В.Н. Васюков - Общая теория связи (1266496), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Так, текст телеграммы можно напечатать или написать на бумаге,изображение можно зафиксировать на фотобумаге (при этом изменяется еёвнутренняя структура) или в электронной памяти (где оно хранится в видеизменений концентрации носителей зарядов), и т.п. Любое сообщение комуто адресовано, для кого-то предназначено.Для передачи сообщения необходим материальный носитель, физический процесс, называемый сигналом.

Сигналом может быть свет костра илифонаря, звук речи или свистка, предмет, находящийся (или отсутствующий)в условленном месте, взмах флажка или платка и т.п. В радиотехнике и телекоммуникации используются электрические сигналы, которые благодаряпростоте и удобству их генерирования и преобразования наилучшим образомприспособлены для передачи больших объемов данных на большие расстояния. Заметим, что в современных системах связи и устройствах храненияданных электрические сигналы зачастую преобразуются в оптические илимагнитные, но, как правило, предполагается их обратное преобразование.3Изображение на экране аналогового телевизора «прочерчивается» электронным лучом переменной интенсивности; траектория движения светящейся точки по экрану называется развёрткой.

При так называемойпрогрессивной развёртке луч прочерчивает практически горизонтальные линии (строки) одну за другой,очень быстро возвращаясь после окончания одной строки к началу следующей (после окончания последнейстроки кадра луч возвращается к началу первой строки и начинается формирования следующего кадра). Причересстрочной развёртке луч пробегает чётные и нечётные строки поочередно.4continuus (лат.) – непрерывный, сплошной7Естественной формой представления сигнала считается его описаниенекоторой функцией времени (зависимой переменной чаще всего являетсянапряжение или ток). Сигналы, как и сообщения, могут быть дискретнымиили континуальными (аналоговыми) в зависимости от того, рассматриваютсяли они как функции дискретного или непрерывного времени6.

Зависимая переменная также может быть дискретной или непрерывной, в соответствии счем можно различать четыре типа сигналов, рис.1.1.Сигнал называется аналоговым, если его значения определены в любойточке непрерывной временной оси и могут принимать любые значения изнепрерывного множества, например, из множества вещественных (действительных) чисел7.

Такие сигналы имеют место, например, в цепях звуковоспроизводящих устройств (громкоговорителей или звуковых колонок). Еслисигнал рассматривается как функция непрерывного времени, но значенияможет принимать не любые, а лишь из некоторого «разрешенного» множества, он называется квантованным. Примером такого сигнала может быть напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя, которое может изменяться только на величину, кратную некоторому наименьшему приращению (этот ступенчатый сигналдалее преобразуется в аналоговый путёмфильтрации). Сигнал понимается как дискретный, если он рассматриваетсялишь в отдельные моменты времени, следующие друг за другом через определённый постоянный интервал, но при этом может принимать произвольныезначения из непрерывного множества (например, множества вещественныхили комплексных чисел).

Цифровой сигнал обычно представляет собой последовательность чисел конечной разрядности (выражаемых конечной деся5В приведённом выше примере с микрофоном непрерывно изменяющееся напряжение на его выходе является аналогом другой физической величины – звукового давления, отсюда название «аналоговый», применяемое к непрерывным функциям времени (или другой переменной).6В обычном («бытовом») понимании время воспринимается как непрерывная величина; «дискретное время»возникает в тех случаях, когда во внимание принимаются значения сигнала лишь в отдельные моменты времени, определяемые некоторым тактовым интервалом, а в остальные моменты времени поведение сигналаигнорируется.7Хотя реальные сигналы всегда являются вещественными, в некоторых случаях удобно описывать их функциями, принимающими кóмплексные значения (например, при описании узкополосных сигналов, см.

п. 2.12)8тичной или двоичной дробью), «привязанных» к определенным периодически следующим друг за другом моментам времени. Важно подчеркнуть, чтоконечная разрядность значений цифрового сигнала означает, что такой сигнал может принимать значения из дискретного конечного множества. (В литературе по связи часто также называют цифровыми сигналы, выражаемыедробями конечной разрядности и неизменные на временном интервале, который называют тактовым интервалом или интервалом посылки.)u (t )u[n]u (t )nttаu[n]бвnГРис.1.1 Типы сигналов: а – аналоговый, б – квантованный, в – дискретный, в – цифровойДля передачи сообщений используются различные устройства, связанные между собой и действующие в соответствии с единым замыслом, т.е. образующие систему.

Современная система связи (система передачи информации, телекоммуникационная система) представляет собой достаточно сложную совокупность устройств, выполняющих преобразования сообщений исигналов с целью наиболее эффективной передачи информации от источникак получателю (или получателям). Эффективность систем связи оцениваетсячисловыми характеристиками (показателями), к которым относятся верность(достоверность) и скорость передачи информации, а также некоторые другиевеличины8.

Упрощённая структурная схема системы связи показана нарис.1.2.Само назначение системы связи предполагает наличие источника и получателя сообщений. Источник сообщений ИС порождает сообщение a , которое преобразуется преобразователем Пр1 в сигнал b(t ) , называемый пер-9вичным сигналом.

При этом преобразовании информация, заключённая в сообщении, передаётся первичному сигналу, поэтому его называют также информационным сигналом. Например, в системе телефонной связи преобразователем служит микрофон, в системе телевидения – передающая телевизионная камера на основе электронно-лучевой трубки или полупроводниковойматрицы. Первичный сигнал, как правило, непригоден для непосредственнойпередачи9, поэтому он поступает на модулятор10 М, где используется длямодуляции другого колебания s (t ) , более подходящего для передачи и называемого переносчиком или несущим колебанием. Например, при передаче сообщений посредством электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве, необходимо использовать антенну, которая преобразует электрические колебания в проводнике в колебания электромагнитного поля в окружающем пространстве (такая антенна называется передающей11).

Для того,чтобы такое преобразование было эффективным, размеры антенны должныбыть соизмеримы с длиной волны   c / f , где f – частота колебания, c –скорость света. Если полагать, что частота звука в среднем составляет 10 килогерц, то размеры антенны для создания приемлемой мощности излучениядолжны быть около 300 000 000/10 000=30 000 метров. Таким образом, дляпередачи звуковых сообщений частоту излучаемых колебаний необходимоповысить хотя бы в тысячу раз, что и достигается применением модуляции,при этом информация, содержащаяся в сообщении, должна быть перенесенав это высокочастотное несущее колебание.Модуляция означает изменение одного или нескольких параметров колебания-переносчика в соответствии с изменением первичного сигнала (илис передаваемым сообщением).

В качестве несущего часто используется гар8более подробно об этом см. п. 14Как исключение, в простых системах проводной телефонии первичный сигнал может передаваться непосредственно; применение таких систем ограничивается, в частности, затуханием синала в проводной линии10Это устройство часто называют передатчиком; тогда модулятором называют ту часть передатчика, гдепроисходит собственно модуляция, т.е. управление параметрами несущего колебания11Сказанное далее справедливо и для приёмных антенн, выполняющих обратное преобразование910моническое колебание настолько высокой частоты, что оно эффективно излучается антенной небольших размеров.

Само по себе немодулированное несущее колебание информации не несёт, но после модуляции его параметры«повторяют» изменения первичного (информационного) сигнала, и на приемной стороне эти изменения могут быть измерены (демодулированы), благодаря чему и происходит приём сообщения.

Следует отметить, что дискретное сообщение вовсе не обязательно должно передаваться дискретным сигналом, а непрерывное – аналоговым. Наоборот, для современных систем связи характерна передача, например, аналоговых сообщений цифровыми сигналами; цифровые первичные сигналы применяют для модуляции аналоговых несущих колебаний и т.д.ИСu (t )b(t )aМПр1s(t )ЛСab (t )z( t )ДМПр2ПСпомехиРис.

1.2. Упрощённая структура системы связиМодулированный сигнал u (t ) поступает в линию связи ЛС – физическую среду, которая благодаря своим свойствам пригодна для передачи сигнала к приемнику. Примерами таких сред служат металлические (медные,алюминиевые) проводники, оптическое кварцевое стекло, электромагнитноеполе в открытом пространстве и т.д.

Между модулятором и линией связиможет находиться преобразователь (передающая антенна для радиолинии,электрооптический преобразователь – лазер – для оптоволоконной линии ит.д.). Соответствующий преобразователь необходим в этих случаях такжемежду линией и демодулятором (приемная антенна для радиолинии, фотодиод для оптоволоконной и т.п.). В линии связи происходит искажение сигнала– изменение его характеристик под влиянием среды (например, затухание –ослабление колебаний с расстоянием и вследствие поглощения энергии ве-11ществом, различного для разных частот), а также неизбежное воздействие насигнал вредных посторонних колебаний (помех).

Поэтому колебание z (t ) ,поступающее с выхода линии связи на демодулятор12 ДМ, отличается от переданного сигнала u (t ) , а вырабатываемый демодулятором сигнал b (t ) в общем случае отличается от первичного сигнала b(t ) . Качество демодулятора(и системы в целом) тем выше, чем меньше это отличие. Сигнал b (t ) преобразуется преобразователем Пр2 в сообщение13 a , передаваемое получателюсообщения ПС. В радиовещании роль подобного преобразователя играетгромкоговоритель, в телевидении – жидкокристаллический или плазменныйэкран, и.т.д. Заметим, что одно и то же сообщение может быть адресованомногим получателям (например, в системах радио- и телевизионного вещания количество получателей практически неограниченно).Рассмотренная структура системы связи является простейшей и сравнительно редко применяется на практике.

В современных цифровых системах связи сообщение перед передачей часто кодируется, при этом последовательность символов, порождаемая источником (то есть собственно сообщение) преобразуется кодером К (рис. 1.3) в последовательность кодовыхсимволов, которая в виде цифрового сигнала bц (t ) поступает на вход модулятора. После прохождения модулированного сигнала по каналу связи и демодуляции полученная кодовая последовательность декодируется декодером14 ДК, при этом восстанавливается сообщение a , которое из-за воздействия помех может отличаться от исходного (в таких случаях говорят, что декодированное сообщение содержит ошибки). Кодирование может производиться для повышения скорости передачи информации (эффективное, эко-12Модулятор и демодулятор часто конструктивно объединяют в одно устройство – модéмЭто сообщение в общем случае может отличаться от переданного (а в аналоговых системах отличие неизбежно).14Часто кодер и декодер конструктивно объединяются в одно устройство, называемое кóдеком1312номное, или энтропийное кодирование15) либо для обнаружения и исправления ошибок при приеме сообщения (помехоустойчивое кодирование).

Характеристики

Список файлов книги