ТПС / Лекции / Лекция 1

Лекция 1

Основные положения и понятия

В постиндустриальном обществе информация будет играть ключевую роль. Уже сейчас ее количество удваивается за каждые два года. Без обмена информацией между потребителями значимость ее ничтожно мала. Главное – передать ее от источника к потребителю. Как это сделать наиболее рационально, с максимальным эффектом и скоростью рассматривается в широком круге вопросов объединенных в дисциплине "Теория передачи сигналов". Итак, остановимся на основных понятиях курса.

Под информацией понимают совокупность сведений, о каких – либо событиях, процессах, объектах, явлениях. Это содержание связи между материальными объектами, проявляющееся в изменении состояния этих объектов. Информация имеет несколько видов; социальная, техническая, биологическая и т. д.

Информацию передают в виде сообщений. Сообщения это та же информация выраженная в определенной форме. В этой форме она передается от источника информации к получателю. Примеры сообщений следующие: тексты, музыка, сцены, команды в системах управления и т. д.

Сообщения передаются с помощью сигналов. Общее определение сигнала в независимости от его физической природы следующее: сигнал – это материальный переносчик информации. В связи используются в основном электрические и оптические сигналы. Однако, многообразие сигналов этим не исчерпано. Обсуждается тема применения для связи сигналов в виде информационного поля созданного человеческой мыслью, и торсионного поля создаваемого электроном при вращении. Применение акустических сигналов под водой, наверное, известно всем.

Несмотря на многообразие сигналов, вводится обобщенное понятие канала связи. Канал связи – это совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигналов, а, следовательно, и информации. Типы каналов определяются видом сообщения. Аналоговый канал – предназначен для передачи речи, музыки, словом, непрерывных сообщений. Дискретный канал передает дискретные сообщения: слова, знаки и т. д. Цифровой канал передает все виды сообщений представленных в одинаковой цифровой форме и является в некотором роде универсальным.

В дальнейшем мы будем рассматривать каналы связи с электрическими сигналами. На рис.1 показана структурная схема цифрового канала связи, отражающая все преобразования в нем сигнала.

Кодер канала

Кодер

источника

АЦП

Сообщение

П^-1

Помехи

Модулятор

Линия связи

Демодулятор

Декодер

ЦАП

Интерполятор

Сообщение

П⁺¹

Рис. 1

На рис.1 показаны следующие блоки.

П^-1 , П⁺¹ - преобразователи сообщений в электрический сигнал и наоборот.

АЦП и ЦАП – аналоговоцифровой и цифроаналоговый преобразователи.

Интерполятор – устройство восстанавливающее форму сигнала.

Модулятор и демодулятор – устройства имеющие отношение к виду передаваемых сигналов.

Кодеры и декодер – блоки связанные с принципом, законом построения сигнала.

В составе имеется линия связи. Это материальная среда для передачи сигналов. На нее воздействуют помехи, что в конечном итоге снижает качество связи.

Каждое преобразование в канале это большая и сложная тема. Мы же кратко рассмотрим два основных преобразования: кодирование и модуляция.

После аналогоцифрового преобразования любой сигнал превращается в цифровую форму. Каждому значению входного сигнала N соответствует число, обычно записанное в двоичной системе счисления. Эту операцию математически можно записать так:

,

где - коэффициенты,

- число, обычно, в десятичном виде.

Набор коэффициентов это и есть код одного из значений сообщения.

Таким образом, кодирование это запись десятичного числа в двоичной форме. Кодер источника преобразует код с АЦП, например, исключает избыточность источника информации (эта функция получила название сжатие). Кодер канала еще раз преобразует код, делая его помехоустойчивым. Для этого в код включается избыточность заданной величины.

Модуляция определяет вид передаваемого сигнала. Процесс этот идет следующим образом. Допустим, имеется два сигнала. Один отражает передаваемую информацию, а другой ничего не отражает и является самостоятельным. Далее допустим, что первый сигнал воздействует на второй и меняет его какой – то параметр. Следовательно, этот первоначально определенный как самостоятельный, уже будет отражать информацию. Вот в этом и заключается процесс модуляции. Модуляция состоит в том, что один из параметров сигнала изменяется во времени в соответствии с передаваемым сообщением. Сигнал у которого изменяется параметр называется сигнал – переносчик. В каналах связи в основном используются два вида сигналов – переносчиков: гармонический сигнал и импульсная последовательность. В соответствии с этим модуляции бывают гармонические и импульсные.

При гармонической модуляции у сигнала переносчика можно изменять следующие параметры: амплитуду, частоту и фазу. При этом получаем амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляцию. При АМ амплитуда меняется по закону . При ЧМ частота , при ФМ фаза определяется как . В этих выражениях временная функция полезного сигнала; - величины изменений соответствующих параметров.

На рис.2, 3 показаны осциллограммы сигналов АМ и ЧМ соответственно при гармонического вида.

Импульсные виды модуляции бывают следующие: амплитудно-импульсная (АИМ), широтно-импульсная (ШИМ), фазо-импульсная (ФИМ) и частотно-импульсная (ЧИМ). При этом, под воздействием

Рис.2 Рис.3

полезного сигнала изменяется соответствующий параметр импульсной последовательности. В технике связи наибольшее применение получила АИМ. На рис. 4 показан вид сигнала АИМ.

Рис. 4

4