Канал связи представляет собой совокупность технических средств для передачи сообщений из одной точки пространства в другую. С точки зрения теории информации физическое устройство канала несущественно. Источник сообщений(ИС) имеет выходной алфавит символовA ={а i },i= 1.. n - количество информации, приходящееся в среднем на один символ источника:
где p i , - вероятность появления символаa i , на выходе источника, символы источника считаются независимыми. Канал связи имеет алфавит символовB={b j },j= 1.. m, среднее количество информации в одном символе канала
где q j - вероятность появления символаb i , в канале.
Техническими характеристиками канала связи являются:
техническая производительность источника A - среднее число символов, выдаваемых источником в единицу времени;
техническая пропускная способность канала связи B - среднее число символов, передаваемое по каналу в единицу времени.
Информационной характеристикой источника является информационная производительность. По определению, информационная производительность - это среднее количество информации, выдаваемое источником в единицу времени.
В канале без помех информационными характеристиками являются:
1) скорость передачи информации по
каналу
2) пропускная способность канала
где {P } - множество всех возможных распределений вероятностей символов алфавитаВ канала. С учетом свойств энтропии
C K = B . log 2 m.
В канале с помехами в общем случае входной и выходной алфавиты не совпадают. Пусть
B ВХ =X={x 1 ,x 2 ,…,x n };
B ВЫХ =Y={y 1 ,y 2 ,…,y m }.
Если отправленный на входе канал символ х к опознан в приемнике какy i иi K , то при передаче произошла ошибка. Свойства канала описываются матрицей переходных вероятностей (вероятность приема символау i , при условии, что посланх k ):
|| P(yi|xk) ||, k=1..n, i=1..m.
Справедливо соотношение:
Среднее количество информации на один входной символ канала:
p
i
=p(x
i
)
.
Среднее количество информации на выходной символ канала:
Информация, которую несет выход канала о входе:
I(Y,X)=H(X)-H
Y
(X)=H(Y)-H
X
(Y).
Здесь Ну (Х ) - условная энтропия входного символа канала при наблюдении выходного символа (ненадежность канала),Н х (Y ) - условная энтропия выходного символа канала при наблюдении входных символов (энтропия шума).
Скорость передачи информации по каналу с помехами:
dI(B)/dt= B I(X,Y).
Пропускная способность канала с помехами:
где { р} - множество всех возможных распределений вероятностей входного алфавита символов канала.
Рассмотрим пример
Н
айти
пропускную способность двоичного
симметричного канала (канала с
двухсимвольными входными и выходными
алфавитами) и одинаковыми вероятностями
ошибок (рис.1), если априорные вероятности
появления входных символов:P(x
1
)=P
1
=P,
P(x
2
)=P
2
=1-P
.
Решение. В соответствии с моделью канала условные вероятности
P(y 1 | x 2 ) = P(y 2 | x 1 ) = P i ,
P(y 1 | x 1 ) = P(y 2 | x 2 ) = 1-P i .
Пропускная способность канала - C K = B . max{H(Y)-H(X|Y)}. Найдем энтропию шума:
По теореме умножения: P (y j x i )=P (x i )P (y j |x i ), следовательно,
P (x 1 y 1 )=P (1-P i ), P (x 2 y 1 )=(1- P )P i ,P (x 1 y 2 )=PP i ,P (x 2 y 2 )=(1-P )(1-P i ).
Подставляя в формулу, получаем:
Таким образом, H( Y | X ) не зависит от распределения входного алфавита, следовательно:
Определим энтропию выхода:
Вероятности P (y 1 ) иP (y 2 ) получаем следующим образом:
P (y 1 )=P (y 1 x 1 )+P (y 1 x 2 )=P (1-P i )+(1-P i )P i , P (y2 )=P (y 2 x 1 )+P (y 2 x 2 )=PP i +(1-P )(1-P i ).
Варьируя Р, убеждаемся, что максимальное значение H (Y ), равное 1, получается при равновероятных входных символахP (y 1 ) иP (y 2 ). Следовательно,
Задача . Найти пропускную способность канала с трехсимвольными входными и выходными алфавитами (x 1 ,x 2 ,x 3 иy 1 ,y 2 ,y 3 соответсвенно). Интенсивность появления символов на входе канала k =V . 10 символов/с.
Вероятности появления символов:
,
,
.
Вероятности передачи символов через канал связи:
,
,,
,
,,
,
,.
4. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
4.1. Общие сведения Кодом называется:
Правило, описывающее отображение одного набора знаков в другой набор знаков или в набор слов без знаков;
Множество образов, получающихся при таком отображении.
В технических кодах буквы, цифры и другие знаки почти всегда кодируются двоичными последовательностями, называемыми двоичными кодовыми словами. У многих кодов слова имеют одинаковую длину (равномерные коды).
Выбор кодов для кодирования конкретных типов сообщений определяется многими факторами:
Удобством получения исходных сообщений из источника;
Быстротой передачи сообщений через канал связи;
Объёмом памяти, необходимым дня хранения сообщений;
Удобством обработки данных;
Удобством декодирования сообщений приемником.
Закодированные сообщения передаются по каналам связи, хранятся в ЗУ, обрабатываются процессором. Объемы кодируемых данных велики, и поэтому во многих случаях важно обеспечить таксе кодирование данны:"., которое характеризуется минимальной длиной получающихся сообщений, Это проблема сжатия данных. Существуют два подхода сжатия данных:
Сжатие, основанное на анализе статистических свойств кодируемых сообщений.
Сжатие на основе статистических свойств данных называется так же теорией экономного или эффективного кодирования. Экономное кодирование основано на использовании кодов с переменной длиной кодового слова, например, код Шеннона-Фано, код Хафмана /31. Идея использования кодов переменной длины для сжатия данных состоит в том, чтобы сообщения с большей вероятностью появления ставить в соответствие кодовые комбинации меньшей длины и, наоборот, сообщения с малой вероятностью появления кодировать словами большей длины. Средняя длина кодового слова определяется с.о.:
где /, - длина кодового слова для кодирования i - го сообщения; p t - вероятность появления i - го сообщения.
4.2. Задания
4.2.1. Из табл.4 выбрать дня последующего кодирования исходный алфавит, содержащий 10 символов, начиная с N-ro (N - порядковый номер студента в журнале группы). Пронормировать вероятности символов.
4.2.2. Пронормировать выбранный в п.4.2.1. исходный алфавит равномерным двоичным кодом, кодом Шеннона-Фано, кодом Хафмана. Для каждого варианта кодирования рассчитать минимальное, максимальное, среднее значение длины кодового слова. Проанализировать результаты.
4.2.3. Проделать задание 4.2.2. для троичного кода.
Таблица 4
4.3. Указания к выполнению отдельных заданий К заданию 4.2.1. Нормирование вероятностей производится по формуле:
/W-HO / *Рк " JC=AT
где Pi - вероятности появления символов, приведенные в табл.4.
К заданию 4.2.2. Правила построения двоичных кодов изложены в /4,6/.
К заданию 4.2.3. При построении троичного кода в качестве кодовых слов берутся слова, записанные в троичной системе счисления. Оптимальный троичный код строится с помощью процедуры Хафмана (с помощью процедуры Шеннона-Фано строится субоп-тимальный код). При этом разбиение алфавита ведется на три группы, первой группе приписывается "О", второй - "1", третьей - "2".
Контрольная
Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы
Канал связи - система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.
Вопрос №3 «Каналы связи. Классификация каналов связи. Параметры каналов связи. Условие передачи сигнала по каналу связи».
Канал связи
Канал связи система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи ), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.
Канал связи предназначен для передачи сигналов между удаленными устройствами. Сигналы несут информацию, предназначенную для представления пользователю (человеку), либо для использования прикладными программами ЭВМ.
Канал связи включает следующие компоненты:
- передающее устройство;
- приемное устройство;
- среду передачи различной физической природы (Рис.1) .
Формируемый передатчиком сигнал, несущий информацию, после прохождения через среду передачи поступает на вход приемного устройства. Далее информация выделяется из сигнала и передается потребителю. Физическая природа сигнала выбирается таким образом, чтобы он мог распространяться через среду передачи с минимальным ослаблением и искажениями. Сигнал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет.
Рис.1. Канала связи (вариант №1)
Рис.2 Канал связи (вариант №2)
Т.е. это (канал) техническое устройство (техника+среда).
Классификация
Классификаций будет приведено ровно три типа. Выбирайте на вкус и цвет:
Классификация №1:
Существует множество видов каналов связи, среди которых наиболее часто выделяют каналы проводной связи (воздушные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи (тропосферные, спутниковые и др.). Такие каналы в свою очередь принято квалифицировать на основе характеристик входного и выходного сигналов, а также по изменению характеристик сигналов в зависимости от таких явлений, происходящих в канале, как замирания и затухание сигналов.
По типу среды распространения каналы связи делятся на:
- проводные;
- акустические;
- оптические;
- инфракрасные;
- радиоканалы.
Каналы связи также классифицируют на:
- непрерывные (на входе и выходе канала непрерывные сигналы),
- дискретные или цифровые (на входе и выходе канала дискретные сигналы),
- непрерывно-дискретные (на входе каналанепрерывные сигналы, а на выходедискретные сигналы),
- дискретно-непрерывные (на входе каналадискретные сигналы, а на выходенепрерывные сигналы).
Каналы могут быть как линейными и нелинейными , временными и пространственно-временными .
Возможна классификация каналов связи по диапазону частот .
Системы передачи информации бывают одноканальные и многоканальные . Тип системы определяется каналом связи. Если система связи построена на однотипных каналах связи, то ее название определяется типовым названием каналов. В противном случае используется детализация классификационных признаков.
Классификация №2 (более подробная) :
- Классификация по диапазону используемых частот
- Километровые (ДВ) 1-10 км, 30-300 кГц;
- Гектометровые (СВ) 100-1000 м, 300-3000 кГц;
- Декаметровые (КВ) 10-100 м, 3-30 МГц;
- Метровые (МВ) 1-10 м, 30-300 МГц;
- Дециметровые (ДМВ) 10-100 см, 300-3000 МГц;
- Сантиметровые (СМВ) 1-10 см, 3-30 ГГц;
- Миллиметровые (ММВ) 1-10 мм, 30-300 ГГц;
- Децимилимитровые (ДММВ) 0,1-1 мм, 300-3000 ГГц.
- По направленности линий связи
- направленные (используются различные проводники):
- По направленности линий связи
- коаксиальные,
- витые пары на основе медных проводников,
- волоконнооптические.
- ненаправленные (радиолинии);
- прямой видимости;
- тропосферные;
- ионосферные
- космические;
- радиорелейные (ретрансляция на дециметровых и более коротких радиоволнах).
По виду передаваемых сообщений:
- телеграфные;
- телефонные;
- передачи данных;
- факсимильные.
- По виду сигналов:
- аналоговые;
- цифровые;
- импульсные.
- По виду модуляции (манипуляции)
- В аналоговых системах связи :
- По виду модуляции (манипуляции)
- с амплитудной модуляцией;
- с однополосной модуляцией;
- с частотной модуляцией.
- В цифровых системах связи :
- с амплитудной манипуляцией;
- с частотной манипуляцией;
- с фазовой манипуляцией;
- с относительной фазовой манипуляцией;
- с тональной манипуляцией (единичные элементы манипулируют поднесущим колебанием (тоном), после чего осуществляется манипуляция на более высокой частоте).
- По значению базы радиосигнала
- широкополосные (B>> 1);
- узкополосные (B»1).
7. По количеству одновременно передаваемых сообщений
- одноканальные;
- многоканальные (частотное, временное, кодовое разделение каналов);
8.
По направлению обмена сообщений
- односторонние;
- двусторонние.
9. По порядку обмена сообщения - симплексная связь двусторонняя радиосвязь, при которой передача и прием каждой радиостанции осуществляется поочередно;
- дуплексная связь передача и прием осуществляется одновременно (наиболее оперативная);
- полудуплексная связь относится к симплексной, в которой предусматривается автоматический переход с передачи на прием и возможность переспроса корреспондента.
10. По способам защиты передаваемой информации
- открытая связь;
- закрытая связь (засекреченная).
11. По степени автоматизации обмена информацией
- неавтоматизированные управление радиостанцией и обмен сообщениями выполняется оператором;
- автоматизированные вручную осуществляется только ввод информации;
- автоматические процесс обмена сообщениями выполняется между автоматическим устройством и ЭВМ без участия оператора.
Классификация №3 (что-то может повторяться):
1. По назначению
Телефонные
Телеграфные
Телевизионные
- радиовещательные
2. По направлению передачи
- симплексные (передача только в одном направлении)
- полудуплексные (передача поочередно в обоих направлениях)
- дуплексные (передача одновременно в обоих направлениях)
3. По характеру линии связи
Механические
Гидравлические
Акустические
- электрические (проводные)
- радио (беспроводные)
Оптические
4. По характеру сигналов на входе и выходе канала связи
- аналоговые (непрерывные)
- дискретные по времени
- дискретные по уровню сигнала
- цифровые (дискретные и по времени и по уровню)
5. По числу каналов на одну линию связи
Одноканальные
Многоканальные
И еще рисунок сюда:
Рис.3. Классификация линий связи.
Характеристики (параметры) каналов связи
- Передаточная функция канала : представляется в виде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе канала связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала показана на рис.4. Знание амплитудно-частотной характеристики реального канала позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала. Для этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив преобразованные гармоники. Для экспериментальной проверки амплитудно-частотной характеристики нужно провести тестирование канала эталонными (равными по амплитуде) синусоидами по всему диапазону частот от нуля до некоторого максимального значения, которое может встретиться во входных сигналах. Причем менять частоту входных синусоид нужно с небольшим шагом, а значит количество экспериментов должно быть большим.
- отношение спектра выходного сигнала к входному
полоса пропускания
Рис.4 Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала
- Полоса пропускания : является производной характеристикой от АЧХ. Она представляет собой непрерывный диапазон частот, для которых отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел, то есть полоса пропускания определяет диапазон частот сигнала, при которых этот сигнал передается по каналу связи без значительных искажений. Обычно полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,7 от максимального значения АЧХ. Ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на максимально возможную скорость передачи информации по каналу связи.
- Затухание : определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по каналу сигнала определенной частоты. Часто при эксплуатации канала заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по каналу сигналов. Более точные оценки возможны при знании затухания на нескольких частотах, соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.
Затухание обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле: , где
мощность сигнала на выходе канала,
мощность сигнала на входе канала.
Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной канала. На практике всегда пользуются понятием "погонное затухание", т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.1 дБ/метр.
- Скорость передачи : характеризует количество бит, передаваемых по каналу в единицу времени. Она измеряется в битах в секунду бит/с , а также производных единицах: Кбит/c, Мбит/c, Гбит/с . Скорость передачи зависит от ширины полосы пропускания канала, уровня шумов, вида кодирования и модуляции.
- Помехоустойчивость канала : характеризует его способность обеспечивать передачу сигналов в условиях помех. Помехи принято делить на внутренние (представляет собой тепловые шумы аппаратуры ) и внешние (они многообразны и зависят от среды передачи ). Помехоустойчивость канала зависит от аппаратных и алгоритмических решений по обработке принятого сигнала, которые заложены в приемо-передающее устройство. Помехоустойчивость передачи сигналов через канал может быть повышена за счет кодирования и специальной обработки сигнала.
- Динамический диапазон : логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.
- Помехозащищенность: это помехозащищенность, т. е. помехозащищенность.
Условие передачи сигналов по каналам связи.
Канал, по сути, это фильтр. Чтобы сигнал прошел через него без искажений, объем этого канала должен быть больше сигнала или равен ему (см. рис).
Математически условие можно записать так: , где
; (1)
В приведенных формулах
полоса пропускания канала, или полоса частот, которую канал может пропустить при нормированном затухании сигнала;
динамический диапазон, равный отношению максимально допустимого уровня сигнала в канале к уровню помех, нормированных для этого типов каналов;
время, в течение которого канал используется для передачи данных;
ширину спектра частот сигнала, т. е. интервал по шкале частотного спектра, занимаемый сигналом;
динамический диапазон, равный отношению средней мощности сигнала к средней мощности помехи в канале;
длительность сигнала, или время его существования.
Другая форма записи условия (развернутая):
P . S .: Параметр «Объем канала» в некоторых источниках так же указывается, как один из параметров канала связи, но не везде. Математическая формула приведена выше в (1).
Литература
1. http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/BGD/BGD_CHS/METOD/ANDREEV/WEBUMK/frame/1.htm ;
2. http://supervideoman.narod.ru/index.htm .
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать |
|||
| 38305. | Земельне право | 1.82 MB | |
| Земельне право самостійна галузь права представляє собою сукупність правових норм регулюючих: стосунки по використанню і охороні землі як природного ресурсу; умови і засоби виробництва в цілях організації раціонального використання і охорони землі; поліпшення і відтворення родючості ґрунтів; охорону прав і законних інтересів суб"єктів земельних стосунків. Таким своєрідним предметом земельного права є земельні правовідносини які мають наступні ознаки: поперше випливають із спеціальної правосуб"єктності суб"єктів земельного права із... | |||
| 38307. | Инвестирование. Сущность инвестиций | 126.5 KB | |
| Инвестиции представляют собой вложения капитала с целью последующего его увеличения. В коммерческой практике принято различать следующие типы инвестиций: инвестиции в физические активы; инвестиции в денежные активы; инвестиции в нематериальные незримые активы. Инвестиции в ценные бумаги принято называть портфельными инвестициями а инвестиции в физические активы чаще именуют инвестициями в реальные активы. Различают: реальные финансовые и инновационные инвестиции. | |||
| 38308. | Банковское инвестирование и кредитирование | 96.56 KB | |
| Инвесторы для получения кредита предоставляют в банк бизнесплан по реализации проекта 3. Вложения средств банком может осуществляться по разным схемам и на разных этапах реализации проекта 4. проекта то есть анализа техникоэкономического обоснования инвестиционного мероприятия предусмотренного проектом. | |||
| 38310. | ИСТОРИЯ МИРОВОЙ ЭКОНОМИКИ | 4.37 MB | |
| Хронологический и страновой подходы к изложению материала позволили представить ведущие страны Древности Средневековья Нового и Новейшего времени и отразить основные особенности и тенденции в их экономическом развитии с выявлением факторов обусловивших это развитие. Это вынуждало людей либо увеличивать добычу полезных ископаемых и развивать промышленность внутри страны либо закупать вооружение у других государств. Большую роль в экономическом развитии страны играет социальный фактор социальное положение населения. Чем раньше народ... | |||
| 38311. | История экономической мысли, конспект лекций | 2.96 MB | |
| Предмет истории экономической мысли. Предпосылки становления буржуазной экономической мысли. Экономические взгляды Пьера Буагильбера. Дальнейшее исследование противоречий экономики гражданского общества... | |||
| 38313. | Історія світової економіки | 519.5 KB | |
| Промисловий переворот в США. Промисловий переворот у США зайняв недовгий час. Промисловий переворот у США проходив пізніше ніж в Англії використавши англійський технічний досвід при цьому значно збагативши його. США знаходились у вигідному географічному положенні далеко від своїх конкурентів. | |||
Каналом связи называют совокупность технических средств и физической среды, способной к передаче посылаемых сигналов, которые обеспечивают передачу сообщений от источника информации к получателю.
Каналы принято делить на непрерывные и дискретные.
В наиболее общем случае всякий дискретный канал включает в себя непрерывный как составную часть.
Если влиянием мешающих факторов на передачу сообщений в канале можно пренебречь, то такой идеализированный канал называется каналом без помех.
В таком канале каждому сообщению на входе однозначно соответствует определенное сообщение на выходе и наоборот. Если влиянием помех в канале пренебречь нельзя, то при анализе особенностей передачи сообщений по такому каналу используют модели, характеризующие работу канала при наличии помех.
В зависимости от конкретных свойств реальных каналов используют различные типы моделей. Канал, в котором вероятности отождествления первого сигнала со вторым и второго с первым одинаковы, называется симметричным каналом.
Канал, на выходе которого алфавит сигнала отключается от алфавита сигнала на входе, называется каналом со стиранием.
Канал со стиранием и трансляцией Канал со стиранием
Канал передачи сообщений к получателю дополнительным обратным каналом, служащим для повышения достоверности передачи, называется каналом с обратной связью.
Канал связи
считается заданным, если известны данные
о сообщениях на его входе, а также
ограничения, которые накладываются на
входные сообщения физическими
характеристиками каналов.
Для характеристики каналов связи используют два понятия скорости передачи:
а) Техническая скорость передачи, характеризуется числом элементарных сигналов, передаваемых по каналу в единицу времени. Она зависит от свойств линий связи, а быстродействие от аппаратуры каналов. .
б) Информационная скорость, которая определяется средним количеством информации, передающаяся в единицу времени. Эта скорость зависит как от характеристик данного канала, так и от характеристик используемых сигналов.
Пропускной способностью канала называется максимальная скорость передачи информации по этому каналу, достигаемая при самых совершенных способах передачи и приемов. Пропускная способность, как и скорость передачи информации, вообще измеряется количеством передаваемой информации в единицу времени.
15. Согласование физических характеристик канала связи и сигналов
Каждый конкретный канал связи обладает физическими параметрами, определяющими возможности передачи по этому каналу тех или иных сигналов, независимо от назначения, любой канал можно охарактеризовать тремя основными параметрами:
1)
- время доступа каналов, [c];
2)
- полоса пропускания канала связи, [Гц];
3)
- допустимое превышение сигнала над
помехами (шумами).
- объем канала
связи.
Чтобы оценить возможность передачи данного сигнала по конкретному каналу нужно соотнести характеристики канала с соответствующими характеристиками сигнала:
1)
- длительность сигнала;
2)
- полоса частот (ширина спектра) сигнала;
3)
- уровень превышения сигнала над помехами.
- объем сигнала.
В общем случае под каналом передачи информации понимают всю совокупность технических средств, обеспечивающих передачу электрических сигналов от источника сообщений к потребителю. При рассмотрении каналов линию связи чаще всего полагают заданной (считается, что все необходимые характеристики линии связи известны) и все задачи анализа и синтеза каналов передачи информации сводятся к анализу и синтезу операторов преобразования сигналов в передатчике, приемнике и других устройствах.
Каналы передачи информации классифицируют по различным признакам: по назначению, по характеру линий связи, по диапазону частот, по характеру сигналов на входе и выходе каналов и т. п. По назначению каналы делятся на телефонные,
телеграфвые, телевизионные, фототелеграфные, звукового вещания, телеметрические, передачи данных и др. В зависимости от того, распространяются ли сигналы в свободном пространстве или по направляющим линиям, различают каналы радиосвязи и каналы проводной связи: воздушные, кабельные, волноводные, световодные и др. По воздушным проводным линиям связи передают сигналы в диапазоне 0-160 кГц. На более высоких частотах возрастает влияние помех, резко увеличивается затухание сигналов, сказывается влияние радиовещательных станций длинноволнового диапазона. Существенный недостаток воздушных проводных линий связи - большая зависимость их характеристик от атмосферных условий. Значительно лучшими характеристиками и большей устойчивостью в работе обладают кабельные линии связи. Они являются основой сетей магистральной дальней связи, по ним передают сигналы в диапазоне частот от 600 кГц до 60 МГц. С дальнейшим увеличением частоты затухание сигналов резко возрастает.
В настоящее время ведутся интенсивные теоретические и экспериментальные работы по исследованию металлических волноводов. Полученные результаты позволяют надеяться, что эти линии связи будут широко использоваться для передачи сигналов в диапазоне 35-80 ГГц (длина волны 8,6-3,75 мм). Перспективен круглый волновод с внутренним диаметром 6 см, по которому молено организовать более 200 000 стандартных телефонных каналов (каналов тональной частоты с эффективно используемой полосой частот от 300 до 3400 Гц) или около 200 телевизионных каналов . Экономические расчеты показывают, что при организации телефонных каналов до 30000 еще целесообразно применять коаксиальный кабель, свыше 30 000 каналов - волновод. Еще большее число стандартных каналов можно организовать, используя оптические системы связи, в которых применяют сигналы в полосе частот 600-900 ТГц (0,5-0,3 мкм). Используя закрытые направляющие системы, которые получили название световодов, можно осуществить устойчивую связь на большие расстояния. Большой практический интерес представляют диэлектрические гибкие волоконные световоды.
Наряду с проводными линиями связи широко используют радиолинии различных диапазонов. Эти линии во многих случаях более экономичны, позволяют быстро организовать сверхдальнюю (глобальную) связь без промежуточных станций. Кроме того, и это очень важно, - эти линии являются единственным средством связи с подвижными объектами (воздушными судами, космическими кораблями, морскими судами, включая и подводные лодки, автомобилями и пр.).
Наибольшее распространение для передачи многоканальных сообщений получили наземные радиорелейные линии, работающие в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн на частотах от 60 МГц до 15 ГГц. На этих частотах обеспечивается широкая полоса тракта передачи, необходимая для многоканальной телефонной и телевизионной связи, мал уровень
атмосферных и промышленных помех. Все это обеспечивает высокую помехоустойчивость передачи информации.
Разновидностью радиорелейных линий являются тропосферные линии, в которых принимаются сигналы, отраженные от неоднородностей тропосферы. Использование дальнего тропосферного распространения радиоволн позволяет создать линии дальней радиосвязи с расстояниями между ретрансляционными станциями в несколько сотен километров. Эти линии работают чаще всего в диапазоне частот от 0,5 до 6 ГГц.
Перспективны спутниковые линии связи. По принципу работы они представляют разновидность радиорелейных линий, ретрансляторы которых находятся на искусственных спутниках Земли. Существенным преимуществом спутниковых линий является большая дальность связи, которая при одном спутнике (ретрансляторе) составляет около 10 000 км. При использовании системы спутников можно организовать глобальную связь - между любыми пунктами Земли. Спутниковые линии связи работают в диапазоне частот 4-6 ГГц. В настоящее время отведено шесть новых частотных диапазонов от 11 до 250 ГГц, освоение которых позволит существенно повысить качественные показатели спутниковой связи. Спутниковые системы связи, особенно с цифровыми методами передачи сигналов, перспективны и в гражданской авиации, особенно с выходом на воздушные трассы сверхзвуковых пассажирских судов.
Как видим, для современных методов и средств передачи информации характерен переход на все более высокие частоты. Это обусловлено следующими основными причинами: применение высоких частот позволяет получить остронаправленное излучение при малых размерах антенн; в высокочастотных диапазонах меньшее влияние оказывают атмосферные и промышленные помехи; чем выше несущая частота, тем большее число каналов можно организовать без взаимных помех; только в высокочастотных диапазонах, начиная с метрового, можно организовать большое число широкополосных каналов, таких, например, как каналы видеотелефонной связи и телевизионные каналы.
Одной из основных задач анализа каналов передачи информации является анализ искажений передаваемых по ним сигналов. Более всего на качестве передачи информации сказываются искажения формы сигналов, определяемые реальными амплитудными и частотными характеристиками каналов, а также многолучевым распространением радиоволн. Математические модели для полного анализа искажений в реальных каналах достаточно сложны.
Для общего приближенного анализа искажений канал рассматривают как эквивалентный четырехполюсник, работа которого описывается определенным оператором Если входной сигнал то сигнал на выходе канала Для более детального анализа искажений канал связи представляют как последовательное соединение линейного, в общем случае инерционного, и нелинейного неинерционного четырехполюсников, в
которых и происходят линейные и нелинейные искажения сигналов. Если в состав канала входят модулятор и демодулятор или учитываются замирания сигналов, то к этим четырехполюсникам последовательно включают еще и четырехполюсник с переменными параметрами. Если требуется анализировать работу отдельных устройств канала, число последовательно соединенных четырехполюсников увеличивают. Например, для анализа радиоканала передачи дискретных сообщений часто используют структурную схему, представленную на рис. 1,1.
Рис. 1.1. Структурная схема канала передачи информации
Канал рассматривается как последовательное соединение кодера, первого и второго модулятора, линии связи, первого и второго демодулятора и декодера. Использование модели канала в виде эквивалентного четырехполюсника (или последовательного соединения четырехполюсников) позволяет решить ряд задач анализа и синтеза каналов методами теории радиотехнических цепей и статистической радиотехники .
По характеру сигналов на входе и выходе каналов различают дискретные, непрерывные, дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные каналы. Дискретным каналом, например в схеме рис. 1.1, является канал, рассматриваемый от входа кодера до выхода декодера или от входа первого модулятора до выхода второго демодулятора. Если рассматривать совокупность технических средств от выхода первого или второго модулятора до входа первого или второго демодулятора, то в любой системе передачи информации эта совокупность образует непрерывный канал. Примером дискретно-непрерывного канала служит совокупность технических средств от входа первого модулятора до входа первого или второго демодулятора. Непрерывно-дискретный канал образуется, если анализировать в схеме рис. 1.1 прохождение сигналов от выхода первого или второго модулятора до выхода второго демодулятора или в общем случае до выхода декодера. Таким образом, на основе непрерывного канала (на рис. 1.1 он показан штриховой
линией) образуются каналы всех других видов. Поэтому изучению непрерывных каналов уделяют большое внимание.
Математические модели для исследования каналов строят с учетом рассмотренной классификации. По существу разработка модели сводится к определению структуры и параметров эквивалентного оператора преобразования сигнала в канале. В зависимости от типа этого оператора различают каналы: линейные, нелинейные, инерционные, безынерционные, стационарные, нестационарные, детерминированные, вероятностные и др. Наиболее изучены линейные инерционные каналы с постоянными параметрами.
Если передаваемый сигнал рассматривается как случайный процесс, что значительно приближает модели сигналов к реальным, то при анализе прохождения сигнала через канал необходимо анализировать прохождение случайных процессов через четырехполюсники, описываемые различными операторами. Такие задачи решают в статистической радиотехнике , результаты решения этих задач находят непосредственное применение при анализе каналов передачи информации.
Как и для сигналов, для каналов удобно использовать такие физические характеристики, как время занятости канала полоса пропускания (прозрачности) канала, диапазон допустимых уровней сигналов при передаче по каналу, база канала емкость канала
Государственный экзамен
(State examination)
Вопрос №3 «Каналы связи. Классификация каналов связи. Параметры каналов связи. Условие передачи сигнала по каналу связи».
(Пляскин )
Канал связи. 3
Классификация. 5
Характеристики (параметры) каналов связи. 10
Условие передачи сигналов по каналам связи. 13
Литература. 14
Канал связи
Канал связи - система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи ), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.
Канал связи предназначен для передачи сигналов между удаленными устройствами. Сигналы несут информацию, предназначенную для представления пользователю (человеку), либо для использования прикладными программами ЭВМ.
Канал связи включает следующие компоненты:
1) передающее устройство;
2) приемное устройство;
3) среду передачи различной физической природы (Рис.1) .
Формируемый передатчиком сигнал, несущий информацию, после прохождения через среду передачи поступает на вход приемного устройства. Далее информация выделяется из сигнала и передается потребителю. Физическая природа сигнала выбирается таким образом, чтобы он мог распространяться через среду передачи с минимальным ослаблением и искажениями. Сигнал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет.
Рис.1. Канала связи (вариант №1)
Рис.2 Канал связи (вариант №2)
Т.е. это (канал) - техническое устройство (техника+среда).
Классификация
Классификаций будет приведено ровно три типа. Выбирайте на вкус и цвет:
Классификация №1:
Существует множество видов каналов связи, среди которых наиболее часто выделяют каналы проводной связи (воздушные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи (тропосферные, спутниковые и др.). Такие каналы в свою очередь принято квалифицировать на основе характеристик входного и выходного сигналов, а также по изменению характеристик сигналов в зависимости от таких явлений, происходящих в канале, как замирания и затухание сигналов.
По типу среды распространения каналы связи делятся на:
Проводные;
Акустические;
Оптические;
Инфракрасные;
Радиоканалы.
Каналы связи также классифицируют на:
· непрерывные (на входе и выходе канала – непрерывные сигналы),
· дискретные или цифровые (на входе и выходе канала – дискретные сигналы),
· непрерывно-дискретные (на входе канала–непрерывные сигналы, а на выходе–дискретные сигналы),
· дискретно-непрерывные (на входе канала–дискретные сигналы, а на выходе–непрерывные сигналы).
Каналы могут быть как линейными и нелинейными , временными и пространственно-временными .
Возможна классификация каналов связи по диапазону частот .
Системы передачи информации бывают одноканальные и многоканальные . Тип системы определяется каналом связи. Если система связи построена на однотипных каналах связи, то ее название определяется типовым названием каналов. В противном случае используется детализация классификационных признаков.
Классификация №2 (более подробная) :
1. Классификация по диапазону используемых частот
Ø Километровые (ДВ) 1-10 км, 30-300 кГц;
Ø Гектометровые (СВ) 100-1000 м, 300-3000 кГц;
Ø Декаметровые (КВ) 10-100 м, 3-30 МГц;
Ø Метровые (МВ) 1-10 м, 30-300 МГц;
Ø Дециметровые (ДМВ) 10-100 см, 300-3000 МГц;
Ø Сантиметровые (СМВ) 1-10 см, 3-30 ГГц;
Ø Миллиметровые (ММВ) 1-10 мм, 30-300 ГГц;
Ø Децимилимитровые (ДММВ) 0,1-1 мм, 300-3000 ГГц.
2. По направленности линий связи
- направленные (используются различные проводники):
Ø коаксиальные,
Ø витые пары на основе медных проводников,
Ø волоконнооптические.
- ненаправленные (радиолинии);
Ø прямой видимости;
Ø тропосферные;
Ø ионосферные
Ø космические;
Ø радиорелейные (ретрансляция на дециметровых и более коротких радиоволнах).
3. По виду передаваемых сообщений:
Ø телеграфные;
Ø телефонные;
Ø передачи данных;
Ø факсимильные.
4. По виду сигналов:
Ø аналоговые;
Ø цифровые;
Ø импульсные.
5. По виду модуляции (манипуляции)
- В аналоговых системах связи :
Ø с амплитудной модуляцией;
Ø с однополосной модуляцией;
Ø с частотной модуляцией.
- В цифровых системах связи :
Ø с амплитудной манипуляцией;
Ø с частотной манипуляцией;
Ø с фазовой манипуляцией;
Ø с относительной фазовой манипуляцией;
Ø с тональной манипуляцией (единичные элементы манипулируют поднесущим колебанием (тоном), после чего осуществляется манипуляция на более высокой частоте).
6. По значению базы радиосигнала
Ø широкополосные (B>> 1);
Ø узкополосные (B»1).
7. По количеству одновременно передаваемых сообщений
Ø одноканальные;
Ø многоканальные (частотное, временное, кодовое разделение каналов);
8. По направлению обмена сообщений
Ø односторонние;
Ø
двусторонние.
9. По порядку обмена сообщения
Ø симплексная связь - двусторонняя радиосвязь, при которой передача и прием каждой радиостанции осуществляется поочередно;
Ø дуплексная связь - передача и прием осуществляется одновременно (наиболее оперативная);
Ø полудуплексная связь - относится к симплексной, в которой предусматривается автоматический переход с передачи на прием и возможность переспроса корреспондента.
10. По способам защиты передаваемой информации
Ø открытая связь;
Ø закрытая связь (засекреченная).
11. По степени автоматизации обмена информацией
Ø неавтоматизированные - управление радиостанцией и обмен сообщениями выполняется оператором;
Ø автоматизированные - вручную осуществляется только ввод информации;
Ø автоматические - процесс обмена сообщениями выполняется между автоматическим устройством и ЭВМ без участия оператора.
Классификация №3 (что-то может повторяться):
1. По назначению
Телефонные
Телеграфные
Телевизионные
Радиовещательные
2. По направлению передачи
Симплексные (передача только в одном направлении)
Полудуплексные (передача поочередно в обоих направлениях)
Дуплексные (передача одновременно в обоих направлениях)
3. По характеру линии связи
Механические
Гидравлические
Акустические
Электрические (проводные)
Радио (беспроводные)
Оптические
4. По характеру сигналов на входе и выходе канала связи
Аналоговые (непрерывные)
Дискретные по времени
Дискретные по уровню сигнала
Цифровые (дискретные и по времени и по уровню)
5. По числу каналов на одну линию связи
Одноканальные
Многоканальные
И еще рисунок сюда:
Рис.3. Классификация линий связи.
Характеристики (параметры) каналов связи
1. Передаточная функция канала : представляется в виде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ипоказывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе канала связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала показана на рис.4. Знание амплитудно-частотной характеристики реального канала позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала. Для этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив преобразованные гармоники. Для экспериментальной проверки амплитудно-частотной характеристики нужно провести тестирование канала эталонными (равными по амплитуде) синусоидами по всему диапазону частот от нуля до некоторого максимального значения, которое может встретиться во входных сигналах. Причем менять частоту входных синусоид нужно с небольшим шагом, а значит количество экспериментов должно быть большим.
-- отношение спектра выходного сигнала к входному
- полоса пропускания
Рис.4 Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала
2. Полоса пропускания : является производной характеристикой от АЧХ. Она представляет собой непрерывный диапазон частот, для которых отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел, то есть полоса пропускания определяет диапазон частот сигнала, при которых этот сигнал передается по каналу связи без значительных искажений. Обычно полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,7 от максимального значения АЧХ. Ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на максимально возможную скорость передачи информации по каналу связи.
3. Затухание : определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по каналу сигнала определенной частоты. Часто при эксплуатации канала заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по каналу сигналов. Более точные оценки возможны при знании затухания на нескольких частотах, соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.
Затухание обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле: 
, где
Мощность сигнала на выходе канала,
Мощность сигнала на входе канала.
Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной канала. На практике всегда пользуются понятием "погонное затухание", т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.1 дБ/метр.
4. Скорость передачи : характеризует количество бит, передаваемых по каналу в единицу времени. Она измеряется в битах в секунду - бит/с , а также производных единицах: Кбит/c, Мбит/c, Гбит/с . Скорость передачи зависит от ширины полосы пропускания канала, уровня шумов, вида кодирования и модуляции.
5. Помехоустойчивость канала : характеризует его способность обеспечивать передачу сигналов в условиях помех. Помехи принято делить на внутренние (представляет собой тепловые шумы аппаратуры ) и внешние (они многообразны и зависят от среды передачи ). Помехоустойчивость канала зависит от аппаратных и алгоритмических решений по обработке принятого сигнала, которые заложены в приемо-передающее устройство. Помехоустойчивость передачи сигналов через канал может быть повышена за счет кодирования и специальной обработки сигнала.
6. Динамический диапазон : логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.
7. Помехозащищенность: это помехозащищенность, т.е. помехозащищенность.
