Лекция №2. СИСТЕМЫ, КАНАЛЫ И СЕТИ СВЯЗИ

Общие понятия

Различают два типа систем передачи: дистанционные и информационные. Дистанционные системы передачи — такие системы передачи, когда преобразователи любой информации в сигнал и любой сигнал в информацию находятся в одной электрической цепи (основным показателем является КПД). Достоинством этих систем является надежность, недостатком—однонаправленность информации. Под информационной системой передачи будем понимать такую систему, в которой основной идеей будет передача смысла передаваемой информации, т.е. совокупность различных преобразователей, обеспечивающих преобразование информации в параметр передаваемого сигнала с последующей его передачей и обратной ему величиной. Эффективность информационной системы зависит от:

— скорости передачи информации в единицу времени (количественная сторона любой системы);

— разность между переданной и принятой информацией (качественная сторона).

В реальной системе связи качество передачи зависит от степени искажений принятого сообщения. Эти искажения зависят от свойств и технического состояния системы, а также от интенсивности и характера помех. В правильно спроектированной и технически исправной системе связи искажения сообщений обусловлены лишь воздействием помех. В этом случае качество передачи 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. Назовем эту величину общим термином — верность. Количественную меру верности приходится выбирать по-разному в зависимости от характера сообщения.

Обобщенными показателями любой информационной системы является пропускная способность, т.е. максимально возможная скорость передачи информации в условиях действия заданной помехи.

Приемником называют совокупность технических средств, преобразующих принятый сигнал в сообщение.

Источником называют совокупность технических средств, преобразующих сообщение в сигнал. Помехой называется источник посторонних шумов, как правило, помехи действуют в линии связи.

Всякое средство, позволяющее корреспонденту доставлять одному или нескольким определенным (в телефонии и телегра­фии) или возможным (в радиовещании) корреспондентам инфор­мацию любого рода в любой используемой форме (письменный или печатный документ, неподвижное или подвижное изображе­ние, речь, музыка, видимые или слышимые сигналы, сигналы управления механизмами и т.д.) с использованием любой системы передачи (проводной, радио, оптической и т.д.) называется электросвязью (связью). Связь классифицируется по видам в за­висимости от характера передаваемых сообщений или среды рас­пространения сигналов (рис. 1.1).

Рис.1.1. Виды электросвязи

На рисунке 2.1 изображена структурная схема простейшей одноканальной системы связи. Рассмотрим назначение отдельных элементов этой схемы. Источникам сообщений и получателем в одних системах связи может быть человек, в других — различного рода устройства (автомат, вычислительная машина и т.д.).

Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение, - приёмным.

С помощью первичного преобразователя в передающем устройстве сообщение а, которое может иметь любую физическую природу (изображение, звуковое колебание и т.п.), преобразуется в первичный электрический сигнал b(t).

В телефонии, например, эта операция сводится к превращению акустических колебаний в пропорционально изменяющееся электрическое напряжение на выходе микрофона.

В телеграфии с помощью телеграфного аппарата последовательность элементов сообщения (букв) заменяется последовательностью кодовых символов (0, 1 или точка, тире), которая одновременно преобразуется в последовательность электрических импульсов постоянного тока.

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

Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым. В этом слу­чае по выходному сигналу можно восстановить входной первичный сигнал, т.е. получить всю информацию, содержащуюся в переданном сообщении. В про­тивном случае часть информации будет потеряна при передаче.

Рисунок 2.1 – Структурная схема простейшей одноканальной системы связи

Линией связиназывается физическая среда и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приёмнику. В системах электрической связи — это прежде всего кабель или волновод, в сис­темах радиосвязи - область пространства, в котором распространяются элек­тромагнитные волны от передатчика к приёмнику. При передаче канальный сигнал u(t) может искажаться и на него могут накладываться помехи n(t). При­ёмное устройство обрабатывает принятое колебание

z(t) = s(t) + n(t),

представляющее собой сумму пришедшего искажённого сигнала s(t) и помехи n(t), и восстанавливает по нему сообщение , которое с некоторой погрешностью отображает переданное сообщение а. Другими словами, приёмник должен на основе анализа колебания z(t) определить, какое из возможных сообщении пе­редавалось. Поэтому приёмное устройство является одним из наиболее ответ­ственных и сложных элементов системы связи.

Совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи. Этими средствами являются передаю­щее устройство, линия связи и приёмное устройство. Иногда в понятие система связи включается источник и потребитель сообщений.

По виду передаваемых сообщений различают следующие системы связи:

- передача речи (телефония);

- передача текста (телеграфия);

- передача неподвижных изображений (фототелеграфия);

- передача подвижных изображений (телевидение),

- телеизмерение, телеуправление и передача данных.

По назначению 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 преобразуется в первичный электрический сигнал, поступающий на передатчик. На приёмном конце переданную физическую величину или её изменения выделяют из сигнала и наблюдают или регистрируют с помощью записывающих приборов. В системе телеуправления осуществляется передача команд для автоматического выполнения определённых действий. Нередко эти команды формируют автоматически на основании результатов измерения, переданных теле­метрической системой.

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

Каналам связи называется совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы до точки Б (рисунок 2.2). Точки А и Б мо­гут быть выбраны произвольно, лишь бы между ними проходил сигнал. Часть системы связи, расположенная до точки А, является источником сигнала для этого канала. Если сигналы, поступающие на вход канала и снимаемые с его выхода, являются дискретными (по уровням), то канал называется дискретным.

Рисунок 2.2 – Структурная схема канала связи

Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными (по уровню), то и канал называется непрерывным. Встречаются также дискретно-непрерывные и непрерывно-дискретные каналы, на вход которых поступают дискретные сигналы, а с выхода снимаются непрерывные, или наоборот. Из сказанного видно, что канал может быть дискретным или непрерывным независимо от характера передаваемых сообщений. Более того, в одной и той же системе связи можно выделить как дискретный, так и непрерывный канал. Всё зависит от того, каким образом выбраны точки А и Б входа и выхода канала.