Характеристики сигналов и каналов связи

Передача по каналу связи сопряжена с искажениями сигналов. Чтобы эти искажения были в допустимых пределах, необходимо согласование характери- стик сигналов и каналов.

Для описания общих свойств сигнала вполне достаточно указания основ- ных его характеристик:

• длительности сигнала Т с – время передачи сигнала по каналу;

• ширины частотного спектра сигнала Δ F с;

• превышения сигнала над помехой H _c = log (P _c  P _ш ), где P c – средняя

мощность сигнала, P ш – средняя мощность помехи (шума).

 

Часто употребляемыми характеристиками являются объем сигнала V c = T cΔ F c H c и произведение Т сΔ F c. При Т сΔ F c >>1 сигнал считается широкопо- лосным. Широкополосные сигналы реализуют высокие скорости передачи дан- ных.

В свою очередь для характеристик канала используют:

• полосу пропускания Δ F к – эффективную полосу частот колебаний, пропускаемых каналом связи без значительного ослабления;

• время действия канала Т к – время, в течение которого канал связи предоставлен для передачи сигналов;

• динамический диапазон D _к = log₂ (P _max  P _min ), который зависит от

чувствительности приемника Р min и допустимых нагрузок Р max аппаратуры ка- нала связи.

Емкость канала V к определяется по формуле V к = T к Δ F к D к.

Канал, по сути, – это фильтр. Чтобы сигнал прошел через него без иска-

жений, емкость этого канала должна быть больше объема сигнала или равна ему, т. е. V к≥ V с.

Скорость передачи данных

В числе важнейших параметров инфокоммуникационной сети – показа- тели скорости передаваемых данных в сети. Скорость передачи данных – это фактический показатель, отражающий, какой объем файлов может направлять- ся с одного компьютера на другой за установленный промежуток времени.

Различают техническую и информационную скорости передачи данных. Техническая скорость измеряется в бодах (B) – количеством элементар-

ных посылок (рис. 2.6), передаваемых в единицу времени – в секунду; В = 1 / τ0

[бод].

Принято считать, что спектр сигнала прямоугольной посылки длиной τ0

занимает полосу частот

Δ F c =1 τ₀. В силу неидеальности частотной характери-

стики каналов должно выполнятся условие Δ F к ≥ Δ F с, где Δ F к – полоса частот канала, отводимая для передачи данных.

 

 

Рис. 2.6. Последовательность элементарных посылок

Информационная скорость передачи V измеряется в битах в секунду – бит/с, передаваемых последовательностью посылок, а также в производных единицах, таких как килобит в секунду (Кбит/с), мегабит в секунду (Мбит/с), гигабит в секунду (Гбит/с) и т.д.

Если сигнал посылки имеет 2 различимых состояния, то (при равноверо- ятном выборе уровня сигнала) каждая посылка переносит один бит информа-

 

ции (рис. 2.7, а). Если же передатчик использует более чем 2 устойчивых состо- яния сигнала для кодирования данных, то скорость передачи информации повы- шается – за один такт работы передатчик передает несколько бит исходных дан- ных. Например, 2 бита в одной посылке можно передавать при наличии четырех различимых состояний сигнала (рис. 2.7, б).

б

Рис. 2.7. Повышение скорости передачи за счет многоуровневого сигнала

Величина V – максимально возможная скорость передачи информации, которую называют пропускной способностью линии. Действие помех снижает скорость передачи. Так, если вероятность ошибочного приема сигнала посылки в канале с независимыми ошибками р, то реальную скорость передачи инфор- мации можно оценить как R = V (1 – р).

Скорость передачи информации зависит от частотных характеристик ка- нала связи. Связь между полосой пропускания канала и его пропускной спо- собностью, вне зависимости от принятого способа физического кодирования, выражается формулой К. Шеннона:

V = F log₂ (1+ P _c  P _ш),

 

где Р с – мощность сигнала, Р ш – мощность шума

Значение вероятности ошибочного приема сигнала посылки р для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок (например, самокоррек- тирующихся кодов или протоколов с повторной передачей искаженных кадров) составляет, как правило, 10^–4 ÷10^–6, в оптоволоконных линиях связи – 10^–9. Значе- ние достоверности передачи данных, например, при р =10^–4 говорит о том, что в среднем из 10 000 бит искажается значение одного бита.

Искажения бит происходят как из-за наличия помех на линии, так и по причине искажений формы сигнала ограниченной полосой пропускания линии. Поэтому для повышения достоверности передаваемых данных нужно повышать степень помехозащищенности линии, снижать уровень перекрестных наводок в кабеле, а также использовать более широкополосные линии связи.

При передаче данных по каналам связи применяются два типа физическо- го кодирования – на основе синусоидального несущего колебания и на после-

 

довательности прямоугольных импульсов (посылок). Первый способ часто называется также модуляцией, подчеркивая тот факт, что кодирование осу- ществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй обыч- но называют цифровым кодированием.

Термины «модуляция» и «кодирование» часто используют как синонимы.