния сигнал/помеха логарифмическая.

Если «1, то несмотря на то, что Р п » Р c , безошибочная передача все-таки возможна, но с очень малой скоростью. В этом случае справедливо разложение

в котором можно ограничиться первым членом. С учетом то­го, что log e = 1,443, получим

Таким образом, при малых отношениях сигнал/помеха зави­симость пропускной способности от отношения сигнал/поме­ха линейна.

Зависимость пропускной способности от ширины поло­сы пропускания канала в реальных системах более сложная, чем просто линейная. От полосы пропускания канала зави­сит мощность шумовой помехи на входе приемного устрой­ства. Если спектр помехи равномерный, то

где G - спектральная плотность мощности помехи, т.е. мощность помехи, приходящаяся на единицу полосы частот. Тогда

Мощность сигнала можно выразить через такую же спект­ральную плотность, если ввести в рассмотрение эквивалент­ную полосу частот F э:

Разделив обе части этого выражения на F э, получим:

Характер этой зависимости показан на рис. 178. Важно от­метить, что с увеличением поло­сы пропускания канала его про­пускная способность не увеличи­вается безгранично, а стремится к некоторому пределу . Это объ­ясняется усилением шума в ка­нале и ухудшением отношения сигнал/шум на входе приемного устройства. Предел, к которому с ростом F к стремится с можно определить, воспользовавшись при больших F к уже известным разложением логарифмической функции в ряд. Тогда, если

Таким образом, максимальное значение, к которому стремится предельная пропускная способность канала с рос­том его ширины полосы пропускания, пропорционально отношению мощности сигнала к мощности помех, приходя­щейся на единицу полосы частот. Отсюда, очевидно, вытека­ет следующий практический вывод: для увеличения предель­ной пропускной способности канала нужно увеличивать мощность передающего устройства и использовать приемное устройство с минимальным уровнем шумов на входе.

Наряду с эффективностью вторым важнейшим показа­телем качества системы связи является помехоустойчивость. При передаче измерительной информации в аналоговой фор­ме она оценивается по отклонению принятого сигнала от переданного. Помехоустойчивость дискретных каналов связи характеризуется вероятностью ошибки Р ош (отношением числа ошибочно принятых знаков к общему числу передан­ных) и связана с ней зависимостью

Если, например, Р ош = 10 -5 , то æ = 5; если Р ош = 10 -6 , то æ = 6.

Эффективным способом повышения помехоустойчивости при передаче измерительной информации в аналоговой форме и некоррелированных помехах является накопление. Сигнал передается несколько раз и при когерентном сложении всех принятых реализации его значения в соответствующие момен­ты времени суммируются, в то время как помеха в эти моменты времени, являясь случайной, частично компенсиру­ется. В результате отношение сигнал/помеха увеличивается, помехоустойчивость повышается. Аналогично идея накопле­ния реализуется при передаче измерительной информации по дискретному каналу.

Пример 83 . Пусть характер помехи таков, что она может быть принята за сигнал (т.е. 0 может быть принят за 1). При передаче кодом Бодо комбинация 01001 трижды принята в виде:

Если сумматором является устройство, не срабатывающее при появ­лении хотя бы одного нуля в столбце, то комбинация будет принята правильно при условии, что каждый ноль хотя бы раз был принят вер­но.

Если при одной передаче вероятность независимых оши­бок обозначить через Р ош, то после N - кратного повторения передачи она будет равна Р ош. Следовательно, помехоустой­чивость после N повторных передач

где æ - помехоустойчивость при однократной передаче. Та­ким образом, помехоустойчивость при накоплении возрас­тает в число повторений раз.

Одним из способов повышения помехоустойчивости яв­ляется также применение корректирующих кодов.

Повышение помехоустойчивости достигается за счет увеличения избыточности, а в более общем плане - за счет увеличения объема сигнала при том же количестве измери­тельной информации. При этом должно сохраняться условие согласования сигнала с каналом. При выполнении этого усло­вия и Т c = Т к; Н с = Н к передача измерительной информации с помощью амплитудно-модулированного высокочастотного колебания является более помехоустойчивой, чем непосред­ственная передача сигнала, потому что в случае, например, тональной модуляции занимает вдвое большую полосу частот. В свою очередь применение глубокой частотной или фазовой модуляции, благодаря расширению спектра,еще больше повышает помехоустойчивость системы связи. В этом смысле перспективным является применение не простых сигналов, у которых

F с Т с ≈ 1,

а сложных, для которых

К ним относятся импульсные сигналы с высокочастотным заполнением и частотной модуляцией или фазовой манипу­ляцией несущих колебаний и др.

Требования эффективности и помехоустойчивости сис­тем связи являются противоречивыми. Они побуждают с одной стороны уменьшать, а с другой - увеличивать объем сигнала, не нарушая, условия согласования его с каналом и не меняя количества содержащейся в нем информации. Удовлетворение этих требований предполагает синтез оп­тимальных технических решений.

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Объем сигнала и объем канала. Так например при исследовании условий прохождения радиосигнала между сотовым телефоном и базовой станцией радиоканала под каналом связи понимается пространство между антеннами сотового телефона и базовой станции при синтезе оптимального приёмника демодулятора совокупность технических средств от выхода модулятора передающего устройства до входа демодулятора приёмного устройства и среды распространения сигнала. Часть системы связи расположенная до входа канала является для него источником сигнала а часть...

Основные характеристики классификация каналов передачи и электросвязи по видам сообщений. Объем сигнала и объем канала.

В существующей научно-технической и учебной литературе, посвящённой различным системам связи, отсутствует единое конкретное понятие «канал связи». Обычно под каналом связи понимают часть системы связи, характеристики которой в процессе её исследования (анализа или синтеза) можно принять известными и неизменными, или же наоборот, часть системы связи, подвергающуюся исследованиям. Так, например, при исследовании условий прохождения радиосигнала между сотовым телефоном и базовой станцией (радиоканала) под каналом связи понимается пространство между антеннами сотового телефона и базовой станции, при синтезе оптимального приёмника (демодулятора) – совокупность технических средств от выхода модулятора передающего устройства до входа демодулятора приёмного устройства и среды распространения сигнала.

Часть системы связи, расположенная до входа канала , является для него источником сигнала, а часть системы, расположенная после выхода канала – его получателем.

Не смотря на столь неконкретное определение, каналы связи имеют определённые общие признаки и могут быть классифицированы по ним.

Основными признаками классификации каналов являются:

1) назначение системы (вид передаваемых сообщений): телефонные, телеграфные, факсимильные, звукового вещания, передачи данных, телевизионные, телеметрические и смешанные;

2) тип среды распространения: проводные (воздушные, кабельные, ВОЛС), волноводные, радио;

3) диапазон частот: для целей электросвязи в соответствие с Регламентом радиосвязи используются девять диапазонов частот – с четвертого (ОНЧ – СДВ) по двенадцатый (ГВЧ – децимиллиметровые) (табл. 1.2.1);

4) характер сигналов на входе и выходе системы:

Непрерывные (аналоговые) каналы – сигналы на входе и выходе непрерывные;

Дискретные (по уровню) – сигналы на входе и выходе дискретные;

Дискретно-непрерывные или непрерывно-дискретные (полунепрерывные) – сигнал на входе дискретный, на выходе непрерывный или наоборот.

Всякий дискретный или полунепрерывный канал содержит внутри себя непрерывный канал. Дискретность и непрерывность канала не связана с характером передаваемых сообщений: можно передавать дискретные сообщения по непрерывному каналу и непрерывные сообщения по дискретному.

Общими признаками непрерывных каналов являются:

а) большинство каналов можно считать линейными. В таких каналах выходной сигнал является суммой откликов отдельных входных сигналов и помех (применим принцип суперпозиции), а продукты нелинейных преобразований в канале малы по сравнению с выходными сигналами;

б) на выходе канала даже в отсутствие полезного сигнала всегда имеются помехи;

в) сигнал при передаче по каналу претерпевает задержку по времени и затухание по уровню;

г) в реальных каналах всегда имеют место искажения сигнала, обусловленные несовершенством характеристик канала и, нередко, изменениями параметров канала во времени.

Различают каналы чисто временные (с сосредоточенными параметрами), в которых сигналы на входе и выходе описываются функциями одного скалярного параметра (времени t ), и пространственно-временные каналы (с распределёнными параметрами), в которых сигналы на входе и (или) выходе описываются функциями более одного скалярного параметра (например, времени t и пространственных координат х, у, z ). Такие сигналы называют полями .

Каналы классифицируются также по следующим признакам:

Ширина полосы частот, занимаемых каналом (канал тональной частоты, широкополосные каналы);

Скорость передачи (основной цифровой канал, групповой цифровой канал – первичный, вторичный, третичный, четвертичный);

Способ организации двухсторонней связи (двухпроводный однополосный, двухпроводный двухполосный, четырехпроводный однополосный);

Протяженность или территориальный признак (международные, междугородние, магистральные, зоновые и местные).

1.5.2 Основные параметры каналов связи

Канал связи характеризуется так же, как и сигнал, тремя основными параметрами:

Временем T к , в течение которого по каналу возможна передача;

- динамическим диапазоном D к (отношение допустимой мощности передаваемого сигнала к мощности помехи, выраженное в децибелах);

- полосой пропускания канала F к .

Обобщённой характеристикой канала является его ёмкость (объём):

(1.5.1)

Необходимым условием неискажённой передачи по каналу сигналов с объёмом является:

(1.5.2)

В простейшем случае сигнал согласуют с каналом по всем трём параметрам, т.е. добиваются выполнения условий:

(1.5.3)

При этих условиях объём сигнала полностью «вписывается» в объём канала.

Неравенство (1.5.2) может выполняться и тогда, когда одно или два из неравенств (1.5.3) не выполнены. Это означает, что можно производить «обмен» длительности на ширину спектра или ширину спектра на динамический диапазон и т.д.

Наряду с приведёнными выше основными параметрами канала его частотные свойства характеризуются частотным коэффициентом передачи , а временные – импульсной характеристикой h к (t ,τ) . Из п. 1.2.5 следует, что эти характеристики позволяют описать преобразования входных сигналов во временной или частотной области, осуществляемые как каналом в целом, так и его отдельными элементами.

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
12059.		Валютная система и валютная политика России	245 KB
	ВВЕДЕНИЕ Валютная система это совокупность двух понятий валютного механизма и валютных отношений. Под валютным механизмом понимаются правовые нормы и институты представляющие их на национальном и международном уровнях. Валютные отношения это повседневные свя
12060.		Разработка экономического обоснования целесообразности открытия автосервиса ООО «Нижегородец»	396.5 KB
	Реферат Выпускная квалификационная работа бакалавра 51 с. 2 разд. 6 рис. 11 табл. 14 источников. БИЗНЕСПЛАН АВТОСЕРСВИС НИЖЕГОРОДЕЦ ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ СПРОСА АВТОМОЙКА ШИНОМОНТАЖ ИНСТРУМЕНТЫ Объектом работы является деятельность ООО Нижегородец. Целью выпускн...
12061.		ДЕЙСТВУЮЩАЯ ПРАКТИКА ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕТА ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ	978.5 KB
	СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ УЧЕТА ОПЛАТЫ ТРУДА 1.1. Сущность понятие оплаты труда и ее формы 1.2. Исследование нормативной базы по оплате труда 1.3. Особенности деятельности предприятия и его учетная политика. ГЛАВА 2. ДЕЙСТВУЮ...
12062.		Проблеми та перспективи розвитку валютних операцій в АКБ «Фінанси та кредит» та у банках України	411 KB
	Вступ Актуальність обраної теми полягає в тому що валютні операції банків займають важливе місце серед статей прибутку сучасного банку але питання здійснення зазначених операцій є досить складним і потребує детального вивчення. Сьогодні банк може запропонувати кл
12063.		ШЛЯХИ ПІДВИЩЕННЯ ПРИБУТКОВОСТІ КОМЕРЦІЙНИХ БАНКІВ	325 KB
	ВСТУП Банківська система є важливою складовою економічної системи держави. Забезпечення стабільного прозорого функціонування банківських установ є однією з умов забезпечення конкурентоспроможності української економіки. У вітчизняній еконо
12064.		НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОАО «СБЕРЕГАТЕЛЬНОГО БАНКА» НА ВАЛЮТНОМ РЫНКЕ	450 KB
	Сделки покупки-продажи иностранной валюты Наличные сделки покупки-продажи today omorrow spot Срочные сделки покупки-продажи forward futures option swap Сделки с разрывами даты валютирования Чистая балансовая позиция Открытая валютна...
12065.		ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЛЕНИНСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ № 4158 АК СБ РФ	127.5 KB
	Введение Расчетнокассовый центр одно из центральных звеньев банковской системы. Развитие их деятельности необходимое условие реального создания банковского механизма. Процесс экономических преобразований начался с реформирования банковс...
12066.		Основные направления совершенствования денежно-кредитной политики в Российской Федерации	173 KB
	Введение Денежнокредитная политика одно из четырех направлений единой финансовой политики государства обеспечивающих устойчивость экономики и достижение экономического роста. Именно она контролирует инфляцию и рост денежной массы. Наличие в Российской Федерац
12067.		Совершенствование системы финансового анализа банковской деятельности	1.49 MB
	Введение Актуальность темы. Банки неотъемлемая составляющая современного денежного хозяйства их деятельность тесно связана с потребностями производства. Банки создают основу рыночного механизма с помощью которого функционирует экономика

Каналом связи называется совокупность технических средств и физической среды, способной к передаче посылаемых сигналов, которая обеспечивает передачу сообщений от источника информации к получателю.

Кодер-источник должен обеспечивать такое преобразование сообщений источника, при котором сигналы на его выходе, обладали бы минимальной избыточностью и позволяли бы приблизить скорость передачи к максимально возможному значению, то есть пропускной способности канала. Однако, так как в реальных каналах неизбежны помехи, то для борьбы с ними приходится дополнительно вводить кодер – канала, который обеспечивает перекодирование поступающих сообщений, чтобы повысить помехоустойчивость сообщений. На выходе линий связи (канала) должно быть предусмотрено устройство для обратного преобразования (декодирования ) сигналов, поступивших с линий связи – декодер канала , после которого должно быть предусмотрено устройство для декодирования сигналов с источника – декодер источника .

Вопросы для самопроверки

1. Какие элементы каналов передачи данных в информационных сетях являются основными?

2. Что такое оконечное оборудование данных и для чего используется?

3. Что такое среда передачи данных?

4. Для чего служит аппаратура передачи данных?

5. Для чего служит промежуточное оборудование сети?

6. Какие каналы связи по типу среды передачи Вы знаете?

7. Какими показателями характеризуются каналы связи?

8. Чем определяется удобство подключения канала связи?

9. Чем определяется пропускная способность канала связи?

10. Что характеризует закрытость передачи данных?

Основные характеристики каналов связи

Цель лекции – изучение основных характеристик каналов связи.

Задачи лекции:

Изучить

Изучить разновидности, основные характеристики каналов связи.

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

2. Разновидности, основные характеристики каналов связи.

Основными элементами каналов передачи данных в информационных сетях являются:

Оконечное оборудование данных (ООД), которое представляет собой информационный блок осуществляющий подготовку данных, предназначенную для передачи по каналу и служащий в одном случае источником данных, в другом – приемником.

Среда передачи данных (СПД), то есть любая физическая среда, способная передавать информацию с помощью соответствующих сигналов. Может представлять электрический или оптический кабель, или открытое пространство (физическое).

Аппаратура передачи данных (АПД) которую называют аппаратурой окончания передачи данных. Представляет аппаратуру, непосредственно связывающую оконечное оборудование данных со средой передачи данных, являющееся пограничным оборудованием передачи данных. К аппаратуре передачи данных относятся модемы, сетевые адаптеры и так далее.

4. Промежуточное оборудование сети (ПОС) представляет аппаратуру, применяемую на линиях связи большой протяженностью, которая позволяет решать следующие задачи:

Улучшение качества сигнала;

Обеспечение постоянства структуры канала связи между соседними узлами сети

(мультиплексоры, повторители, трансляторы и так далее.)

Совокупность оконченного оборудования данных (ООД) и аппаратуры передачи данных (АПД) называется станцией.

Каналы принято делить на непрерывные и дискретные.

В наиболее общем случае всякий дискретный канал включает в себя непрерывный как составную часть.

Если влиянием мешающих факторов на передачу сообщений в канале можно пренебречь, то такой идеализированный канал называется каналом без помех . В таком канале каждому сообщению на входе однозначно соответствовало определенное сообщение на выходе и наоборот.

Если влиянием помех в канале пренебречь нельзя, то имеет место канал при наличии помех.

Под моделью канала понимается математическое описание канала, позволяющее оценить его характеристики, используемое при построении систем связи без проведения экспериментальных исследований.

Канал, в котором вероятности отождествления первого сигнала со вторым и второго с первым одинаковы, называется симметричным .

Каналом со стиранием называется канал, алфавит сигналов на входе которого отличается от алфавита сигналов на его выходе.

Каналом обратной связи называется дополнительный обратный канал, вводимый в СПД для повышения достоверности передачи.

Канал связи считается заданным , если известны данные по сообщению на его входе, а также ограничения, которые накладываются на входные сообщения физическими характеристиками каналов.

Для каналов передачи информации используют характеристику, называемую скоростью передачи информации по каналам, которая характеризует среднее количество информации, которое может быть передано по каналу связи в единицу времени.

Для характеристики каналов связи могут использоваться два варианта понятия скорости передачи:

– техническая скорость передачи (скорость манипуляции), характеризуется числом элементарных сигналов, передаваемых по каналу в единицу времени. Она зависит от свойств линий связи и быстродействия аппаратуры каналов. Единицей измерениятехнической скорости служит 1 Бод=1 симв/1 сек.

– информационная скорость передачи определяется средним количеством информации, передающейся в единицу времени. Эта скорость зависит как от характеристик данного канала, так и от характеристик используемых сигналов [бит/с];

Среднее количество информации, выдаваемое источником сообщений в единицу времени называется производительностью источника.

Пропускной способностью канала связи называется наибольшая скорость передачи информации по этому каналу, достигаемая при самых совершенных способах передачи информации и приема.

Пропускная способность, как и скорость передачи информации, измеряется количеством передаваемой информации в единицу времени.

В телекоммуникационных системах (ТКС) находят наиболее широкое распространение виды каналов связи:

Симплексные каналы связи (КС) представляет такое представление обмена информацией между передатчиком и приемником, когда по одиночной линии связи (каналу) передаются сообщения только в одном направлении. Такой канал называется симплексным или невзаимные системы .

Полудуплексные каналы связи (режимы работы) в этом случае 2 узла связи соединены одним каналом связи (линией связи), но по этому каналу происходит передача информации поочередно (попеременно) в противоположных направлениях – так организован режим работы.

Дуплексный канал связи предполагает - одновременно два узла связи соединены двумя каналами (прямым и обратным), по которым информация передается одновременно в противоположных направлениях.

Симплексный тип канала связи используется в теле – и радиосетях.

Полудуплексный метод используется в информационно – справочных и запросо-ответных системах.

Дуплексный канал связи используется в системах с РОС и ИОС.

В телекоммуникационных системах различают выделенные (некоммутируемые) и коммутируемые на время передачи канала связи.

В выделенных каналах связи приемо – передающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Это обеспечивает высокую степень готовности, более высокое качество передачи (связи) и поддержка большого объема трафика.

В силу относительно более высоких расходов на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается при достаточно полной загрузки каналов связи.

Коммутируемые каналы связи организуются только на время передачи некоторого фиксированного объема информации. Для таких каналов характерна высокая гибкость и сравнительно небольшая стоимость (при малом объеме трафика).

Системы передачи данных (СПД) без канала обратной связи позволяют в принципе достигать желаемой верности передачи информации путем использования соответствующих корректирующих кодов. Платой за обеспечение желаемой достоверности служит существенное увеличение длины комбинаций, а также существенное усложнение аппаратуры.

Недостатком систем без обратной связи является также и то, что источник не получает никаких подтверждений о том как принята информация в приемнике . Поэтому в таких системах предъявляются очень высокие требования к надежности используемой аппаратуры. Исходя из этого, системы без обратной связи применяются, в первую очередь, тогда, когда невозможно организовать канал обратной связи или недопустимы задержки при передаче информации . В силу указанных обстоятельств широкое распространение получили системы с обратной связью (адаптивное управление), в которых достоверность передачи повышается за счет обнаружения ошибок на приемной стороне и с повторением только неправильно принятых кодовых комбинаций. При этом избыточность будет минимальной при отсутствии ошибок и будет увеличиваться с ростом их числа. Системы с обратной связью, в зависимости от способа организации обратной связи, делятся на системы с информационной обратной связью и с решающей обратной связью.