1 тпс её составные части. История развития

3) Функциональная схема системы связи

К - кодер – устройство для формирования множества кодовых слов;
М – модулятор - устройство, обеспечивающее нанесение информации на переносчик, за счет изменения параметров последнего; Ф – фильтр; Канал передачи информации - совокупность технических средств, обеспечивающих независимую передачу сигналов по линии связи (линия - физическая среда, по которой передаются сигналы). Демодулятор и декодер являются устройствами с противоположными функциями модулятора и кодера. В системах электросвязи это пара проводов, кабель включенный волнооптически или волноводно, в системах радиосвязи в которых распространяются радиоволны от передатчика к приемнику. При передачи сигнала могут и на него воздействуют помехи n(t). Приемник обрабатывает принимаемый сигнал x(t) искаженных помех и восстанавливает по нему принятое сообщение V(t), соответственно U(t) V(t) - U(t). В приемнике выполняются операции обратные осуществленным в передатчике.
В дискретных каналах связи сообщения на входе и выходе представлены в цифровом виде. Такой канал обычно состоит из непрерывного канала, к которому на входе подключаются устройства формирования и кодирования цифровых сигналов, а на выходе решающее устройство, которое служит для опознавания переданных сигналов. Включение решающего устройства в канал вызвано тем, что в результате воздействия помех на выходе канала связи всегда образуется непрерывное множество, даже при дискретном множестве входных сигналов. Решающее устройство необходимо для преобразования непрерывного множества принимаемых сигналов в дискретное множество выходного алфавита канала связи.


2) Сообщение сигнал, система связи, канал связи
В теории передачи сигналов под информацией понимают:
Информация – это совокупность сведений о каких-либо событиях, процессах, объектах, явлениях и т.п., рассматриваемых в аспекте их передачи в пространстве и во времени.
Информация, предназначенная для передачи (в пространстве или во времени) выдается источником информации в форме сообщений. Под сообщением понимают совокупность знаков или первичных сигналов, содержащих информацию. Сигнал – это любой физический процесс, отображающий (несущий) сообщение. Например, если человек, произносящий речь, является источником информации, а его речь является сообщением, то напряжение или ток на выходе микрофона – будут сигналом, несущим это сообщение (иногда его называют «Речевым сигналом»).Преобразование сообщения в сигнал, удобный для передачи в пространстве или во времени называют кодированием в широком смысле слова. А операцию восстановления сообщения по принятому сигналу называют декодированием. Сообщения разделяют на дискретные и непрерывные (аналоговые).
Дискретные сообщения – формируются в результате последовательной выдачи источником информации четко различимых знаков, букв, символов, принадлежащих одному упорядоченному множеству. Это упорядоченное множество называют алфавитом источника сообщений, а число различных знаков в алфавите называют объемом алфавита. Примером дискретного сообщения может служить текст телеграммы. Непрерывные сообщения – они описываются функциями времени, принимающими непрерывное множество значений, плавно переходящих из одного в другое (примером может служить сигнал с термопары, либо сигнал с микрофона, который иногда называют «речевым сигналом»).При передачи сообщений в пространстве используют каналы связи и линии связи. Поскольку речь человека слышна на относительно небольших расстояниях от говорящего (десятки – сотни метров), поэтому для передачи речи используют специальные каналы связи, позволяющие увеличить дальность связи до миллионов километров. Каналом связи называют: совокупность технических средств, предназначенных для передачи сообщения от источника к получателю. Основными элементами канала связи являются : передающее устройство, линия связи и приемное устройство. Канал связи вместе с источником и получателем сообщений образуют систему связи.
Различают каналы связи: дискретные;2)непрерывные;3)полунепрерывные
Если вход канала связи приспособлен к восприятию сообщений от дискретного источника, и на выходе канала имеют место дискретные сообщения, то такой канал называют дискретным (при этом алфавиты на входе и выходе канала могут быть различными).
Канал называют непрерывным, если вход канала приспособлен для восприятия аналогового сигнала, все устройства, составляющие канал предназначены для передачи аналоговых сигналов и на выходе наблюдаются аналоговые сообщения. Если же вход канала приспособлен для восприятия дискретных сообщений, а на выходе канала имеет место непрерывный сигнал, то канал называют полунепрерывным.
структурная схема одноканальной аналоговой системы передачи информации.

Под «Линией связи» понимают любую физическую среду (воздух, вакуум, металл, воду, магнитную ленту, компакт диск и пр.), обеспечивающую поступление сигналов от передающего устройства к приемному.
На схеме: Ис. И – источник информации
П.П. – первичный преобразователь ( микрофон)
V (t) – сигнал на выходе ПП (аналоговый сигнал)
К – кодер (кодирующее устройство)
U (t) – сигнал на выходе кодера
X (t) – сигнал несущей
M – модулятор S (t) – модулированный сигнал n (t) – помехи
Z (t) = S(t) + n(t) – аддитивная смесь сигнала и помехи
ДМ - демодулятор
U’ (t) – сигнал после демодулятора
ДК – декодер
V’ (t) – сигнал после декодера.
Для передачи сообщений от группы источников в одном пункте к группе получателей, расположенных в другом пункте целесообразно использовать одну линию связи, организовав в ней требуемое число каналов связи. Такие системы связи называют многоканальными.


4)Характеристики дискретных каналов и сигналов.
Дискретизация позволяет заменить непрерывный во времени сигнал дискретным и счетным набором его значений, отстоящих друг от друга на определенный интервал времени Δt. Для того, чтобы дискретизация не приводила к безвозвратной потере информации (т.е. чтобы потом можно было сколь угодно точно восстановить исходный сигнал по набору отсчетных значений), необходимо, чтобы интервал дискретизации выбирался из условия: или, что то же самое, чтобы частота дискретизации была бы больше удвоенной ширины спектра сигнала. Однако информативность дискретизированного сигнала остается, по прежнему, бесконечно большой, поскольку сигнал в отсчетных точках может принимать бесконечно большое количество разных значений. В технике связи сигнал не может принимать как сколь угодно больших значений из-за ограничений, накладываемых аппаратурой связи, так и сколь угодно малых, из-за шумов, принципиально присутствующих в канале передачи информации - системных шумов. Системный шум делает бесполезными попытки обнаружить разность между двумя уровнями сигнала, если она по величине соизмерима со среднеквадратичным значением шума σ_п. Поэтому на практике интересуются только значениями сигнала, отстоящими друг от друга на Δу= σ_п = σ_ш.
Процедура замены непрерывного по значениям сигнала конечным и счетным набором значений уровней сигнала называется квантованием. Число уровней квантования L пропорционально отношению максимальной величины сигнала Аs (амплитуда сигнала) к среднеквадратичному значению шума σ_п= σ_ш. (рис.6.3. стр.114. Паршин.). При восстановлении квантованного сигнала возникает дополнительный шум - шум квантования. Шум квантования сравним по величине или меньше исходного шума квантуемого сигнала при условии, что число уровней квантования больше чем
Таким образом, чтобы представить изменяющийся во времени исходный аналоговый сигнал, занимающий полосу частот и имеющий динамический диапазон (А_s/ σ_п), необходимо как минимум В двоичных символов (цифр) в секунду
бит/сек. В (1) сомножитель 2.F характеризует число отсчетов в секунду, необходимых для представления сигнала, а второй сомножитель - количество информации, которую несет каждый отсчет, так как L=[1 +( )² ]^1/2 - это объем алфавита квантованного сигнала, а log₂L - это максимальное количество информации, которую может нести один символ алфавита. В проводных системах связи и его обычно выражают в децибелах, дБ. В этом случае (1) можно упростить: B = 0,332 X.F Бит/cек, где Х = 20 lg дБ поскольку log₂ 10 = 3,32, а единицей в (1) по сравнению с (А_s/σ_п)² можно пренебречь.
С другой стороны, канал связи обладает информационной пропускной способностью В, бит/сек, если он способен передавать аналоговый сигнал, занимающий полосу частот F и поддерживающий на выходе отношение пикового значения сигнала к среднеквадратическому значению шума, равное (А_s/σ_п).
Рассмотрим пропускную способность стандартного канала ТЧ:
В_тч = 0,332 ∙ 30 ∙ 3100 ≈ 30 Бит/сек. При этом частота дискретизации будет 6,2 кГц, а каждая выборка должна кодироваться, по крайнем мере, 5-разрядным словом. 20 lg(2⁵) = 30 дБ.
На практике по цифровому телефонному каналу передаются ИКМ сигналы со скоростью 64 кБит/cек. При этом аналоговый сигнал дискретизируется с интервалом в 125 мксек (F_g = 8 кГц), а каждый отсчет кодируется восьмибитовым словом (2⁸ = 256, т.е. в сигнале выделяется 256 уровней квантования и отношение сигнал/шум равно 256 или ~ 45 дБ). За стандарт ТV канала принята пропускная способность В = 68 · 10⁶ Бит/сек при полосе пропускания порядка 6 Мгц. При ИКМ в линию связи посылаются не разные по амплитуде импульсы (АНМ), а кодовые комбинации в цифровом виде, отражающие номер уровня, соответствующего передаваемому отсчету.


5. Физическим объемом сигнала V_с называют произведение трех его физических характеристик: длительности сигнала Т_с, ширины спектра F_c и динамического диапазона уровней сигнала / по мощности /D_c: V_c = T_c F_c D_c ;
D_c = 10 I g В этом выражении Р_макс – максимальное (пиковое) значение мощности сигнала; Р_мин – минимальное значение мощности сигнала.
Величина V_c чаще всего характеризует весь ансамбль используемых в данной системе связи сигналов. Иными словами, эта характеристика описывает сигнал как случайный процесс. В этом случае: Т_с – это средняя длительность сигнала; F_c – ширина энергетического спектра, а Р_макс и Р_мин при определении D_c для ансамбля с неограниченным числом реализаций представляют собой уровни мощности, которые соответственно превышаются и не превышаются с какой-то заданной малой вероятностью. Физический объем сигнала – весьма важная характеристика, позволяющая оценивать трудности, связанные с его передачей.
При наличии шумов в канале допустимый минимальный уровень мощности Р_мин обычно определяется средней мощностью шумов в канале. Поэтому можно записать; D_c = 10Ig Максимальную мощность Р_макс иногда выражают через усредненную за достаточно большой интервал времени мощность сигнала Р_с . В этом случае D_c = 10Ig . Где П² = - пикфактор сигнала по мощности. Эта величина зависит от статистики сигнала. Отношение средних мощностей сигнала и шума Р_с/Р_ш часто называют просто сигнал/шум.
Аналогично физическому объему сигнала можно ввести характеристику, называемую физическим объемом канала V_к = Т_к F_к D_к.
Здесь Т_к – время использования канала; F_r – полоса пропускаемых каналом частот; G_к – динамический диапазон уровней, пропускаемых каналом с допустимыми искажениями.
Для передачи сигнала, имеющего объем V_c, с достаточно высоким качеством необходимо выполнение неравенства V_c ≤ V_к
При этом необходимо согласование сигнала и канала по всем трем параметрам, т.е. Т_с ≤ Т_к, F_c ≤ F_к, D_c ≤ D_к .
Выполнение этих условий означает, что для обеспечения удовлетворительного качества при передаче сигналов требуется, чтобы объем сигнала «вписывался» в объем канала.
Примем условие равенства: