Общие сведения о системах электросвязи
Ι. Общие сведения о системах электросвязи
Информация, сообщение, сигнал
В широком смысле информация (лат. Informatio - разъяснение) - это новые сведения об окружающем нас мире, которые мы получаем в результате… Информация в любой форме является объектом хранения, передачи и… Сообщение – форма представления информации. Это условные знаки, с помощью которых мы получаем необходимые сведения…Помехи и искажения
Классифицируют помехи по следующим признакам: по происхождению (месту возникновения); по физическим свойствам; по характеру воздействия на сигнал. … По происхождению в первую очередь надо отметить внутренние шумы аппаратуры,… Помехи от посторонних источников, находящихся вне канала связи:Кодирование и декодирование
Дискретное сообщение, формируемое источником, представляет собой последовательность знаков, выбираемых из определенного набора. Для преобразования… Знаки Т П СМодуляция и демодуляция
При передаче непрерывного сообщения ап (рис. 1.1) его сначала преобразуют в непрерывный первичный электрический сигнал u(t), затем с помощью… Общий принцип модуляции состоит в изменении одного или нескольких параметров… АМ – амплитудная модуляция:символу 1 соответствует передача несущего колебания в течении времени Т (посылка), символу…Основные характеристики систем связи
Качествопередаваемой информации принято оценивать достоверностьюпередачи сообщений. Качественнодостоверность характеризуется степенью соответствия… Способность системы связи противостоять вредному воздействию помех… Прямой мерой качества дискретных сообщений является относительное количество ошибочно принятых знаков (символов)…Запомните следующие основные положения (выводы)
1. В системах электросвязи передается информация, в канале связи – сигнал.
2. Сообщение – форма представления информации, сигнал – материальный переносчик сообщения.
3. Сообщения и соответствующие им сигналы могут быть непрерывными и дискретными. Непрерывный канальный сигнал формируется с помощью модуляции, а дискретный - с помощью кодирования и модуляции. Кодирование определяет закон построения сигнала, и модуляция – вид сигнала, который передается по каналу.
4. Непрерывный сигнал в цифровых системах связи преобразуется в цифровой с помощью трех операций: дискретизации по времени, квантования по уровню и кодирования.
5. Основные устройства системы передачи дискретных сообщений – кодек и модем.
6. Основная причина снижения качества передачи информации в системе связи – помехи, которые воздействуют на полезный сигнал в канале связи.
7. Достоверность (верность) и скорость передачи сообщений – основные характеристики системы связи. Первая определяет качество передачи, вторая – количество. Скорость передачи измеряется числом двоичных единиц информации в единицу времени (бит/с).
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СООБЩЕНИЙ, СИГНАЛОВ И ПОМЕХ
Классификация сообщений сигналов и помех
Математические модели (ММ), отображающие основные свойства сообщений, сигналов и помех с точки зрения задач электрической связи, являются фундаментом ТЭС. Так как сообщения, сигналы и помехи представляются электрическими колебаниями, то их базовой математической моделью является некоторая функция х(t), изменяющаяся во времени. По своим физическим и математическим свойствам временнные функции (процессы) х(t) делятся на детерминированные и случайные.
Детерминированными (регулярными) называются процессы х(t), значение которых может быть однозначно определено для любого наперед заданного момента времени t. Детерминированные функции широко применяются в теории электрических цепей. Так, при анализе переходных процессов используют единичную функцию 1(t), прямоугольный импульс с единичной площадью, дельта-функцию δ(t), которые являются типовыми испытательными сигналами.
6 При определении АЧХ и ФЧХ линейных цепей в качестве испытательных используют гармонические сигналы. При анализе, настройке и регулировке различных устройств техники связи используют последовательности импульсов прямоугольной или другой формы. Детерминированные колебания различной формы широко применяются в качестве переносчиков при формировании модулированных сигналов.
Случайныминазываются такие процессы Х(t), реализации которых точно предсказать невозможно. Они отличаются от детерминированных тем, что нельзя заранее утверждать, что Х(t) в некоторый момент времени t будет иметь определенное значение. Например, для непрерывного случайного процесса можно говорить только о некоторой вероятности того, что в этот момент значение Х(t) будет в интервале между значениями х и х+Δх .
В зависимости от вида передаваемых сообщений и сигналов, а также характера помех соответствующие им функции могут быть непрерывными или дискретными как по аргументу (времени t), так и по значениям.
Разложение сигналов в обобщенный ряд Фурье
(2.1) где αк – коэффициенты разложения. Представление (2.1) называют обобщенным рядом Фурье.Теорема Котельникова
Все реальные непрерывные сигналы являются плавными функциями времени. Поэтому такие сигналы можно представить последовательностью их значений –… Эта теорема позволяет представить непрерывнуюфункцию х(t) в виде ряда: (2.9)Случайные процессы и их основные характеристики
а – одномерная ПВ б – одномерная ИФР Рис. 2.2. Типовой график Плотность вероятности(ПВ) иинтегральная функция распределения(ИФР). Для непрерывныхЧисловые характеристики сигналов и помех
Если s(t) – напряжение u(t) и ток i(t), то мгновенная мощность, выделяемая на активном сопротивлении R, определяется через квадрат мгновенного… р(t) = u2(t)/R=i2(t)·R. (2.23) Обычно в теории электросвязи принимают R=1 Ом (кроме особо оговариваемых случаев), и тогда в общем видеОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ (ВЫВОДЫ)
1. Сообщения, сигналы и помехи в системах электрической связи описываются функциями времени, которые являются детерминированными или случайными.
2. Любую непрерывную функцию, удовлетворяющую условиям Дирихле, можно представить обобщенным рядом Фурье. Частным случаем обобщенного ряда Фурье является обычный ряд Фурье для периодических функций, когда в качестве базисных используются гармонические функции кратных частот.
3. Периодическая функция времени имеет линейчатый дискретный спектр. Спектр непериодической функции времени – сплошной. Он определяется спектральной плотностью. Модуль спектральной плотности определяет амплитудный спектр сигнала, а аргумент – фазовый спектр.
4. Сигнал х(t) c финитным (ограниченным) спектром Fв представляется в обобщенный ряд по базисной системе функций 
ряд Котельникова. Коэффициенты ряда – это отсчеты сигнала х(k Δ) в точках, кратных интервалу дискретизации Δ ≤ 1/2 Fв.
5. Случайные процессы чаще всего описываются косвенным путем через плотность вероятности (ПВ) и интегральную функцию распределения (ИФР).
6. Более простыми (грубыми) характеристиками случайного процесса являются его математическое ожидание, дисперсия и функция корреляции.
7. В теории и практике электросвязи большую роль играют стационарные случайные процессы, определяемые не зависящей от времени одномерной ПВ и двумерной ПВ, зависящей от разности выбранных сечений τ.
8. Непрерывные и дискретные источники сообщений, сигналов и помех можно описать или прямым способом (через временные функции их реализаций) или косвенным способом (через различные спектральные характеристики, а для случайных процессов – через функции распределения).
9. Основные числовые характеристики сигналов: энергия, мощность, уровни сигналов, динамический диапазон, коэффициент амплитуды, длительность, ширина спектра.
МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Преобразование колебаний в параметрических и нелинейных цепях
Линейные системы с постоянными параметрами (стационарные) не могут трансформировать спектр входного сигнала. Для трансформации спектра можно… Пусть входное напряжение параметрической системы (рис. 3.1) меняется по… s(t)=S0+S1·cos(ωуt+φу).Формирование и детектирование сигналов амплитудной модуляции
Рассмотрим сначала линейную амплитудную модуляцию. Ее можно записать так: … где U(t)³0 – огибающая АМ сигнала: KАМ - крутизна характеристики модулятора; b(t)-…Формирование и детектирование сигналов угловой модуляции
uУМ(t)= U0×cos[y(t)]=U0×cos[ω0t+φ(t)], (3.18) где y(t)=ω0t+φ(t) – полная фаза сигнала; φ(t) – фаза, которая… Различают два вида УМ: фазовая (ФМ) и частотная (ЧМ). При ФМ изменения фазы прямо пропорциональны первичному сигналу …Помехоустойчивость амплитудной и угловой модуляции
Представим узкополосное колебание на входе АМ детектора через суммарную огибающую (сигнал + помеха) [1] ; (3.28) ; (3.29)Дискретная модуляция гармонической несущей
Управляя с помощью первичного сигнала параметрами гармонической несущей, можно получить амплитудную, частотнуюифазовую манипуляцию (соответственно… При двоичном коде первичный сигнал принимает…Импульсные виды модуляции
· Амплитудно-импульсную (АИМ) – изменяется амплитуда импульсов; · Широтно-импульсную (ШИМ) – изменяется длительность (ширина) импульсов; · Частотно-импульсную (ЧИМ) – изменяется частота следования импульсов;Основные положения (выводы)
1. Много преобразований сигналов в системах электрической связи связано с трансформацией спектра, которое может быть выполнено либо в линейных системах с переменными параметрами, либо в нелинейных системах.
2. Модуляция – процесс изменения параметров несущей по закону модулирующего сигнала. При гармонической несущей получают три основных вида модуляции: амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).
3. Вследствие линейности амплитудной модуляции спектр АМ сигнала повторяет форму спектра сообщений и занимает полосу частот, в 2 раза превышающую максимальную частоту спектра первичного (модулирующего) сигнала.
4. Из энергетических соображений и экономии полосы частот канала связи представляют практический интерес системы с балансной модуляцией (БАМ-АМ без несущей) и системы с одной боковой полосой (ОБП).
5. Фазовая и частотная модуляция являются разновидностями угловой модуляции (УМ).
6. Спектр сигналов с УМ при больших индексах модуляции М шире и сложнее спектра АМ сигналов. Ширина спектра сигналов с УМ равна удвоенному значению наивысшей частоты в спектре модулирующего сигнала, умноженной на коэффициент (М+1).
7. Спектр средней мощности АМ сигнала при модуляции случайным процессом повторяет форму спектра средней мощности первичного сигнала и не зависит от плотности вероятности модулирующего процесса.
8. Спектр средней мощности сигнала УМ при модуляции случайным процессом имеет более сложный характер, чем при АМ, и зависит от плотности вероятности модулирующего процесса.
9. В режиме сильного сигнала помехоустойчивость УМ при больших индексах модуляции значительно больше, чем при АМ.