Лекция №1. Вводная Основные понятия и определения электросвязи

В системах передачи информации различного назначения для передачи сообщений широко используются различные виды электросвязи, осуществляемой посредством электрических сигналов. Рассмотрим основные понятия электросвязи.

Под системой связипонимают совокупность технических средств, предназначенных для передачи информации. Обычно подинформациейпонимают совокупность сведений, данных о каких-либо событиях, явлениях или предметах.

Для хранения, обработки и преобразования информации используют условные символы (буквы, математические знаки, рисунки, формы колебаний, слова), позволяющие представить информацию в той или иной форме.

Информация, выраженная в определенной форме (в виде совокупности символов) предназначенная для передачи, называется сообщением.

Так, при телеграфной передаче информация представляется в виде букв и цифр. В телефонных системах сообщением является речь.

Физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение, называется сигналом.

В системах электросвязи используются электрические сигналы, используемые в проводных, радиотехнических, оптических и других электромагнитных системах связи. Поэтому при передаче сообщения неэлектрической природы они предварительно преобразуются в электрические колебания. Эти электрические колебания обычно называют первичными электрическими сигналами.

Сообщения, подлежащие передаче, являются или случайной величиной, или случайным процессом. Поэтому сигналы также следует рассматривать как некоторую случайную функцию времени u(t).

Различают следующие виды первичных электрических сигналов (по разному заданные в области определения и области возможных значений функции u(t)):

непрерывные по уровню и по времени (рис.1, а);

непрерывные по уровню и дискретные по времени (рис.1, б);

дискретные (квантованные) по уровню и непрерывные по времени (рис.1, в);

дискретные по уровню и по времени (рис.1, г).

u(t)

u(t)

0

0

t

а)

б)

t

u(t)

u(t)

t

t

0

0

г)

в)

Рис.1. Основные виды первичных электрических сигналов

Сигналы первого вида, называемые непрерывными, задаются на конечном или бесконечном временном интервале и могут принимать любые значения в некотором диапазоне. Такие сигналы часто называютаналоговыми.

Сигналы второго вида получаются из непрерывных сигналов, путем взятия дискретных отсчетов в определенные моменты времени, т. е. дискретизациейво времени. Область возможных значений таких сигналов непрерывная. Шаг дискретизации(интервал времени между двумя соседними отсчетами) обычно выбирают, исходя из допустимой погрешности при восстановлении непрерывного сигнала по конечному числу его отсчетов. Он может быть как постоянным, так и переменным.

Сигналы третьего вида, называемые квантованными по уровню, задаются на некотором непрерывном временном интервале и принимают только определенные дискретные значения. Их получают из непрерывных сигналов, применяя к ним операциюквантованияпо уровням, в результате которой непрерывный сигнал заменяется ступенчатой функцией. Шаг квантования (расстояние между двумя соседними разрешенными уровнями) обычно выбирают из условия обеспечения требуемой точности восстановления непрерывного сигнала из квантованного. Он может быть как постоянным, так и переменным.

Сигналы четвертого вида, называемые дискретными, задаются в определенные дискретные моменты времени и принимают дискретные значения. Их можно получить из непрерывных первичных сигналов, осуществляя операции дискретизации по времени и квантования по уровням. Такие сигналы легко представить в цифровой форме. По этой причине их часто называютцифровыми.

По аналогии с сигналами можно классифицировать и сообщения, передаваемые в системах связи.

Обобщенная структурная схема системы связи представлена на рис.2.

Передающее устройство

Линия связи

Приемное устройство

Источник сообщений

Получатель сообщений

Источник помех

Рис.2. Обобщенная структурная схема системы связи

Под источником сообщенийпонимают источник сообщений разной природы и преобразователь неэлектрической величины в первичный электрический сигнал.

Передающее устройствопредназначено для преобразования сообщения в сигнал, который может передаваться по линии связи. Полезная информация в такие сигналы вводится в процессемодуляции, которая заключается в изменении одного или нескольких параметров передаваемого сигнала по закону передаваемого сообщения. Устройство осуществляющее эту операцию в передатчике называетсямодулятором.

Полезная информация в них закладывается в процессе модуляции, которая заключается в изменении амплитуды, частоты или фазы высокочастотных колебаний по закону первичного электрического сигнала соответствующего сообщению.

В системах передачи дискретных сигналов передающее устройство несколько усложняется и его структура, в общем случае, соответствует приведенной на рис.3 структурной схеме системы передачи дискретных сообщений.

Pис.3 Cтруктурная схема системы передачи дискретных сообщений

Помимо операции модуляции при передаче дискретных сообщений в передающем устройстве реализуются операция кодирования.

Линия связи- это физическая среда, используемая для передачи сигналов. В радиолиниях подобной средой служит область пространства, в которой распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику.

В реальных системах сигнал передается при наличии помех, под которыми понимаются любые случайные воздействия, накладывающиеся на сигнал и затрудняющие его прием. В радиосистемах помехи подразделяются на внешние и внутренние.

Внешние помехипринимаются антенной вместе с полезным сигналом и создаются электромагнитными процессами, происходящими в среде распространения радиоволн и средствами преднамеренной постановки помех.

Внутренние помехилокализованы в различных элементах системы связи (флуктуационные шумы ламп и полупроводниковых приборов, нестабильность питающих напряжений и т. д.). Характеристики внутренних помех приемного устройства обычно пересчитывают к его входу (приводятся к внешним помехам).

Большинство внешних и внутренних помех относятся к классу аддитивных, когда сигнал на входе приемного устройства (наблюдение) можно представить в виде

где - передаваемый сигнал,- помеха (случайная функция времени).

Аддитивные помехиподразделяются на флуктуационные, импульсные и синусоидальные.

Флуктуационные помехи- это внутренние шумы приемника, а также шумы среды распространения сигнала (линии связи). Их спектр обычно намного шире полосы пропускания приемника, поэтому флуктуационную помеху часто рассматривают как аддитивный белый гауссовский шум (БГШ).

Импульсные помехипредставляют собой непериодическую последовательность одиночных радиоимпульсов различной формы. Они создаются атмосферными и промышленными источниками помех, а в отдельных случаях и другими системами связи.

Синусоидальными помехамиявляются помехи, сосредоточенные по спектру, ширина спектра которых мала по сравнению с полосой пропускания приемника. Источниками такого рода помех являются: станции преднамеренных помех, генераторы высокой частоты, радиостанции эталонных частот и т. д. К синусоидальным можно отнести и комбинационные помехи внутри самого приемника.

Хаотические изменения коэффициента передачи физической среды (линии связи), в которой распространяется сигнал обычно приводят к его искажениям. Обычно такие искажения называют мультипликативной помехой. При этом принимаемый сигнал представляет произведение передаваемого сигналаs(t)и помехи(t), т. е.

В общем случае на сигнал воздействуют и мультипликативные, и аддитивные помехи.

Основной задачей приемного устройстваявляется выделение передаваемого сообщения из принятого сигнала (наблюдения). В общем случае это достигается выполнением операции демодуляции, а при приеме дискретных сообщений идекодирования. Устройства, выполняющие эти операции, называются соответственнодемодуляторомидекодером(рис.3).

Операция демодуляции заключается в преобразовании принятого модулированного сигнала, искаженного помехами, в модулирующий сигнал. Операция декодирования является обратной операции кодирования.

В системах передачи непрерывных сообщений (при аналоговой модуляции) сигнал на выходе демодулятора должен совпадать с первичным электрическим сигналом, отображающим сообщение. В системах передачи дискретных сообщений для восстановления исходного сообщения реализуется еще и операция декодирования.

Совокупность кодирующего и декодирующего устройства образует подсистему, называемую кодеком(рис.3). Совокупность модулятора и демодулятора образует подсистему, называемуюмодемом(рис.3).

Получатель сообщения - это устройство (магнитофон, ЭВМ, автомат и т. п.) или человек, для которого предназначено сообщение.

Совокупность технических средств передачи информации и линии связи называется каналом связи. Конкретный состав канала связи определяется кругом решаемых задач.

В настоящее время одним из основных и наиболее значимых для вооруженных сил видов электросвязи является радиосвязь. В дальнейшем будут рассматриваться, главным образом, системы именно этого вида электросвязи.