Лекция. Способы предоставления и преобразования сообщений, сигналов и помех

Цель лекции: Понятие о терминах и определениях. Понятие и основные характеристики сигналов. Понятие и основные параметры сигналов.

Содержание:

- Канал передачи;

- линии передачи;

- Параметры и характеристики сигналов.

Чтобы соединить между собой для передачи сообщений два или более абонента или их абонентские устройства, помимо линии передачи нужны ещё многие дополнительные устройства. Это различные преобразователи сигналов, коммутирующие устройства. промежуточные усилители и т.п. Такая совокупность технических средств и среды распространения образуют КАНАЛ ПЕРЕДАЧИ (КАНАЛ СВЯЗИ) сигнала от источника к получателю.

Канал передачи - это совокупность технических средств и среды обеспечивающих передачу сигнала ограниченной мощности в определенной области частот между двумя абонентами независимо от используемых физических линий передачи.

Все каналы чётко стандартизованы, подробно описаны и на всех линиях они одинаковы. Например телефонный канал, или канал радиовещания, то все его характеристики уже известны из рекомендаций МСЭ. Пучки каналов связи образуют ТРАКТ.

Линии передачи (линии связи) - это воздушные провода, скрученные пары проводников, собранные в многожильный кабель, коаксиальные кабели, оптоволоконные линии, волноводы, воздушная и космическая среда, т.е. это среда передачи сигнала.

Места перехода от сигналов одного вида к сигналам другого вида называют СТЫКАМИ. Стыкование для различного оборудования, линий связи, переход на междугородние и международные линии - важнейшая и трудоёмкая часть по обеспечению связи.

Сеть ВВС строится по территориальному признаку. Низшая сеть - местная -городская, районная, сельская. Далее - внутризоновая сеть - в этой сети объединяются местные сети, соединяя райцентры и города в пределах области. Как правило внутризоновая сеть совпадает с административным делением по краям и областям. В пределах этой сети все телефонные абоненты имеют одинаковое количество цифр в

наборе номера. Структура внутризоновой сети обычно радиальная, т.е. областной центр радиально соединяется с другими телефонными узлами на данной территории.

Магистральная сеть соединяет между собой все областные центры, объединяя внутризоновые сети в единую ВСС.

Для коммутации сообщений в сети необходимых местах строятся сетевые станции (СС) - обычно на концах линии передачи или на местах сквозного транзита, и сетевые узлы (СУ) на местах, где требуется обеспечивать коммуникацию на много направлений.

Магистральная, внутризоновая и местная сеть совместно с СУ и линиями связи образует ПЕРВИЧНУЮ СЕТЬ.

Параметры и характеристики сигналов Сигналы связи во времени меняют свои мгновенные значения, причем эти изменения могут быть предсказаны лишь с некоторой (меньше единицы) вероятностью описания. Поэтому принято моделировать реальные сигналы эргодическим и стационарным (в широком смысле) случайным процессом, полученным в результате двойного усреднения — вначале по множеству реализаций определяются числовые характеристики для достаточно большого числа

моментов времени, а затем эти характеристики усредняются по времени. Полученная таким образом модель отображает некоторый «среднестатистический» сигнал, параметры которого и используются при практических расчетах.

Измерения также выполняются на конечных временных интервалах, что приводит к возникновению погрешности, которая оказывается тем больше, чем меньше интервал измерений. С учетом сказанного средние параметры сигналов нормируются по-разному на интервалах 1 с, 1 мин, 1 ч.

Электрический параметр — постоянная составляющая — это среднее значение случайного процесса:

Постоянная составляющая во времени неизменна, но ее величина случайна. для многих сигналов связи постоянная составляющая равна нулю.

Электрический параметр — переменная составляющая — это центрированный случайный процесс:

Средняя мощность — это мощность переменной составляющей (постоянная составляющая при этом не учитывается, так как не несет информации):

Средняя мощность совпадает с дисперсией случайного процесса — мерой его разброса около среднего значения. Положительное значение называют эффективным или действующим напряжением сигнала.

Максимальная мощность Р макс — это мощность синусоидального сигнала с амплитудой UM, которая превышается мгновенными значениями переменной составляющей сигнала u~ (t) с определенной, достаточно малой вероятностью ε. для различных видов сигналов ε принимают равной 10-2, 10-3, а иногда и 10-5.

Минимальная мощность Р мин чаще всего принимается равной допустимой среднеквадратической ошибке при приеме сигналов данного вида, которая устанавливается экспериментально. В свою очередь, среднеквадратическая ошибка обычно равна средней мощности допустимой флуктуационной помехи: Р мин = Р пср.

Иногда минимальная мощность сигнала принимается равной мощности синусоидального сигнала с амплитудой UМ мин которая превышается мгновенными значениями переменной составляющей с определенной, достаточно большой вероятностью (1 — ε).

Обычно принимают (1 — ε) = 0,98.

Возможно использование логарифмических отношений вышеназванных величин: 10lg(P макс/ Р ср)= Q с — пикфактор сигнала;

10lg (P макс / P ср)=Dc динамический диапазон сигнала;

10lg (Р ср / Р ncp)= А пзс — помехозащищенность сигнала. две последние величины используются и для характеристик трактов передачи сигналов. При этом динамический диапазон тракта равен DT=10lg(P изм/ Р ncp), где Р нм — неискаженная мощность на выходе тракта, помехозащищенность тракта — А зт=10lg(P изм/ Р ncp),где P изм - мощность измерительного сигнала на выходе. Тогда при передаче сигналов должны выполняться следующие неравенства:

DT> Dc; А зт> А пзс; P ср< P изм.

для оценки скорости изменения сигнала используют функцию автокорреляции

Очевидно, что при τ = 0 R (0) = P ср,. Величина r(τ) = R(τ)/R(0) называется коэффициентом автокорреляции. Собственно мерой скорости изменения сигнала является интервал корреляции т0 — время, через которое практически утрачивается статистическая зависимость между u~ (t) и u~ (t+ τ). В частности, интервалом корреляции считается основание прямоугольника, площадь которого равна площади, закяюченной под функцией автокорреляции, а высота — R (0):

Эффективная ширина энергетического спектра сигнала равна основанию прямоугольника, площадь которого равна площади, заключенной под кривой G (f), а высота— максимальной спектральной плотности G макс(f), т.е.

Очевидно, что Fэ= 1/2 τ0.

Эффективную ширину энергетического спектра сигнала не следует смешивать с эффективно передаваемой полосой частот сигнала, которая устанавливается экспериментально исходя из необходимо высокого качества передачи.

Потенциальный информационный объем цифрового сигнала V цс макс макс может быть найден по формуле Шеннона для определения объема сигнала

где F т, — тактовая частота, т. е. число передаваемых отсчетов сигнала в секунду, I — число разрешенных значений отсчетов (разрешенных уровней); р i, — вероятность появления отсчета с уровнем если положить, что все уровни отсчетов равновероятны, т. е. р i = р j= 1/ I. Тогда V цс макс = F тlog2 I.

Аналоговый сигнал согласно теореме Котельникова может быть представлен последовательностью дискретных отсчетов, следующих с частотой FД = 2 F В, причем

F В — верхняя частота эффективно передаваемого спектра сигнала. Число уровней сигнала, которые можно различить на приеме, может быть найдено как

Тогда