Структура систем передачи данных

Структура систем передачи информации

В любой системе передачи информации имеется собственно источник информации. Его физическая природа может быть крайне разнообразна — это речь, изображение, сведения о состоянии какого- либо объекта (например, его температура или же параметр вибраций и т.п.), выход потока импульсов с вычислительного средства и т.д. Но объединяет их общее понятие — информация, которая содержит сведения об объекте, явлении, событии. Для того, чтобы передавать и хранить информацию, ее необходимо, как правило, преобразовать в удобный вид. В нашем случае это электрические колебания. Определив, какие из параметров электрических колебаний нам целесообразно использовать для передачи информации, формируем необходимое множество символов, описывающих состояние источника информации. Передаваемая с помощью последовательности символов информация называется сообщением. Источники информации могут быть как непрерывные (температура), гак и дискретные (вычислительные средства). Различие их с точки зрения описания заключается в том, что для описания дискретных источников информации используется дискретное множество, а для непрерывных — непрерывное, которое может находиться в одном из бесконечного множества возможных состояний.

Сообщение может быть предназначено как для одного, так и для множества получателей (телевизионная передача и г.д.) Для описания и анализа радиосистемы передачи информации можно ограничиться простейшим случаем одного получателя информации. Так как речь идет о «передаче» информации, вполне очевидно, что в системе местоположения источника и получателя информации разнесены в пространстве. Следовательно, в систему входит «канал передачи информации». В общем случае его природа определяет вид материального переносчика информации (бумага, свет, звук, электромагнитная волна). Так как объектом данного изучения являются радиотехнические системы передачи информации (РСПИ), то рассматриваем свободное пространство, в котором распространяются электромагнитные колебания, с позиций радиотехники являющиеся полезным сигналом. Так как речь идет об открытом пространстве, в котором возможны электромагнитные колебания различного происхождения, очевидно, для рассматриваемой РСПИ они являются помехами. В радиотехнике всегда учитывается наличие помех. С этих позиций канал связи можно представить в виде структурной схемы (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Канал связи

Система передачи информации, помимо канала связи, должна включать в себя преобразователь первичной информации в электрический сигнал (кодер источника) и устройство, преобразующее принятый сигнал в форму, аналогичную полученной от источника сообщения (декодер источника).

Задача кодирования заключается в преобразовании сообщения а <1)в сигнал й(1) (волнистой чертой обозначаем случайность), который затем поступает на вход передающего устройства (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Структурная схема системы передачи информации

Каждый электрик должен знать:  Помогите рачитать ампераж автомата для дачи

В случае, если предполагается непрерывное сообщение передавать в виде дискретных посылок, например, цифровыми методами, то необходимо осуществлять операции дискретизации по времени и квантования по уровню.

Кодирование сообщения можно рассматривать как преобразование дискретного сообщения в последовательность кодовых символов, осуществляемое по некому правилу (а именно — установление взаимного соответствия между ними). Множество кодовых комбинаций, возможных при принятом правиле, образуют код. Символы, используемые для образования кода, являются алфавитом кода, а их число — основанием кода. Число символов в различных кодовых комбинациях может быть постоянным или переменным. Различают, следовательно, коды равномерные и неравномерные. При равномерном кодировании число символов в кодовой комбинации является длиной кода. Более подробно вопросы кодирования будут рассмотрены в гл. 5.

Для передачи информации через радиоканал необходимо использовать высокочастотные колебания, т.е. осуществить модуляцию высокочастотного сигнала низкочастотным, содержащим полезную информацию. Эту операцию можно описать с помощью оператора V:

где f(t) — высокочастотный сигнал.

Как ранее было сказано, в канале передачи информации на полезный сигнал накладываются мешающие колебания, помехи, которые ухудшают качество приема сообщения. Действие помех опишем с помощью оператора U:

Возможны несколько вариантов воздействия помех. Если

го имеем дело с аддитивной помехой, г.е. суммирующейся с полезным сигналом. Увеличивая уровень S(t), можно улучшить отношение сигнал/помеха. Если же

то имеем произведение сигнала с помехой, и эта помеха — мультипликативная. Так как она перемножается с сигналом, ее еще называют «модулирующей». Увеличение S(t) не позволит улучшить отношение сигнал/помеха, так как глубина модуляции останется относительно единицы той же.

Очевидно, при соизмеримых значениях аддитивной и мультипликативной помех надо использовать выражение

Задачей приемного устройства является выделение полезного сигнала 0(t) из принятого колебания Smnр(/), искаженного помехами. Необходимо осуществить две операции:

  • — обработкой в приемном устройстве принятого колебания улучшить отношение сигнал/помсха. Методы решения этой задачи будут рассмотрены в последующих главах. Сейчас лишь заметим, что эти операции осуществляются как с высокочастотным сигналом, так и после демодуляции;
  • — удаление высокочастотного несущего колебания путем демодуляции (детектирования) принятого приемником ВЧ-сигнала. Работу приемника описываем с помощью оператора W

где 0(1) — оценка ожидаемого сообщения.

Для восприятия получателем сообщения в удобном формате, как уже говорилось, необходимо электрический сигнал 0(1) преобразовать в форму первичного — a(t). Если с выхода источника сообщения

получаем некую информацию a(t), случайную для получателя, то он использует уже некую оценку этой информации a(t), в гой или иной степени соответствующей переданной.

Каждый электрик должен знать:  Как подключить стабилизатор напряжения к домашней электропроводке

Радиотехнические системы передачи информации отличаются большим разнообразием. Это связано с видом передаваемых сообщений, используемых радиосигналов, принципов построения и режимов использования. Таким образом, возможны несколько видов классификации.

По виду передаваемой информации различают РСПИ, осуществляющие передачу речи, телеграфных сообщений, данных, телевизионных изображений, факсимильной передачи, телеметрии, команд.

Отметим, что по форме предст авления информации принято различать непрерывные, дискретные (импульсные), цифровые сообщения.

По числу каналов РСПИ подразделяются на одноканальные и многоканальные, с обратным каналом и без него.

Но режиму использования канала различают РСГ1И односторонней (симплексные) и двухсторонней связи (дуплексные), а также и полудуплексные, в которых, как в дуплексных, возможна связь в двух направлениях, но поочередно, как в симплексных.

11о механизму распространения радиоволн различают ионосферные, тропосферные, метеорные и космические РСПИ.

Возможна классификация РСПИ по расположению в пространстве (комплексная РСПИ, сеть), виду модуляции, способу уплотнения информации, способу доступа и т.п.

Для того, чтобы охарактеризовать качество РСПИ, используются различные показатели. Это информационно-технические (достоверность, помехоустойчивость, скорость передачи, диапазон частот и др.) и конструктивно-эксплуатационные (масса, объем, энергопотребление, эксплуатационная надежность, стоимость, мобильность и др.). Охарактеризуем наиболее существенные с точки зрения основной функции РСПИ — передачи информации.

Достоверность передачи информации характеризует, в какой степени принятые сообщения соответствуют переданным. Безусловно, она зависит от целого комплекса различных факторов. Это и параметры системы, заложенные при проектировании, и ее техническое состояние, и условия функционирования. Каждый из этих факторов распадается, в свою очередь, на более подробные, например условия функционирования определяются видом линии передачи информации, помеховой обстановкой, выполнением правил использования аппаратуры, внешними воздействиями.

Критерии близости принятого сигнала переданному зависят от типа РСПИ. В случае передачи дискретных сообщений под воздействием помех происходит переименование символов в цифровых и искажение в импульсных системах. Тогда характеристикой достоверности передачи будет либо вероятность правильного приемаpljp, либо вероятность ошибки рош = 1 — рп?. При передаче непрерывных сообщений качество системы можно оценить с помощью разности

Достоверность передачи определяется величиной среднего квадрата ошибки

или относительным средним квадратом ошибки:

Усреднение проводится по всем реализациям сообщения a(t) и

их оценкам a(t); Ра = — | a 2 (t)dt — средняя мощность сообщения a(t);

Тс длительность сообщения; Р? — мощность помехи на выходе приемника.

Показатели (6.6) и (6.7) аддитивны и при анализе линейных систем позволяют учитывать одновременно действующие независимые факторы:

Каждый электрик должен знать:  Кто может заставить поменять электросчетчик

где ё. 2 и б, 2 — составляющие, связанные с /-м фактором.

Для ряда случаев целесообразно использовать оценку, определяющую вероятность непревышения ошибки заданного порога е:

где W.(e) — одномерная плотность распределения вероятности ошибки ?(/).

Возможна оценка РСПИ но показателю максимальной абсолютной ошибки = шах |е(/)|.

Помехоустойчивость РСПИ характеризует ее способность противостоять действию помех. Она также зависит от многих энергетических и информационных факторов. Количественно она характеризуется вероятностью ошибки Рош при заданном отношении средних мощностей сигнала и помехи в полосе частот, занимаемой полезным сигналом или же граничным отношением энергии сигнала и помехи на входе приемника, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибки Рош.

Используя выражения (6.6) и (6.7), можно оценивать помехоустойчивость РСПИ передачи непрерывных сообщений, или же по отношению средних мощностей сигнала и помехи, при которых е, 2 и 6 2 соответствуют предъявляемым к ним требованиям.

При сравнении РСПИ между собой используют параметр, характеризующий «обобщенный вышрыш системы»:

где = Ри/Р,. — отношение мощности сигнала /;„ к шуму ру на выходе приемника; Рт = Ps/Р„ — отношение мощности сигнала ру к помехе на входе приемника; Fa — ширина спектра сообщения; Fs — ширина спектра радиосигнала.

Понятие «техническая скорость» используется для характеристики быстродействия формирователя информационных символов. Она равна числу символов, передаваемых в единицу времени и измеряется в бодах.

Понятие «задержка передачи информации» характеризует время между подачей сообщения от источника и получением его получателем. Складывается из времени задержки информации при распространении по трассе и времени обработки на передающем и приемном конце РСПИ — например, времени кодирования и декодирования.

Нетрудно видеть, что классификация систем связи по виду и назначению далеко не однозначна. В ней присутствуют различные признаки, это может быть способ формирования радиоканала — например «Радиорелейная связь», «Связь через искусственные спутники Земли», и такой показатель, как емкость канала — «малоканальная связь», «многоканальная связь». Поэтому целесообразно провести рассмотрение систем связи по признаку используемых частотных диапазонов, а потом уже отмечать некоторые особенности.

Уточним распределение частотных диапазонов по используемым радиосредствам. В табл. 6.1 использованы несколько видов наименования частотных диапазонов, но сделано это осознанно, чтобы облегчить читателю в дальнейшем использование литературы различных авторов. В ней нет ссылок на используемые виды радиосистем, она составлена применительно к системам передачи информации.

Добавить комментарий