Прокис Дж. Цифровая связь (2000) (1151856), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Мы назовем это М вЂ” позициопной модуляцией (М>2). Заметим, что информационная последовательность с Ь битами поступает на вход модулятора каждые ЫА секунд. Следовательно, когда канальная скорость передачи данных Р фиксирована, для передачи одного из М сигналов, соответствующих информационной последовательности из Ь бит, отведен в Ь раз больший интервал времени, чем при двоичной модуляции. Канал связи — это физическая среда, которая используется для передачи сигнала от передатчика к приемнику. При беспроволочной связи каналом может быть атмосфера (свободное пространство).
С другой стороны, телефонные каналы обычно используют ряд физических сред, включая линии проводной связи, волоконно-оптические кабели и беспроволочные линии (например, микроволновую радиолинию). Для любой физической среды, используемой для передачи информации, существенно, что передаваемый сигнал подвержен случайным искажениям через такие механизмы, как воздействие аддитивногс >ив»лового шума, генерируемого электронными устройствами, воздействие промышленных помех (например, автомобильные помехи от системы зажигания), воздействие атмосферных помех (электрические разряды молнии во время грозы) и т.п.
На приемной стороне системы цифровой связи цифровой демодулятор обрабатывае! искаженный каналом передаваемый сигнал и преобразует его в последовательность чисел, которые представляют оценки переданных данных (двоичных или М-позиционных). Этз последовательность чисел поступает на канальный декодер, который пытается восстановить первоначальную информационную последовательность, используя знанис канального кода и избыточности, содержащейся в принятых данных. Мера качества работы демодулятора и декодера — это частота, с которой возникаю> ошибки декодируемой последовательности.
Более точно, средняя вероятность ошибки нг бит для выходных символов декодера является удобной характеристикой качествг демодулятора-декодера. Вообще говоря, вероятность ошибки является функцией от характеристик кода, форм сигналов, используемых для передачи информации по каналу, мощности передатчика, характеристик канала, а именно уровня шума, природы интерференции и т.д., и методов демодуляции и декодирования.
Эти обстоятельства и их влияние на характеристики качества системы связи будут обсуждаться подробно в последующих главах. На заключительной стадии, когда рассматривается аналоговый выход, декодер источника принимает выходную последовательность от декодера канала и, используя знание метода кодирования источника, применйнного на передаче, пытается восстановить исходную форму сигнала источника. Ошибки декодирования и возможные искажения в кодере и декодере источника приводят к тому, что сигнал на выходе декодера источника является аппроксимацией исходного сигнала источника.
Разность или некоторая функция разности между исходным и восстановленным сигналом является мерой искажения, внесенного цифровой системой связи. 1.2. КАНАЛЫ СВЯЗИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ Как было указано в предшествующем обсуждении, канал связи обеспечивает соединение передатчика и приемника.
Физический канал может быть двухпроводной линией, которая пропускает электрический сигнал, или стекловолокном, которое переносит информацию посредством модулированного светового луча, или подводным каналом океана, в котором информация передается акустически, или свободным пространством, по которому несущий информационный сигнал излучается при помощи антенны. Другие среды, которые могут характеризоваться как каналы связи — средства хранения данных, такие как магнитная лента, магнитные и оптические диски. Одна общая проблема при передаче сигнала через любой канал — аддитивный шум. Вообще говоря, аддитивный шум создается часто внутри различных электронных компонентов, таких как резисторы и твердотельные устройства, используемых в системах связи. Эти шумы часто называют тепяовым шумом.
Другие источники шума и интерференции (пало>кения) могут возникать вне системы, например переходные помехи от других пользователей канала. Когда такой шум и переходные помехи занимают тот же самый диапазон частот, что и полезный сигнал, их влияние может быть минимизировано путем соответствующего выбора передаваемого сигнала и демодулятора в приемнике. Другие виды сигнальных искажений, которые могут встречаться при передаче сигнала по каналу, — это затухание сигнала, амплитудные и фазовые искажения сигнала и искажения сигнала, обусловленные многопутевым распространением волн. Влияние шума может быть уменьшено увеличением мощности передаваемого сигнала.
Однако конструктивные и другие практические соображения ограничивают уровень мощности передаваемого сигнала. Другое базовое ограничение — доступная ширина полосы частот канала. Ограничение ширины полосы обычно обусловлено физическими ограничениями среды и электрических компонентов, используемых в передатчике и приемнике. Эти два обстоятельства приводят к ограничению количества данных, которые могут быть переданы надежно по любому каналу связи, как мы увидим в последующих главах книги.
Ниже мы опишем некоторые из важных характеристик отдельных каналов связи. Проводные каналы. Телефонная сеть экстенсивно использует проводные линии для передачи звукового сигнала, а также данных и видеосигналов. Витые проводные пары и коаксиальный кабель в основном дают электромагнитный канал, который обеспечивает 13 прохождение относительно умеренной ширины полосы частот.
Телефонный провод, обычно используемый, чтобы соединить клиента с центральной станции, имеет ширину полосы несколько сотен килогерц. С другой стороны, коаксиальный кабель имеет обычно У ~ Ф у 10б и 1 ° ° г- Г Инфракрасные лучи 1О" Гц !ом Гц используемую ширину полосы частот несколько мегагерц. Рисунок 1.2.1 поясняет частотный диапазон 1 мм !' . 4! ''-- 100 ГГц используемых электромагнитных каналов, которые включают волноводы и оптический кабель. Сигналы, передаваемые через такие каналы, искажаются по амплитуде и фазе, и, кроме того, на них накладывается аддитивный шум.
Проводная линия связи в виде витой пары также склонна к интерференции переходных помех от рядом расположенных пар. Поскольку проводные каналы составляют большой процент каналов связи по всей стране и миру, широкие исследования были направлены на определение их свойств передачи и на уменьшение амплитудных и фазовых искажений в канале. В гл. 9 мы опишем 1 см Вслнсволы шггц 10 см Т - ф .-----! ! ггц 1м !ОО МГц 10м Коаксиальные каналы !ОО м ! МГц !км 10 км 100 км 100 кГц методы синтеза оптимальных передаваемых сигналов и демодуляторов; в гл.
10 и 11 рассмотрим синтез канальных эквалайзеров (выравнивателей), которые компенсируют амплитудные и фазовые искажения в канале. Каналы на витых парах !О кГц ! кГц Т Рис. 1.2.1. Частотные диапазоны для каналов связи с направляющими системами 14 Волоконно-оптические каналы.
Стекловолокно предоставляет проектировщику системы связи ширину полосы частот, которая на несколько порядков больше. чем у каналов с коаксиальным кабелем. В течение прошедшего десятилетия были разработаны оптические кабели, которые имеют относительно низкое затухание для сигнала, и высоконадежные оптические устройства для генерирования и детектирования сигнала. Эти технологические достижения привели к быстрому освоению таких каналов как для внутренних систем электросвязи, так и для трансатлантических и мировых систем связи.
С учетом большой ширины полосы частот, доступной на волоконно-оптических каналах, стало возможйо для телефонных компаний предложить абонентам широкий диапазон услуг электросвязи, включая передачу речи, данных, факсимильных и видеосигналов. Передатчик или модулятор в волоконно-оптической системе связи — источник света, светоизлучающий диод (СИД) или лазер.
Информация передается путем изменения (модуляции) интенсивности источника света посредством сигнала сообщения. Свет распространяется через волокно как световая волна, и она периодически усиливается (в случае цифровой передачи детектируется и восстанавливается ретрансляторами) вдоль тракта передачи, чтобы компенсировать затухания сигнала. В приемнике интенсивность света детектируется фотодиодом, чей выход является электрическим сигналом, который изменяется пропорционально мощности света на входе фотодиода. Источники шума в волоконно-оптических каналах — это фотодиоды и электронные усилители.
Предполагается, что волоконно-оптические каналы заменят почти все каналы проводной линии связи в телефонной сети на рубеже столетия. Беспроводные (радно) каналы. В системах беспроводной связи (радиосвязи) электромагнитная энергия передается в среду распространения антенной, которая служит излучателем. Физические размеры и структура антенны зависят прежде всего от рабочей частоты. Чтобы получить эффективное излучение электромагнитной энергии, размеры антенны должны быть больше чем И 0 длины волны.
Следовательно, передача радиостанции с АМ на несущей, допустим, 1 = 1 МГц, соответствующей длине волны Х = с/ г; = 300 м, требует антенны с диаметром по крайней мере 30 м. Другие важные характеристики и свойства антенн для беспроволочной передачи описаны в гл. 5. Рисунок 1.2.2 поясняет различные диапазоны частот для радиосвязи. Способы распространения электромагнитных волн в атмосфере и в свободном пространстве можно разделить на три категории, а именно: распространение поверхностной волной, распространение пространственной, волной, распространение прямой волной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
