Системы связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обобщенная структурная схема. Основные подсистемы

Под системой связи (рис. 1.2) понимают совокупность технических средств, предназначенных для передачи информации, включая источник сообщений и получателя сообщений.

Рис. 1.2. Обобщенная структурная схема РСПИ

Источник сообщений - это устройство, осуществляющее выбор сообщений из ансамбля сообщений. Им может быть датчик, ЭВМ и т п. В зависимости от типа сообщений различают дискретные и непрерывные источники.

Учитывая, что первичные сигналы часто отождествляют с передаваемыми сообщениями, в дальнейшем под источником сообщений будем понимать источник первичных сообщений разной природы и преобразователь неэлектрической величины в электрическую.

Передающее устройство предназначено для преобразования сообщения x(t) в сигнал s(f), который может распространяться по линии связи. В общем случае оно выполняет операции кодирования и модуляции (рис. 1.3). При передаче непрерывных сообщений цифровыми методами передающее устройство осуществляет также операции дискретизации по времени и квантования по уровню. В узком смысле кодирование представляет собой преобразование дискретного сообщения в последовательность кодовых символов, осуществляемое по определенному правилу (в широком смысле под кодированием понимают любое преобразование сообщения в сигнал путем установления взаимного соответствия). Множество всех кодовых последовательностей (кодовых комбинаций), возможных при данном правиле кодирования, образует код. Совокупность символов, из которых составляются кодовые последовательности, называют кодовым алфавитом, а их число (объем кодового алфавита) - основанием кода. Число символов в кодовой комбинации может быть одинаковым или разным. Соответственно различают равномерные и неравномерные коды. Число символов в кодовой комбинации равномерного кода называется длиной `кода.

Одной из задач кодирования является согласование алфавита, в котором представлено сообщение, с алфавитом, в котором работает РСПИ. В качестве примера рассмотрим передачу букв русского алфавита. Их число, как это принято в телеграфии, равно 32. В общем случае для передачи этих букв требуется 32 различных сигнала. Такая система связи оказывается весьма громоздкой и дорогостоящей. На практике обычно используют двоичные системы (системы с двумя сигналами). Для передачи 32 различных букв по такой системе связи необходимо предварительно преобразовать эти буквы в последовательность двоичных чисел, т.е. осуществить кодирование. В рассматриваемом случае каждой букве можно поставить в соответствие пятизначное двоичное число. связь кодирование устройство канал

Один и тот же ансамбль сообщений можно закодировать разными способами. Очевидно, что наилучшим является код, при котором, во-первых, имеется возможность восстановления первоначального сообщения по кодовой комбинации, и, во-вторых, для представления одного сообщения в среднем требуется минимальное число символов. Первому требованию удовлетворяют обратимые коды, у которых все кодовые комбинации различимы и однозначно связаны с соответствующими сообщениями. Код, удовлетворяющий второму требованию, называется экономным. Таким образом, для представления сообщений наилучшим является обратимый экономный код. Кодирование позволяет повышать достоверность передачи информации. Предварительно отметим, что все коды делятся на простые и помехоустойчивые. Простые коды состоят из всех возможных кодовых комбинаций. Поэтому превращение одного символа кодовой комбинации в другой из-за действия помех приводит к новой кодовой комбинации, т.е. к появлению необнаруживаемой ошибки. В помехоустойчивых кодах используется лишь некоторая часть из общего числа возможных кодовых комбинаций. Благодаря этому появляется возможность обнаруживать и исправлять ошибки в принятых комбинациях, что и способствует повышению достоверности передачи информации.

В соответствии с задачами кодирования различают кодирующее устройство (кодер) для источника и кодирующее устройство для канала (см. рис. 1.3). Задачей первого является экономное (в смысле минимума среднего числа символов) представление сообщений, а задачей второго - обеспечение достоверной передачи сообщений.

Первичные сигналы, как правило, низкочастотные [3]. Их можно передавать лишь по проводным линиям связи. Для передачи сообщений по радиолиниям используют специальные колебания, называемые переносчиками. Они должны хорошо распространяться по линии связи. В РСПИ в качестве переносчиков используются высокочастотные колебания.

Сами переносчики не содержат информации о передаваемом сообщении. Для того чтобы заложить в них эту информацию, применяют операцию модуляции, которая заключается в изменении одного или нескольких параметров переносчика по закону передаваемого сообщения. Устройство, осуществляющее эту операцию, называется модулятором.

В общем случае все преобразования, осуществляемые передающим устройством, можно описать с помощью некоторого оператора U, такого, что

s(r)=UWf), Ш где /(f) - сигнал-переносчик.

Рис. 1.3. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений

Линия связи. Это среда, используемая для передачи сигналов. В радиолиниях средой служит часть пространства, в котором распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику.

Источник помех. В реальной системе сигнал передается при наличии помех, под которыми понимаются любые случайные воздействия, накрадывающиеся на сигнал и затрудняющие его прием. В общем случае действие помех n(t) можно описать с помощью оператора V, такого, что

u{t) = V[s(0, n(/)], где u{t) - сигнал на входе приемника. В частном случае

u(t) = s(t) + л(0, (1.1)

где n(t) не зависит от s(t).

Помеха, удовлетворяющая соотношению (1.1), называется аддитивной.

Если оператор V представляется в виде произведения u(f) = щ7) s(r), где ц(г) - некоторая случайная функция, то помеха называется мультипликативной. В реальных линиях связи действуют как аддитивная, так и мультипликативная помехи. При этом u(t) = |л(0 s(0 + "О-

В зависимости от характера изменения во времени различают флуктуационные, импульсные (сосредоточенные во времени) и узкополосные (сосредоточенные по частоте) помехи. Флуктуационная помеха порождается различного рода флуктуация-ми, т.е. случайными отклонениями тех или иных физических величин от их средних значений. Так, источниками таких помех могут быть флуктуации тока в электрических цепях, обусловленные дискретной природой носителей заряда, которая проявляется в электронных лампах и полупроводниковых приборах в виде дробового эффекта; флуктуации разности потенциалов на концах любого проводника, обусловленные тепловым движением носителей заряда; воздействия радиоизлучения Солнца и звезд и т д. Флуктуационная помеха обычно представляет собой гауссовский стационарный случайный процесс с нулевым математическим ожиданием. В большинстве случаев она имеет равномерную спектральную плотность мощности в такой широкой полосе частот, что ее можно считать «белым шумом» [4, 5].

Импульсная помеха представляет собой случайную последовательность импульсов, следующих столь редко, что реакция приемника на текущий импульс успевает затухнуть к моменту появления очередного импульса. Типичным примером такой помехи является атмосферная помеха.

Узкополосная помеха - это помеха, спектральная плотность мощности которой занимает сравнительно узкую полосу

частот, существенно меньшую полосы частот сигнала. Чаще всего она обусловлена сигналами посторонних радиостанций, а также излучениями генераторов высокой частоты различного назначения (промышленных, медицинских и т.п.).

Приемное устройство. Основной задачей приемного устройства является выделение передаваемого сообщения из принятого сигнала u(t). В общем случае это достигается выполнением над принятым сигналом операций демодуляции и декодирования. Устройства, выполняющие эти операции, называются соответственно демодулятором и декодером.

Операция демодуляции заключается в преобразовании принятого модулированного сигнала, искаженного помехами, в модулирующий сигнал. В системах передачи непрерывных сообщений при аналоговой модуляции сигнал на выходе демодулятора совпадает с первичным сигналом, отображающим сообщение. Поэтому он без дальнейших преобразований поступает к получателю.

В системах передачи дискретных сообщений возможны два метода восстановления сообщений: поэлементный прием и прием в целом. В первом случае анализируются элементы принятого сигнала, соответствующие кодовым символам. При этом на выходе демодулятора появляется последовательность кодовых символов, которая затем подвергается декодированию для восстановления дискретного сообщения. Во втором случае анализируется целиком отрезок сигнала, соответствующий кодовой комбинации, и в соответствии с используемым критерием отождествляется с тем или иным дискретным сообщением. В таких системах операции демодуляции и декодирования совмещены и выполняются одним устройством.

Часть приемного устройства, которая производит анализ входного сигнала и принимает решение о переданном сообщении, называется решающей схемой. В системах передачи непрерывных сообщений при аналоговой модуляции решающей схемой является демодулятор. В системах передачи дискретных сообщений с поэлементным приемом можно указать две решающие схемы: демодулятор и декодер. В системах передачи дискретных сообщений, использующих метод приема в целом, решающей схемой является устройство, осуществляющее операции демодуляции и декодирования.

Действие приемника можно описать оператором W, таким, что

x(t) = \N[u(t)],

где x(t)- восстановленное сообщение.

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

Совокупность кодирующего и декодирующего устройств образует подсистему, называемую кодеком. Совокупность модулятора и демодулятора образует подсистему, называемую модемом. Заданная совокупность технических средств передачи информации, включающая среду распространения, называется каналом. Конкретный состав канала определяется кругом решаемых задач. Так, в одних случаях канал может состоять только из линии связи, в других - из модулятора, линии связи и демодулятора и т.п.

Существенным недостатком рассмотренной системы является то обстоятельство, что передающая сторона не располагает информацией о степени соответствия принятых сообщений переданным. Обеспечение двусторонней связи между источником информации и получателем позволяет устранять этот недостаток. Для двустороннего обмена информацией помимо прямого канала необходим второй, обратный канал (см. рис. 1.2). При этом информация, передаваемая по обратному каналу, может быть использована для увеличения достоверности передачи сообщений в прямом направлении.

Системы связи, в которых применяется передача информации по обратному каналу для повышения достоверности передачи по прямому каналу, называются системами с обратной связью. В зависимости от характера передаваемой по обратному каналу информации и от способа ее использования различают системы с управляющей и с информационной обратной связью. В системах первого типа решающая схема приемника либо выносит решение о переданном сообщении и направляет его получателю, либо, если это сообщение оказывается сомнительным, принимает решение повторить его, о чем передающая сторона информируется по обратному каналу. В системах второго типа приемная сторона информирует передающую по обратному каналу о том, какое сообщение им принято. Для этого используется либо ретрансляция восстановленного сообщения, либо передача некоторого сигнала, сформированного по определенному закону из принятого. Передатчик сравнивает принятое по обратному каналу сообщение с переданным и при их несоответствии повторяет переданное сообщение.

В некоторых системах по обратному каналу передаются испытательные сигналы, с помощью которых определяются промежутки времени «хорошего» состояния прямого канала (например, промежутки времени, когда ослабление сигнала не превышает некоторого фиксированного значения). Именно в эти промежутки времени ведется передача информации по прямому каналу. Такие системы называются системами с прерывистой связью. По обратному каналу могут также передаваться команды на смену рабочей частоты, изменение скорости передачи информации, смену кода и т п., что, например, имеет место в адаптивных СПИ. По одной линии можно обеспечить одновременную передачу нескольких сообщений. Такие системы связи называются многоканальными. Для разделения канальных сигналов необходимо, чтобы они различались между собой по некоторому признаку. На практике широко применяют многоканальные системы с разделением сигналов по времени, частоте и форме.

Размещено на http://www.allbest.ru/