4. Обобщенная структурная схема системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами

Система электросвязи - совокупность технических средств, обеспечивающая передачу сообщений от источника к потребителю. Этими средствами являются передающее устройство, линия связи и приемное устройство. Обобщенная структурная схема систем электросвязи показана на рис.13.

Получатель сообщений

Источник

непрерывных

сообщений

ФНЧ

S(t)

S'(t)

Дискрети-затор

ФНЧ

А

Ц

П

Ц

А

П

S(k)

S_кв'(t)

Квантователь

S_кв(t)

Декодер

Кодер

U(t)

U'(t)

Передатчик

Источник помех

Приемник

X(t)

X'(t)

Линия связи

Рис.13 Обобщенная структурная схема системы связи для передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами.

Рассмотрим назначение отдельных элементов этой схемы и проиллюстрируем происходящие в них процессы соответствующими временными и спектральными диаграммами.

Непрерывное сообщение, поступающее с выхода источника (рис.14-15), проходит через ФНЧ, где отфильтровывается высокочастотная составляющая сигнала, т.е. сигнал сглаживается (рис.16-17). Затем он поступает в ЦАП, где преобразуется в цифровой сигнал. Процесс преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму осуществляется путем операций дискретизации по времени, квантования по уровню и кодирования.

Дискретизация по времени осуществляется путем взятия отсчетов первичного сигнала S(t) в определенные моменты t_k. В результате непрерывную функцию S(t) заменяют совокупностью мгновенных значений (отсчетов) {S(t_k)} (рис.20-21). Обычно моменты отсчетов выбираются на оси времени равномерно, т.е. {t_k=kΔT} , где ΔT - шаг дискретизации. Далее полученная последовательность дискретных отсчетов передаваемого сообщения квантуется (рис.22-23), и посредством кодирования представляется в виде последовательности символов «1» и «0» (рис.24-25).

Операция квантования сводится к тому, что вместо данного мгновенного значения (уровня) передаваемого сообщения {S(t_k)} передают ближайшие значения по установленной цифровой шкале дискретных уровней S_кв(t_k). Дискретные значения по шкале уровней выбираются равномерно {S_кв^{( l )} =lΔS)}, где ΔS- шаг квантования, l = 0,1,…,L-1. При квантовании вносится погрешность, т.к. истинное значение S(t_k) заменяется округленным значением S_кв(t_k). Величина этой погрешности ε = S_кв(t_k) - S(t_k) не превосходит половины шага квантования ∆S и может быть сведена до допустимого уровня. Погрешность ε является случайной функцией и проявляется на выходе как дополнительный шум (шум квантования), наложенный на передаваемое сообщение.

Полученный с выхода АЦП сигнал (рис.24-25) поступает на вход передатчика (модулятора), где последовательность двоичных символов преобразуется в радиоимпульсы. В функции передатчика входит согласование сигнала с полосой пропускания канала связи. В передатчике происходит модуляция сигнала, в данном случае – это частотная модуляция.

В простейшей из схем бинарной ДЧМ двоичной единице присваивается частота f₁, а двоичному нулю – частота f_2. Бинарную частотную модуляцию легко реализовать с помощью переключения между двумя генераторами с частотами f₁ и f₂ (рис.26-27).

Проходя через линию связи, ЧМ – сигнал подвергается воздействию различного рода помех, что приводит к некоторому искажению формы сигнала и появлению в спектре составляющей шума N₀. Таким образом, на вход приемника поступает смесь полезного сигнала и помехи (рис.28-29). Приемник обрабатывает эту смесь и принимает решение о том, какой сигнал передавался. Демодуляцию проще всего осуществить с помощью двух полосовых фильтров, один из которых пропускает частоту f₁, а второй - f_2. Затем в компараторе сравниваются выходные сигналы фильтров и определяется более сильный из них.

С выхода приемника (рис.30-31) сигнал поступает в ЦАП, назначение которого состоит в восстановлении непрерывного сообщения. В состав ЦАП входят декодирующее устройство, предназначенное для преобразования кодовых комбинаций в квантованную последовательность отсчетов (рис.32), и сглаживающий фильтр, восстанавливающий непрерывное сообщение по квантованным значениям. Таким образом, к получателю приходит сообщение, подобное сообщению на выходе источника (рис.33).

Рис.14 Рис.15

Временное и спектральное представление исходного сигнала, после прохождения ФНЧ:

Рис.16 Рис.17

Временное и спектральное представление дискретизирующей последовательности импульсов:

Рис.18 Рис.19

Временное и спектральное представление сигнала после прохождения дискретизатора:

Рис.20 Рис.21

Временное и спектральное представление сигнала после прохождения квантователя:

Рис.22 Рис.23

Сигнал после кодера:

Рис.24

Спектр цифрового сигнала имеет вид:

Рис.25

Временное и спектральное представление сигнала на выходе передатчика:

Рис.26

Рис.27

После прохождения по линии связи на вход приемника поступит искаженный сигнал:

Рис.28

Рис.29

Сигнал после демодуляции в приемнике:

Рис.30

После декодирования получим квантованную последовательность отсчетов, по которым будет восстановлен аналоговый сигнал, сходный с сигналом, переданным от источника:

Рис.31

Рис.32