17. Как определяется пропускная способность канала передачи?

В теории связи известна формула Шеннона:

где   — полоса пропускания канала,   — мощность полезного сигнала,    — мощность шума.

Вопрос №19

Многоканальные системы передачи с разделением каналов по форме и уровню сигнала: определение, блочные схемы. Применимость этих схем.

 

Многоканальная система передач – система (совокупность технических средств), обеспечивающая передачу (прием) n-го числа сообщений по одной линии связи.

 

Многоканальная система с разделением каналов по форме сигнала — такая многоканальная система, в которой разделение каналов осуществляется по форме сигналов.

Или: система, в которой сигналы разделяются специальными устройствами, реагирующими на форму сигналов, точнее, на функцию, описывающую эти сигналы.

 

Групповой сигнал: 

S_r(t) = S₁ + S₂*t + S₃*t²,

где: S₁, S₂, S₃ — канальные не ортогональные сигналы.

 

К классическому виду можно перейти с помощью весомых ортогональных функций:

S₁(t) = C₁, S₂(t) = C₂*φ₂(t) = C₂*t, S₃(t) = C₃*φ₃(t) = C₃*t².

 

Блочные схемы (передатчик и приёмник):

 

Рисунок 1 — Блок-схема передатчика.

 

Классический путь определения канальных сигналов:

        Дифференцирование группового сигнала:

        Интегрирование сигнала:

        Вычитание (для 1 канала):

        Производная от A₁:

        Двойное интегрирование сигнала А₃ (для 3 канала):

        Вычитание (для 2 канала):

 

Согласно рассмотренным операциям (см. выше): на приемной стороне имеем блок-схему, представленную на рисунке 2.

 

Рисунок 2 — Блок-схема приёмника

 Точность воспроизведения сигнала будет зависеть от точности интеграторов и дифференциаторов.

Достоинства и недостатки:

«+»: узкополосная система передачи

«-»: точность воспроизведения низкая, поэтому это передатчик дискретных сигналов.

 

Многоканальная система с разделением по уровню

 

Многоканальная система с разделением каналов по уровню сигнала — такая многоканальная система, в которой разделение каналов осуществляется по уровню сигналов.

 

Функцией передатчика является уровень сигнала, выделение осуществляется с помощью ограничителя. Пусть уровень меняется в геометрической прогрессии.

 φ₁(t) = S₁

φ₂(t) = S₂*q

φ₃(t) = S₃*q²

 

Пусть S₂ = 2 и S₁ = 1, тогда:

 φ₁(t) = 1

φ₂(t) = 2

φ₃(t) = 4

 

Рассмотрим двухканальную систему:

 

 

Рассмотрим трёхканальную систему:

 

Достоинства и недостатки

«+»:

1. Простота реализации;

2. Спектр группового тракта определяется минимальной длительностью передаваемого сигнала.

«-»:

1. Требование к точности технической реализации;

2. При большом количестве каналов, каждый канал накапливает ошибку.

Вопрос №20

Что характеризует равенство Парсеваля?

Равенство Парсеваля характеризует связь между спектральной плотностью сигнала и мощностью этого сигнала.

Распределение энергии в спектрах сигнала (непериодического сигнала):

где:   Е – энергия;

F(ω) – спектральная характеристика.

 

Тогда мощность сигнала:

Энергетическая спектральная плотность:

Вопрос №22

Асинхронно-адресные многоканальные системы передачи: определение, особенности и условие формирования и разделения адреса. Понятие о кодах Баркера и частотно-временной матрицы выбора адреса. Применимость этих систем.

 

Любой код сигнала требует многоканальности. Начало передачи всегда определено. Разряд кодовой информации имеет свой канал. Как правило, адрес — это кодовая комбинация. Многоканальные системы, которые требуют при передаче определённый канал для передачи определённого кодового разряда, называют синхронными (каждому элементу кода присуще постоянное место (канал)). В противном случае — асинхронные.

В системах со свободным доступом каждому каналу (абоненту) присваиваются определённая форма сигнала, которая и является отличительным признаком, "адресом" данного абонента.

Каждому каналу присваивается одна из мно­жества почти ортогональных двоичных последовательностей, которая служит "адресом" канала. Это приводит к названию "асинхронные адресные системы связи" (ААСС).

Важным достоинством ААСС является то, что нет необходимости в центральной коммутационной станции; все абоненты имеют прямой доступ друг к другу без частотной перестройки приёмных и передающих устройств (рис. 9.9). Здесь достаточно набрать "адрес" вызываемого абонента, т.е. изменить "форму" импульсной адресной последовательности.

Вследствие свободного дос­тупа к линии связи могут вести передачу любые N_a активных абонентов из общего числаN абонентов системы  связи.   При  определении  числа  N_a нужно  учитывать,   что  вследствие  неполной ортогональности каналов в ААСС неизбежны переходные помехи ("шумы неорто­гональности"), уровень которых растет по мере увеличения N_a. Поэтому число одновременно работающих абонентов должно быть ограничено.

Необходимое и достаточное условия для разделения канальных S.

               

где:   S_mi — переносчик сигнала

φ_i(t) — функция передачи

Одним из необходимых и достаточных условий является линейная независимость:                                      

Если мы берем сигнал, то любая его композиция с другими сигналами не должна быть равна нулю, то есть  любой другой сигнал не должен создать сигнал   

 

 Код Баркера

Двоичные кодовые последовательности, отвечающие условию ортогональности на определённом интервале времени, называются кодами Бартера.

В настоящее время усиленно разрабатываются методы синтеза сигналов с заданными автокорреляционными и взаимно корреляционными свойства­ми.  Среди них назовем прежде всего последовательности Баркера. Последовательности Баркера имеют близ­кую к идеальной форме автокорреляционную функцию.    На рис. 9.10, априведены последовательность (называемая также кодом) Баркера для п = 11 и её автокорреляционная функция (рис. 9.10, б).

 

Частотно-временная матрица выбора адреса.

Каждому каналу отво­дится определённая область частотно-временного пространства; положение площадки можно рассматривать как "адрес" абонента. Адрес каждого канала можно сформировать из набора "элементарных площадок" частотно-временной плоскости (рис. 9.13). Каждый двоичный ин­формационный символ (рис. 9.13, а) передаётся за время T и отображается определённой по­следовательностью импульсов, имеющих разные частоты (рис. 9.13, 6) в общей полосе F. Дво­ичную информацию в последовательность можно заложить, меняя один из параметров эле­ментарного радиоимпульса. Эти адресные наборы импульсов составляются на основе их пред­ставления в виде ЧВМ  (рис. 9.13, в); 

 

Вопрос №23

Сформулируйте теорему отсчётов (Котельникова) и в чём её значение.

 

Теорема Котельникова (в англоязычной литературе — теорема Найквиста — Шеннона или теорема отсчётов) гласит, что, если аналоговый сигнал x(t) имеет ограниченный спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой строго большей удвоенной верхней частоты f_c:

 

f > 2*f_c

 

Или: непрерывная функция x(t), не содержащая частот выше граничной  f_c, полно­стью определяется отсчётами мгновенных значений х(k∆) в точках, отстоящих друг от друга на интервалы ∆ < l/2f_c. Интервал ∆ называется интервалом Ко­тельникова. Эта теорема позволяет представить непрерывную функцию x(t) в виде ряда:

 

 

(в формуле ω_B, пределы суммы от минус бесконечности до плюс бесконечности).

 

Дальше отсебятина и может быть неправильно, так что осторожнее:

 

Согласно теореме Котельникова, можно создать довольно простые (относительно самые простые) системы связи с использованием ключевых элементов в передатчике и фильтров низких частот в приёмнике.

Вопрос №25

Системы передачи дискретной информации: определение, классификация и общая функциональная схема. Основные функциональные узлы системы и их назначение.

 

Дискретная система передачи (ДСП) – система, обеспечивающая передачу дискретно представленных сообщений.

Сообщение в данном случае будет пониматься как команда. Любое цифровое представление информации есть дискретное представление сообщения.

 

Классификация ДСП:

 

По характеру передаваемых сообщений:

        телеграф (фототелеграф);

        цифровые системы связи;

        телемеханические системы.

Любая ДСП без ОС (обратная связь) при соответствующем выборе кода, исправляющего ошибки, или числа повторений (параллельных каналов) может обеспечить любую сколь угодно малую вероятность ошибки. Но системы без ОС применяются только в тех случаях, когда отсутствует канал обратного направления передачи, а так же в тех системах , которые требуют постоянного времени задержки информации.

Для преодоления указанного недостатка систем без ОС необходимо вводимую и передаваемую информацию избыточность соразмерять с состоянием дискретного канала в каждый момент времени. Канал между приемником и передатчиком в котором передача идет в обратном направлении по сравнению с передачей в основном канале. Поэтому такой тип канала называется каналом обратной связи.

Системы передачи дискретной информации, использующие канал ОС в зависимости от назначения ОС делятся на:  

        система с решающей обратной связью (РОС);

        система с информационной обратной связью (ИОС);

        система с комбинированной ОС (КОС).

В системах с РОС приемник, приняв кодовую комбинацию и проанализировав ее на наличие ошибок, принимает окончательное решение о выдаче комбинации потребителю информации или о ее стирании и посылке по ОС.

В системах с ИОС по обратному каналу передаются сведения о поступающих на приемник кодовых комбинациях до их окончательной обработки и принятия окончательных решений.

В системах с КОС решение о выдаче кодовой комбинации получателю информации или о повторной передаче может приниматься и в приемнике, и в передатчике, а канал ОС используется для передачи решений.

 

В зависимости от канальности:

        системы с временным разделением каналов, в которых используется прямое, групповое и комбинационное групповое избирание передаваемых сообщений;

        частотное многоканальное разделение, в которой используется «прямое разделительное избирание» и комбинационное избирание;

        временно частотные системы передачи, представляют собой комбинацию двух предыдущих.

 

Все системы по скорости передачи подразделяются на 3 класса:

        низкочастотные (до 300 бот);

        среднечастотные (300-4500 бот);

        сверхскоростные (>4500 бот).

 По характеру передаваемых сообщений системы делятся на:

        телеграфные системы;

        системы передачи данных;

        цифровые системы передачи.

 

По режиму обмена информацией разделяются на:

        симплексные системы (поочередная прием – передача, дежурным режимом является прием);

        дуплексные системы передачи (независимый одновременный обмен информацией);

        полудуплексный режим.

 

Общая функциональная схема дискретных систем передачи

 

 

В данной структурной схеме пусковое устройство (ПУ) осуществляет запуск работы системы на цикл. Время передачи и приема – цикл работы системы (полукомплекта).

Генератор сигнала (ГС) представляет физический носитель сообщений.

Кодирующее устройство (КУ) может быть как одноэлементным так и многоэлементным (это устройство преобразования сообщений в кодовую комбинацию или преобразование одной кодовой комбинации в другую).

Распределительные устройства (Р) или просто распределитель (коммутатор) обеспечивает формирование временных каналов и распределение в них сигналов передачи. Распределитель Р2 обеспечивает формирование временных каналов и выделение электрических сигналов в них.

Генератор сигнальных признаков (ГСП); генерирование признаков, как правило, параметрических.

Линейное окончание канала (ЛОК) (модем). Здесь осуществляется согласование каналов передачи с дискретными каналами, так же обеспечивается развязка между приемником и передатчиком. ЛОК (модем) подстраивается под канал связи, в ЛОК может производиться вторичное кодирование – представление передаваемых сигналов в форме удобной для передачи по каналу связи.

ФСП – фильтр сигнальных признаков.

ДКУ – декодирующее устройство.

ИУС – индикаторное устройство принимаемых сообщений.

УПЗ – устройство повторного запуска системы при обнаружении ошибки передачи.

ИУУ – исполнительное устройство сигналов управления.

УПРЗ – устройство приоритетного запуска (приоритет ошибки).

Вопрос №26

Что такое операция «квантование сигнала по уровню» и в чём её техническое значение.

 

Дискретизация значений функции (уровня) носит название квантования.

Операция квантования сводится к тому, что вместо данного мгновенного значения передаваемого сообщения  (или первичного сигнала) b(t) передаются ближайшие значения по установленной шкале дискретных уровней.

Само собой разумеется, что при квантовании вносится погрешность, так как истинные значения b заменяются округленными значениями b_k.  Дискретизация по времени лежит в основе всех видов импульсной модуляции.

Дискретизация по времени и уровню позволяет непрерывное сообщение преобразовать в дискретное, которое затем кодируется.  Достоинством систем связи с дискретизацией являются возможность применения кодирования для повышения помехоустойчивости, удобство обработки сигналов и сопряжения устройств связи с цифровыми вычислительными машинами.