Основные определения и элементы систем связи.

Мобильной радиосвязи.

Общая характеристика систем и сетей

(дисциплина: ОТСПС)

Задачей любой системы связи является передача информации (сообщений) от источника к получателю информации с необходимым согласно критерию качеством.

ИНФОРМАЦИЯ-это совокупность сведений о каких-либо вероятностных событиях, явлениях или предметах.

СООБЩЕНИЕ- это совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию.

СИСТЕМОЙ СВЯЗИ называется совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений от источника к получателю.

Разработка систем связи ведется в соответствии с Государственными (национальными) и международными стандартами, резолюциями и рекомендациями МСЭ (Международный Союз Электросвязи), МОС (Международная организация по стандартизации) Целью стандартизации является обеспечение качества передачи информации по физическому каналу связи с ограниченным ресурсом и более эффективное его использование.

Обобщенная структурная схема цифровой системы связи представлена на рис 1.1.

Сообщения источника могут быть непрерывными и дискретными или цифровыми. Дискретный источник с независимыми отсчетами не имеет памяти и его называют ДИБП.

КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА - это эффективное со сжатием преобразование сообщения a(t) источника в последовательность двоичных кодовых слов a_k(t_i) из k двоичных символов каждое. Взаимно однозначное соответствие между сообщениями и символами называется кодом. Множество М значений ДИБП (или возможных кодовых символов цифрового сообщения) образует алфавит ДИБП (или кода). Код при М=2 называют двоичным, а при M>2 M- ичным кодом. Длина двоичного кодового слова при ДИБП с алфавитом М равна k = log₂ M.

Кодер канала - производит введение управляемой избыточности в информационную последовательность с выхода кодера источника. Эта избыточность повышает надежность декодирования в декодере приемника переданной по каналу связи информационной последовательности. При этом скорость кода равна отношению k/n, где k- длина блока информационных символов a_k(t_i), а n -суммарная длина информационных и избыточных символов кодового слова b_n(t_i). При этом требуемая электрическая скорость передачи (без задержки) символов b_n(t_i) (т.е. сигналов S(t)) равна R_c=R·n/k, где R –инф. скорость источника.

Последовательность двоичных символов на выходе кодера представляет первичный низкочастотный (НЧ) электрический сигнал b_n(t_i), который преобразуется, например, при двоичной ФМ в сигнал без возвращения к нулю (БВН) и фильтруется ФНЧ.

				B¢

Рис.1.1

Модулятор производит обратимое преобразование последовательности первичного НЧ сигнала в высокочастотный (ВЧ) вторичный сигнал S(t) ,пригодный для передачи по используемому каналу связи. Такое преобразование называется модуляцией, которая может быть двоичной или М-позиционной. При двоичной модуляции двоичному символу «0» или «1» первичного сигнала b_n(t_i) ставится соответственно сигнал S0(t) или S1(t).

СИГНАЛ - это физический процесс, например, электрический сигнал (ток или напряжение), отображающий передаваемое сообщение. При этом параметры сигнала (амплитуда, частота, фаза) изменяются (модулируются) по закону передаваемого сообщения. На рис.1.2 приведены формы ВЧ сигналов при различных видах двоичной модуляции.

Рис.1.2.

При ЧМ (ЧТ) передача несущего колебания с частотой f0 соответствует символу «1»,а передача колебания с частотой f1 соответствует символу «0».

При двоичной ФМ меняется фаза несущего колебания на π при каждом переходе от «1» к «0» и от «0» к «1». При ОФМ символ «0» передается отрезком несущего колебания с начальной фазой предшествующего отрезка колебания, а символ «1»-таким же отрезком с начальной фазой, отличающейся на π от начальной фазы предшествующего отрезка.

При М-позиционной модуляции передаются одновременно m бит двоичного первичного НЧ сигнала b_n(t_i), используя различные сигналы Si(t), i=0,1,M-1, т.е. один сигнал для каждой из М=2^m возможных m-битовых последовательностей первичного сигнала. Следовательно, при фиксированной скорости на выходе кодера время на передачу сигнала Si(t) в m раз больше, чем при двоичной модуляции.

Модулированный сигнал имеет спектр шире спектра первичного сигнала b(t) и зависит от вида модуляции.

Передатчик преобразует модулированный на ПЧ сигнал в заданный ВЧ диапазон частот с использованием сигнала синтезатора, усиливает его по мощности и передает в линию связи (для системы радиосвязи излучает в среду распространения с помощью антенны).

Мощность ЭМВ (при изотропной вакуумной среде или воздушной и линейной поляризации), извлеченная приемной антенной с коэффициентом усиления G₁ , определяется формулой радиосвязи

, (1.1)

где Р- мощность, а G- коэффициент усиления антенны передатчика;

А_1эфф=-эффективная площадь приемной антенны в направлении на источник ЭМВ, удаленный на расстояние r.

Сигнал на вход приемника поступает в аддитивной смеси различного рода помех и с искажениями, имеющими место в линии связи. Амплитудно-фазовые искажения характерны для проводных каналов связи, а интерференционные искажения - для отдельных радиоканалов из-за распространения сигнала по многим путям. В результате на входе приемника имеем колебание:

(1.1)

где μj - коэффициент ослабления сигнала, пришедшего по j-му пути распространения с задержкой ∆tj;

ni - i-ая помеха в полосе пропускания приемника.

В избирательной части приемника понижается частота сигнала с использованием сигнала синтезатора для более эффективного выделения спектра колебания, соответствующего сигналу S(t).

Демодулятор реализует принятие решений о переданном символе первичного сигнала b_п(t) в соответствии с определенным критерием оптимального приема. Естественно, что при этом возникают ошибочные решения . Последовательность ошибок в кодовом слове (КС) длинной n определяется вектором ошибок (1-наличие ошибки в элементе слова, 0-отсутствие ошибки):

(1.2)

где i=1,2, … n - номер двоичного элемента в КС;

- символ суммирования по модулю 2.

Декодер восстанавливает сообщения а_k(t) из КС по критерию минимума вектора ошибок, используя избыточность, введенную в кодере канала. При этом возможны режимы декодера с обнаружением ошибок и с исправлением ошибок в зависимости от вида используемого помехоустойчивого кода.

В теории и практике передачи информации используется понятие канал связи.

КАНАЛОМ СВЯЗИ называется совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигнала или сообщения между точками системы (рис.1) в сечении A-A`, B-B` или C-C`. Часть системы, расположенная до точки А, В, С соответственно является источником сообщения или сигнала.

В зависимости от выбранного сечения каналы подразделяются ( независимо от характера передаваемых сообщений) на непрерывные (сечение С-С´) и дискретные (сечение В-В´). Все зависит от выбранного сечения. Для различных сечений существуют соответствующие математические модели.