Электронная связь и ее виды. Электронные средства связи

Введение

Сеть передачи данных - совокупность оконечных устройств (терминалов) связи, объединенных каналами передачи данных и коммутирующими устройствами, обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами. Благодаря возникновению и развитию сетей передачи данных появился новый, высокоэффективный способ взаимодействия между людьми. Первоначально сети использовались главным образом для научных исследований, но затем они стали проникать буквально во все области человеческой деятельности. При этом большинство сетей существовало совершенно независимо друг от друга, решая конкретные задачи для конкретных групп пользователей. В соответствии с этими задачами выбирались те или иные сетевые технологии и аппаратное обеспечение. Построить универсальную физическую сеть мирового масштаба из однотипной аппаратуры просто невозможно, поскольку такая сеть не могла бы удовлетворять потребности всех ее потенциальных пользователей.

Когда возникла задача создания сетей передачи данных, естественным, прежде всего, было обращение к столетнему опыту работы с телеграфными сетями. Так, опыт работы с телеграфными сетями с промежуточным накоплением (переприем телеграмм с переносом перфоленты) пригодился при создании сетей передачи данных с коммутацией сообщений, а с сетями абонентского телеграфа - для создания сетей передачи данных с коммутацией каналов. Важную роль в развитии сетей передачи данных сыграл научно-технический прогресс. Он позволил в течение сравнительно небольшого периода времени перейти от бумажных перфолент и перфокарт к магнитным лентам, а затем к магнитным дискам, полупроводниковым и оптическим запоминающим устройствам.

Одновременно огромный скачок произошел в технике защиты передачи от помех. От простых способов обнаружения ошибок путем проверки перфоленты на четность числа пробитых в ней отверстий удалось перейти к высоконадежным кодам не только обнаруживающим, но и исправляющим ошибки. Самое же главное, была создана микроэлектронная база. Она позволила сделать сложную аппаратуру компактной и экономичной по расходу электроэнергии. Все это открыло возможности построения технических средств передачи с огромной скоростью и ознаменовало наступление новой эпохи развития документальной связи.

Виды электросвязи

Электросвязь -- передача информации с помощью электрических сигналов по проводам, волоконно-оптическому кабелю или радиоволн. Принцип электросвязи основан на преобразовании сигналов сообщения (звук, оптическая информация) в первичные электрические сигналы. В свою очередь первичные электрические сигналы при помощи передатчика преобразуются во вторичные электрические сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками линии связи. Далее посредством линии связи вторичные сигналы поступают на вход приёмника. В приемном устройстве вторичные сигналы обратно преобразуются в сигналы сообщения в виде звука или оптической информации.

По виду передачи информации все современные системы электросвязи условно классифицируются на предназначенные для передачи звука, видео, текста. В зависимости от среды передачи выделяют электрическую, оптическую и радио- связь.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на: спутниковые, воздушные, наземные, подводные, подземные. В зависимости от того, подвижны источники/получатели информации или нет, различают стационарную (фиксированную) и подвижную связь (мобильную, связь с подвижными объектами).

По типу передаваемого сигнала различают аналоговую и цифровую связь. В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть квалифицированы на предназначенные для передачи информации индивидуального и массового характера. Также, по временным параметрам виды электросвязи могут быть предназначены для работы в реальном времени или осуществляющие отложенную доставку сообщений.

Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

Основные виды электросвязи представлены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Основные виды электросвязи

Телефонная связь - передача на расстояние речевой информации, осуществляемая электрическими сигналами, распространяющимися по проводам, или радиосигналами. Обеспечивает ведение устных переговоров между абонентами, удаленными друг от друга практически на любое расстояние. Начало телефонной связи было положено в 1876 изобретением телефонного аппарата А. Г. Беллом (США) и созданием первой телефонной станции (1878, Нью-Хейвен, США). Различают телефонную связь местную (городскую и сельскую), междугородную и международную, а также внутриведомственную, внутрипроизводственную, телефонную связь с подвижными объектами (радиотелефонная связь). Линии телефонной связи - сложные технические сооружения (например, на некоторых междугородных кабельных линиях число промежуточных усилителей достигает нескольких тысяч). С начала 80-х годов успешно внедряются системы на основе волоконно-оптических кабелей связи. Создаются сети коллективных приемопередатчиков (сотовые сети), обеспечивающих связь между абонентами по радиотелефону. Для дальней связи все шире используются искусственные спутники Земли.

Телеграфная связь - передача на расстояние дискретных (буквенно-цифровых) сообщений - телеграмм - с обязательной записью их в пункте приема. Осуществляется электрическими сигналами, передаваемыми по проводам, или радиосигналами. Телеграфные сообщения передаются при помощи телеграфных аппаратов по каналам телеграфной сети в виде кодовых комбинаций. Основы телеграфной связи были заложены в 1832-44работами П. Л. Шиллинга, Б. С. Якоби (Россия), С. Морзе (США). По назначению и характеру передаваемой информации различают: связь общего пользования, абонентское телеграфирование и факсимильную связь.

Факсимильная связь - передача по телефонным каналам с помощью телефакса изображений, писем, фотографий, документов бумажных носителях.

Телекодовая связь (передача данных) - область электросвязи, охватывающая вопросы передачи информации, представленной в формализованном виде (например, знаками) и предназначенной для обработки ее электронно-вычислительной машиной или уже обработанной ими. Передачу данных осуществляют по телеграфным или телефонным каналам связи, либо по каналам, созданным специально для передачи данных. Вместе с вычислительной техникой каналы передачи данных служат технической базой информационно-вычислительных систем, а также автоматических систем управления.

Видеотелефония - это возможность видеть друг друга во время телефонного общения. Видеосвязь позволяет более продуктивно общаться со своими клиентами, сотрудниками и партнерами (так как посредством голоса передается лишь 20% информации). Самый простой и доступный способ совершать видеозвонки - воспользоваться одним из специализированных интернет-сервисов. Как правило, для использования такого сервиса нужно зарегистрировать аккаунт и установить на свой компьютер программу, с помощью которой возможно звонить и принимать видеозвонки сидя за компьютером. Все что нужно из оборудования - это веб-камера и гарнитура.

Телевизионная связь (телевизионное вещание) - одно из массовых средств информации, воспитания, просвещения, досуга. Первые попытки передачи изображения на расстояние относятся к сер. 1920-х гг. В 1930 г. в России была разработана механическая система, дававшая изображение с разложением на 30 строк. В кон. 1930-х гг. произошёл переход от механического телевидения к электронному. Впервые экспериментальные передачи электронного телевидения в Москве и Ленинграде осуществлены в 1938 г. С появлением электронного телевидения улучшилось качество изображения, возникли условия для создания массового телевизионного вещания. Регулярные передачи электронного телевидения в Москве и Ленинграде начались в 1939 г. Показывали кинофильмы, концерты, театральные спектакли. В 1940 г. были изготовлены первые отечественные экспериментальные электронные телевизоры 17-Т-1 с небольшим экраном, но достаточно чётким изображением. В конце 1940-х годов налажено массовое производство отечественных телевизоров «Москва Т-1», КВН-49, «Ленинград Т-2». В 1948 г. создана система внестудийного вещания, первой внестудийной передачей стала трансляция по телевидению футбольного матча. Первая передача цветного телевидения прошла в 1954 г. Дальнейшее развитие телевизионного вещания было направлено на совершенствование технических средств телевидения, расширение зон, охваченных телевизионным вещанием, создание спутникового и кабельного телевидения, на увеличение числа телевизионных каналов и программ передач и повышение их качества.

Звуковое вещание - представляет собой организационно-технический комплекс, обеспечивающий формирование и передачу звуковой информации общего назначения широкому кругу территориально рассредоточенных абонентов (слушателей). Организацией звукового вещания занимаются Министерство культуры РФ и Министерство информационных технологий и связи РФ. В ведении Министерства культуры находятся вопросы подготовки и формирования программ звукового вещания, определения суточного объема вещания, последовательности передач во времени, выбора технических средств, предоставляемых Министерством информационных технологий и связи РФ для распределения и передачи сформированных программ слушателям. Министерство информационных технологий и связи РФ организует сеть каналов звукового вещания на первичной сети связи страны, а также сети радиопередающих средств и проводного вещания.

2.5 Спектральные представления сигналов с использованием негармонических функций

Раздел 3. Сигналы с ограниченным спектром

3.1. Некоторые математические модели сигналов с ограниченным спектром

3.2 Теорема Котельникова

3.3. Узкополосные сигналы

3.4. Аналитический сигнал и преобразования Гильберта

Раздел 4. Основы корреляционного анализа сигналов

4.1. Взаимная спектральная плотность сигналов. Энергетический спектр

4.2. Автокорреляционная функция сигналов

4.3. Акф дискретного сигнала

4.4. Взаимокорреляционная функция двух сигналов

Раздел 5. Модулированные сигналы

5.1. Сигналы с амплитудной модуляцией

5.2 Сигналы с угловой модуляцией

5.3. Дискретные формы угловой модуляции

5.4 Сигналы с импульсной модуляцией

Раздел 6. Основы теории случайных процессов

6.1. Случайные процессы. Основные понятия и определения

6.2. Характеристики случайных процессов

6.3. Моментные функции случайных процессов

6.4. Свойства случайных процессов

6.5. Функция корреляции двух случайных процессов

6.6. Измерение характеристик случайных процессов

6.7. Спектральное представление стационарных случайных процессов. Теорема Винера-Хинчина

6.8 Типовые модели случайных сигналов

6.9 Узкополосные случайные сигналы

Раздел 7. Основные элементы цифровой обработки сигналов

7.1. Дискретное преобразование Фурье

7.2. Быстрое преобразование Фурье

7.3 Z-преобразование

Раздел 1.Каналы электросвязи

Тема1.1 Общие сведения о каналах электросвязи и их классификация

1.2 Математические модели каналов электросвязи

1.2.1 Математические модели непрерывных каналов связи

1.2.2 Математические модели дискретных каналов связи

Раздел 2 Основные положения теории передачи информации

2.1 Информационные параметры сообщений и сигналов

2.2 Взаимная информация

Эффективное кодирование дискретных сообщений

Тема 2.4. Информация в непрерывных сигналах

Тема 2.5. Пропускная способность канала связи

Тема 2.6. Теорема к. Шеннона

Тема 2.7. Информация в непрерывных сообщениях. Эпсилон-энтропия

Раздел 3. Оптимальный приём дискретных сообщений

Тема 3.1. Постановка задачи оптимального приёма дискретных сообщений как статистической задачи. Понятие помехоустойчивости

3.2. Элементы теории решений

3.3. Критерии качества оптимального приёмника

3.4 Алгоритм оптимального приёма при полностью известных сигналах. Когерентный приём

3.5 Структурное построение оптимального приёмника

3.6 Реализация алгоритма оптимального приёма на основе согласованных фильтров. Свойства согласованного фильтра

3.8 Потенциальная помехоустойчивость систем с различными видами манипуляции

3.9 Приём сигналов с неопределённой фазой (некогерентный приём)

Литература:

Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа, 2000-448с.

Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В. Финк Л.М. Теория передачи сигналов. – М.: Радио и связь, 1986-304с.

Теория электрической связи. Под редакцией Кловского Д.Д. – М.: Радио и связь, 1999-432с.

Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы – М.: Советское радио, 1986.

Клюев Л.Л. Теория электрической связи – Мн.: Дизайн ПРО, 1998-336с.

Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Руководство к решению задач – М.:: Высшая школа, 1987-206с.

Кловский Д.Д., Шилкин В.А. Теория передачи сигналов в задачах – М.: Радио и связь, 1990-280с.

Заездный А.М. Основы расчётов по статистической радиотехнике. М.: Связь, 1969.

Горяинов В.Т., Журавлёв А.Г. Тихонов В.И. Примеры и задачи по статистической радиотехнике – М.: Советское радио, 1980

Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под редакцией Д.Д. Кловского – М. Радио и связь, 2000 – 1000с.

Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции расширенных спектров. – М.: Радио и связь. 2000 – 520с.

Борисов В.И., Зинчук В.М. и др. Помехозащищённость систем радиосвязи / Под ред. Борисова В.И. – М.: Радио и связь, 2003-640с.

Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003-1104с.

Каганов В.И. Радиотехника + компьютер + Math CAD. М.: Горячая линия, 2001.

Предмет: «Теория электросвязи».

Целью дисциплины является изучение основных закономерностей и методов передачи информации по каналам связи. Рассматриваются математические модели сообщений, сигналов и помех, методы формирования сигналов и их преобразования в каналах связи, принципы построения систем связи, их характеристики и вопросы оптимизации.

Введение

Системы электрической связи. Общие сведения о системах электросвязи. Основные понятия и определения

Под информацией понимают совокупность новых сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах окружающего нас мира. Для передачи или хранения информации используют различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) её в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова и фразы, жесты и рисунки, формы колебаний, математические знаки и т.п. Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением.

При телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающее речь. При передаче движущихся изображений в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения.

Передача сообщений, а, следовательно, и информации на расстояние осуществляется с помощью какого-либо математического носителя или физического процесса. Физический процесс, отображающий передаваемое сообщение, называется сигналом.

В качестве сигнала можно использовать любой физический процесс, изменяющийся в соответствии с переносимым сообщением. В современных системах управления и связи чаще всего используют электрические сигналы. Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение. Можно передавать сигналы постоянным током на близкие расстояния по проводам. При передаче на большие расстояния по проводам и по радиоканалам используется модуляция.

Сигналы формируются путём изменения тех или иных параметров физического носителя по закону передаваемых сообщений. Этот процесс изменения параметров носителя называется модуляцией.

Сообщения могут быть функциями времени, (например, речь при передаче телефонных разговоров, спектакль при передаче по телевидению и т. п.). В других случаях сообщение не является функцией времени (например, текст телеграммы, неподвижное изображение и т.д.).

Сигнал является функцией времени, даже если сообщение таковым не является. Основными, с точки зрения передачи, являются следующие параметры сигнала: длительность сигнала Тс, его динамический диапазон Dс и ширина спектра Fc.

Длительность сигнала Тс – это параметр, определяющий интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

Динамический диапазон – это отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Он выражается обычно в децибелах.

Динамический диапазон речи диктора, например, равен 25… 30 дб, симфонического оркестра 70… 95 дб.

Ширина спектра сигнала Fс – это диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия.

При телефонной связи, чтобы речь была разборчива, достаточно передать сигнал в полосе от 300 Гц до 3400 Гц. Необходимая ширина спектра телевизионного сигнала определяется требуемой чёткостью изображения (верхняя частота сигнала 6,5 МГц).

Более общей и наглядной характеристикой является объём сигнала:

Чем больше объём сигнала, тем больше информации можно «вложить» в этот объём, и тем труднее передать такой сигнал по каналу связи.

Опираясь на эти понятия, можно теперь рассмотреть укрупнённую структурную схему системы электросвязи.

Для случая передачи дискретного (телеграфного сигнала) технология прохождения информации через элементы системы связи выглядит следующим образом:

Рассмотрим назначение отдельных элементов схемы. Источником сообщений и получателем в одних системах может быть человек, в других – различного рода устройства (автомат, ЭВМ и т. д.).

Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называется передающим устройством, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение – приёмным устройством.

С помощью преобразователя в передающем устройстве сообщение a , которое может иметь любую физическую природу (изображение, звуковое колебание и т. п.), преобразуется в первичный электрический сигнал в (t). В телефоне, например, эта операция сводится к превращению звукового давления в пропорционально изменяющийся электрический ток микрофона. А в телеграфии сначала производится кодирование, в результате которого последовательность элементов сообщения (букв) заменяется последовательностью кодовых символов (чаще 0 и 1), которая затем преобразуется в последовательность электрических импульсов постоянного тока.

Одной из основных задач кодирования является задача согласования алфавита, из которого построены дискретные сообщения с кодовым алфавитом выходных комбинаций. Например: в коде МТК 2 – 32 буквы русского алфавита представлены двоичными комбинациями длиной по 5 символов каждая. Такой код называется равномерным.

Кодирование позволяет также решить задачу устранения ненужной избыточности источника сообщений и тем самым повысить скорость передаваемой информации. Для этого используются неравномерные коды: обычно часто встречающиеся сообщения кодируются короткими кодовыми комбинациями, а редко встречающиеся – длинными (например: код Шеннона – Фано, код Хаффмена).

Коды могут использоваться также и для повышения достоверности передачи дискретной информации. Такие коды называются помехоустойчивыми.

В отличие от простых кодов у помехоустойчивых кодов не все возможные кодовые комбинации используются для передачи информации, часть из них является запрещённой, что позволяет обнаруживать и исправлять ошибки. Кроме того, для повышения достоверности при помехоустойчивом кодировании, наряду с информационными, передаются и проверочные символы.

Преобразователь сообщения в электрический сигнал

Процесс преобразования в общем случае осуществляется с помощью электрических и электромеханических устройств, которые воспринимают неэлектрические сообщения и выдают их в виде электрического процесса, т.е. изменяющегося во времени напряжения или тока. Это так называемое первичные преобразователи и их выходной сигнал является первичным электрическим сигналом b (t).

Передатчик. Первичные сигналы с преобразователя, как правило, не могут быть непосредственно переданы по линии передачи. Первичные сигналы низкочастотные, а в линии передачи эффективно передаются высокочастотные колебания. Для согласования первичных сигналов с линией передачи применяется устройство, называемое передатчиком, т.е. именно в нём осуществляется преобразование первичных сигналов b(t) в сигналы удобные для передачи по линии связи (по форме, мощности, частоте и т.д.).

В передатчике первичный сигнал b(t) (обычно низкочастотный) посредством модуляции превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал u(t), пригодный для передачи по используемому каналу. В передатчике осуществляется модуляция.

Процесс модуляции заключается в управлении параметрами несущей первичным сигналом b(t). На выходе передатчика получаем модулированный сигнал u (t).

Например:

Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым. В этом случае по выходному сигналу можно с помощью операции демодуляции и декодирования, восстановить входной первичный сигнал, т.е. получить всю информацию содержащуюся в переданном сообщении. В противном случае часть информации будет потеряна при передаче. Устройства, осуществляющие кодирование и декодирование, называются кодером и декодером, а устройства, осуществляющие модуляцию и демодуляцию – модулятором и демодулятором. Кодер и декодер объединяются в кодек. Модулятор и демодулятор в модем. В результате различных искажений и воздействия помех пришедший сигнал может существенно отличаться от переданного. Поэтому всегда можно высказать ряд предположений (гипотез) о том, какое сообщение передавалось. Задачей приёмного устройства является принятие решения о том, какое из возможных сообщений действительно передавалось источником. Для этого принятый сигнал подвергают анализу с учётом всех сведений об источнике (например, о вероятностях с которыми источник посылает то или иное сообщение), о применяемом коде и методе модуляции, а также о свойствах канала. В результате анализа обычно можно определить вероятности возможных гипотез и на основании этих вероятностей принять решение, которое и поступает к получателю. Та часть приёмного устройства, которая осуществляет анализ приходящего сигнала и принимает решение о переданном сообщении, называется решающей схемой.

Передача сигнала от источника к получателю осуществляется по линии связи.

Линией связи называется среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приёмнику. В системах проводной связи – это кабель, волновод или волокно, в системах радиосвязи – область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны.

Теперь можно дать определение системы связи. Совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи. По виду передаваемых сообщений различают следующие системы связи: передача речи (телефония); передача текста (телеграфия); телекс, телетекс; передача неподвижных изображений (фототелеграфия, факсимильные сообщения); передача изображений (телевидение); телеизмерение, телеуправление и передача данных. По значению телефонные и телевизионные системы делят на вещательные, отличающиеся высокой степенью художественности воспроизведения сообщений, и 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 воздействует на передатчик, где она преобразовывается в сигнал и передаётся по каналу. На приёмном конце переданную физическую величину или её изменения выделяют из сигнала и наблюдают или регистрируют с помощью приборов.

В системе телеуправления осуществляется передача команд для автоматического выполнения определённых действий. Нередко эти команды формируют автоматически на основании результатов измерения, переданных телеметрической системой.

Системы передачи данных также могут иметь различное применение. В частности, они являются неотъемлемой частью телеметрических и телемеханических систем, автоматизированных систем управления (АСУ), компьютерных сетей.

Каналом связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы до точки В. Точки А и В могут быть выбраны произвольно, лишь бы между ними проходил сигнал. Каналы связи характеризуются тремя параметрами временем передачи Тк, полосой пропускания Fк и динамическим диапазоном Дк.

Тк – время в течение которого ведётся передача.

Fк – диапазон частот пропускаемых каналом (АЧХ> 0,707).

Pп – мощность помехи.

Обобщённой характеристикой канала является его объём:

Необходимым условием неискажённой передачи по каналу сигналов с объёмом Vс, очевидно, д. б.

Преобразование первичного сигнала в высокочастотный сигнал и преследует цель согласования сигнала с каналом. В простейшем случае сигнал согласуют с каналом по всем трём параметрам, т.е. добиваются выполнения условий:

При этих условиях объём сигнала полностью «вписывается» в объём канала. Однако условие неискажённой передачи может выполняться и тогда, когда одно или два из вышеприведённых неравенств не выполнены. Это означает, что можно производить «обмен» длительности на ширину спектра или ширины спектра на динамический диапазон и т. д.

В реальном канале сигнал при передаче искажается, и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал.

Частотные и временные характеристики канала определяют так называемые линейные искажения. Кроме того, канал может вносить и нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных звеньев канала. Искажения могут быть устранены соответствующим конструированием аппаратуры связи и коррекцией характеристик каналов.

Помехи имеют случайный характер, заранее неизвестны и поэтому не могут быть, как искажения, полностью устранены.

Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухудшает верность воспроизведения передаваемых сообщений. Помехи разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.

В проводных каналах связи основным видом помех являются:

импульсные шумы, часто связанные с автоматической коммутацией и перекрёстными наводками;

прерывания связи – явление, при котором сигнал в линии резко затухает или исчезает.

В радиоканалах основные виды помех:

атмосферные, обусловленные электрическими процессами в атмосфере и, прежде всего, грозовыми разрядами;

индустриальные, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях всевозможных электроустройств;

помехи от посторонних радиостанций и каналов.

При радиосвязи в диапазоне ультракоротких волн сказываются:

внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в элементах аппаратуры;

космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на внеземных объектах.

В общем виде влияние помехи n (t) на передоваемый сигнал u (t) можно выразить оператором:

Когда оператор вырождается в сумму:

помеха называется аддитивной.

Если же оператор может быть представлен в виде произведения:

то помеху называют мультипликативной.

В реальных каналах обычно имеют место и аддитивные и мультипликативные помехи, поэтому:

Среди аддитивных помех различного происхождения особое место занимает флуктуационная помеха (флуктуационный шум), представляющая собой случайный процесс с нормальным распределением вероятностей (гауссовский процесс). Такая помеха наиболее изучена и представляет наибольший интерес, как в теоретическом, так и в практическом отношении. Этот вид помех практически имеет место во всех реальных каналах.

При оценке работы системы связи необходимо, прежде всего, учесть, какую точность передачи сообщения обеспечивает система и с какой скоростью передаётся информация. Первое определяет качество информации, второе – количество. В правильно спроектированной и технически исправной системе связи искажения сообщений обусловлены лишь воздействием помех. В этом случае качество передачи полностью определяется помехоустойчивостью системы.

Под помехоустойчивостью обычно понимают способность системы противостоять вредному влиянию помех на передачу сообщений. Так как действие помех проявляется в том, что принятое сообщение отличается от переданного, то количественно помехоустойчивость при заданной помехе можно характеризовать степенью соответствия принятого сообщения переданному. Эта величина называется верностью или достоверностью.

Если сообщение представляет собой дискретную последовательность элементов, влияние помехи на передачу такого сообщения проявляется в том, что вместо фактически переданного элемента может быть принят какой-либо другой, такое событие называется ошибкой. В этом случае в качестве количественной меры верности можно взять вероятность ошибки p или любую монотонную функцию этой вероятности.

При передаче непрерывных сообщений степенью соответствия принятого сообщения
переданному
может служить некоторая величина, представляющая собой «расстояние» междуи. Часто принимают критерий квадратичного отклонения:

Наряду с верностью важнейшим показателем работы системы связи является скорость передачи.

В системах передачи дискретных сообщений скорость измеряется числом передаваемых двоичных символов (импульсов) в единицу времени.

Максимальную скорость передачи R mах, допускаемую данной системой связи при условии, что канал не вносит ошибок и искажений, принято называть пропускной способностью системы. Пропускную способность системы передачи непрерывных сообщений оценивают количеством одновременно передаваемых телефонных разговоров, радиовещательных и телевизионных программ и т.п.

Пропускную способность системы R mах не следует, путать с пропускной способностью канала связи С. Она характеризует, максимальное количество информации, которое может быть передано по данному каналу в единицу времени.

Пропускная способность системы связи – понятие техническое, характеризующее используемую аппаратуру, а пропускная способность канала – это фундаментальное теоретическое понятие, определяющее потенциальные возможности системы связи использующей данный канал, если на сложность и стоимость аппаратуры не наложено никаких ограничений и к тому же допускается любая задержка переданных сообщений.

Под задержкой понимается максимальное время, прошедшее между моментом подачи сообщения от источника на вход передающего устройства и моментом выдачи восстановленного сообщения приёмным устройством. Задержка является одной из важных характеристик системы связи. Она зависит от характера и протяжённости канала связи, а также от длительности обработки сигнала в передающем и приёмном устройствах.

В настоящее время способы эл.связи можно классифицировать: радиосвязь,
радиорелейная, спутниковая, проводная связь, волоконно-оптическая . Линии
радиосвязи позволяют вести деловую связь, на большие расстояния. К их
недостаткам относятся малое число каналов и существенная подверженность
помехам. Поэтому линии радиосвязи занимают малый удельный вес и
используются главным образом в труднодоступных районах. Радиорелейные
линии работают на ультракоротких волнах в пределах прямой видимости, они
Представляют собой цепочку ретрансляторов, устанавливаемых примерно через
каждые 50 км. Радиорелейные линии позволяют получить большое число каналов
на большие расстояния, но им свойственны недостатки радиолиний - помехи.

Спутниковые линии используют также ультракороткие волны, они позволяют осуществлять многоканальную связь на очень большие расстояния. Достоинством является большая зона действия и передача информации на значительное расстояние. Недостатком являются высокая стоимость запуска спутника и сложность организации.

Проводные линии связи включают передачу электромагнитной энергии по
кабельным линиям симметричной и коаксиальной конструкции и по воздушным
линиям.

Волоконно-оптические линии связи представляют собой передачу лазерного излучения по кварцевым стекловолокнам. Достоинствами волоконно-оптических линий связи являются экономия цветных металлов, малая масса и габариты, и возможность многоканальной связи, высокая степень защищенности от внешних и взаимных помех.

Системы многоканальной передачи

В настоящие время известим две системы передачи:

Аналоговая АСП.

Цифровая - ЦСП.

Аналоговые системы передачи основаны на частотном разделении каналов
(ЧРК). В таких системах весь передаваемый спектр с помощью электрических
фильтров делиться на частотные полосы.

В качестве базового принят телефонный канал шириной 4 кГц - канал
тональной частоты (ТЧ). Спектр канала ТЧ составляет 0,3-3,4 кГц.

Цифровые системы передачи основаны на временном разделении каналов
(ВРК). В таких системах передача по линиям различные сообщений
осуществляется поочередно, то есть со сдвигом во времени.

В ЭТОМ случае по линии распространяются импульсы (цифровые сигналы)
определенной последовательности длительности.

Для этого все виды связи(телефонная, телевидение и др.) предварительно
преобразуют в импульсы и кодируют. В современных цифровых системах
получила применение импульсно - кодовая модуляция (ИКМ).

Достоинства ЦСП:

Большая дальность связи.

Облегченные требования к защищенности цепей.

Однокабельная СВЯЗЬ.

Возможность непосредственного ввода и скоростной обработки импульсной информации с помощью ЭВМ.

Автоматизация передачи данных.

Недостатком является потребность в более высокой полосе частот - и среднем 64 кГц на телефонный канал.

В настоящее время на воздушных и кабельных линиях применяется следующие многоканальные системы передачи:

На воздушных линиях : В-2-2. В-3-3 В-12-12 - на 2,3 и 12 каналов,
организованных по стальным и биметаллическим проводам. Дальность действия
до 12500 км.

По симметричным кабелям : КНК-6. KНK-I2 – на 6 и 12 каналов, дальность
действия 120 км (СТС). КАМА, ИКМ-15 на 30 и 15 каналов дальность действия 50 км.

Для ГТС : КАМА, ИКМ-30 на 30 каналов, дальность действия 80 км.

Для зоновой и магистральной связи : К-60, К-120, ИКМ-120, К-420- дальность действия 600 км. ИКМ-120, ИКМ-480, К-300, ИКМ-1920, К-1920, К-3600, К-5400, К-10800 аппаратура для симметричных, коаксиальных и оптических кабелей, дальность действия 12500 км.

В настоящие время все большее применение находят цифровые системы
передачи , работающие по коаксиальным и оптическим кабелям.

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Краткая информация о видах электросвязи Электросвязь - передача информации посредством электрических сигналов, распространяющихся по проводам (проводная связь), или (и) радиосигналов (радиосвязь). К электросвязи относят, кроме того, передачу информа...

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
32496.		ТРЕБОВАНИЯ К ПОДГОТОВКЕ СОВРЕМЕННОГО УЧИТЕЛЯ ИНФОРМАТИКИ	102.5 KB
	03 Элементы абстрактной и компьютерной алгебры Понятие группы кольца поля булевой алгебры.04 Теория алгоритмов Понятие вычислимой функции. Понятие программы. Общее понятие исчисления.
32497.		ОБОРУДОВАНИЕ ШКОЛЬНОГО КАБИНЕТА ИНФОРМАТИКИ	59.5 KB
	Оборудование школьного кабинета информатики Введение в учебный план средней школы нового предмета Основы информатики и вычислительной техники потребовало разрешения проблемы обеспечения взаимодействия учащихся с ЭВМ. КВТ предназначен также для использования в преподавании различных учебных предметов трудового обучения в организации общественно полезного и производительного труда учащихся для эффективного управления учебновоспитательным процессом. КВТ может использоваться также и для организации компьютерных клубов учащихся других форм...
32498.		УЧЕБНЫЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЯ ПО ИНФОРМАТИКЕ	90.5 KB
	Теория и методика обучения информатики УЧЕБНЫЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЯ ПО ИНФОРМАТИКЕ. Некомпьютерные средства обучения информатике Понятие и дидактические функции технических средств обучения Еще основоположник классноурочной системы обучения Ян Амос Коменский отмечал: . Наиболее высокое качество усвоения достигается при непосредственном сочетании слова учителя и предъявляемого учащимся с помощью технических средств обучения ТСО изображения в процессе передачи учебной информации. Техническими средствами обучения называют проекционную...
32499.		ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПО КУРСУ ИНФОРМАТИКИ	49.5 KB
	В систему средств обучения наряду с учебниками учебными и методическими материалами и программным обеспечением для компьютеров входят и сами компьютеры образующие единую комплексную среду которая и позволяет учителю достигать поставленных целей обучения. Вот перечень основных компонентов рекомендуемой системы средств обучения информатике в школе: программнометодическое обеспечение курса информатики включающее как программные средства для поддержки преподавания так и инструментальные программные средства ИПС обеспечивающие учителю...
32500.		ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ	68 KB
	Все это приемлемо и на уроках по информатике. Применение ИКТ может существенно изменять характер школьного урока что делает еще более актуальным поиск новых организационных форм обучения которые должны наилучшим образом обеспечивать образовательный и воспитательный процесс. Главный признак урока это его дидактическая цель показывающая к чему должен стремиться учитель. Цель  тип урока  содержание урока  методы  форму познавательной деятельности учащихся  результат Основные типы уроков: урок формирования знаний; урок закрепления...
32501.		МЕТОДЫ И ПРИЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМНО-НАУЧНЫХ ПОНЯТИЙ НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ И ВО ВНЕУРОЧНОЕ ВРЕМЯ	48 KB
	Теория и методика обучения информатики МЕТОДЫ И ПРИЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМНОНАУЧНЫХ ПОНЯТИЙ НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ И ВО ВНЕУРОЧНОЕ ВРЕМЯ. Методы и приемы формирования системноинформационных понятий на уроках информатики и во внеурочной работе со школьниками Философские аспекты современного школьного курса информатики Проблема существования и бытия человека в полностью технизированном и информатизированном мире не могла не занимать философов что вызвало к жизни концепцию информационного общества. Пропедевтика методов системного анализа...
32502.		ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИНФОРМАТИКИ, МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ	84.5 KB
	Теория и методика обучения информатики ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИНФОРМАТИКИ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. Общие методические рекомендации и принципы обучения информатике. Принцип освоения методики самообучения. Методы обучения с использованием ИКТ Методы обучения система взаимодействия преподавателя и обучаемого с использованием ИКТ обеспечивающая усвоение образовательной программы.
32503.		ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕРКИ И ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ КОНТРОЛЯ. МОДЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ. ШКАЛЫ ОЦЕНОК	92.5 KB
	ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ КОНТРОЛЯ. МОДЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ. В ходе контроля оценивается степень и уровень обученности.
32504.		ПРЕПОДАВАНИЕ ПРОПЕДЕВТИЧЕСКОГО КУРСА ИНФОРМАТИКИ В НАЧАЛЬНЫХ КЛАССАХ СРЕДНИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ	58 KB
	Целью курса информатики в начальной школе является формирование первоначальных базовых понятий информатики что обеспечит дальнейшее создание информационной картины мира представлений о свойствах информации способах работы с ней формирование представления о компьютере как универсальной информационной машине развитие информационной культуры ребенка и интеллектуальных способностей учащихся. В соответствии с целями обучения информатике в начальной школе выделяется ряд задач на которые нужно опираться при проведении уроков информатики в...

Термин «электросвязь» обозначает любой вид передачи информации на разные расстояния с помощью электромагнитных импульсов. К ним, импульсам, относятся радиоволны, ток в проводах и свет в оптических кабелях. Ну и ещё такая мелочь как инфракрасный луч пульта управления телевизором. Мы же поговорим не о пустяках, а о самых что ни есть глобальных вещах - о том, как электромагнетизм служит человечеству и зачем это всё нужно.

История

История началась в 1792-м - француз Клод Шапп (Claude Chappe) придумал световой телеграф. Это когда шторки на фонаре открываются и закрываются таким образом, чтобы формировать точки и тире азбуки Морзе (правда, деятельность Сэмьюэля Морзе - это уже девятнадцатое столетие). Такая система применяется на кораблях по сей день.

Проводной телеграф появился в 1832-м в России, его изготовил изобретатель Павел Львович Шиллинг. Через пять лет в США патент на аналогичный аппарат получил вышеупомянутый Морзе. В смысле, в 1837-м. Тогда же началось создание азбуки из точек и тире.

Термин «телефон» придумал Шарль Бурсель в 1854-м. И толковую теорию составил, даже диссертацию написал. Вот только воплотить идею в жизнь так и не смог. А запатентовал устройство Александр Белл в 1876-м, хотя аналогичные разработки вели и другие конструкторы. Но такова жизнь: у кого патент, тот и прав, даже в ущерб справедливости.

Радио изобрёл Никола Тесла. Продемонстрировал в 1891-м, задолго до Попова и Маркони. Если в попавшемся вам учебнике написано иное, то это плохая книжка. Верховный суд США в 1943-м подтвердил приоритет Теслы.

Ну а от радио было уже недалеко и до телевидения. Его изобрёл русский физик Борис Розинг. Опыты начал в 1897-м, а в 1907-м сконструировал первую систему передачи изображений. Продвижение прогресса продолжил Владимир Зворыкин, эмигрировавший из Советской России в США. Приложили усилия и другие инженеры. В общем, становление телевещания началось в 20-30-е годы минувшего столетия.

Потом появились компьютеры (в середине 20-го века) и родился интернет (в 70-х его годах). Не мудрствуя лукаво, цифровые данные начали передавать по уже готовым каналам - телефонным проводам и посредством спутников. Правда, пришлось дополнительно прокладывать оптоволоконные линии.

Классификация

Классификация разновидностей электросвязи подразумевает наличие разных категорий. Рассмотрим их вкратце.

По назначению передаваемой информации связь бывает:

индивидуальная, когда связываются с кем-то одним, конфиденциально;
массовая, когда что-то транслируется для всех, кому не лень включить телевизор, радиоприёмник или компьютер.

По способу передачи сигнала:

электрическая - по проводам;
оптическая - по оптоволоконному кабелю, ну или с помощью светового телеграфа;
радиосвязь - это радио, телевидение, 3G, Wi-Fi , Bluetooth.

По типу линий связи, которые делятся на:

наземные (провода на столбах);
подземные (закопанные провода);
подводные (межконтинентальные кабели на дне океана);
воздушные (волны радиостанций);
космические (спутниковые, тоже радиоволны, разумеется).

По типу передаваемой информации:

звуковая телефонная (аналоговая, мобильная и VoIP);
звуковая радиовещательная, тоже аналоговая и цифровая ;
телеграфная (вероятно, кто-то где-то до сих пор пользуется);
факсимильная (говорят, ещё применяется);
телевизионная (видео), аналоговое вещание пока существует, доживает последние годы;
передача цифровых данных (каких-нибудь файлов, веб-страниц).

Кроме того, электросвязь бывает осуществляемой непосредственно или с помощью ретрансляторов (радиорелейная). Телевышки-ретрансляторы есть практически во всех городах. Спутники - тоже ретрансляторы.

Общие принципы действия

Сначала берётся что-то реальное , аналоговое. Например, звук. Микрофон преобразовывает его в первичные электрические сигналы. Таковые могут оставаться аналоговыми, а могут и оцифровываться. Затем для транспортировки всё превращается во вторичные сигналы - радиоволны, пакеты данных, световые импульсы в оптическом волокне.

Приёмное устройство получает вторичные сигналы и превращает их обратно в первичные. Электромагнитные колебания (радиоволны) снова становятся электрическим током звуковых частот, пакеты с цифровыми данными складываются в единый поток.

Восстановленный первичный сигнал преобразуется в физический звук - в такой же, каким он был при попадании в микрофон на передающей стороне. Ну, или примерно такой же, в зависимости от помех , возможностей аппаратуры или сжатия данных с потерями качества.

То есть, для аналогового способа передачи цепочка выглядит примерно так: «реальное - электронное первичное - вторичное для транспортировки - снова первичное - восстановленное реальное» .

Для цифрового: «реальное - электронное первичное аналоговое - первичное цифровое - вторичное цифровое для транспортировки - снова первичное цифровое - опять аналоговое - восстановленное реальное» .

С цифровым управляется программное обеспечение, а конвертирует в него и обратно аналого-цифровой (и цифро-аналоговый) преобразователь. Таковой имеется в каждом мобильном телефоне и компьютере.

«Тёплый ламповый звук»

Немножко теории для меломанов, полагающих, что аналоговые средства сохранения, передачи и воспроизведения музыки лучше цифровых.

Во-первых, дискретизация звука 44.1 килогерц не может восприниматься на слух. Почему? Ну, хотя бы из-за того, что динамики и наушники не выдают больше двадцати этих самых килогерц. То есть, звуковой поток, восстановленный из цифровых данных, является непрерывным и самым что ни есть аналоговым.

Во-вторых, многие слушают FM-радиостанции, не жалуясь на звук. Но при этом ругают формат mp3 , даже в его максимальном качестве (с битрейтом 320 кбит/сек).

Так вот, mp3 в наилучшей ипостаси способен выдавать полосу частот 20 - 16 000 герц. А стандарт FM-вещания: 30 - 15 000 герц. То есть, значительно хуже.

Более того, телевидение выдаёт точно такую же полосу звуковых частот, как и радио FM. Однако все смотрят концертные программы, слушают музыку и не возмущаются.

Заключение

Что из всего вышеизложенного имеет хоть какую-то практическую ценность для обычного потребителя, зависит от местности проживания, качества приёма сигнала эфирного вещания и доступа к интернету. Иногда целесообразно подключаться к кабельным телеканалам, иногда достаточно купить цифровую приставку (тем более что аналоговое телевидение скоро исчезнет), а в некоторых случаях удобнее слушать интернет-радио и смотреть трансляции онлайн.

Путешественникам и морякам не обойтись без спутниковой связи. Да и дома «тарелка» не может не радовать широтой выбора. Разнообразие вариантов - это всегда хорошо.

Предыдущие публикации: