Сигналы и помехи в сети передачи дискретной информации

1. Структурная схема СПДИ

2. Нормирование искажений в СПДИ.

3. Формы и спектры сигналов при передаче ДИ

4. ЕЭС прямоугольной формы

5. ЕЭС синусоидальной формы Заключение Список литературы

1. Структурная схема СПДИ В современной СПДИ, каждый из основных этапов преобразования сообщений, выполнен соответствующим техническим средством. Обычно они создаются как отдельные автоматические устройства. Выделяют 3 устройства:

— ОУ и устройства сопряжения;

— устройство защиты от ошибок (УЗО);

— устройство преобразования сигналов (УПС).

Структура каждой СПДИ зависит от множества исходящих технических требований. В самом минимальном наборе СПДИ обеспечивается двустороння передача информации.

Схема, соответствующая одностороннему действию с одним источником и одним получателем

Кодовые комбинации первичного кода поступают от ИИ через ГУ в один из двух резервирующих друг друга каналов передачи. Каждый передатчик состоит из УЗО и УПС.

Сигнал проходит НКС, где добавляются шумы и помехи. Из КС сигнал поступает в приемник, далее к получателю. Важнейшие требования к СПДИ:

— скорость передачи;

— срок доставки;

— верность, надежность.

Различают следующие элементы схемы:

1. НКС — непрерывный канал связи — описывается помехами и шумами и характеризуется скоростью передачи, которая задается полосой частот.

2. ДК — дискретный канал — современные НКС и устройства преобразования сигнала предназначены для передачи дискретных сигналов. При этом УПС предназначена для согласования сигналов по частоте, по амплитуде.

В приемнике аналогично, но с ПИ.

ДК характеризуется допустимой скоростью модуляции, вероятностью ошибки и надежностью. Никаких специальный мер для увеличения вероятности здесь не применяется, качество передачи информации по дискретному каналу зависит от характеристик реального канала и реальных устройств передачи информации.

КПД — современный дискретный канал и УЗО. Наличие УЗО гарантирует заданную вероятность передачи. С этой целью в передаваемое сообщение вводят избыточность. При этом естественно уменьшается пропускная способность. Канал передачи данных характеризуется заданной вероятностью, эффективной скоростью передачи и надежностью. Эффективная скорость передачи (средняя скорость передачи) — -характеризует отношение числа единицы элементов, принятых ПИ к общему времени передачи. Она меньше, чем скорость передачи информации из-за того, что не вся информация, пришедшая на выход канала поступает к ПЧ. Часть сообщений может быть переспрошена и отсеяна. Специальный передатчик по увеличению надежности в КПД не предусматривается.

Тракт передачи данных — ТПД — современных резервируемых КПО, минимум двух, но может быть и более; и групповых устройств.

ТПД обеспечивает передачу информации с заданной эффективной скоростью, вероятностью и надежностью. Для обеспечения совместимости и унификации аппаратуры СПД, сигналы и электрические цепи на входе и выходе строго регламентированы соответствующим стандартам. Называются стыками (С1,С2,С3).

В результате кодирования и модуляции из набора первичных сообщений, т. е. символов алфавита, появляется сообщение .

Современные операции, связанные с преобразованием сообщений в передаваемое сообщение называется способом передачи.

— операция способа передачи;

— операция кодирования;

— операция модуляции.

Сигналы, прошедшие КС изменяют сигнал

Кроме того в КС добавляются аддитивные шумы В приёмной части этот сигнал подвергается обратному преобразованию:

2. Нормирование искажений в СПДИ Сети передачи дискретной информации организованы на базе каналов первичной сети. В этих каналах для обеспечения высокой вероятности передачи стремятся сохранить их форму при прохождении их по КС.

Условием отсутствия искажений является идентичность спектров исследуемых входных и выходных сигналов. Искажение спектра на выходе относительно входного приводят к ошибкам. Искажением называется нежелательное изменение переданного сигнала, в том числе и изменения вызванные наличием дополнительных сигналов, возникающих из самого переданного сигнала. Искажения могут быть линейные и нелинейные.

Для того чтобы отсутствовали искажения необходимо чтобы

Форма частотных характеристик в реальных каналах в системах с ЧРК определяются наличием каналообразования ПФ. Чаще всего характеристики цепей отличаются от требуемых. Искажения, которые вызваны отличием АЧХ и ФЧХ называются линейные.

Можно указать на 2 фактора, которые вызывают линейные искажения при передаче:

1) Ограничение полосы пропускания канала, следовательно, ограничение полосы спектра;

2) Неравномерность АЧХ и нелинейность ФЧХ.

При нормировании АЧХ и ФЧХ задается отклонение затухания и ГВЗ от идеального.

Каналы с идеальными параметрами имеют нулевое значение. Такие каналы физически не реализуемы, т. е. такие модели используют в редких случаях.

Нелинейные искажения возникают в КТЧ по 2 причинам:

1) Зависимость его остаточного затухания от уровня входного сигнала;

2) Нелинейность АХ группового тракта, в который входит КТЧ.

АХ нормируется путем задания дополнительного отклонения от прямой линии в определенном диапазоне входного сигнала. Другим нормированным параметром является коэффициент нелинейных искажений при номинальном уровне сигнала относительно суммарной мощности высших гармоник к мощности 1-ой гармоники. Нелинейность группового тракта систем с ЧРК приводит к тому, что при перегрузке групповые усилительные продукты одного КТЧ попадут в полосу пропускания другого КТЧ. Для каждого отдельно взятого канала такие продукты нелинейности являются помехами, т. к зависит от случайной величины — от общей загрузки группового тракта. Эта причина вызывает необходимость нормировать суммарные мощности групповых сигналов, следовательно ограничивается максимальное число КТЧ, занятых передачей ДИ.

3. Формы и спектры сигналов при передаче ДИ Сигналы в СПДИ могут отличаться типом переносчика, формой и способом модуляции. Тип переносчика определяется видом КС. В каналах ЧР в качестве переносчика используются гармонические колебания; в каналах с ВР — последовательность импульсов (видео или радио). При передаче по физическим цепям используется и постоянный ток. При передаче ДИ по непрерывному каналу, применяются простые методы модуляции (АМ, ЧМ, ФМ), так и комбинированные одновременные модуляции и двух параметров переносчика (чаще амплитуда и фаза). Форма модулирующего сигнала выбирается близкой к прямоугольной, исходя из соображения наибольшего устройства реализованности, обеспечения большей помехоустойчивости, однако часто с целью сокращения ширины спектра наряду с прямоугольными, используются сигналы с плавно изменяющейся огибающей. Выбор метода модуляции и форма модулируемого сигнала должна обеспечить наибольшую вероятность и скорость передачи.

Сигналы характеризуются:

— длительностью;

— шириной спектра;

— динамическим диапазоном.

Элементарный сигнал, который получаем на выходе УПС при использовании М — позиционного кода, можно разделить на следующие группы:

1, которые обеспечивают получение максимальной помехоустойчивости по отношению к флюктуационным помехам в детерминированном КС. Энергия таких сигналов:

ограничение для всех, а их скалярное произведение

Если m = 2, то такие сигналы называются противоположными.

Ортоганальными сигналами — если уравнение равно 0.

Биортогональные сигналы — m — четная. При этом любому из m сигналов соответствует один противоположный.

Не ортогальные — если выражение больше 0.

К первой группе относят сигналы модулируемые по фазе (ФМ и ОФМ) и двухполюсные сигналы постоянного тока.

К ортогальным относятся сигналы с ЧМ в том случае, если частоты отрезков сигналов и кратны частоте модуляции.

Биортоганальные — сигналы ДОФМ при m = 4.

Неортоганальные — сигналы с ФМ при

В целом сигнал, который формируется в передатчике УПС можно разложить как сумму:

— синхронный сигнал.

Момент появления i-того единичного элемента сигнала (ЕЭС)

— это значащий момент модуляции. Интервал времени и — значащий интервал. Минимальное значение значащего интервала — единичный значащий интервал. Если в постоянной ЕЭС все значащие интервалы равны, то такой сигнал называется синхронный, в противном случае — асинхронный.

— синхронный сигнал.

Сигналы могут быть двоичными или многокодовыми. По особенности спектра могут быть: НЧ, полосовые, УП и сигналы с двумя или одной боковой полосой. Наиболее важным признаком является форма ЕЭС. Широкое распространение при передаче ДИ получил прямоугольный и синусоидальный сигналы. Они появились исторически первыми и их использование объясняется относительной простотой формирования. Развитие теории передачи сигналов и методов, устройств цифровой обработки сигналов дают возможность использовать более сложные системы сигналов. Эти более сложные системы обеспечиваются большую помехоустойчивость и эффективны по сравнению с другими сигналами.

4. ЕЭС прямоугольной формы В сигналах прямоугольной формы ЕЭС могут отличатся амплитудой, длительностью, числом и местоположением на единичном интервале прямоугольных импульсов. Соответственно различают амплитудно-импульсную, широтно-импульсную и фазо-, время-импульсную модуляцию. Наибольшее применение прямоугольные сигналы нашли в качестве линейных сигналов телеграфных аппаратов, сигналов взаимодействующих приборов коммутационных станций и сигналов УПС, работающих по физическим линиям и широкополосным каналам первичных групповых трактов.

Прямоугольные сигналы могут быть однополярные и двухполярные:

Спектр такого сигнала представляет функцию типа

Если импульсы повторяются, то спектр становится линейчатым. Иногда первичные сигналы перекодируются, с помощью введения избыточности, т. е каждый единичный элемент представляется последовательностью из к-сигналов. Типичный представитель — би-импульсный сигнал.

Характерная особенность этого сигнала — нет постоянной составляющей.

Поэтому его можно передать по каналу ТЧ. Иногда с целью уменьшения ширины эффективной полосы, чтобы уменьшить влияние нелинейных искажений формирующиеся сигналы на выходе передатчика сглаживают, пропуская через фильтры.

Для этого существуют специальные фильтры.

Поэтому спектр уже, чем у прямоугольного импульса.

Выводы:

— спектр их линейчатый и вписывается в спектр одиночного импульса;

— спектр занимает бесконечную полосу частоты;

— амплитуды гармоник убывают с ростом частоты, и основная энергия сосредоточена в области низких частот;

— можно рассмотреть конечную ширину спектра; чем короче импульс, тем шире его спектр;

— чем более плавный характер имеет форму, тем больше энергии сосредоточено в низкочастотной области спектра, тем меньше будут потери. Спектр имеет постоянную составляющую.

5. ЕЭС синусоидальной формы Синусоидальные ЕЭС представляют собой отрезки синусоидальных колебаний, отличающихся амплитудой, фазой, частотой и формой огибающей. Большинство применяемых сигнаналов с модуляцией по амплитуде и фазе могут рассматриваться как системы сигналов с алфавитами ЕЭС вида:

— единичный элемент сигнала.

функции, которые задают форму ЕЭС.

— вещественные коэффициенты, которые рассматриваются как двумерные сигналы модуляционного кода.

— несущая частота сигнала.

Чаще, тогда сигнал

— форма ЕЭС, амплитуда и фаза .

В простейшем случае — прямоугольный импульс синусоидальные сигналы с прямоугольной огибающей используются при относительно невысоких удельных скоростях модуляции Бод/Гц.

С помощью такого представления эти сигналы можно представить 2-мерными векторами на плоскости.

Крестиками обозначены АМ сигналы, точками — ФМ сигналы.

На этой плоскости множество сигнальных точек образуют сигнальную сетку. В зависимости от выбора сигнальных точек и правил модуляционного кодирования получаем разные сигналы. При этом каждый символ или блок символов исходного модулирующего кода управляет коэффициентами, задавая точку или группу точек на этой сигнальной сетке. Если, то получим сигналы с амплитудной модуляцией. АМ на сигнальной сетке представляет 2 точки, расположенных на одной линии. Если, то получим фазовую модуляцию. Любые другие случаи приводят к амплитудно-фазовой модуляции. Если сигнальные точки на этой плоскости образуют прямоугольную сетку, то такая система сигналов может рассматриваться как продукт взаимодействия сигналов 2-х подканалов с АМ модуляцией (квадратурных подканалов). Это квадратурная модуляция. Она позволяет получить высокие скорости передачи.

Эти сигнальные сетки характеризуются расстоянием между сигналами d, он определяет помехоустойчивость вида модуляции.

Эти сигналы определены международными стандартами. При построении этих сигналов используются ОФМ и АФМ.

дискретный информация сигнал

Заключение

В настоящее время тяжело представить себе жизнь людей без систем передачи информации. С помощью систем передачи информации соединяются в одну структуру компьютерные, телефонные и другие сети различных структур, городов и предприятий. С каждым днем растут потребности в скорости передачи информации, а главное в степени ее защищенности. Использование цифровых линий передачи информации значительно повысило и скорость передачи информации, и степень ее защищенности за счет использования в них оптического волокна и меньшей восприимчивости к помехам цифровых сигналов.

Существенное преимущество цифровых систем также в простоте их подключения к ЭВМ, что позволяет существенно расширить применение вычислительной техники в исследовании систем связи и в управлении ими. Для исследования систем связи современная теория связи использует как детерминированные модели сигналов, так и вероятностные модели для передаваемых сообщений, соответствующих им сигналов и помех (шумов) в канале.

Вероятностный подход учитывает случайный (для получателя) характер передачи сообщений и помех в канале и позволяет определить оптимальные приемные устройства (обеспечивающие максимально возможное качество) и предельные показатели систем передачи сообщений (систем связи).

1. Зюко А. Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. М.: Связь, 1985 г.

2. Кириллов В. И. Многоканальные системы передачи. Минск. Новое издание, 2003 г.

3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Москва. Вильямс, 2003 г.

4. Курулев А. П., Батура М. П. Теория электрических цепей. Установившиеся процессы в линейных электрических цепях. Минск. Бестпринт, 2001 г.

5. Татур Т. А., Татур В. Е. Установившиеся и переходные процессы в электрических цепях. Москва. Высшая школа, 2001 г.