1.2. СИСТЕМА СВЯЗИ. КАНАЛ СВЯЗИ

На рис. 1.2 изображена структурная схема простейшей системы связи. Рассмотрим назначение отдельных элементов этой схемы. Источником сообщений и получателем в одних системах связи может быть человек, в других — различного рода устройства (автомат, вычислительная машина и т. п.).

Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называется передающим устройством, а устройство, преобразующее принятый сигнал обратно в сообщение, — приемным устройством. Передающее устройство включает в себя преобразователь сообщения в первичный сигнал и передатчик. Соответственно приемное устройство состоит из приемника и преобразователя сигнала в сообщение.

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

В передатчике первичный сигнал (обычно низкочастотный) преобразуется во вторичный (высокочастотный) сигнал пригодный для передачи по используемому каналу. Такое преобразование осуществляется посредством модуляции.

Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым. В этом случае по выходному сигналу можно, в принципе, восстановить входной первичный сигнал, т. е. получить всю информацию, содержащуюся в переданном сообщении. Если же преобразование необратимо, то часть информации будет потеряна при передаче, даже в тех случаях, когда

Рис. 1.2. (см. скан) Структурная схема системы связи

сигнал доходит до приемного устройства без искажений.

Линией связи называется среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику. В системах электрической связи — это кабель или волновод, в системах радиосвязи — область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику. При передаче сигнал может искажаться и на него могут накладываться помехи

Приемное устройство обрабатывает принятое колебание и восстанавливает по нему переданное сообщение а. Другими словами, приемник должен на основе анализа суммарного колебания пришедшего искаженного сигнала также помехи определить, какое сообщение а передавалось. Поэтому приемное устройство является одним из наиболее ответственных и сложных элементов системы связи.

Совокупность технических средств, служащих для передачи сообщений от источника к потребителю, называется системой связи. Этими средствами являются передающее устройство, линия связи и приемное устройство.

По виду передаваемых сообщений различают следующие системы связи: передачи речи (телефония); передачи текста (телеграфия); передачи неподвижных изображений (фототелеграфия); передачи изображений (телевидение), телеизмерения, телеуправления и передачи данных. По назначению телефонные и телевизионные системы делятся 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 передается по каналу. На приемном конце переданная физическая величина или ее изменения выделяются из сигнала и наблюдаются или регистрируются с помощью приборов.

В системе телеуправления осуществляется передача команд для автоматического выполнения определенных действий. Нередко эти команды формируются 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

Каналом связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы до другой точки В (рис. 1.3). Точки могут быть выбраны произвольно, лишь бы между ними проходил сигнал. Вся 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 состояниям), то канал называется дискретным. Если входные и выходные сигналы канала являются непрерывными, 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.

Рис. 1.3. Капал связи

Из сказанного ранее 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 каналы. Все зависит от того, каким образом выбраны точки входа и выхода канала.

Непрерывный канал связи можно характеризовать так же, как и сигнал, тремя параметрами: временем Тк, в течение которого по каналу ведется передача, динамическим диапазоном и полосой пропускания канала Под динамическим диапазоном канала понимают отношение допустимой мощности передаваемого сигнала к мощности неизбежно присутствующей в канале помехи, выраженное в децибелах. Типы каналов, по которым передаются сообщения, многочисленны и разнообразны. Широкое применение находят каналы проводной связи, коротковолновой радиосвязи с использованием отражения от ионосферы, ультракоротковолновой связи ионосферного и тропосферного рассеяния, метеорной связи, космической связи и т. п. Характеристики этих каналов значительно отличаются друг от друга.

Общими признаками непрерывных каналов являются следующие. Во-первых, большинство каналов можно считать линейными. В таких каналах выходной сигнал является просто суммой входных сигналов и помех (применим принцип суперпозиции), а продукты перекрестной модуляции этих сигналов малы по сравнению с выходными сигналами. Во-вторых, на выходе канала даже в отсутствие полезного сигнала всегда имеются помехи. В-третьих, сигнал при передаче по каналу претерпевает задержку по времени и затухание по уровню. И, наконец, в реальных каналах всегда имеют место искажения сигнала, обусловленные несовершенством характеристик канала и, нередко, изменениями параметров канала во времени.

Обобщенной характеристикой непрерывного канала является его емкость (объем):

Необходимым условием неискаженной передачи по каналу сигналов с объемом очевидно, должно быть

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

При этих условиях объем сигнала полностью «вписывается» в объем канала. Однако неравенство (1.3) может выполняться и тогда, когда одно или два из неравенств (1.4) не выполнены. Это означает, что можно производить «обмен» длительности на ширину спектра или ширину спектра на динамический диапазон и т. д.

Пусть, например, записанный на пленку телефонный сигнал, имеющий ширину спектра 3 кГц, необходимо передать через канал, полоса пропускания которого равна 300 Гц. Это можно осуществить, воспроизводя сигнал со скоростью, в 10 раз меньшей, чем та, с которой он был записан. При этом все частоты исходного сигнала уменьшатся в 10 раз и во столько же раз увеличится время передачи. Принятый сигнал при этом также записывается на пленку, а затем, воспроизведя его со скоростью, в

10 раз большей, можно восстановить исходный сигнал. Аналогичным образом можно передать сигнал быстрее, чем он создавался, если полоса пропускания канала шире спектра сигнала.

Значительно больший интерес представляет возможность обмена динамического диапазона на полосу пропускания. Так, используя широкополосные помехоустойчивые виды модуляции, которые будут рассматриваться в гл. 6, можно передать сообщение с динамическим диапазоном, скажем, 60 дБ, по каналу, в котором сигнал превышает помеху всего лишь на 20 дБ. При этом используется полоса пропускания канала, в несколько раз более широкая, чем спектр сообщения.

Система связи называется многоканальной, если она обеспечивает передачу нескольких сообщений по одной общей линии

Рис. 1.4. Структурная схема многоканальной системы связи

связи. Структурная схема простейшей многоканальной системы связи изображена на рис. 1.4. Здесь сообщения подлежащие передаче, преобразуются в электрические сигналы а затем смешиваются в аппаратуре уплотнения. Полученный таким образом групповой сигнал передается по линии связи. Приемник преобразует принятое колебание в исходный групповой сигнал, из которого затем с помощью устройства разделения выделяются индивидуальные сигналы преобразуемые в соответствующие сообщения

Для разделения сигналов на приемном конце, очевидно, необходимо, чтобы они различались между собой по некоторому признаку. В практике многоканальной связи преимущественное применение имеют частотный и временной способы разделения.