Обобщенная структурная схема системы связи

Под системой связи (СС) понимают совокупность технических средств и среды распространения сигнала, служащих для передачи сообщений от источника к получателю.

Обобщенная структурная схема системы связи приведена на рис. 1.2. Она включает только основные ФУ (преобразователи сигналов), необходимые для передачи как дискретных, так и непрерывных сообщений.

Любая система связи начинается с источника, сообщения которого требуется доставить получателю сообщений. В зависимости от вида источника и канала возможны три основных варианта построения систем связи.

Вариант 1. В центральной части рис. 1.2 изображена структура системы передачи дискретных сообщений (СПДС). В нее входят следующие основные ФУ:

1) Кодер источника, служащий, прежде всего, для согласования объемов алфавитов дискретного источника (m >>2) и дискретного канала (m=2). В результате каждый символ источника преобразуется в k -разрядную двоичную комбинацию из 0 и 1. Очевидно, что .

2)
Кодер канала, используемый для повышения помехоустойчивости связи. В нём к входным (информационным) кодовым комбинациям добавляются дополнительные символы, называемые проверочными, которые вместе с правилом их формирования позволяют на приемной стороне обнаруживать и (или) исправлять некоторые из возможных ошибок передачи.

3) Модулятор, служащий для согласования первичного сигнала на выходе кодирующего устройства с характеристиками линии связи. Как правило, это преобразование сводится к преобразованию НЧ сигнала в ВЧ сигнал.

4) Линия связи (ЛС),представляющая собой среду распространения сигнала в части пространства, разделяющего передающую и приемную стороны СС. В ЛС сигнал подвергается искажениям и действию помех.

5) Демодулятор,осуществляющий анализ смеси сигнала с помехой на своем входе в течение времени его существования (временные параметры анализа обеспечиваются системой синхронизации, которая считается идеально работающей и не показана на данной схеме) и на его основе принимающий решение (возможно ошибочное) о том, какой вариант сигнала (из известного множества на входе модулятора) передавался. В результате на выход выдается «чистая» копия этого сигнала, но уже на следующем тактовом интервале.

6) Декодер канала,обнаруживающий и (или) исправляющий некоторые ошибки во входных кодовых комбинациях, вызванные действием помех в ЛС, по известному ему правилу формирования проверочных символов в кодере канала.

7) Декодер источника преобразующий информационную часть кодовой комбинации в первичное сообщение (символ источника дискретных сообщений) при не обнаружении ошибок передачи.

Совокупность кодера и декодера, выполненных в виде самостоятельного ФУ, называют кодеком, а пару модулятор и демодулятор – модемом.

В тех случаях, кода сообщения по своей природе являются непрерывными (речь, музыка, видео и т.п.), а первичные сигналы соответственно аналоговыми, возможны два варианта их передачи.

Вариант 2. Передача аналогового сигнала непосредственно по ЛС, если она пропускает первичный сигнал с допустимым качеством (городская телефонная сеть), либо с использованием модулятора, реализующего прежнюю функцию согласования сигнала с ЛС. При этом несколько меняется функция демодулятора на приемной стороне, который в этой ситуации обычно называют детектором. Его задача теперь заключается в наиболее точном воспроизведении формы первичного сигнала в результате обработки принятого колебания.

Вариант 3. Передача аналогового сигнала по цифровому каналу связи. В этом случае на передающей стороне возникает необходимость преобразования аналогового первичного сигнала в цифровой с помощью АЦП (функция ФНЧ, ограничивающая спектр сигнала на входе АЦП, станет ясной при изучении в дальнейшем теоремы отсчётов). На приемной стороне полученные после декодирования числовые значения отсчётов с помощью ЦАП преобразуются в соответствующие уровни напряжения и после сглаживания в ФНЧ поступают к получателю в аналоговой форме.

Классификация систем связи

По виду передаваемых сообщений различают:

1) телеграфию (передача текста),

2) телефонию (передача речи),

3) фототелеграфию (передача неподвижных изображений),

4) телевидение (передача подвижных изображений),

5) телеметрию (передача результатов измерений),

6) телеуправление (передача управляющих команд),

7) передачу данных (в вычислительных системах и АСУ).

По диапазону частот – в соответствии с декадным делением диапазонов электромагнитных волн от мириаметровых (3÷30) кГц до децимиллиметровых (300÷3000) ГГц.

По назначению – вещательные (высококачественная передача речи, музыки, видео от малого числа источников сообщений большому количеству их получателей) и профессиональные (связные), в которых число источников и получателей сообщений одного порядка.

Различают следующие режимы работы СС:

1) симплексный (передача сигналов в одном направлении),

2) дуплексный (одновременная передача сигналов в прямом и обратном направлениях),

3) полудуплексный (поочередная передача сигналов в прямом и обратном направлениях).

Уточним уже использованный нами термин канал связи. Под ним принято понимать часть СС между точками А на передающей и Б на приемной сторонах. В зависимости от выбора этих точек, иначе говоря, по виду сигналов на входе и выходе различают каналы:

1) непрерывные,

2) дискретные,

3) дискретно-непрерывные,

4) непрерывно-дискретные.

Каналы связи можно характеризовать по аналогии с сигналами следующими тремя параметрами:

– временем доступа ,

– шириной полосы пропускания ,

– динамическим диапазоном [дБ],

где – максимально допустимая мощность

сигнала в канале,

– мощность собственных шумов канала.

Обобщенным параметром канала является его емкость

.

Очевидным необходимым условием согласования сигнала и канала является выполнение неравенства V c < V к.

Менее очевидно то, что это условие является также достаточным и вовсе не обязательно добиваться аналогичного согласования по частным параметрам (длительности, спектру, динамическому диапазону), так как возможен «обмен» ширины спектра сигнала на его длительность или динамический диапазон.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения понятиям информация, сообщение сигнал. Какие между ними связи и различия?

2. Приведите примеры сообщений разной физической природы и соответствующих им датчиков сигналов.

3. Каким образом сообщения, описываемые многомерными функциями, преобразуются в сигналы? Приведите примеры.

4. Классифицируйте сигналы по особенностям их формы и спектра.

5. По какому признаку различают НЧ и ВЧ сигналы?

6. По какому критерию различают аналоговые и цифровые сигналы и ФУ?

7. Укажите основные параметры сигналов.

8. Нарисуйте структурные схемы систем связи для:

· передачи дискретных сообщений,

· передачи непрерывных сообщений,

· передачи непрерывных сообщения по цифровым каналам.

9. Укажите назначение следующих ФУ систем связи:

· кодера источника и кодера канала,

· модулятора,

· демодулятора,

· декодера канала и декодера источника.

10. Что общего и различного в задачах, решаемых демодуляторами СПДС и СПНС?

11. Какие системы связи Вам известны:

· по виду передаваемых сообщений,

· по диапазону используемых частот,

· по назначению,

· по режимам работы?

12. Дайте определение термину «канал связи». Какая классификация каналов связи Вам известна?

13. Укажите основные параметры каналов связи.

14. Сформулируйте условия согласования сигналов и каналов связи.

 

Рекомендации по проведению экспериментальных исследований сигналов в системах связи

Рис. 1.3. Некоторые сигналы и их спектры в системе ПДС

Для закрепления полученных в разделах 1.1 и 1.2. знаний полезно выполнить лабораторную работу № 14 «Знакомство с системами ПДС» (из перечня тем виртуальной учебной лаборатории) в полном объёме. Эта работа носит ознакомительный характер и позволяет наблюдать все основные процессы получения, преобразования и приёма сигналов в системах передачи дискретных сообщений (рис. 1.3). Следует обратить внимание на осциллограммы и спектрограммы сигналов на выходах типовых ФУ (кодера источника при выборе разных типов интерфейса, кодера канала при выборе разных помехоустойчивых кодов, модулятора при разных видах модуляции, демодулятора и декодера), входящих в системы ПДС, и сопоставить с ними свои представления, полученные в ходе изучения раздела.

Рекомендуется по результатам наблюдения сигналов в разных точках тракта СПДС провести их классификацию, определить их основные параметры, а также выделить в СПДС разные типы каналов (непрерывный, дискретный, дискретно-непрерывный и непрерывно-дискретный). Полезно также получение наглядного представления о функции каждого ФУ СПДС.

Для закрепления полученных сведений о различии НЧ и ВЧ сигналов и наполнения их практическим содержанием целесообразно провести исследования в рамках лабораторной работы № 4 «Модулированные сигналы». Выбирая в качестве первичных НЧ сигналы разных форм, обратите внимание не только на различие осциллограмм и спектрограмм первичных (НЧ) и модулированных (ВЧ) сигналов, но и на объединяющие их признаки при использовании разных видов модуляции (рис. 1.4).

При выполнении указанных работ не обязательно строго придерживаться имеющихся в них заданий. Используйте возможности ресурсов ВЛ для проведения исследований по своему усмотрению и желанию.

 

Рис. 1.4. Некоторые сигналы и их спектры