дипломы,диссертации,курсовые,контрольные,рефераты,отчеты на заказ

2. Основные понятия телекоммуникаций

2.1 Информация, сообщения, сигналы

Человеческое общество живет в информационном мире, который постоянно изменяется и пополняется. То, что человек видит, слышит, помнит, знает, переживает,  все это различные формы информации. Следовательно, в широком смысле информацию можно определить как совокупность знаний об окружающем нас мире. В таком понимании информация является важнейшим ресурсом научно-технического прогресса и социально-экономического развития общества и наряду с материей и энергией принадлежит к фундаментальным философским категориям естествознания.

Понятия «информация» (от лат. informatio - разъяснение, изложение) и «сообщение» в настоящее время неразрывно связаны между собой. Эти близкие по смыслу понятия сложны, и дать их точное определение через более простые нелегко.

Информация - это совокупность сведений или данных о каких-либо событиях, явлениях или предметах, то есть это совокупность знаний об окружающем нас мире.

Передача и хранение информации осуществляется с помощью различных знаков (символов), которые позволяют представить её в некоторой форме.

Сообщение это совокупность знаков, отображающих ту или иную информацию. Передача сообщений (а, следовательно, и информации) на расстояние осуществляется с помощью какого-либо материального носителя, например, бумаги или магнитной ленты или физического процесса, например, звуковых или электромагнитных волн, тока и т.д.

Сигнал это физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение. В качестве сигналов в настоящее время в основном используются электрические и оптические сигналы. В электронике сигналом может быть все - от компьютерных цифровых импульсов и до импульсов, модулированных радиоволнами УКВ-диапазона. Сигнал передаёт (развёртывает) сообщение во времени, то есть всегда является функцией времени. Сигналы формируются путём изменения тех или иных параметров физического носителя в соответствии с передаваемым сообщением.

Сообщения могут быть функциями времени, например речь при передаче телефонных разговоров, температура или давление при передаче телеметрических данных, спектакль при передаче по телевидению и т.п. В других случаях сообщение не является функцией времени (например, текст телеграммы, неподвижное изображение и т.д.).

Сигнал передаёт сообщение во времени. Следовательно, он всегда является функцией времени, даже если сообщение (например, неподвижное изображение) таковым не является.

Дискретный или дискретный по уровню (амплитуде) сигнал  это сигнал, принимающий по величине (амплитуде) только определённые дискретные значения.

Непрерывный или аналоговый сигнал это сигнал, который может принимать любые уровни значений в некотором интервале величин.

Дискретный по времени сигнал это сигнал, заданный только в определённые моменты времени.

Непрерывный по времени сигнал это сигнал, заданный на всей оси времени.

Например, речь является сообщением непрерывным как по уровню, так и по времени, а датчик температуры, выдающий её значения через каждые 5 мин, служит источником сообщений, непрерывных по величине, но дискретных по времени.

На рис. 2.1 наглядно проиллюстрированы различные виды сигналов.

Виды сигналов
Рис. 2.1 Виды сигналов: а) непрерывный сигнал; б) дискретный по времени сигнал; в) сигнал, квантованный по уровню; г) цифровой сигнал

Цифровой сигнал это дискретный сигнал по уровню и времени, причём число дискретных значений уровней у него конечно. Так как в этом случае уровни дискретного сигнала можно пронумеровать числами с конечным числом разрядов, то такой дискретный сигнал и называется цифровым.

Полезный сигнал является объектом транспортировки (передачи), а техника связи - по существу техникой транспортирования сигналов по каналам связи. Поэтому целесообразно определить параметры сигнала, которые являются основными с точки зрения его передачи. Такими параметрами являются длительность сигнала Тс, его ширина спектра Fc и динамический диапазон Dc.

Длительность сигнала (Т) определяет интервал времени, в пределах которого сигнал существует, а так как любой сигнал рассматривается как временной процесс, то он имеет начало и конец. Длительность сигнала измеряется в секундах, миллисекундах (1 мс = 10-3 с), микросекундах (1 мкс = 10-6 с), наносекундах (1 нс = 10-9 с) и пикосекундах (1 пс = 10-12 с).

Ширина спектра сигнала (F) это диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Она определяет скорость изменения сигнала внутри интервала его существования. В технике связи спектр передаваемого сигнала часто сознательно сокращают для экономии средств на аппаратуру линии связи. Возможную величину сокращения спектра сигнала при этом определяют исходя из допустимого искажения сигнала в данной системе связи. Например, при телефонной связи требуется, чтобы речь была настолько разборчива, чтобы абоненты могли узнать друг друга по голосу. Для этого достаточно передать речевой сигнал в полосе частот 300-3400 Гц. Передача более широкого спектра речи в этом случае нецелесообразна, так как ведёт к техническим усложнениям и увеличению затрат на канал связи. Спектр модулированного сигнала обычно шире спектра передаваемого сообщения и зависит от вида модуляции.

Динамический диапазон (D) это отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи.

D=10lg(Pmax/Pmin), [дБ]

Динамический диапазон сигналов передачи программ звукового вещания: речь диктора - 25…35 дБ; музыкальные инструменты - 45…55 дБ; симфонический оркестр - до 65 дБ. Звук двигателей реактивного самолета на взлете - более 100 дБ.
С помощью приведённых выше параметров можно ввести общую и наглядную характеристику передаваемых по каналам связи сигналов - объём сигнала: Vc = Tc·Fc·Dc.

Объём сигнала (Vc) даёт общее представление о возможностях данного множества сигналов как переносчиков сообщений. Чем больше объём сигнала, тем больше информации можно «вложить» в этот объём и тем труднее передать такой сигнал по каналу связи с требуемым качеством.
Необходимым условием неискаженной передачи по каналу сигналов с объемом Vc, очевидно, должно быть Vc< Vк. При соблюдении этого условия объем сигнала полностью «вписывается» в объем канала.

Преобразование дискретного сообщения в сигнал обычно осуществляется в виде двух операций - кодирования и модуляции.

Кодирование - это процесс записи информации на языке несущей среды. Колебания, не являясь информационным сигналом, на определенной частоте могут переноситься из одной точки пространства в другую, но не передавать никаких данных до тех пор, пока информация не будет каким-либо способом в них закодирована. Перенесение информации на несущую среду предполагает модифицирование несущей среды и называется модуляцией.

Модуляция это процесс изменения параметров носителя информации.

Для передачи информации используют специальные электрические сигналы (электромагнитные колебания), которыми являются хорошо излучающиеся и распространяющиеся как в свободном пространстве, так и в направляющих системах высокочастотные гармонические электромагнитные колебания (несущие колебания). Сами несущие колебания не содержат информации (можно сказать, что передают с нулевой скоростью), а только ее переносят. Передаваемая по каналам связи информация закладывается в один или ряд параметров несущего колебания.

Общий принцип модуляции состоит в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания (электромагнитного колебания) f(t,a,в,...) в соответствии с передаваемым сообщением. Так, если в качестве переносчика выбрано гармоническое колебание f(t) - U cos(ω0 t + φ), то можно образовать три вида модуляции: амплитудную (AM), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).

Применение радиоимпульсов позволяет получить ещё два вида модуляции: по частоте и по фазе высокочастотного заполнения.

При дискретной (цифровой) модуляции закодированное сообщение а, представляющее собой последовательность кодовых символов {bl}, преобразуется в последовательность элементов (посылок) сигнала {u(t)} путём воздействия кодовых символов на электромагнитное колебание f(t).

Формы сигналов при двоичном коде
Рис. 2.2 Формы сигналов при двоичном коде для различных видов дискретной модуляции

1. Амплитудная модуляция (AM). Амплитуда несущей волны варьируется в соответствии с амплитудой информационного сигнала.

Амплитудно-модулированный сигнал
Рис. 2.3 Амплитудно-модулированный сигнал: а) звуковой сигнал передатчика; б) высокочастотный сигнал передатчика; в) закон колебаний передаваемого сигнала; г) спектрограмма

2. Частотная модуляция (ЧМ). В данном случае модулируется частота несущей волны в зависимости от изменения амплитуды передаваемого сигнала. Таким образом, сигнал модулирует частоту несущей, а не ее амплитуду. В коротковолновом радиодиапазоне применяется именно этот способ модуляции.

Частотная модуляция
Рис. 2.4 Частотная модуляция: а) немодулированный высокочастотный несущий сигнал; б) передаваемый звуковой сигнал; в) радиосигнал

3. Импульсная модуляция (ИМ). Технология импульсной модуляции основана на переводе аналогового сигнала (такого, например, как голос) в цифровые импульсы. Голос может быть представлен серией чисел. При этом величина каждого числа находится в строгом соответствии с амплитудой голоса..

С помощью кодирования и модуляции источник сообщений согласуется с каналом.

В современных системах передачи дискретных сообщений принято различать две группы относительно самостоятельных устройств: кодеки и модемы. Кодеком называются устройства, преобразующие сообщение в код (кодер) и код в сообщение (декодер), а модемом - устройства, преобразующие код в сигнал (модулятор) и сигнал в код (демодулятор).

роцесс преобразования дискретного сообщения
Рис. 2.5 Процесс преобразования дискретного сообщения в сигнал и сигнала в дискретное сообщение

Канальные устройства (полосовые усилители передатчика и приёмника, корректоры и т.п.) вместе с линией связи образуют непрерывный канал, а последний вместе с модемом дискретный канал.

Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым. В этом случае по выходному сигналу можно восстановить входной первичный сигнал, т.е. получить всю информацию, содержащуюся в переданном сообщении. В противном случае часть информации будет потеряна при передаче.

схема простейшей одноканальной системы связи
Рис. 2.6 Структурная схема простейшей одноканальной системы связи

Линии связи. Информативность телекоммуникационной системы определяется типом используемой в ней линии связи (ЛС).

Линией связи называется физическая среда и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приёмнику.

Различают два типа ЛС: линии связи в свободном пространстве  радиолинии (РЛ), радиорелейные, сотовые, спутниковые, лазерные; и линии связи по направляющим системам. Достоинства РЛ - большие расстояния установления связи, в том числе с подвижными объектами, а также возможность передачи информации неограниченному числу слушателей и зрителей. Недостаток радиолиний  зависимость качества связи от состояния среды передачи, воздействие электромагнитных помех (ЭМП), сложность обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиосредств. И главный  невысокая информативность, обусловленная малой скоростью передачи в силу узкополосности систем передачи.

Достоинством направляющих линий связи является, в первую очередь, их высокая скорость передачи больших объемов информации в сочетании с высоким качеством передачи сигналов, защищенность от влияния ЭМП, простота приемо-передающих устройств. Однако направляющие системы - кабельные линии связи - являются наиболее дорогостоящим элементом телекоммуникационных систем.

Различают два основных типа направляющих систем - кабельных линий связи - электрические и волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). В литературе встречается также термин оптоволоконные ЛС.

В кабельных ЛС направляющие системы образуются системными проводниками и диэлектриками, а в ВОЛС они представляют собой диэлектрические волноводы.

дипломы,курсовые,рефераты,контрольные,диссертации,отчеты на заказ