Структурная схема СПИ и функциональное назначение элементов схемы

На рис. 2 изображена структурная схема простейшей одноканальной системы связи.

Рис. 3. Структурная схема простейшей одноканальной системы связи

Рассмотрим назначение отдельных элементов этой схемы. Источником сообщений и получателем в одних системах связи может быть человек, в других — различного рода устройства (автомат, вычислительная машина и т.д.). Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение, — приёмным. С помощью первичного преобразователя в передающем устройстве сообщение а, которое может иметь любую физическую природу (изображение, звуковое колебание и т.п.), преобразуется в первичный электрический сигнал b{t). В телефонии, например, эта операция сводится к превращению акустических колебаний в пропорционально изменяющееся электрическое напряжение на выходе микрофона. В телеграфии с помощью телеграфного аппарата последовательность элементов сообщения (букв) заменяется последовательностью кодовых символов (0, 1 или точка, тире), которая одновременно преобразуется в последовательность электрических импульсов постоянного тока. В передатчике первичный сигнал b(t) (обычно низкочастотный) превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал u(t), пригодный для передачи по используемому каналу. Это осуществляется посредством модуляции.

Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым. В этом случае по выходному сигналу можно восстановить входной первичный сигнал, т.е. получить всю информацию, содержащуюся в переданном сообщении. В противном случае часть информации будет потеряна при передаче.

Линией связи называется физическая среда и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приёмнику. В системах электрической связи — это прежде всего кабель или волновод, в системах радиосвязи — область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны от передатчика к приёмнику. При передаче канальный сигнал u(t) может искажаться и на него могут накладываться помехи n(t). Приёмное устройство обрабатывает принятое колебание z(t) = s(t) + n(t), представляющее собой сумму пришедшего искажённого сигнала s(t) и помехи n(t), и восстанавливает по нему сообщение а1, которое с некоторой погрешностью отображает переданное сообщение а. Другими словами, приёмник должен на основе анализа колебания z(t) определить, какое из возможных сообщений передавалось. Поэтому приёмное устройство является одним из наиболее ответственных и сложных элементов системы связи.

Совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи. Этими средствами являются передающее устройство, линия связи и приёмное устройство. Иногда в понятие система связи включается источник и потребитель сообщений.

Каналы и линии связи классифицируются по большому числу различных признаков.

Рис. 4. Классификация систем, каналов связи

1. По типу источников получателей сообщений, которым предоставляется канал, иными словами по видам связи каналы делятся на телефонные, телеграфные буквопечатающие, фототелеграфные, телевизионные, передачи данных и др.

2. По структуре входного и выходного сигнала каналы связи подразделяются на:

- непрерывные по времени и по значениям сигналов);

- дискретные (по времени и по значениям сигналов);

- непрерывные по значениям сигналов и дискретные по времени;

- дискретные по значениям сигналов и непрерывные по времени (иногда называемые каналами постоянного тока).

При этом следует понимать, что дискретными по значению сигналов называется канал, у которого число сигналов любой конечной длительности конечно или счетно. В противном случае канал называется непрерывным по значению сигналов, а дискретным каналом по значениям времени называется канал, каждый сигнал которого задан последовательностью значений в отдельные моменты времени (числе таких моментов конечно или счетно). В противном случае канал называется непрерывным по времени.

Относительность понятия канала связи иногда позволяет в составе общего канала выделять дополнительные каналы (т.н. подканалы) других типов. Например, в составе канала передачи данных, являющегося дискретным, как правило, можно выделить дискретный подканал, канал постоянного тока и непрерывный канал.

1. По виду используемой среды распространения и типу аппаратуры, осуществляющей ее использование, принято выделять:

- проводные каналы;

- радиоканалы;

- радиорелейные каналы;

- тропосферные и космические каналы;

- каналы волновой связи;

- оптические каналы и др.

Рассмотренные признаки классификации каналов могут использоваться для классификации линий связи в случае, если линии объединяют однотипные каналы. Кроме того линии связи классифицируются по числу входящих в них каналов и по признакам. Определение канал связи, линия связи, сигнал, сообщение являются наиболее употребляемыми в профессиональной деятельности военных связистов. Твердое знание этих определений и классификаций сигналов каналов, линий связи поможет ориентироваться в многообразии реальных каналов и линий связи, в быстрейшем профессиональном становлении офицера-связиста.

Типы каналов, по которым передаются сигналы, многочисленны и разнообразны. Различают каналы проводной связи (воздушные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи. Кабельные линии 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. Они позволяют в диапазоне 600...900 ТГц (0,5...0,3 мкм) обеспечить очень большую пропускную способность (сотни ТВ или сотни тысяч ТФ 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 15 ГГц. Разновидностью РРЛ являются тропосферные линии с использованием отражений от неоднородностей тропосферы. Всё большее применение находят спутниковые линии связи — РРЛ с ретранслятором на ИСЗ. Для этих линий (систем) связи отведены диапазоны частот 4...6 и 11...275 ГГц. Большая дальность при одном ретрансляторе на спутнике, гибкость и возможность организации глобальной связи — важные преимущества спутниковых систем.

Таким образом под каналом связи мы будем понимать совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы передачи до другой точки В.

Одной из важнейших характеристик канала связи является его объем

, ,

Где Т_к- время занятия канала, ∆F_k- ширина полосы пропускания, D_k – динамический диапазон канала.

Очевидно, что необходимым условием неискаженной передачи является

. (1)

В простейшем случае сигнал u(t) согласуют с каналом связи по всем трем параметрам т.е.

(2)

Отсюда следует, что неравенство (1) может выполняться и при выполнении одного или двух неравенств (2). Это означает, что можно производить «обмен» длительности на ширину спектра сигнала, или ширины спектра на динамический диапазон и т.д.

В реальной системе передачи сигналы искажаются и сообщения воспроизводятся с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения, вносимые самой системой передачи и помехи, воздействующие на сигнал в канале связи.

В носимые искажения – обусловлены неидеальностью системы передачи. При этом различают линейные и нелинейные искажения, о природе и влиянии которых мы будем говорить позже. Если характеристики системы известны, то в принципе искажения могут быть устранены путем коррекции сигнала.

Следует четко искажения от помех, имеющих случайный характер и их влияние полностью устранить не возможно.

Под помехой мы будем понимать любое постороннее воздействие на полезный сигнал, затрудняющее его прием. Помехи подразделяются:

Аддитивные – атмосферные, индустриальные, тепловые, о посторонних систем передачи и т.д.

Мультипликативные – помехи нелинейного происхождения, мультипликативно взаимодействующие с составными частями сигнала.

Заключение

Краткий исторический экскурс показывает, что отечественные ученые, особенно А.Н. Котельников, сделали значительный вклад в развитие основ теории электрической связи.

Содержание лекции позволяет изучить основные физические процессы и преобразования сообщений и сигналов в системах передачи информации.

Понятия системы, линии и канала связи, принцип действия их элементов являются основными объектами изучения в ТЭС.

Классификация родов радиосвязи по среде передачи позволяет определить технику радиосвязи, изучаемую на различных кафедрах ПГУПС.

Разработал

Доктор военных наук, профессор

А. Привалов

«» августа 2010 года