Канал и линия связи

Основы электросвязи. Основные понятия и определения

Электросвязь – это способ передачи информации электрическими сигналами.

Информация – это сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления [2].

Человек, аппаратура, датчик, обладающие информацией, называются источниками информации (ИИ), а желающие ее получить – называются получателями информации (ПИ). Как правило, ИИ и ПИ пространственно разнесены.

Для передачи, обработки или хранения информацию необходимо представить в некоторой форме, например, в виде символов, знаков, букв, эвуков. Информация, представленная в какой-либо форме, называется сообщением, т.е. сообщение – это форма представления информации (например, упорядоченная совокупность символов (знаков), отображающих информацию).

Сообщения могут быть непрерывными и дискретными, детерминированными и случайными.

Сообщение является непрерывным (аналоговым), если может принимать любые значения в некотором интервале возможных значений.

Сообщение, содержащее информацию для получателя, всегда случайно.

Детерминированное сообщение – это, как правило, контрольное сообщение, используемое для оценки качества работы канала связи.

Для передачи информации электрическими сигналами необходимо сообщение преобразовать в электрический сигнал, т.е. сигнал– это форма представления сообщения.

В общем случае процессы преобразования информации в сообщение и сообщения в сигнал называются кодированием.

При кодировании информации происходит установление взаимнооднозначного соответствия между имеющейся информацией и сообщением, представляемым в какой-либо форме, а при кодировании сообщения – установление взаимнооднозначного соответствия между сообщением и видом формируемого электрического сигнала.

Аппаратура, которая преобразует передаваемое сообщение в электрический сигнал или принимаемый электрический сигнал в сообщение, называется оконечной аппаратурой (ОА).

Электрический сигнал, сформированный в оконечной аппаратуре, называется первичным электрическим сигналом (ПЭС).

Если есть необходимость преобразования ПЭС с какой-либо целью, например, для повышения достоверности передачи информации, для ее засекречивания, то устанавливают специальную аппаратуру (СА), осуществляющую эти преобразования. Процесс преобразования сигнала в специальной аппаратуре тоже называется кодированием, а формируемый при этом сигнал называется преобразованным первичным электрическим сигналом (ППЭС).

Для передачи информации, содержащейся в ПЭС (или ППЭС), необходимо организовать линию связи.

Линии связи могут быть организованы с использованием искусственных сред распространения сигнала (например, провод, кабель, оптоволокно) и без использования искусственных сред распространения сигнала (например, атмосфера, космическое пространство, вода).

Для каждой среды распространения сигнала (СРС) наиболее оптимальным по условиям распространения является определенный вид электрического сигнала, называемый несущим электрическим сигналом или сигналом-переносчиком.

Таким образом, для передачи информации из одной точки пространства в другую необходимо ПЭС (или ППЭС) преобразовать в сигнал, способный распространяться в заданной среде и переносить заданную информацию.

Для этой цели изменяют один или несколько параметров несущего электрического сигнала (сигнала-переносчика) по закону изменения ПЭС (или ППЭС).

Процесс изменения параметров несущего электрического сигнала по закону изменения ПЭС называется модуляцией, а аппаратура, в которой формируется сигнал, согласованный со средой распространения сигнала, называется каналообразующей аппаратурой (КОА).

При приеме сигнала осуществляются его обратные преобразования в приемной каналообразующей, специальной и оконечной аппаратуре, называемые соответственно демодуляцией и декодированием.

Из изложенного следует, что каналообразующая, специальная и оконечная аппаратура являются техническими средствами передачи и приема информации.

Канал и линия связи

Совокупность технических средств передачи и приема информации и среды распрост­ранения сигнала, обеспечивающие передачу информации, содержащейся в сообщении, называется каналом связи.

Канал связи может быть односторонними (рис.1.1,а) и двусторонними (рис.1.1,б). Примерами односторонних каналов связи являются каналы радиовещания, оповещения. Двусторонними являются большинство каналов авиационной электросвязи. В двусторонних каналах связи источник информации одновременно является и получателем информации.

а) Помехи

ПИ

Технические средства приема

Технические средства передачи

ИИ

Канал связи

Информационное направление

б) Помехи

Рис.1.1. Структурная схема канала связи: а – одностороннего;

б – двустороннего

Режим работы двустороннего канала связи может быть симплексным или дуплексным. Канал связи, в котором передача и прием сообщений осуществляются поочередно, называется симплексным, если же канал связи обеспечивает одновременно и передачу и прием сообщений, то такой канал называется дуплексным.

Совокупность канала связи, источника информации и получателя информации называется информационным направлением.

Информационное направление организуется между ИИ и ПИ, испытывающими информационное тяготение,т.е. необходимость информационного обмена между собой.

Местоположение и особенности функционирования (работы) ИИ и ПИ, а также вид передаваемого сообщения и его информационные характеристики, вид принимаемого сообщения и требования к качеству его приема, определяют требования к составу и характеристикам технических средств канала передачи информации и выбору среды распространения сигнала.

Название канала связи определяется видом организуемой связи, а название вида связи определяется видом сообщения. Например, канал телефонной связи или телефонный канал, канал телеграфной связи или телеграфный канал, канал передачи данных и т.д. Аналогично будем называть и каналы передачи информации: телефонный канал, телеграфный канал, канал передачи данных, дальномерный канал, азимутальный канал и т.д.

Часть канала связи от входа передающей каналообразующей аппаратуры до выхода приемной каналообразующей аппаратуры называется линией связи(рис. 1.2).[1]

Рис. 1.2. Структурная схема линии связи

Линии связи, в которых средой распространения сигнала (СРС) являются искусственные направляющие линии, называются проводными линиями.

Если СРС не является искусственной направляющей линией, то такие линии передачи называются радиолиниями.

Проводные линии в зависимости от конструкции направляющих сред подразделяются на воздушные, кабельные, волноводные и оптоволоконные линии связи.

В радиолиниях передача информации осуществляется посредством радиоволн. Радиоволна – это электромагнитная волна, распространяющаяся без использования искусственных направляющих линий.

Радиолинии подразделяются на линии радиосвязи и линии радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи. Средой распространения сигнала в этих линиях передачи является атмосфера и (или) космическое пространство.

Из изложенного следует, что в канале связи формируются и обрабатываются первичный и преобразованные первичные электрические сигналы, несущий и модулированные сигналы.

Сигналы, в отличие от сообщений, всегда являются функциями времени.

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными, детерминированными и случайными.

Непрерывный сигнал может быть преобразован в дискретный сигнал.

Детерминированные сигналы – это, как правило, контрольные сигналы, используемые для целей синхронизации канала связи и оценки качества работы его аппаратуры и канала связи в целом.

Случайный характер сигналов определяется не только случайным характером передаваемого сообщения, но и воздействием на него помех различного происхождения во всех сечениях канала связи.

Контрольные вопросы

1. Что такое информация?

2. Что такое сообщение?

3. Что такое сигнал?

4. Где формируется первичный электрический сигнал?

5. Для чего предназначена специальная аппаратура?

6. Как называются преобразования, производимые в ОА и в СА?

7. Что такое модуляция?

8. Как называются преобразования сигнала, производимые при его приеме?

9. Что такое канал связи?

10.Что такое информационное направление?

11.Что такое линия связи?

12.Кто может быть источником и получателем информации?

13.Состав и назначение элементов тракта передачи информации.

14.Состав и назначение элементов тракта приема информации.

15.Что определяет название канала связи?

16.Классификация линий связи.

17.Что такое радиоволна?

18.Что определяет название линии связи?

19.Что такое симплексный и дуплексный канал связи?

Сообщения

Сообщение – это форма представления информации. Для передачи, хранения, обработки и распространения информацию необходимо выразить в виде каких-либо символов (знаков), позволяющих представить ее в некоторой форме. Этими символами (знаками) могут быть буквы, цифры и знаки текста, слова, фразы и звуки человеческой речи, жесты, рисунки, формы колебаний, математические символы и знаки и т.д. Упорядоченная совокупность символов (знаков), отображающих информацию, образует сообщение. Например, при телеграфной передаче сообщением является текст или речь, представляющие собой последовательность знаков (букв и цифр) или последовательность слов и фраз (при телеграфных переговорах). При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающего не только содержание речи, но и интонацию, тембр, ритм и другие индивидуальные особенности речи. При передаче неподвижного изображения сообщением является неизменная во времени яркость и цветность элементов изображения, а при передаче подвижного изображения – изменяющаяся во времени яркость и цветность элементов изображения.

Сообщения могут быть четырех видов:

- непрерывные по состоянию и непрерывные по времени (например, речь, музыка, подвижное изображение);

- непрерывные по состоянию и дискретные по времени (например, телеметрические отсчеты);

- дискретные по состоянию и непрерывные по времени (например, сообщения о состоянии и режимах работы аппаратуры канала связи);

- дискретные по состоянию и дискретные по времени (например, текст).

Сообщение считается непрерывным (аналоговым), если может принимать любые значения в некотором интервале возможных значений. Следовательно, сообщения первого и второго видов являются непрерывными, а третьего и четвертого – относятся к дискретным, т.к. принимают только определенные дискретные значения.

Сообщения не всегда являются функцией времени. Например, речевое сообщение, телеметрические данные, телевизионное изображение – являются функциями времени, а сообщения в виде неподвижного изображения (фотография, чертеж, документ, карта), текста телеграммы – не являются функциями времени.

Сообщения могут быть детерминированными и случайными. Сообщение, содержащее информацию для получателя, всегда случайно. В общем случае передавать известное сообщение не имеет смысла, т.к. оно не содержит информации для получателя. Однако, в частном случае, есть детерминированные сообщения, которые содержат информацию для получателя, например, контрольные сообщения, используемые для оценки качества работы аппаратуры связи или канала связи. В приведенных примерах получатель информации достоверно знает, какое сообщение он должен принять, но до приема этого сообщения ему неизвестно либо состояние канала связи, либо качество работы аппаратуры связи, т.е. из принимаемого сигнала извлекается информация о состоянии канала связи или о качестве работы аппаратуры связи.

Контрольные вопросы

1. Что подразумевается под термином «сообщение»?

2. Виды сообщений.

3. В чем состоит различие между аналоговым и дискретным сообщением?

4. Какая взаимосвязь между информацией и сообщением?

5. Содержит ли информацию для получателя детерминированное сообщение?

1.4. Сигналы

Виды сигналов

Сигналы, подобно сообщениям, могут быть четырех видов (рис.1.3) []:

- непрерывные по уровню (напряжения, тока, электромагнитного поля) и непрерывные по времени (рис. 1.3,а). Например, сигнал на выходе микрофона, немодулированная несущая;

- дискретные по уровню и непрерывные по времени (рис. 1.3,б). Например, сигнал на выходе телеграфного аппарата, телеграфный радиосигнал;

- непрерывные по уровню и дискретные по времени (рис. 1.3,в). Например, периодически считываемые сигналы телеметрических датчиков;

a(t) a(t)

u_n

.

.

.

u₂

u₁

0 t 0 t

а) б)

a(t) a(t)

u_n

.

.

.

u₂

u₁

0 t₁ t₂ t₃ … t_n t 0 t₁ t₂ t₃ … t_n t

в) г)

Рис. 1.3. Виды сигналов: а – непрерывные по уровню и по времени, б – дискретные по уровню и непрерывные по времени, в – непрерывные по уровню и дискретные по времени, г – дискретные по уровню и по времени

- дискретные по уровню и дискретные по времени (рис. 3г). Например, последовательность отсчетов непрерывного сигнала на выходе преобразователя аналогового сигнала в цифровой сигнал.

Сигналы, описываемые непрерывной или кусочно-непрерывной функцией времени и принимающие любые значения по уровню, называются непрерывными (аналоговыми), а принимающие конечное число фиксированных значений – дискретными.

Сигналы первого и третьего вида являются непрерывными (аналоговыми), а второго и четвертого – дискретными.

Необязательно, чтобы дискретные сообщения преобразовывались в дискретные сигналы, а непрерывные сообщения – в непрерывные сигналы. В ряде случаев непрерывные сигналы используются для передачи дискретных сообщений, а дискретные сигналы – для передачи непрерывных сообщений.

Вид ПЭС, как правило, определяется видом сообщения: телефонный сигнал (речевой сигнал), телеграфный сигнал, сигнал передачи данных (данные) и т.д.

Модулированный сигнал получается путем изменения одного или нескольких параметров несущего сигнала (сигнала-переносчика) по закону изменения ПЭС. Как правило, вид модулированного сигнала определяется названием модулируемого параметра несущего сигнала.

В настоящее время основными видами несущих сигналов являются гармонические колебания (рис. 1.4) и импульсные последовательности (рис. 1.5). Параметрами гармонического колебания являются амплитуда, частота и фаза колебания, а параметрами импульсной последовательности – амплитуда

s_н(t)

0 t

Рис. 1.4. Гармоническое несущее колебание

s_н(t)

0 τ Т 2Т 3Т 4Т t

Т

Рис. 1.5. Несущий сигнал – периодическая

импульсная последовательность

импульса, длительность импульса τ и положение импульса на интервале периода Т.

Для большинства средств связи несущим электрическим сигналом является гармоническое колебание, распространяющееся в среде без искусственных направляющих линий, т.е. радиосигнал. В технической литературе и на практике обычно модуляцию несущего колебания дискретным ПЭС называют манипуляцией, а термин "модуляция", как правило, используют при модуляции несущего колебания аналоговыми (непрерывными) сигналами. В аппаратуре авиационной электросвязи вместо термина "манипуляция" часто используют термин "телеграфия".

Сигналы, в отличие от сообщений, всегда являются функциями времени.

Как и сообщения, сигналы могут быть детерминированными и случайными. Случайный характер сигналов определяется не только случайным характером передаваемого сообщения, но и воздействием на него помех различного происхождения во всех сечениях канала передачи информации.

Контрольные вопросы

1. Виды сигналов.

2. В чем состоит различие между аналоговым и дискретным сигналами?

3. Что такое несущий сигнал?

4. Параметры гармонического и импульсного несущих сигналов.

5. В чем основное отличие детерминированных и случайных сигналов?