Лекция №1. Основные понятия электросвязи

«Цепи и сигналы электросвязи» – базовый курс в системе подготовки современного инженера в области электрорадиотехники и радиоэлектроники. Его целью является изучение фундаментальных закономерностей, связанных с получением сигналов, их передачей по каналам связи, обработкой и преобразованием в радиотехнических цепях.

Круг вопросов, которые охватывает данный курс, весьма обширен. В него входят, во-первых, вопросы теории сигналов:

· спектральный и корреляционный анализ информационных и управляющих сигналов;

· особенности спектрального и корреляционного анализа узкополосных радиосигналов, введение понятий комплексного и аналитического сигналов;

· основы теории дискретных и цифровых сигналов;

· статистический анализ случайных сигналов и помех, изучаемый в едином комплексе с детерминированными сигналами.

Во-вторых, в курс «Цепи и сигналы электросвязи» входит теория преобразования перечисленных выше сигналов в линейных цепях – апериодических и частотно-избирательных.

В-третьих, в него входят основные положения теории нелинейных и параметрических устройств и преобразования в них сигналов.

Большое значение приобрели вопросы теории цифровой обработки сигналов, оптимальной обработки сигналов на фоне помех и основные положения теории синтеза радиотехнических цепей – аналоговых и цифровых.

Таким образом, в результате изучения дисциплины студент должен знать:

· основные понятия: информация, сообщение, сигнал,

· структуру построения системы электросвязи,

· виды электросвязи,

· назначение и структуру канала связи,

· сущность основных физических процессов при передаче информации с помощью электрических сигналов,

· виды сигналов, их параметры,

· физические характеристики сигналов,

· математические модели, отображающие периодические сигналы,

· спектры периодических сигналов,

· спектры непериодических сигналов;

а также уметь:

· пояснить структуру одноканальной системы связи,

· пояснить принцип действия основных видов преобразователей сообщения в сигнал и сигнала в сообщение,

· исследовать спектральный состав сигналов,

· математически и графически представить различные виды сигналов,

· построить временные и спектральные диаграммы по параметрам сигналов,

· рассчитать спектр последовательности прямоугольных импульсов,

· провести лабораторные исследования спектров периодических и непериодических сигналов.

Изучение курса необходимо начать с основных понятий электросвязи – информации, сообщения и сигнала.

Понятия информации и сообщения употребляются довольно часто. Эти близкие по смыслу значения сложны и дать их точное определение нелегко. Слово «информация» происходит от латинского «informatio» – разъяснение, ознакомление, осведомленность. Обычно под информацией понимают совокупность сведений, данных о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Мы живем в информационном мире. Все, что мы видим, слышим, помним, знаем, переживаем, – все это различные формы информации. Совокупность сведений, данных становится знанием лишь после их интерпретации с учетом ценности и содержания этих сведений. Следовательно, информацию в широком смысле можно определить как совокупность знаний об окружающем нас мире. В таком понимании информация является важнейшим ресурсом научно-технического и социально-экономического развития общества. В отличие от материального и энергетического ресурсов, информационный ресурс не уменьшается при потреблении, накапливается со временем, сравнительно легко и просто с помощью технических средств обрабатывается, хранится и передается на значительные расстояния.

Таким образом, под информацией понимается вся совокупность сведений о событиях, процессах и фактах, имеющих место в живой и неживой природе и предназначенных для обработки, хранения и передачи.

Для передачи или хранения информации используют различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) ее в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова и фразы в человеческой речи, жесты и рисунки, формы колебаний, математические знаки и т.п. Так, при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющий собой последовательность отдельных знаков – букв и цифр. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающее не только содержание, но и интонацию, тембр, ритм и иные свойства речи. При передаче движущихся изображений в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения. Поэтому форма, в которой человек получает информацию, может быть разной.

Сообщение – это форма представления информации.

Передача сообщений на расстояние осуществляется с помощью какого-либо материального носителя (бумаги, магнитной ленты и т.д.) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока и т.д.).

Физический процесс, отображающий передаваемое сообщение и распространяющийся в определенном направлении называется сигналом.

В качестве сигнала можно использовать любой физический процесс, изменяющийся в соответствии с передаваемым сообщением. В современных системах связи чаще всего используют электрические сигналы. Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение.

Электрическое колебание, содержащее сообщение называется электрическим сигналом.

Сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров физического носителя в соответствии с передаваемым сообщением. Этот процесс (изменения параметров носителя) принято называть модуляцией. Все преобразования сигналов будут рассмотрены в следующих разделах курса.

Совокупность технических средств, для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи.

Рассмотрим принцип построения простейшей одноканальной системы связи, приведенной на рисунке 1. Разберем назначение отдельных элементов схемы, представленной на этом рисунке.

Источником сообщений и получателем в одних системах связи может быть человек, в других – различного рода устройства.

Преобразователь сообщения в сигнал – преобразует звуковой сигнал или сигнал изображения в электрический сигнал.

В передатчике первичный сигнал (обычно низкочастотный) превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал , пригодный для передачи по используемому каналу. Это преобразование осуществляется посредством модуляции.

Линией связи называется физическая среда и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приемнику. В системах электрической связи – это, прежде всего, кабель или волновод, в системах радиосвязи – область пространства, в которой распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику. При передаче канальный сигнал может искажаться, так как на него могут накладываться помехи .

Приемник обрабатывает принятое колебание , представляющее собой сумму пришедшего искаженного сигнала и помехи , и восстанавливает по нему переданный сигнал (он также будет несколько искаженным).

Преобразователь сигнала в сообщения преобразует сигнал в сообщение , которое с некоторой погрешностью отображает переданное сообщение a. Другими словами, приемник должен на основе анализа колебания определить, какое из возможных сообщений передавалось. Поэтому приемное устройство является одним из наиболее ответственных и сложных элементов системы связи.

По виду передаваемых сообщений различают следующие системы связи:

· передача речи (телефония);

· передача текста (телеграфия);

· передача неподвижных изображений (факсимильная связь);

· передача подвижных изображений (телевидение), телеизмерение, телеуправление;

· передача данных.

По назначению телефонные и телевизионные системы делятся на:

· вещательные, отличающиеся высокой степенью художественности воспроизведения сообщений;

· профессиональные, имеющие специальное применение (служебная связь, промышленное телевидение и т.п.).

В системе телеизмерения физическая величина, подлежащая измерению (температура, давление, скорость и т.п.), с помощью датчиков преобразуется в первичный электрический сигнал, поступающий в передатчик. На приемном конце переданную физическую величину или ее изменения выделяют из сигнала и наблюдают или регистрируют с помощью записывающих приборов. В системе телеуправления осуществляется передача команд для автоматического выполнения определенных действий. Нередко эти команды формируются автоматически на основании результатов измерения, переданных телеметрической системой.

Внедрение высокоэффективных ЭВМ привело к необходимости быстрого развития систем передачи данных, обеспечивающих обмен информацией между вычислительными средствами и объектами автоматизированных систем управления. Этот вид электросвязи по сравнению с телеграфной отличается более высокими требованиями к скорости и верности передачи информации.

Теперь разберем понятие канала связи. Каналом связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки A системы до точки B (рисунок 2). Точки A и B могут быть выбраны произвольно, главное, чтобы между ними проходил сигнал. Часть системы связи, расположенная до точки A, является источником сигнала для этого канала. Если сигналы, поступающие на вход канала и снимаемые с его выхода, являются дискретными (по уровням), то канал называется дискретным.

Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными (по уровню), то и канал называется непрерывным. Встречаются также дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные каналы, на вход которых поступают дискретные сигналы, а с выхода снимаются непрерывные, или наоборот.

Следует отметить, что некоторые блоки на схеме рисунка 2 не обозначены, так как их структура зависит от вида системы связи и типа канала.

Типы каналов, по которым передаются сигналы, многочисленны и разнообразны. Различают каналы проводной связи (воздушные, кабельные, оптические и др.) и каналы радиосвязи.

Кабельные линии связи являются основой магистральных сетей дальней связи, по ним осуществляется передача сигналов в диапазоне частот от десятков кГц до сотен МГц. Весьма перспективными являются волоконно-оптические линии связи. Они позволяют в диапазоне 600 – 900 ТГц обеспечить очень высокую пропускную способность (сотни телевизионных каналов или сотни тысяч телефонных каналов).

Наряду с проводными линиями связи широко используются радиолинии различных диапазонов (от сотен кГц до десятков ГГц). Эти линии более экономичны и незаменимы для связи с подвижными объектами. Широкое распространение для многоканальной радиосвязи получили радиорелейные линии (РРЛ) метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов на частотах от 60 МГц до 15 ГГц. Все большее применение находят спутниковые линии связи – РРЛ с ретранслятором на искусственном спутнике Земли (ИСЗ). Для этих линий (систем) связи отведены диапазоны частот 4 – 6 и 11 – 275 ГГц. Большая дальность при одном ретрансляторе на спутнике, гибкость и возможность организации глобальной связи – важные преимущества спутниковых систем.

Дата добавления: 2013-12-13