Копия Шпора

Принцип амплитудной модуляции. Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда. В простейшем случае гармонического сигнала амплитуда AM колебание является суммой трех высокочастотных гармонических колебаний близких частот: колебания несущей частоты, колебания верхней боковой частоты, колебания нижней боковой частоты. Ширина спектра равна удвоенной частоте модуляции: ∆f_AМ=2F. Амплитуда несущего колебания при модуляции не изменяется; амплитуды колебании боковых частот (верхней и нижней) пропорциональны глубине модуляции, т. е. амплитуде X модули­рующего сигнала.

Принцип динамического представления. Формы сигналов при двоичном коде для различных видов дискретной модуляции будет получено точное представление исходного сигнала. Будем называть этот способ описания сигналов динамическим представлением, подчеркивая этим развивающийся во времени характер процесса. Широкое применение нашли два способа динамического представления. Согласно первому из них в качестве элементарных сигналов используются сту­пенчатые функции, возникающие через равные промежутки времени Д. Высота каждой ступеньки равна приращению сигнала на интервале времени А. При втором способе элементарными сигналами служат прямоугольные импульсы. Эти импульсы непосредственно примыкают друг к другу и образуют последовательность, вписанную в кривую или описанную вокруг нее.

Принцип угловой модуляций. Фазовая модуляция заключается в пропорциональном первичному сигна­лу x(t) изменении фазы переносчика. ФМ колебание в разные моменты времени имеет различ­ные мгновенные частоты, отличающиеся от частоты несущего колебания на величину , что позволяет рассматривать ФМ колебание как моду­лированное по частоте. Наибольшее отклонение частоты от называется де­виацией частоты. Частотная модуляция заключается в пропорциональном первичному сигналу x(t) изменении мгновенной частоты переносчика. ФМ и ЧМ колебания имеют много общего. ФМ и ЧМ характеризуются одними и теми же параметрами (индексом модуляции М и девиацией частоты ), свя­занными между собой одинаковыми соотношениями. Наряду с отмеченным сходством частотной и фазовой модуляции между ними имеется и существенное отличие, связанное с различным характером за­висимости величин М и от частоты F первичного сигнала.

Проводные, волоконно-оптические и беспроводные каналы. Волоконно-оптические каналы. В течение прошедшего десятилетия были разработаны оптические кабели, которые имеют относительно низкое затухание для сигнала, и высоконадёжные 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 учётом большой ширины полосы частот, доступной на волоконно-оптических каналах, стало возможно 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. Беспроводные (радио) 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 1/10 длины волны. 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. В этих частотных диапазонах сигналы связи фактически распространяются вокруг всего земного шара. По этой причине эти диапазоны частот прежде всего используются во всём мире для решения навигационных задач с берега до кораблей. Подводные акустические каналы. За последние 40 лет исследования океанской деятельности непрерывно расширялись. Это связано с усилением потребности передать данные, собранные датчиками, размещенными под водой и на поверхности океана. Оттуда данные передаются к центру сбора информации. Электромагнитные волны не распространяются на большие расстояния под водой, за исключением крайне низких частот. Однако передача сигналов таких низких частот предельно дорога из-за чрезвычайно больших и мощных передатчиков. Затухание электромагнитных волн в воде может быть выражено глубиной поверхностного слоя, которая является расстоянием, на котором сигнал ослабляется в е раз.

Расчет параметров синхронизации. Все кодовые комбинации в объединяемых цифровых потоках имеют по восемь разрядов, а синхросигнал - только семь (см. рисунок 9.3). Значит, комбинацию синхросигнала можно дополнять до «стандартного» числа разрядов, т.е. до восьми, передавая в «пустом» промежутке времени биты, например, от персональных компьютеров. Скорость передачи таких данных достигает при этом 8 кбит/с. Получается, что с вводом сигнала синхронизации в цифровой системе передачи, по сути, организован еще один «стандартный» канал, в котором скорость передачи битов (вместе с битом компьютерных данных) оказывается равной 64 кбит/с и который, следовательно, ничем не отличается от основных, или информационных, каналов. Он не относится к информационным каналам, а является служебным и создан для обслуживания самой системы передачи. Цифра же 30 в названии системы передачи указывает на количество только информационных каналов. Существует еще один служебный канал, 32-й (по счету, но не по расположению его среди других), который тоже является стандартным, со скоростью 64 кбит/с. Правда, предназначен он уже не для обслуживания цифровой системы передачи. По нему передают различные служебные сигналы, без которых невозможно установление связи, например: импульсы от номеронабирателя, сигнал о том, что абонент занят (короткие гудки), и многие другие, используемые на телефонных станциях для управления ее приборами.

Роль и место передачи цифровой информации в современном мировом сообществе. Область цифровой передачи информации в настоящее время испытывает революционные преобразования, связанные с глобализацией производственных и экономических процессов в мировом сообществе; этому соответствует зарождение и развитие новых технологий: слияние компьютерных и телекоммуникационных систем, внедрение волоконно-оптической техники, развитие цифровых методов и устройств передачи, хранение и обработка информации. Переход к цифровым сигналам обеспечивает высокую помехоустойчивость передачи, повышает ее качество и надежность, существенно сокращает вес и габариты оборудования. Поскольку представление цифрового сигнала одинаково для всех видов трафика, то это создает реальную платформу для их объединения в одном канале передачи. Развитие средств обработки и передачи информации, возрастание скорости информационных процессов  привели к становлению нового типа организации общества, его функционирования и управления.

Свойства спектральной плотности. В статистической радиотехнике и физике при изучении детерминированных сигналов и случайных процессов широко используется их спектральное представление в виде спектральной плотности, которая базируется на преобразовании Фурье. Спектральный метод анализа прохождения радиотехнических сигналов через линейные стационарные системы - целый комплекс математических приемов, в основе которых лежит использование свойств частотного коэффи­циента передачи системы. Основная формула спектрального метода свидетельствует о том, что частотный коэффициент передачи системы служит множителем пропорциональности между спектральными плотностями сигналов на входе и выходе. Свойства спектральной плотности: Энергетический спектр стационарного процесса (вещественного или комплексного) – неотрицательная величина. Энергетический спектр вещественного стационарного в широком смысле случайного процесса есть действительная и четная функция частоты. Корреляционная функция и энергетический спектр стационарного в широком смысле случайного процесса обладают всеми свойствами, характерными для пары взаимных преобразований Фурье.

Системы связи с обратной связью Характеризуются повторением кодовых комбинаций, в которых обнаружены ошибки. Решение о необходимости повторения может выноситься на приеме (системы с решающей обратной связью - РОС) или на передаче (системы с информационной обратной связью - ИОС). Как уже отмечалось, системы с обратной связью отличаются наличием канала, по которому осуществляется «служебная» связь передатчика с приемником. В системах с РОС приемником определяется наличие в принятой комбинации ошибки или вычисляется вероятность того, что кодовая комбинация содержит ошибки. Если в кодовой комбинации обнаружены ошибки или вероятность того, что в ней со­держатся ошибки, оказалась достаточно большой, то по обратному каналу посылается сигнал решения о необходимости повторения (отсюда название решающая обратная связь).

Системы, каналы и сети связи. Основные характеристики системы связи. Совокупность технических средств для пере­дачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи. Эти­ми средствами являются передающее устройство, линия связи и приёмное уст­ройство. Иногда в понятие система связи включается источник и потребитель сообщений. Внедрение высокоэффективных ЭВМ привело к необходимости быстрого развития систем передачи данных, обеспечивающих обмен информацией между вычислительными средствами и объектами автоматизированных систем управления. Каналом связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала. Канал связи можно характеризовать так же, как и сигнал, тремя параметрами: временем Тк, в течение которого по каналу возможна передача, динамическим диапазоном Dk полосой пропускания канала Fk. Под динамиче­ским диапазоном канала понимают отношение допустимой мощности переда­ваемого сигнала к мощности неизбежно присутствующей в канале помехи, вы­раженное в децибелах. Источником сообщений и получателем в одних системах связи может быть человек, в других - различного рода устройства (автомат, вычислительная машина и т.д.). Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение, — приёмным. В теле­фонии, например, эта операция сводится к превращению акустических колеба­ний в пропорционально изменяющееся электрическое напряжение на выходе микрофона. В передатчике первичный сигнал b(t} (обычно низкочастотный) превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал u(t), пригодный для пе­редачи по используемому каналу. Это осуществляется посредством модуляции. Линией связи называется физическая среда и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приёмнику.

Скремблирование. Скремблирование - шифрование потока данных, в результате которой он выглядит как поток случайных битов. Последовательности битов в исходном массиве данных обратно шифруется, так что вероятности появления логической единицы и логического нуля в каждой последующей битовой позиции потока одинаковы и не зависят от предыстории. Применительно к телекоммуникационным системам, скремблирование повышает надежность синхронизации устройств, подключенных к противоположным сторонам линии связи, и уменьшает уровень помех, излучаемых на соседние линии многожильного кабеля. Другая область применения скремблера - защита передаваемой информации от несанкционированного доступа. При скремблировании генерируется псевдослучайная последовательность (одинаковая для скремблера и дескремблера) бит. Бит входного сигнала поступающего в скремблер суммируется по модулю с битом псевдослучайной последовательности. После чего бит отправляется на выход, скремблер принимает следующий входной бит псевдослучайной последовательности и входящей последовательности и повторяет операцию. Обратное преобразование осуществляется в обратном порядке. Псевдослучайная последовательность используется циклически. Скремблирование применяется во многих современных системах цифровой связи (SDH)

Случайные процессы и их основные характеристики. В основе большинства методов исследования общей теории связи лежит представление о процессе передачи сообщения как некоторого случайного про­цесса, развивающегося (чаще всего) во времени. Словом случайный подчерки­вается то обстоятельство, что предопределить заранее точное протекание про­цесса невозможно. По определению, случайный процесс X(t)—это особого вида функция, характеризующаяся тем, что в любой момент времени t принимаемые ею значения являются случайными величинами. Типичным примером случай­ного процесса может служить напряжение Z(Q) = s(t) + N(t) на входе приёмни­ка. Наблюдая напряжение в данный момент, мы не можем с полной определён­ностью предсказать, каково будет его значение в последующие моменты вре­мени. Это объясняется тем, что параметры формируемого передатчиком ка­нального сигнала s(t) (амплитуда, частота, фаза) изменяются случайным обра­зом в соответствии с передаваемым сообщением a(t). Случайность процесса X(t) проявляется в том, что вид наблюдаемой функ­ции случайным образом меняется от одного наблюдения к другому. Однако по­лучаемая в результате каждого отдельного опыта функция x(t) не случайна, её называют реализацией случайной функции. Случайный процесс представляет собой бесконечную совокупность таких реализации, образующих статистический ансамбль.

Современные технологии изготовления больших интегральных схем. В зависимости от технологии изготовления микросхемы подразделяют на полупроводниковые и пленочные. Пленочные схемы, в свою очередь, делятся на тонкопленочные и толстопленочные. Первые получают методами термического испарения материалов и катодного распыления, вторые - методами шелкографии и вжигания специальных паст в керамику. Разновидностью тонкопленочных микросхем, используемых в диапазоне СВЧ, являются микрополосковые схемы. При изготовлении современных сверхбольших интегральных схем используется метод литографии. При этом, на подложку будущего микропроцессора (тонкий круг из монокристаллического кремния, либо сапфира) через специальные маски, содержащие прорези, поочерёдно наносятся слои проводников, изоляторов и полупроводников. Соответствующие вещества испаряются в вакууме и осаждаются сквозь отверстия маски на кристалле процессора. Иногда используется травление, когда агрессивная жидкость разъедает не защищённые маской участки кристалла. Одновременно на подложке формируется порядка сотни процессорных кристаллов. В результате появляется сложная многослойная структура, содержащая от сотен тысяч до миллиардов транзисторов. В зависимости от подключения транзистор работает в микросхеме как транзистор, резистор, диод или конденсатор. Создание этих элементов на микросхеме отдельно, в общем случае, не выгодно. После окончания процедуры литографии подложка распиливается на элементарные кристаллы. К сформированным на них контактным площадкам (из золота) припаиваются тонкие золотые проводники, являющиеся переходниками к контактным площадкам корпуса микросхемы. Далее, в общем случае, крепится теплоотвод кристалла и крышка микросхемы.

Соотношение между скоростью передачи и шириной полосы канала, формула Шеннона. Шеннон показал, что пропускная способность канала С с аддитивным белым гауссовым шумом (additive white Gaussian noise — AWGN) является функцией средней мощности принятого сигнала S, средней мощности шума N и ширины полосы пропускания W. Выражение для пропускной способности (теорема Шеннона-Хартли) можно записать следующим образом: (5.1) Если W измеряется в герцах, а логарифм берется по основанию 2, то пропускная способность будет иметь размерность бит/с. Теоретически (при использовании достаточно сложной схемы кодирования) информацию по каналу можно передавать с любой скоростью Rсо сколь угодно малой вероятностью возникновения ошибки. Если же R> С, то кода, на основе которого можно добиться сколь угодно малой вероятности возникновения ошибки, не существует. В работе Шеннона показано, что величины S, N и W устанавливают пределы скорости передачи, а не вероятности появления ошибки.

Способы организации связи между станцией и подвижным абонентом. Для успешного функционирования и выполнения требуемых задач любая система связи подвижной службы вне зависимости от ее вида и назначения должна иметь возможность включения в другую систему в общей иерархии систем связи, использующих Единую Национальную Сеть Связи. Это, в свою очередь, накладывает жесткие требования на условия со-пряжения систем, а, следовательно, и на каналы мобильной радиосвязи, так, например, должны выполняться следующие основные требования : количество каналов радиосвязи должно удовлетворять возможности массового обслуживания абонентов; каналы радиосвязи должны иметь полосы частот, обеспечивающие передачу стандартных сигналов; помехи и искажения в радиоканалах не должны ухудшать качество составных каналов при сопряжении различных систем связи; входные и выходные уровни радиосистемы должны обеспечиватьстандартный интерфейс между каналами различных систем. Выполнение указанных требований на практике встречает серьезные трудности, связанные с существенным отличием каналов подвижной радиосвязи от каналов стационарных систем и обусловленные особенностями линий радиосвязи и спецификой работы мобильных радиостанций, т. о., каналы подвижной радиосвязи представляют совокупность технических устройств (терминалов) и линий радиосвязи, обеспечивающих передачу и прием сообщений от источников к получателям посредством распространения электромагнитной энергии в пространстве.

Способы получения моделей сигналов. Сигнал (в теории информации и связи) — материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи. В радиотехнике основным элементом кодирования является модуляция сигнала. При этом обычно рассматривается близкий к гармоническому сигнал вида s(t) = A sin(2πf·t + φ), где амплитуда A, частота f или фаза φ медленно (относительно скорости изменения синуса) изменяются в зависимости от передаваемой информации (амплитудная, частотная или фазовая модуляция, соответственно). Стохастические модели сигнала, предполагают случайным или сам сигнал, или переносимую им информацию. Стохастическая модель сигнала часто формулируется как уравнение, связывающее сигнал с шумом, который в данном случае имитирует множество возможных информационных сообщений и называется формирующим шумом, в отличие от мешающего шума наблюдения. Обобщением скалярной модели сигнала являются, например, векторные модели сигналов, представляющие собой упорядоченные наборы отдельных скалярных функций, с определенной взаимосвязью компонентов вектора друг с другом. На практике векторная модель соответствует, в частности, одновременному приему сигнала несколькими приемниками с последующей совместной обработкой. Ещё одним расширением понятия сигнала является его обобщение на случай полей.

Стандарты и типы беспроводных сетей. Стандарт HIPERLAN Type 1 (англ. High PERformance Local Area Network- локальная вычислительная сеть высокой производительности) (HIPERLAN/1) был принят Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) в 1995 г. Это первый из четырех стандартов ETSI, касающихся беспроводного доступа к вычислительным сетям. Сеть HIPERLAN/1 работает в диапазоне 5,15…5,3 ГГц (на пяти частотных каналов). Максимальная скорость перемещения терминалов HIPERLAN/1 составляет 1,4 м/с. Передача данных может выполняться как асинхронно, так и синхронно. Радиус действия терминала составляет 50 м. Максимальная скорость передачи приблизительно равна 23,5 Мбит/с. Стандарты IEEE 802.11 для сетей WLAN были разработаны по инициативе IEEE с целью создания беспроводного расширения существующих стандартов ЛВС 802 серии. Этот проект был запущен в 1990 г. В окончательном виде стандарт опубликован в 1997 г. Данный стандарт описывает физический и МАС-уровень беспроводных ЛВС. На физическом уровне стандартизованы три различных метода передачи данных. В двух из них используется диапазон ISM (англ. Industrial, Scientific and Medical- промышленный, научный и медицинский) – 2,4000…2,4835 ГГц. С некоторыми ограничениями он доступен во всем мире. В третьем – реализуется технология передачи данных в инфракрасном диапазоне. Все эти методы работают с одним и тем же МАС-уровнем. Более высокие уровни одинаковы для всех сетей 802 серии. Стандарты IEEE 802.11 и HIPERLAN для частоты 5 ГГЦ. Продолжение работы над увеличением скоростей передачи данных в сетях WLAN привели к появлению нового расширения возможностей физического уровня IEEE 802.11. Был установлен новый стандарт ETSI, который назвали HIPERLAN Type 2. Это стало возможным частично благодаря выделению сетям WLAN новых частотных диапазонов в районе 5ГГц. МАС-уровень беспроводных сетей стандарта IEEE 802.11, реализованных в 5- ГГц диапазоне, не отличается от описанного выше, однако, уровни, расположенные выше физического уровня HIPERLAN/2, имеют отличия и будут кратко описаны. Система HIPERLAN/2 второго типа предназначены для использования в домашних условиях. Такие сети могут состоять из нескольких подсетей, аналогичных сотам в системах сотовой связи. Каждая подсеть работает на своей частоте и имеет центральный контроллер, который динамически выбирается среди терминалов HIPERLAN/2, работающих в этой подсети.

Структурная схема простей­шей многоканальной системы связи. Система связи называется многоканальной, если она обеспечивает пере­дачу нескольких сообщений по одной общей линии связи. Структурная схема простейшей многоканальной системы связи изображена на рисунке 1.3. Для разделения сигналов на приёмном конце, очевидно, необходимо, чтобы они различались между собой по некоторому признаку. В практике многоканальной связи преимущественно применяют частотный и временной способы разделе­ния. Рисунок 1.3 - Структурная схема простейшей многоканальной системы связи.

Структурная схема простей­шей одноканальной системы связи. Рассмотрим назначение отдельных элементов этой схемы. Источником сообщений и получателем в одних системах связи может быть человек, в других - различного рода устройства (автомат, вычислительная машина и т.д.). Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение, — приёмным. С помощью первичного преобразователя в передающем устройстве сообщение а, которое может иметь любую физическую природу (изображение, звуковое ко­лебание и т.п.), преобразуется в первичный электрический сигнал b(t). В теле­фонии, например, эта операция сводится к превращению акустических колеба­ний в пропорционально изменяющееся электрическое напряжение на выходе микрофона. В передатчике первичный сигнал b(t} (обычно низкочастотный) превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал u(t), пригодный для пе­редачи по используемому каналу. Это осуществляется посредством модуляции.

Сходства и отличия частотной и фазовой модуляции. Фазовая модуляция заключается в пропорциональном первичному сигна­лу x(t) изменении фазы переносчика. ФМ колебание в разные моменты времени имеет различ­ные мгновенные частоты, отличающиеся от частоты несущего колебания на величину , что позволяет рассматривать ФМ колебание как моду­лированное по частоте. Наибольшее отклонение частоты от называется де­виацией частоты. Частотная модуляция заключается в пропорциональном первичному сигналу x(t) изменении мгновенной частоты переносчика. ФМ и ЧМ колебания имеют много общего. ФМ и ЧМ характеризуются одними и теми же параметрами (индексом модуляции М и девиацией частоты ), свя­занными между собой одинаковыми соотношениями. Наряду с отмеченным сходством частотной и фазовой модуляции между ними имеется и существенное отличие, связанное с различным характером за­висимости величин М и от частоты F первичного сигнала.

Транкинговые системы связи Транкинговые системы (англ. trunking — объединение в пучок) — радиально-зоновые системы наземной подвижной радиосвязи, осуществляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов (базовых станций) между абонентами. Под термином «транкинг» понимается метод доступа абонентов к общему выделенному пучку каналов, при котором свободный канал выделяется абоненту на время сеанса связи. Транкинговые системы включают наземную инфраструктуру (стационарное оборудование) и абонентские станции. Основным элементом наземной инфраструктуры сети транкинговой радиосвязи является базовая станция (БС), включающая несколько ретрансляторов с соответствующим антенным оборудованием и контроллер, который управляет работой БС, коммутирует каналы ретрансляторов, обеспечивает выход на телефонную сеть общего пользования (ТфОП) или другую сеть фиксированной связи. Сеть транкинговой радиосвязи может содержать одну БС (однозоновая сеть) или несколько базовых станций (многозоновая сеть). Многозоновая сеть обычно содержит соединённый со всеми БС по выделенным линиям межзональный коммутатор, который обрабатывает все виды межзональных вызовов. Современные транкинговые системы, как правило, обеспечивают различные типы вызова (групповой, индивидуальный, широковещательный), допускают приоритетные вызовы, имеют доступ к ТфОП, обеспечивают возможность передачи данных и режим прямой связи между абонентскими станциями (без использования канала БС). Существуют аналоговые (например, на базе МРТ1327) и цифровые (например, TETRA) системы транкинговой радиосвязи.