Информация, сообщение, сигнал

При рассмотрении систем электросвязи используют понятия ¾ информация, сообщение, сигнал, которые имеют много общего и иногда используются как синонимы. Однако их необходимо различать для правильного понимания физических процессов обмена информацией, происходящих в системах связи.

В широком смысле информация (лат. Informatio - разъяснение) - это новые сведения об окружающем нас мире, которые мы получаем в результате взаимодействия с ним. Информация - одна из важнейших категорий естествознания (наряду с веществом, полем и энергией).

Информация в любой форме является объектом хранения, передачи и преобразования. В теории и технике связи в первую очередь интересуются свойствами информации при ее передаче и под информацией понимают совокупность сведений о явлениях, событиях и фактах, заранее не известных получателю.

Сообщение – форма представления информации. Это условные знаки, с помощью которых мы получаем необходимые сведения (информацию). В системах электросвязи сообщения не могут непосредственно передаваться получателю, они дополнительно преобразовываются в сигнал.

Сигнал*(лат. signum – знак) –процесс изменения во времени физического состояния объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи сообщений. Сигнал – это материальный носитель (переносчик) сообщений. В современной технике применяются электрические, световые, звуковые, механические, электромагнитные сигналы.

а) непрерывный сигнал б) дискретный по времени сигнал

в) сигнал, квантованный по уровню г) цифровой сигнал

Рис. 1.1. Виды сигналов

ПАРАМЕТРЫ СИГНАЛА :

Длительность сигнала Т_С – интервал времени, в пределах которого существует сигнал (сек.).

Динамический диапазон D_С уровней сигнала (по мощности) – отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи (дБ). D_С речи диктора 25-30 дБ; (небольшого) вокального ансамбля 45…65 дБ; симфонического оркестра 70…95 дБ. Определяется по формуле: D_С= 10· lg(Р_макс/Р_мин ), где Р_макс и Р_мин – соотвественно максимальное (пиковое) и минимальнае значения мощности сигнала. При наличии шумов в канале допустимый минимальный уровень мощности мощности обычно определяется средней Р шумов в канале Р_ш,

следовательно D_С= 10· lg(Р_макс/Р_ш ), а отношение средних Р сигнала и шумаР_с/Р_ш – часто называется просто отношением сигнал-шум.

Ширина спектра F_С –диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этот параметр дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования (Гц).

В технике связи спектр сигнала сокращают. Это связано с тем, что аппаратура имеет ограниченную полосу пропускания частот. !!!Сокращение спектра осуществляют исходя из допустимых искажений сигнала. Например, при телефонной связи требуется, чтобы речь была разборчива и абоненты могли узнать друг друга по голосу. Для выполнения этих условий достаточно передать речевой сигнал в полосе частот от 300 до 3400 Гц. Ширина спектра телефонного сигналазависит от скорости его передачи и обычно принимается равной F≈ 1,5υ, где υ – скорость передачи (телеграфирования) в Бодах, т. е. число символов, передаваемых в секунду. Так, при телетайпной передаче υ = 50 Бод и F = 75 Гц.

Объем (емкость) сигнала V_C= Т_С · D_С · F_С. Объем сигнала дает общее представление о возможностях данного сигнала как переносчика сообщений, это характеристика сигнала, позволяющая оценивать трудности, связанные с его передачей.

В системах электросвязи в качестве переносчика используются переменный электрический ток, электромагнитное поле, световые волны, скорость распространения которых приближается к скорости света в вакууме - 3·м/с. Применяются два типа сообщений – непрерывные и дискретные. Непрерывные сообщения (речь, музыка, изображение) принимают любые значения. Конечное число возможных значений – признак дискретного сообщения (пример – выражение информации в виде последовательности символов).

Из основных определений следует, что в любой системе электросвязи должны быть устройства, осуществляющие следующие преобразования:

- на передаче: информация®сообщение®сигнал;

- на приеме: сигнал®сообщение® информация.

Обобщенная структурная схема системы электросвязи представлена на рис.1.2.

Рис. 1.2. Обобщенная структурная схема системы электросвязи** (простейшей)

(одноканальной, симплексной)

Первичные преобразователи (преобразователи сообщение – сигнал) осуществляют преобразование сообщения a_п в первичный (электрический) сигнал u(t).

Линия связи – совокупность физических цепей, имеющих общую среду распространения и служащих для передачи электрических сигналов от передатчика к приемнику. Для каждого типа линии связи применяются сигналы, наиболее эффективно распространяющиеся по ней: по проводной линии – переменные токи до десятков килогерц, по радиолинии – электромагнитные колебания высоких частот (от сотен кГц до десятков и сотен МГц), по оптическим линиям – световые колебания (волны) с частотами …Гц. На выходе линии связи будет смесь принятого сигнала и помехи, т.е. z(t)=S(u,t) + n(t).

Для согласования первичных сигналов с линией связи применяется передатчик: именно в нем осуществляется преобразование первичных сигналов u(t) в сигналы, удобные для передачи по линии связи (по мощности, частоты, форме и т.д.). В большинстве случаев передатчик – это генератор переносчика (несущей) и модулятор. В электросвязи применяются модулированные сигналы. Процесс модуляции заключается в управлении параметрами переносчика первичного сигнала u(t). На выходе передатчика получают модулированный сигнал S(u,t).!!!!!

В приемнике из принятого сигнала z(t) получают первичный сигнал u_пр(t), который несколько отлича -

ется от переданного u(t). Поэтому в приемнике для компенсации ослабления сигнала после линии связи производится усиление и обработка принятого сигнала с целью выделения полезного сигнала и подавления помех.

Обратное преобразование принятого первичного сигнала u_пр(t) в сообщение a_пр осуществляется с помощью специальных устройств. В принципе, необходим такой преобразователь, который преобразует принятый первичный сигнал в сообщение, воспринимаемое получателем.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

*Сигнал (Signal) – физический процесс, используемый для передачи информации из одного места в другое [Вычислительные сети и сетевые протоколы, с. 548]

**В системе связи (рис. 1.2) передача сообщений осуществляется в одном направлении (от источника к получателю). Такой режим связи (передачи) называется симплексным.Режим, в котором возможна одновременная передача сообщений в прямом и обратном направлениях называется дуплексным. Возможен и полудуплекный режим – передача сообщений осуществляется поочередно.

Источник и получатель информации являются абонентами системы связи. На рис.1.2 выделен канал электросвязи – совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающих при подключении оконечных абонентских устройств передачу сообщений любого вида от источника к получателю (по-

требителю) с помощью сигналов электросвязи. Различают каналы: телефонные, телеграфные, передачи дан-

ных, звукового и телевизионного вещания, проводные и кабельные, радиосвязи, цифровые и т.д.

Современные системы электросвязи являются многоканальными(рис. 1.3). Для этого на передающей стороне необходимо иметь формирователь канальных сигналов, а на приемной – устройство разделения сигналов.

Многоканальная система связи обеспечивает передачу нескольких сообщений по одной общей линии связи.

Здесь b₁(t), b₂(t), … b_n(t) – первичные сигналы, подлежащие передаче, преобразуются посредством модуляторов М₁, М₂, … М_n в электрические сигналы u₁(t), u₂(t), … u_n(t), а затем сме –

Рис. 1.3. Структурная схема многоканальной системы передачи шиваются в аппаратуре уплотнения*. По–

лученный групповой сигнал u(t) передается по линии связи. Приемник из принятого колебания z(t)=s(t)+n(t) с помощью устройства разделения (фильтров Ф_i)выделяет индивидуальные сигналы ŝ_i(t), преобразуемые посредством демодуляторов (детекторов) Д_iв соответствующие первичные сигналы ^{^ ^ ^}

Для разделения сигналов на приемном конце в практике многоканальной связи преимущественно применяют частотныйивременной способы разделения.