книги из ГПНТБ / Семенов Б.З. Теория средств связи и радиотехнического обеспечения учебное пособие
.pdfВ О Е Н Н О - В О З Д У Ш Н А Я К Р А С Н О З Н А М Е Н Н А Я .
ОРДЕНА КУТУЗОВА АКАДЕМИЯ имени Ю. А. ГАГАРИНА
5
Доцент кандидат технических наук инженер-полковник Б. 3. СЕМЕНОВ,
инженер-подполковник А. Н. СОШНИКОВ
ТЕОРИЯ СРЕДСТВ СВЯЗИ
И РАДИОТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Учебное пособие
М о н и н о — 1968
I |
гГОО< ПУБЛИЧНАЯ |
|
|
|
|
К НИ лауУ Ч Н Ш -Т Е Х Н И Ч Е С М # |
’ |
ц з д |
Д |
||
L |
*И5,ДИ0ТЕШ с.пе» |
J |
|||
b |
|
|
|
|
|
|
W i f i |
|
" с Д Г |
5 3 7 / j |
|
|
В учебной пособии излагаются |
основы теории |
связи, радиолокации |
иустройства средств радиотехнического обеспечения полетов (ОТО). Пособие предназначается для слушателей всех факультетов Военно-
воздушной академии.
Главы I,Htiy ($6.) ■ х (9 2) напноаны инженер-подполковником А.Н.СОШНИКОВЫЙ, главы ш-П - доцентом кандидатом технических наук инженер-полковником Б .S .СЕМЕНОВЫМ.
|
|
- |
3 - |
|
Г л а в а |
I |
|
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ |
|||
§ I . |
Сообщение |
и система связи |
|
Теория передачи |
информации, |
иначе называемая общей теорией |
связи, изучает способы повышения надежности, достоверности, эффек тивности и помехоустойчивости связи.
Под связью понимают передачу совокупности сведений из одного пункта в другой - от отправителя к получателю.1 Совокупность све дений, подлежащих передаче, составляет сообщение. Источниками со общений могут быть человек или какие-либо технические устройства:
датчики, счетно-решающие приборы, |
радиолокационные станции и т .д . |
|
В общем случае сообщение может |
иметь как неэлектрическую, так |
|
и электрическую природу. Примерами сообщений являются речь, текст, |
||
рисунки и фотографии, подвижные |
и неподвижные объекты, данные о |
|
наземной и воздушной обстановке, |
|
информация на выходе электронно- |
вычислительных машин, запись на |
магнитной пленке или перфокарте |
и т .д . В зависимости от структуры сообщения разделяются на дискрет ные и непрерывные. Типичным примером дискретного сообщения служит текст. Он представляет собой последовательность отдельных (отсюда название - дискретное) букв, цифр и знаков препинания. Речь челове ка относится к непрерывным сообщениям, так как звуковое давление, обурловленное работой голооовых связок, изменяется непрерывно.
Сообщения передают двумя способами: путем доставки подвижными средствами (автомобилями, вертолетами, самолетами я до .) или с по мощью электрических, световых и звуковых сигналов. Поэтому разли чают связь подвижными средствами, электрическую, световую и звуко вую.
Общая теория свяги рассматривает закономерности при передаче сообщений с помощью сигналов. Эти закономерности справедливы для всех видов сигналов. Применение того или другого сигнала определя ется расстоянием между отправителем и получателем и характером сре ды между ними.
Ближняя связь осуществляется с по'мощью всех сигналов. Для даль ней связи применимы те из них, которые хорошо распространяются в
данной среде: в воде - ультразвуковые сигналы, под эеилей - электрические, в атмосфере и космосе - электрические и световые,
В авиации иогут использоваться электрические и световые сигналы. Они представляют собой электромагнитные колебания и отличаются друг от друга частотой этих колебаний.
Одна и та же природа обоих сигналов позволяет рассматривать прин ципы передачи сообщений на примере использования только одного из
них, в частности, на примере использования электрических |
сигналов, |
нашедиих в настоящее время более широкое распространение. |
|
Сигнал так же, как и подвижное средство, выполняет роль перенос |
|
чика сообщения. Поэтому, чтобы передать сообщение из одного пункта |
|
в другой, его необходимо предварительно преобразовать в сигнал, |
|
однозначно отображающий сообщение. |
|
Таким образом, если под сообщением понимают все то, что |
подле |
жит передаче, то электрический сигнал - это однозначное электриче ское отображение сообщения. По своей форме сигналы весьма разнооб разны. В простейшем случае они представляют собой изменяющиеся во времени в соответствии с сообщением напряжение или ток.
Дш преобразования сообщения в сигнал и последующей передачи его в другой пункт и обратного преобразования сигнала в сообщение
служит электрическая сиотена |
связи. |
Следовательно, |
э |
л е к т р и |
||
ч е с к о й |
с и о т е м о й |
с в |
я з и |
называется |
совокупность |
технических устройств, обеспечивающих передачу сообщений из одного пункта в другой.' Электрическая система связи состоит из передатчи ка, линии связи и приемника. Ке общая блок-схема показана на рис.1.1,
Передатчик преобразует сообщение в сигнал. Под линией связи пони мают физическую среду, в которой происходит распространение сигнала от передатчика к приемнику. В приемнике сигнал вновь превращается в сообщение.
Кроме полезного сигнала, приемник принимает и помехи, всегда при сутствующие в любой системе связи. Их воздействие на полезный сигнал проявляется в том, что сообщение на выходе приемника не тождественно сообщению на входе передатчика. Степень соответствия принятого сооб щения переданному определяет достоверность связи. Способность систе мы обеспечивать достоверность связи при наличии помех называется п о м е х о у с т о й ч и в о с т ь ю .
- 5 -
Рио. 1. 1
Другой причиной несоответствия принятого сообщения переданно
му являются искажения, вносимые в сигнал |
самой системой связи |
вследствие ее несовершенства. Искажения, |
обусловленные помехами |
и несовершенством аппаратуры, могут быть |
уменьшены, и достовер |
ность связи можно сделать сколь угодно высокой. Однако во всех случаях это потребует соответствующих затрат материального и тех нического характера.
Энергия сигнала при распространении его в среде между передат чиком и приемником монет концентрироваться в нужных направлениях. Если эта концентрация осуществляется с помощью кабельных, воздуш ных или искусственных волноводных линий, то такую сзязь называют проводной. Когда энергия сигнала не концентрируется в нужном на правлении или концентрируется при помощи антенн направленного действия, такую связь называют радиосвязью.
Между проводной и радиосвязью нет резкой границы, поэтому та кое деление в некоторой степени условно. Так, например, связь при распространении сигнала в естественных волноводах, образован
ных землей и ионосферой или слоями земли с различными параметрами (подземная связь), относят к радиосвязи. Другим примером является применение однопроводных линий передачи, когда энергия излучается
- 6 -
антеннами направленного действия, как при радиосвязи, а ее кон центрация осуществляется при поиощи одиночного провода.
В общей случае процесс превращения сообщения неэлектрической природы в сигнал, имеющий место в передатчике, состоит из трех операций: преобразования неэлектрических величин, представляющих сообщение, в электрические сигналы, кодирования и модуляции. В приемнике все эти операции выполняются в обратном порядке, т .е . сигнал сначала деиодулируется, затем дешифрируется и, наконец, превращается в сообщение.
Составные элементы передатчика и приемника, в которых проте кают указанные процессы, приведены на рис. 1 .2 .
Первую операцию преобразования - превращение сообщения в си гнал и обратно-выполняют оконечные устройства. Например, в пере датчике при передаче речи для этих целей используется микрофон
или ларингофон, а в приемнике |
- телефон или громкоговоритель. |
||||
К оконечным устройствам также |
относятся телеграфные и фототелеграф |
||||
ные аппараты, телеграфные ключи и фотоэлементы, трансмиттеры |
и |
||||
реперфораторы, аппаратура быстродействия, |
выходные устройства |
ЭВМ |
|||
и счетно-решающих приборов, |
головки |
записи |
и воспроизведения |
магни |
|
тофонов, электронно-лучевые |
трубки |
(ЭЛТ), |
световые, звуковые |
и |
цифровые индикаторы и т .д .
Оконечное устройство может совмещаться с источником сообщения, как это делается, например, в ЭВМ или магнитофоне (лента - источник сообщения, магнитная гвловка воспроизведения - оконечное устройство). Сигналы, как в сообщения, разделяются на дискретные и непрерыв
ные. Тексту, передаваемому по телеграфу, соответствует дискретный сигнал, который представляет собой сочетание точек, тире и пауз. При передаче речи звуковое давление на мембрану микрофона непрерыв но меняется. В соответствии со звуковым давлением непрерывно изме няется и сигнал (рио«иа). Рассмотренные сигналы - дискретный и не прерывный - оход* между собой тем, что имеют ограниченный спектр.
Согласно теореме В.А.Котельникова любой непрерывный сигнал с ограниченным спектром и конечной длительностью можно представить в виде последовательности импульсов, т .е . нет необходимости переда вать все значения этого сигнала, а достаточно передать только от дельные ei4) мгновенные значения.
Преобразование непрерывного сигнала в виде дискретного называют квантованием, которым пользуются, в частности, при создании импульс
- 7 -
ных систем связи. Квантование различают по времени м уровню. Оно монет быть н комбинированным. Как покааано на рис.1 .3 ,а при кван товании по времени амплитуды равноотстоящих импульсов соответству ют значениям сигнала в моменты их появления. Моменты появления им пульсов называются тактовыми точками. Интервал между импульсами зависит от максимальной частоты сигнала ^ т а х и определяется из неравенства:
|
A t |
^ |
|
|
|
|
|
|
2 F m ax |
|
|
|
|
Отсюда частота следования |
импульсов F u |
должна быть равна |
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
Ss 2 Т |
m a x |
|
I . I |
|
Ги A t |
А |
|
||||
Например, если максимальная частота сигнала |
F m ax = 8400 гц, |
|||||
то импульсы должны следовать с интервалом не более |
||||||
л Ы |
... |
1 - „ . |
_ 1 _ |
сек. |
|
|
2 • 3400 |
|
6800 |
|
|||
|
|
|
|
|||
или с частотой не менее |
|
|
|
|
|
|
|
J~u |
— |
6800 |
имп/сек. |
|
При квантовании по уровню (рис.1 .3 ,б) непрерывное значение си гнала заменяется дискретными значениями уровней, равноотстоящих
один от другого на величину A S |
, называемую ш а г о м |
||||
к в а н т о в а н и я . |
Посылка |
очередного импульса |
производится |
||
в моменты времени, |
когда |
сигнал достигает следующего уровня. Часто |
|||
та посылки импульсов определяется крутизной функции |
i ( t ) и шагом |
||||
квантования. |
|
|
|
|
|
В случае комбинированного квантования (рис.1 .3 ,в) |
отсчет значе |
||||
ний функции |
i ( i ) |
осуществляется в тактовых точках, |
отстоящих одна |
||
от другой на |
интервал A t |
. В этих точках значение |
непрерывной |
функции (сигнала) заменяется ближайшим уровнем квантования. Различные значения дискретного сигнала или квантованного непре
рывного сигнала можно пронумеровать и передавать в виде чисел или представить в виде комбинаций из более простых элементарных сигна лов, которые приемник достоверно отличает один от другого.
|
- |
8 - |
|
Построение сигнала |
по определенному принципу называется |
к о- |
|
д и р о в а н и е и . |
Кодирование |
составляет вторую операцию пре |
образования сообщения в сигнал. Оно производится с целью повышения помехоустойчивости и скрытности связи и осуществляется с поиощыо кодирующего устройства.
Согласно коду каждой букве, цифре, вспомогательному знаку или каждой амплитуде импульса квантованного непрерывного сигнала соот ветствует своя комбинация элементарных сигналов. Элементарные си гналы при кодировании называют э л е м е н т а м и к о д а .
Различают равномерные и неравномерные коды. В равномерных кодах элементарные сигналы равны по длительности и каждая комбинация со стоит из одинакового числа элементов. Кодовые комбинации неравно мерных кодов имеют различное число элементов, а сами элементы мо гут отличаться по длительности.
Примером неравномерного кода является код Морае, комбинации которого составляются из точек, тире и пауз.
Равномерные коды нашли более широкое применение, так как при их использовании проще автоматизируются процессы кодирования и дешиф рирования. Количество различимых элементов кода называют его осно
ванием. |
В связи с этим различают двоичные, троичные, четверичные |
|||||
и другие |
коды. Общее число элементов в кодовой комбинации |
назы |
||||
вается числом |
знаков |
или |
в н а ч н о с . т ь ю |
к о д а . |
|
|
Например, |
код Бодо |
является двоичным пятизначным кодом. |
На |
|||
р и с .1 .4 |
показаны некоторые комбинации кода Бодо в случае приме |
|||||
нения различных пар элементарных сигналов: |
|
|
||||
- токовых (наличие тока) и бестоковых (отсутствие тока) посы |
||||||
лок ( й |
); |
|
|
|
|
|
- |
положительных (прямое направление тока) и отрицательных (об |
||
ратное направление тока ) посылок ( (f ); |
|
|
|
- |
синусоидальных колебаний двух частот ^ |
и |
( ё ). |
Общее число возможных комбинаций определяется по формуле:
|
|
ал |
г, |
(т) |
; |
|
|
J'f —п. |
|
||
где |
Т1 |
- основание кода; |
|
|
|
|
тп - число знаков в кодовой комбинации (значность кода). |
||||
|
Для двоичного пятизначного |
кода J f = 2^=32. Кодирующее уст |
|||
ройство |
может отсутствовать |
или объединяться с оконечным устройст- |
- 9 -
Сообщение
Сообщ ение
Рис.1.2
i |
L |
а ) |
S) |
|
б)
Риа. 1*3