чем оценивается помехоустойчивость при передаче дискретных сообщений
Потенциальная помехоустойчивость приема дискретных сигналов
Лекция № 29.
Под потенциальной помехоустойчивостью приема дискретных сигналов (сообщений) понимают минимальную возможную вероятность ошибки при приеме заданных сигналов на оптимальный приемник Котельникова. При приеме на реальный приемник, как правило, помехоустойчивость ниже потенциальной и ни при каких условиях не может превышать последнюю.
Расчетные формулы вероятности ошибки при оптимальном приеме равновероятных сигналов с АМн, ЧМн, ФМн и ОФМн в канале с белым аддитивным гауссовским шумом, полученные в теории потенциальной помехоустойчивости, приведены в таблице.
Вероятность ошибки Рош при оптимальном приеме.
Сравнение помехоустойчивости приема дискретных сигналов. При сравнении помехоустойчивости необходимо дать ответ на вопрос: «Какие сигналы, способы приема лучше по помехоустойчивости и на сколько?».
Обычно сравнение помехоустойчивости производится не по вероятности ошибки из-за весьма значительных пределов ее изменения, а по энергетическому выигрышу. Под энергетическим выигрышем, понимают различие в энергиях сигналов, обеспечивающих одинаковое значение вероятности ошибки при различных видах манипуляции, способах приема, кодирования.
Вероятность ошибки при оптимальном приеме двоичных равновероятных сигналов в канале с аддитивным гауссовским шумом: 1 – противоположные ФМн сигналы, когерентный прием; 2 – ортогональные ЧМн сигналы, когерентный прием; 3 – ортогональные ЧМн сигналы, некогерентный прием; 4 – АМН сигналы, когерентный прием;
Система передачи дискретных сообщений
Краткая историческая справка и особенности систем дискретной связи. Структурная схема системы передачи дискретной информации и преобразование элементов дискретного сообщения в электрические сигналы. Характеристика понятия и определения кодирования.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.02.2015 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лекции по ПДИ для заочников/вечерников
ТЕМА 1. Система передачи дискретных сообщений и ее особенности
1.1 Краткая историческая справка
В начале XIX в. с развитием знаний по электричеству и магнетизму делались попытки создать телеграф на их основе. Однако первые проекты электростатического, электрохимического, электромагнитного телеграфов не имели широкого практического применения. Русскому ученому Шиллингу удалось создать первый в мире пригодный для использования телеграфный аппарат. Электромагнитный телеграфный аппарат, отличающийся высокой эффективностью, простотой конструкции и надежностью, был продемонстрирован им 9 октября 1832 г.
Опыты по применению электричества для передачи сообщений на расстояние велись и за границей. Наиболее удачными оказались работы американца С. Морзе, который в 1837 г. разработал пишущий аппарат, применив оригинальный код, который впоследствии стал первым стандартом в области кодирования.
Дальнейшее развитие телеграфного дела в России связано с именем Якоби, который в период с 1838 г. по 1852 г. разработал несколько оригинальных конструкций телеграфных аппаратов. В их числе и первый буквопечатающий аппарат, в котором были заложены основные принципы (равномерный код, распределители, синхронизация) телеграфного аппаратостроения. На железных дорогах телеграфная связь как средство регулирования движения поездов появилась в 1845 г.
В 1859 г. был предложен метод одновременной встречной работы (дуплекс), что позволило в 2 раза увеличить пропускную способность линий. В 1874 г. был разработан многократный синхронный аппарат, положивший начало применению временного разделения каналов (мультиплексирование).
В начале XX в. одним из основных направлений работ в области развития телеграфной техники было создание удобных в эксплуатации, надежных и малогабаритных аппаратов с клавиатурой типа пишущей машинки. Первый стартстопный аппарат был разработан в Америке в 1915 г.
Наряду с разработкой и совершенствованием оконечной аппаратуры велись работы по созданию аппаратуры частотного уплотнения линий связи. На ее основе в 1937 г. в Ленинграде были изготовлены первые отечественные системы тонального телеграфирования.
В общей системе электросвязи МПС телеграфная связь и передача данных выступают как в роли общетехнологической связи (приказы, распоряжения, справочные и информационные системы, обращение к базам данных), так и в роли оперативно-технологической связи (предупреждения, телеграммы о розыске грузов, наличии свободных мест в пассажирских поездах и др.).
дискретный связь электрический кодирование
1.2 Особенности систем дискретной связи
Классическими представителями систем передачи дискретных сообщений являются такие виды электрической связи как телеграф и передача данных.
Сущность передаваемых документов, а также различие в применении сообщений накладывают отпечаток на основные характеристики этих систем связи.
1. Скорость передачи дискретных сигналов. Для телеграфной связи она составляет 50, 100, 200 импульсов/с. Скорость ввода и вывода информации при этом составляет от 400 до 1600 знаков/мин, что соответствует физиологическим возможностям человека по восприятию информации. В системах передачи данных скорость передачи сигналов достигает значений в десятки и сотни тысяч импульсов в секунду, что приближается к скоростям ввода и вывода информации в ЭВМ.
2. Требования к точности приема дискретных сообщений, определяемые допустимым значением вероятности ошибочного приема символов. В телеграфной связи допускается наличие трех ошибок на 100 тыс. принятых знаков. В большинстве случаев эти ошибки могут быть исправлены человеком благодаря смысловой избыточности языка. В передаче данных нормы по вероятности ошибочного приема знака значительно жестче и составляют от одной ошибки на 100 тыс. символов до одной ошибки на 100 млн. символов. Столь жесткие требования объясняются тем, что любая последовательность цифр, принимаемая ЭВМ, имеет смысл. Замена любой из них приводит к неверным результатам расчетов и, как следствие, к ошибочным решениям.
Несмотря на функциональные различия и разные требования по скорости и точности передачи, и телеграф, и передача данных имеют много общего. Это и терминология, и единый импульсно-кодовый метод передачи, и методы защиты от ошибок, и некоторые технические решения.
1.3 Структурная схема системы передачи дискретной информации
Как и любая система связи, система ПДИ включает в себя в общем виде передатчик, канал связи и приемник (рис.1.1). Передатчик обеспечивает преобразование сообщения-оригинала в сигнал, канал переносит этот сигнал из одной точки пространства в другую в помехоактивной среде, приемник выполняет обратное преобразование сигнала в сообщение-копию, выдавая его получателю сообщения.
Принятый электрический сигнал zпр отличается от переданного сигнала zпер вследствие его ослабления при прохождении по среде передачи (провод, эфир, оптическое волокно), действия внешних и внутренних электромагнитных полей (помехи), запаздывания во времени. Поэтому приемник не всегда может точно выполнить обратное преобразование электрического сигнала в сообщение и принятая кодовая комбинация q может отличаться от переданной р. Отсюда и сообщение-копия может отличаться от сообщения-оригинала.
Необходимо так спроектировать, построить и эксплуатировать систему ПДИ, чтобы эти различия были минимальными, т.е. следует стремиться к выполнению условия
C обеих сторон системы ПДИ должны быть передатчик и приемник (рис. 1.2) и обмен сообщениями надо осуществлять либо по двум разнонаправленным каналам (симплекс, рис. 1.2, а), либо по одному каналу поочередно в противоположных направлениях (полудуплекс, диалоговый режим работы, рис. 1.2, б), либо вести одновременную встречную передачу (дуплекс, двусторонний монолог, рис. 1.2, в).
ТЕМА 2. Преобразование элементов дискретного сообщения в электрические сигналы
2.1 Кодирование. Основные понятия и определения
В общем случае под термином кодирование понимают замену символов одной графической системы символами другой графической системы. Графические системы могут быть знаковые и числовые. Знаковые системы в качестве элементов используют буквы или условные символы. Знаковым системам присуще определенное конечное количество символов, определяемое азбукой.
Числовые системы более разнообразны, так как числа могут иметь различные основания (десятичная, троичная и др.). Числовые системы строятся единообразно, по одному и тому же закону, который определяет любое число как сумму произведений значащих цифр системы счисления на основание в степени от 0 до (n-1), т.е.
Условные обозначения, основание и значащие цифры двоичной, десятичной и шестнадцатеричной систем счисления приведены в табл. 2.1.
0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9
0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; A; B; C; D; E; F
Возьмем число 170 в десятичной системе счисления. В шестнадцатеричной системе это будет AA, а в двоичной 10101010. Т.е. 170D=AAH=10101010B.
С этих позиций в системах передачи дискретных сообщений при кодировании предпочтение отдают двоичным системам счисления. Теперь под кодированием будем понимать замену графических и функциональных символов сообщения двоичными числами.
Основными понятиями в области кодирования являются: кодовая комбинация, элемент кодовой комбинации, код, кодовая таблица.
Основу кода составляет кодовая таблица (алфавит кода), устанавливающая графическое соответствие между знаками передаваемого сообщения и двоичными числами. Они могут быть простыми, когда передаваемый символ и двоичное число записываются построчно, и перекрестными (матричными), когда передаваемый символ находится на пересечении строк и столбцов таблицы.
2.2 Классификация кодов и их параметры
Для оценки свойств кодов и их классификации вводят следующие основные параметры.
Множество кодовых комбинаций (слов, векторов) —Vk= < 1, 2, 3. >. Это весь набор возможных кодовых комбинаций.
Кодовое расстояние определяет меру отличия одной кодовой комбинации от другой.
По минимальному значению этого параметра коды делятся на простые, для которых d = 1, и корректирующие, для которых d ? 2.
Для выполнения алгебраических операций над кодовыми комбинациями (сложение, умножение и др.) их представляют в виде многочленов (полиномов) некоторой фиктивной переменной х, заменяющей собой основание системы счисления. Тогда любая двоичная n-элементная комбинация может быть представлена в виде полинома степени не выше (n-1) с числом членов, равным весу этой комбинации. Например, комбинация 10011001 (В) представляется суммой 1x 7 + 0x 6 + 0x 5 + 1x 4 + 1x 3 + 0x 2 + 0x 1 + 1x 0 и с учетом отсутствия нулевых членов и умножения остальных членов на единицу может быть записана многочленом
A(x)= x 7 + x 4 + x 3 + 1,
число членов которого (четыре) равно ее весу, т.е. w = 4.
2.3 Стандартные первичные коды
Пятиэлементные коды. Международный телеграфный код N2 (МТК-2) появился в 1932 г. и до сих пор используется для телеграфной передачи. Это двоичный (а = 2), простой [d = 1], равномерный (n = const), пятиэлементный (k = 5) код для передачи буквенно-цифровой информации.
Поскольку число комбинаций S0=2 5 =32 недостаточно для этого, введены два регистра: буквы (регистр 1) и цифры (регистр 2). Это дает возможность расширения кода за счет того, что одна комбинация может применяться для передачи двух графических символов. Первые 26 позиций таблицы отданы под графические символы, что дает в двух регистрах возможность получить 52 знака.
Код МТК-2 удобен для телеграфной передачи. Однако в нем мало функциональных символов, отсутствует деление букв на прописные и строчные, не хватает некоторых арифметических и грамматических символов.
Семиэлементные коды. Недостатки кода МТК-2 были устранены удлинением кодовых комбинаций и, как следствие, увеличением их количества до 2 7 = 128. За основу был взят американский стандартный код для обмена информацией (ASCII). Это двоичный (а = 2), простой [d =1], равномерный (n = const), семиэлементный (k = 7) код, применяемый для телеграфной передачи и передачи данных. В нашей стране этот код с русским алфавитом известен как семиэлементный код для обработки информации КОИ-7.
Благодаря наличию большего количества комбинаций семиэлементные коды получили следующие преимущества по сравнению с пятиэлементными:
— резко возросло количество функциональных символов (до 32) для управления печатающими устройствами и ЭВМ;
— появились дополнительные арифметические и грамматические знаки;
— десятичные цифры удалось упорядочить и представить четырехразрядными двоичными числами;
— повысить качество текстовых документов введением строчных и прописных букв.
Unicode (Universal code). Возник совсем недавно в системах передачи данных. Это шестнадцатиэлементный код, число кодовых комбинаций будет соответственно 2 16 =65536. В таблицу этого кода включены:
— буквы латинского алфавита;
— буквы греческого алфавита;
— буквы арабского алфавита;
— кириллица (русский алфавит);
— цифры и арифметические знаки;
— декоративные символы и др.
2.4 Дискретная модуляция
Дискретная модуляция является второй операцией в цепочке преобразования дискретного сообщения в электрический сигнал.
Для формирования сигнала необходим некоторый переносчик, способный существовать и распространяться в линии связи. В системах связи это постоянный или переменный ток (аналоговые системы передачи), электромагнитное поле (радиосистемы), периодическая последовательность высокочастотных импульсов (коаксиальные и волоконно-оптические кабели) и др.
Под дискретной модуляцией понимают изменение во времени одного или нескольких квантованных параметров переносчика в соответствии со значениями элементов кодовой комбинации, отображающей символ сообщения.
В результате этой операции образуется дискретный электрический сигнал как дискретная функция дискретного времени. Это значит, что любому значению элемента кодовой комбинации соответствует определенное значение параметра сигнала, который сохраняется неизменным на определенном отрезке времени и изменяется через некоторые интервалы.
2.5 Виды дискретной модуляции
Используя в качестве переносчика постоянный и переменный ток и изменяя (модулируя) различные параметры переносчика, можно получить большое разнообразие видов дискретной модуляции. При этом различают параметрические и относительные виды модуляции.
Если значащие позиции любого импульса выбираются и оцениваются в соответствии с заранее обусловленными значениями параметра переносчика (амплитуда, частота, фаза и др.), то такие виды модуляции называют параметрическими.
Если значащая позиция i-го импульса выбирается и оценивается по отношению к значащей позиции предыдущего (i-l)-гo импульса, то такие виды модуляции называют относительными.
На рис. 2.3 показаны сигналы, соответствующие названным выше параметрическим видам модуляции, при передаче комбинации 010110.
На рис. 2.3, а представлен сигнал при ОПМ. На рисунке обозначены значащие позиции, значащие моменты модуляции, единичные интервалы и значащие интервалы. То же самое показано для ДПМ на рис. 2.1, б. Как видно из сравнения этих рисунков, разница между значащими позициями в случае ДПМ в 2 раза больше, чем в случае ОПМ. Этим и объясняется большая помехоустойчивость сигналов ДПМ.
В табл. представлены значения параметра переносчика, соответствующие значащей позиции 1 и значащей позиции 0 для разных видов дискретной модуляции.
Дискретные сигналы с использованием в качестве переносчика переменного тока применяются для передачи информации по физическим цепям и каналам тональной частоты.
С точки зрения технической реализации модемов преимущество имеет AM, но помехоустойчивость ее сравнительно низкая. Лучшей в этом смысле является ФМ, но для ее реализации необходимо иметь высокостабильный генератор опорного колебания, что делает систему дороже. Поэтому оконечные устройства строят с применением ЧМ.
2.6 Спектр модулированного сигнала
Спектр результирующего модулированного сигнала зависит от типа модуляции и скорости модуляции, то есть желаемой скорости передачи бит исходной информации.
Спектры сигналов при потенциальном кодировании и амплитудной модуляции
При фазовой и частотной модуляции спектр сигнала получается более сложным, чем при амплитудной модуляции, так как боковых гармоник здесь образуется более двух, но они также симметрично расположены относительно основной несущей частоты, а их амплитуды быстро убывают. Поэтому эти виды модуляции также хорошо подходят для передачи данных по каналу тональной частоты.
Для повышения скорости передачи данных используют комбинированные методы модуляции. Наиболее распространенными являются методы квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation, QAM). Эти методы основаны на сочетании фазовой модуляции с 8 значениями величин сдвига фазы и амплитудной модуляции с 4 уровнями амплитуды. Однако из возможных 32 комбинаций сигнала используются далеко не все. Например, в кодах Треллиса допустимы всего 6,7 или 8 комбинаций для представления исходных данных, а остальные комбинации являются запрещенными. Такая избыточность кодирования требуется для распознавания модемом ошибочных сигналов, являющихся следствием искажений из-за помех, которые на телефонных каналах, особенно коммутируемых, весьма значительны по амплитуде и продолжительны по времени.
При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.
Требования к методам цифрового кодирования
При использовании прямоугольных импульсов для передачи дискретной информации необходимо выбрать такой способ кодирования, который одновременно достигал бы нескольких целей:
— имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;
— обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;
— обладал способностью распознавать ошибки;
— обладал низкой стоимостью реализации.
Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных. Кроме того, часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия постоянной составляющей, то есть наличия постоянного тока между передатчиком и приемником. В частности, применение различных трансформаторных схем гальванической развязки препятствует прохождению постоянного тока.
Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи. Эта проблема в сетях решается сложнее, чем при обмене данными между близко расположенными устройствами, например между блоками внутри компьютера или же между компьютером и принтером. На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии связи (рис. 2.6), так что информация снимается с линии данных только в момент прихода тактового импульса. В сетях использование этой схемы вызывает трудности из-за неоднородности характеристик проводников в кабелях. На больших расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствующего сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно. Другой причиной, по которой в сетях отказываются от использования тактирующих импульсов, является экономия проводников в дорогостоящих кабелях.
Синхронизация приемника и передатчика на небольших расстояниях
При использовании синусоид в качестве несущего сигнала результирующий код обладает свойством самосинхронизации, так как изменение амплитуды несущей частоты дает возможность приемнику определить момент появления входного кода.
Распознавание и коррекцию искаженных данных сложно осуществить средствами физического уровня, поэтому чаще всего эту работу берут на себя протоколы, лежащие выше: канальный, сетевой, транспортный или прикладной. С другой стороны, распознавание ошибок на физическом уровне экономит время, так как приемник не ждет полного помещения кадра в буфер, а отбраковывает его сразу при распознавании ошибочных бит внутри кадра.
Требования, предъявляемые к методам кодирования, являются взаимно противоречивыми, поэтому каждый из рассматриваемых ниже популярных методов цифрового кодирования обладает своими преимуществами и своими недостатками по сравнению с другими.
2.7.1 Потенциальный код без возвращения к нулю
На рис. 2.7, а показан уже упомянутый ранее метод потенциального кодирования, называемый также кодированием без возвращения к нулю (Non Return to Zero, NRZ). Последнее название отражает то обстоятельство, что при передаче последовательности единиц сигнал не возвращается к нулю в течение такта (как мы увидим ниже, в других методах кодирования возврат к нулю в этом случае происходит). Метод NRZ прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок (из-за двух резко отличающихся потенциалов), но не обладает свойством самосинхронизации. При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник лишен возможности определять по входному сигналу моменты времени, когда нужно в очередной раз считывать данные. Даже при наличии высокоточного тактового генератора приемник может ошибиться с моментом съема данных, так как частоты двух генераторов никогда не бывают полностью идентичными. Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях единиц или нулей небольшое рассогласование тактовых частот может привести к ошибке в целый такт и, соответственно, считыванию некорректного значения бита.
Способы дискретного кодирования данных
Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длинных последовательностей единиц или нулей. Из-за этого многие каналы связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником и источником, этот вид кодирования не поддерживают. В результате в чистом виде код NRZ в сетях не используется. Тем не менее используются его различные модификации, в которых устраняют как плохую самосинхронизацию кода NRZ, так и наличие постоянной составляющей. Привлекательность кода NRZ, из-за которой имеет смысл заняться его улучшением, состоит в достаточно низкой частоте основной гармоники f0, которая равна N/2 Гц, как это было показано в предыдущем разделе. У других методов кодирования, например манчестерского, основная гармоника имеет более высокую частоту.
2.7.2 Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией
В целом, для различных комбинаций бит на линии использование кода AMI приводит к более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ, а значит, и к более высокой пропускной способности линии. Например, при передаче чередующихся единиц и нулей основная гармоника fo имеет частоту N/4 Гц. Код AMI предоставляет также некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов. Так, нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложном импульсе или исчезновении с линии корректного импульса. Сигнал с некорректной полярностью называется запрещенным сигналом (signal violation).
В коде AMI используются не два, а три уровня сигнала на линии. Дополнительный уровень требует увеличение мощности передатчика примерно на 3 дБ для обеспечения той же достоверности приема бит на линии, что является общим недостатком кодов с несколькими состояниями сигнала по сравнению с кодами, которые различают только два состояния.
2.7.3 Потенциальный код с инверсией при единице
В локальных сетях до недавнего времени самым распространенным методом кодирования был так называемый манчестерский код (рис. 2.7, г). Он применяется в технологиях Ethernet и Token Ring.
ТЕМА 3. Прохождение дискретных сигналов по линии
3.1 Методы передачи элементов сигнала
Сформированный электрический сигнал состоит из элементарных импульсов t0, которые, в зависимости от количества проводов линии, могут передаваться последовательно или параллельно.
При однопроводной линии импульсы следуют по ней в порядке их формирований последовательно друг за другом. Для передачи всей кодовой комбинации потребуется время, пропорционально ее длине, т.е. Tk = n t0.
Если линия содержит столько проводов, сколько импульсов в кодовой комбинации, то импульсы кодовой комбинации должны формироваться одновременно и могут быть переданы параллельно по разным проводам. Время передачи кодовой комбинации будет в этом случае равно длительности элементарного импульса, т.е. Tk = t0.
При последовательном методе с увеличением длины кодовой комбинации увеличивается время ее передачи, но это не влияет на техническую реализацию линии. Она всегда однопроводная, что выгодно при значительной ее длине. При параллельном методе время передачи кодовой комбинации всегда постоянно и мало по сравнению с предыдущим случаем, но количество проводов и конструкция приемно-передающих устройств зависят от длины комбинации.
В оконечных устройствах на этапах кодирования и декодирования применяют параллельную передачу, а в линии ведется последовательная работа. Для сопряжения параллельной и последовательной работы применяются специальные схемы преобразования.
3.2 Характеристики линий связи
3.2.1 Типы характеристик и способы их определения
К основным характеристикам линий связи относятся:
— перекрестные наводки на ближнем конце линии;
— достоверность передачи данных;
Однако нельзя говорить о пропускной способности линии связи, до того как для нее определен протокол физического уровня.
Искажение импульсов в линии связи
Линия связи искажает передаваемые сигналы из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных. Волоконно-оптический кабель также имеет отклонения, мешающие идеальному распространению света. Если линия связи включает промежуточную аппаратуру, то она также может вносить дополнительные искажения, так как невозможно создать устройства, которые бы одинаково хорошо передавали весь спектр сигнала.
Кроме искажений сигналов, вносимых внутренними физическими параметрами линии связи, существуют и внешние помехи, которые вносят свой вклад в искажение формы сигналов на выходе линии. Из-за помех сигналы на выходе линии связи обычно имеют сложную форму (рис. 3.3), по которой иногда трудно понять, какая дискретная информация была подана на вход линии.
3.2.2 Амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание
Степень искажения синусоидальных сигналов линиями связи оценивается с помощью таких характеристик, как амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание на определенной частоте.
Амплитудно-частотная характеристика (рис. 3.4) показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. Вместо амплитуды в этой характеристике часто используют также такой параметр сигнала, как его мощность.
Знание амплитудно-частотной характеристики реальной линии позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала.
Затухание (attenuation) определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты. Таким образом, затухание представляет собой одну точку из амплитудно-частотной характеристики линии. Часто при эксплуатации линии заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по линии сигналов.
мощность сигнала на выходе линии;
Так как мощность выходного сигнала кабеля без промежуточных усилителей всегда меньше, чем мощность входного сигнала, затухание кабеля всегда является отрицательной величиной.
Абсолютный уровень мощности, например уровень мощности передатчика, также измеряется в децибелах. При этом в качестве базового значения мощности сигнала, относительно которого измеряется текущая мощность, принимается значение в 1 мВт. Таким образом, уровень мощности р вычисляется по следующей формуле:
р = 10 log10 Р/1мВт [дБм],
Таким образом, амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание являются универсальными характеристиками, и их знание позволяет сделать вывод о том, как через линию связи будут передаваться сигналы любой формы.
Полоса пропускания зависит от типа линии и ее протяженности. На рис. 3.5 показаны полосы пропускания линий связи различных типов, а также наиболее часто используемые в технике связи частотные диапазоны.
Полосы пропускания линий связи и популярные частотные диапазоны
3.2.3 Пропускная способность линии
Пропускная способность линии связи зависит не только от ее характеристик, таких как амплитудно-частотная характеристика, но и от спектра передаваемых сигналов. Если значимые гармоники сигнала попадают в полосу пропускания линии, то такой сигнал будет хорошо передаваться данной линией связи и приемник сможет правильно распознать информацию, отправленную по линии передатчиком (рис. 3.6, а). Если же значимые гармоники выходят за границы полосы пропускания линии связи, то сигнал будет значительно искажаться, приемник будет ошибаться при распознавании информации, а значит, информация не сможет передаваться с заданной пропускной способностью (рис. 3.6, б).
Соответствие между полосой пропускания линии связи и спектром сигнала
Теория информации говорит, что любое различимое и непредсказуемое изменение принимаемого сигнала несет в себе информацию.
Количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду измеряется в бодах (baud). Период времени между соседними изменениями информационного сигнала называется тактом работы передатчика.
Пропускная способность линии в битах в секунду в общем случае не совпадает с числом бод. Она может быть как выше, так и ниже числа бод, и это соотношение зависит от способа кодирования.