Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Исторический очерк развития сетевых технологий



ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СВЯЗИ

 

Конспект лекций

 

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

 

УДК 621.398

 

 

Одобрено
учебно-методической комиссией
приборостроительного факультета

Рецензенты:

А.Е. Гудилин,

 

    Барбасова Т.А. Общая теория связи: Конспект лекций. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. – 141с.  
      Конспект лекций предназначен для студентов очной и заочной форм обучения специальности “Управление и информатика в технических системах”. УДК [621.398]    

© Издательство ЮУрГУ, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. ИСТОРИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.. 5

Лекция №1. ИНФОРМАЦИЯ, СООБЩЕНИЯ, СИГНАЛЫ... 33

1.1. Общее понятия сигнала. 33

1.2. Классификация сигналов. 34

1.3. Случайные сигналы.. 35

1.4. Виды детерминированных сигналов. 36

1.5. Аналоговые и цифровые сигналы.. 40

Лекция №2. СИСТЕМЫ, КАНАЛЫ И СЕТИ СВЯЗИ.. 45

2.1. Общие понятия. 45

2.2. Классификация каналов связи. 49

2.3. Физическая природа передаваемого сигнала в канале связи. 51

2.4. Помехи и искажения в канале. 53

Лекция №3. Понятие об излучении и распространении радиоволн. 56

3.1. Элементарные представления. 56

Лекция №4. Преобразования сообщения. Кодирование и модуляция. 60

4.1. Кодирование. Общие понятия. 60

4.2. Модуляция. Общие понятия. 63

4.3. Демодуляция и декодирование. 68

Лекция №5. Необходимые математические представления о сигнале. 71

Лекция №6. Разложение в ряд Фурье. 89

6.1. Общие описания. 89

6.2.Четная и нечетная функция. 100

6.3. Разложение при периоде не равном 2π. 102

6.4. Разложение в комплексный ряд Фурье. 105

Лекция №7. КОДИРОВАНИЕ.. 123

7.1. Основные понятия. Передача кодовых комбинаций. 123

7.2. Системы счисления и математические операции с двоичными числами. 126

7.3. Классификация кодов. 133

7.4. Непомехозащищенные коды.. 133

Двоичный код на все сочетания. 134

Единично - десятичный код. 134

Двоично-десятичный код. 135

Число-импульсный код. 135

Код Морзе. 135

Код Бодо. 136

Международный телеграфный код. 136

Код Грея. 136

7.5 Помехозащишенные (корректирующие) коды.. 140

Основные понятия. 140

Коды с обнаружением ошибок. 142

Код с постоянным числом единиц и нулей в комбинациях (код с постоянным весом). 142

Распределительный код . 143

Код с проверкой на четность. 143

Код с числом единиц, кратным трем. 144

Код с удвоением элементов (корреляционный код). 145

Инверсный код. 145

Коды с обнаружением ошибок. 147

Коды Хемминга. 147

Циклические коды. 151

Итеративные коды. 168

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 170

 

 


ВВЕДЕНИЕ. БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. ИСТОРИЯ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ [1]

Бурное развитие беспроводных сетей передачи информации в России и во всем мире, о котором многие говорят как о беспроводной революции в области передачи информации, связано с такими их достоинствами, как:

- гибкость архитектуры, т.е. возможности динамического изменения то­пологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей без значительных потерь времени

- высокая скорость передачи информации (1 1000 Мбит/с и выше): быстрота проектирования и развертывания;

- высокая степень защиты от несанкционированного доступа:

- отказ от дорогостоящей и не всегда возможной прокладки или аренды оптоволоконного или медного кабеля.

Но прежде чем стать столь привычными, технологии беспроводной связи прошли более чем 150-летний путь развития. Чтобы более полно проникнутся величием того, что вскоре назовут связью 4G, кратко рассмотрим основные вехи строи­тельства этого грандиозного здания, имя которому глобальные беспроводные телекоммуникации.

 

Лекция №1. ИНФОРМАЦИЯ, СООБЩЕНИЯ, СИГНАЛЫ

Общее понятия сигнала

Понятия информации и сообщения употребляются довольно часто. Эти близкие по смыслу понятия сложны и дать их точное определение через более простые нелегко. Слово информация происходит от латинского informatio — разъяснение, ознакомление, осведомлённость. Обычно под информацией понима­ют совокупность сведений, данных о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Мы живем в информационном мире. Все, что мы видим, слышим, помним, знаем, переживаем, — всё это различные формы информации. Совокупность сведений, данных становится знанием лишь после их интерпретации с учетом ценности и содержания этих сведений. Следовательно, информацию в широком смысле можно определить как совокупность знаний об окружающем нас мире. В таком понимании информация является важнейшим ресурсом научно-технического и социально-экономического развития общества. В отличие от материального и энергетического ресурсов, информационный ресурс не уменьшается при потреблении, накапливается со временем, сравнительно лег­ко и просто с помощью технических средств обрабатывается, хранится и пере­даётся на значительные расстояния.

Для передачи или хранения информации используют различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) её в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова и фразы в человеческой речи, жесты и рисунки, формы колебаний, математические знаки и т.п. Совокупность знаков, отображающих ту или иную информацию, называют сообщением . Так, при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющий собой последовательность отдельных знаков - букв и цифр. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового дав­ления, отображающее не только содержание, но и интонацию, тембр, ритм и иные свойства речи. При передаче движущихся изображений в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения.

Передача сообщений (а следовательно, и информации) на расстояние осу­ществляется с помощью какого-либо материального носителя (бумаги, магнитной ленты и т.д.) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока и т.д.). Физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение, называется сигналом .

Когда необходима обработка сигнала [2]

Допустим, устройство, которое вы ежедневно используете, работает неисправно – издает странные звуки. Если вы опытный специалист, то, возможно, по звуку определите причину неисправности. Например, если звук низкий, гудящий, то, вероятно, расшатался подшипник или ослаблен болт. Если же высокий, режущий, то, может быть, не хватает масла или износилась деталь вращательного механизма. В настоящее время разрабатывается техника обработки сигналов для определения момента смены режущего инструмента токарного станка по сигналу издаваемого им звука.

Сигнал – это физическая величина, которая содержит в себе определенную информацию. Такого рода сигналы, как звук, вибрация, температура или сила света, наблюдаемы и могут быть зерегестрированы и преобразованы соответствующими приборами в электрические. Но существуют и такие сигналы, обработка которых в настоящее время затруднительна (например сигналы запаха и вкуса).

Сигналы формируются путём изменения тех или иных параметров физического носителя в соответствии с передаваемым сообщением. Этот процесс (изменения параметров носителя) принято называть модуляцией .

Сообщения могут быть функциями времени, например речь при передаче телефонных разговоров, температура или давление при передаче телеметрических данных, спектакль при передаче по телевидению и т.п. В других случаях сообщение не является функцией времени (например, текст телеграммы, не­подвижное изображение и т.д.).

Классификация сигналов

Виды сигналов:

1. Детерминированные (периодические, квазипериодические, непериодические).

2. Недетерминированные (случайные, стохастические).

Или:

1. Непрерывные.

2. Дискретные.

 

Случайные сигналы

На рисунке 1.1 представлены различные виды сигналов. Сигналы отображают какие-нибудь физические состояния или процессы:

а) звук,

б) температура,

в) сейсмические колебания,

г) рельеф поверхности металла.

У данных сигналов имеют разные переменные и разные масштабы.

 

 

Рисунок 1.1

 

В то же время существуют сигналы, величину которых можно предсказать в любой момент времени (в любой точке). Например, звук камертона. Сколько бы ни было колебаний камертона, возникает чистая звуковая волна одной частоты. Эту волну можно выразить тригонометрической функцией. Поэтому, измерив ее значения в нескольких точках, силу звука можно выразить как функцию времени. Подобные сигналы называют детерминированными.

 

Если бы передаваемое сообщение было детерминированным, т.е. заранее из­вестным с полной достоверностью, то передача его не имела бы смысла. Такое детерминированное сообщение не содержит информации. Поэтому сообщения следует рассматривать как случайные события (или случайные величины, случайные функции). Другими словами, должно существовать некоторое множество вариантов сообщения (например, множество различных значений температуры, выдаваемых датчиком), из которых реализуется с определённой вероятностью одно. Поэтому и сигнал является случайной функцией. Детерминированный сигнал не может быть носителем информации. Его можно использовать лишь для испытаний системы связи или отдельных её элементов.

Случайный характер сообщений, сигналов, а также помех обусловил важнейшее значение теории вероятностей в построении теории связи. Как будет показано далее, вероятностные свойства сигналов и сообщений, а также среды, в которой передаётся сигнал, позволяют определить количество передаваемой информации и её потери.

 

 

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).

электросвязь

 

телефония  

 

телеграфия

 

проводная  

 

по воздушным линиям

 

передача данных

 

передача газет

 

радио

 

факсимильная

 

оптическая

 

телевизионное вещание

 

Звуковое вещание

 

по кабельным линиям

 

космическая в т.ч. спутниковая

 

по волоконно-оптическим кабелям

 

в свободном пространстве

 

наземная

 

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 связи называется 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.

 

Классификация каналов связи

Каналы связи являются основным звеном любой системы передачи информации. Классификацию каналов связи можно осуществить по различным признакам (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Классификация каналов связи

Признак классификации Характеристики каналов связи
Физическая природа передаваемого сигнала Оптические и электрические, которые в свою очередь, могут быть проводными (электрические провода, кабели, световоды) и беспроводными, использующие электромагнитные волны, распространяющиеся в эфире (радиоканалы, инфракрасные каналы и т. д.).
Форма представления передаваемой информации Аналоговые представляют информацию в непрерывной форме в виде непрерывного сигнала какой-либо физической природы. Цифровые представляют информацию в цифровой (прерывной — дискретной, импульсной) форме сигналов какой-либо физической природы.
Время существования Коммутируемые — временные, создаются только на время передачи информации. По окончании передачи информации и разъединении уничтожаются. Некоммутируемые — создаются на длительное время с определенными постоянными характеристиками. Их еще называют выделенными.
Скорость передачи информации Среднескоростные (от 2400—9600 бит/с) используются в телефонных (аналоговых) каналах связи, на новых станциях 14—56 кбит/с. Среднескоростным каналам используются проводные линии связи (группы параллельных или скрученных проводов витая пара). Высокоскоростные (свыше 56 кбит/с) называют широкополосными. Для передачи информации используются специальные кабели: экранированные и неэкранированные, оптоволоконные, радиоканалы.

 

 

Помехи и искажения в канале

В реальном канале сигнал при передаче искажается и сообщение воспроиз­водится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются как искаже­ния, вносимые самим каналом, так и помехи, воздействующие на сигнал. Час­тотные и временные характеристики канала определяют так называемые ли­нейные искажения. Кроме того, канал может вносить и нелинейные искаже­ния, обусловленные нелинейностью тех или иных звеньев канала. Если линей­ные и нелинейные искажения обусловлены известными характеристиками ка­нала, то они по крайней мере в принципе, могут быть устранены надлежащей коррекцией. Следует отличать искажения от помех, имеющих случайный ха­рактер. Помехи заранее не известны и поэтому не могут быть полностью уст­ранены.

Помехой называется любое случайное воздействие на сигнал, которое ухуд­шает верность воспроизведения передаваемых сообщений. Помехи весьма разно­образны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам. В ра­диоканалах часто встречаются атмосферные помехи, обусловленные электриче­скими процессами в атмосфере, и прежде всего грозовыми разрядами. Энергия этих помех сосредоточена главным образом в области длинных и средних волн. Сильные помехи создаются также промышленными установками. Это так на­зываемые индустриальные помехи, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях всевозможных электроустройств. Сюда относятся помехи от электротранспорта, электрических двигателей, медицинских установок, сис­тем зажигания двигателей и т.п. Распространенным видом помех являются по­мехи от посторонних радиостанции и каналов. Они обусловлены нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала, а также нелинейными процессами в каналах, ведущими к перекрестным искажениям.

В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывания связи. Появление импульсных помех часто связано с авто­матической коммутацией и перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усили­тельных приборах, резисторах и других элементах аппаратуры. Эти помехи особенно сказываются при радиосвязи в диапазоне ультракоротких волн, где Другие помехи невелики. В этом диапазоне имеют значение и космические по­мехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звёздах и других внеземных объектах. В общем виде влияние помехи n(t) на полезный сигнал u(t)можно выразить оператором

z(t) = L[s(u(t)), n(t)]. (2.1)

В частном случае, когда оператор вырождается в сумму

z(t) = s(t)+n(t), (2.2)

помеха называется аддитивной. Если же оператор может быть представлен в виде произведения

z(t) = k(t)u(t), (2.3)

то помеху называют мультипликативной. Здесь k(t) - случайный процесс. В ре­альных каналах обычно имеют место и аддитивные, и мультипликативные по­мехи, и поэтому

z(t) = k(t)u(t) + n(t). (2.4)

Среди аддитивных помех различного происхождения выделяют сосредото­ченные по спектру (узкополосные) помехи, сосредоточенные во времени (импульсные) помехи и так называемую флуктуационную помеху, не ограни­ченную во времени и спектру. Флуктуационная помеха (флуктуационный шум) представляет собой случайный процесс с нормальным распределением (гауссовский процесс). Такая помеха наиболее изучена и представляет наи­больший интерес как в теоретическом, так и в практическом отношении. Этот вид помех практически имеет место во всех реальных каналах. В диапазоне оп­тических частот существенное значение имеет квантовый шум, вызванный дис­кретной природой сигнала. Мультипликативные помехи обусловлены случай­ными изменениями параметров канала связи. В частности, эти помехи прояв­ляются в изменении уровня сигнала.

Следует заметить, что между сигналом и помехой отсутствует принципи­альное различие. Более того, они существуют в единстве, хотя и противопо­ложны по своему действию. Так излучение радиопередатчика является полез­ным сигналом для приёмника, которому предназначено это излучение, и по­мехой для всех других приёмников. Электромагнитное излучение звезд являет­ся одной из причин космического шума в диапазоне сверхвысоких частот и поэтому является помехой для систем радиосвязи. С другой стороны, это излу­чение является полезным сигналом, по которому определяют некоторые физи­ко-химические свойства звёзд.

 

Лекция №3. Понятие об излучении и распространении радиоволн [3]

Радиосвязь осуществляется при помощи электромагнитных волн, распространяющихся в частично ограниченном (например, земной поверхностью) пространстве.

Следует сразу подчеркнуть различие между статистическим электрическим (или магнитным) полем и полем электромагнитной волны. Дело в том, что напряженность статического электрического поля, создаваемого системой заряженных тел (или статического магнитного поля, создаваемого системой проводов, обтекаемых токами) при больших расстояниях убывает с третьей степенью расстояния, или еще быстрее. В то же время напряженность как электрической, так и магнитной составляющей поля свободно распространяющейся электромагнитной волны убывает лишь с первой степенью расстояния. Этим и обусловлена возможность связи на больших расстояниях при помощи электромагнитных волн.

Процесс создания распространяющейся от источника электромагнитной волны, называется излучением.

 

Элементарные представления

Представим систему проводов, по которым протекает электрический ток. В окружающем пространстве существует статическое магнитное поле. Если постепенно уменьшить силу тока до нуля, то поле, также постепенно убывая, исчезнет. Содержащаяся в нем энергия будет возвращена источнику тока. Такая же картина будет наблюдаться и при питании системы переменным током низкой частоты: поле будет периодически возникать и исчезать. Образующееся в описанных условиях поле – это статическое магнитное поле.

Картина явлений совершенно изменится, если та же система проводов (назовем ее теперь антенной) будет питаться током высокой частоты. Качественное различие будет заключаться в том, что при высокой частоте решающую роль играет конечная скорость распространения электромагнитного поля. Описанное периодическое перемещение энергии от источника в окружающее поле и обратно будет происходить только в ограниченной области пространства, непосредственно примыкающей к антенне.

Из более удаленных областей электромагнитное поле не успеет перенести энергию обратно в антенну за требуемое короткое время (около четверти периода). В этих более удаленных областях энергия перемещается направлению от антенны в окружающее пространство. Существующее здесь электромагнитное поле и есть поле электромагнитной волны. В становившемся режиме источник все время отдает энергию и, следовательно, затрачивает мощность на поддержание поля. Эта энергия во все стороны расходящейся электромагнитной волной.

В настоящее время в радиосвязи применяются частоты примерно от 100 кГц до 105 МГц. Этот диапазон подразделяют на:

 

Таблица 3.1

Наименование Длина волн Частоты, МГц
Длинные волны более 3000 м менее 0, 1
Средние волны 200 – 3000 м 0, 1 – 1, 5
Промежуточные волны 50 – 200 м 1, 5 – 6
Короткие волны 10 – 50 м 6 – 30
Ультракороткие волны    
- метровые 1 – 10 м 30 – 300
- дециметровые 10 см – 1 м 300 – 3 103
- сантиметровые 1 – 10 см 3 103 – 3 104
- миллиметровые 1 – 10 мм 3 104 – 3 105

 

Диапазон миллиметровых волн вплотную подходит к диапазону инфракрасных световых волн.

Диапазон видимых световых волн составляет 0, 4 – 0, 7 мкм (частоты порядка 108 МГц).

 

Условия распространения радиоволн между передатчиком и приемником, расположенными на поверхности земли (или вблизи от нее) характеризуются, во-первых. Наличием земной или водной поверхности, обладающей конечной проводимостью, и, во-вторых, наличием ионосферы – верхних слоев атмосферы, разряженный газ которых ионизирован действием солнечных и космических лучей. Радиоволны преломляются и поглощаются в ионосфере в тем большей мере, чем больше степень ионизации и чем длиннее волна.

Этим обусловлены, с одной стороны, суточные и сезонные изменения условий распространения радиоволн, а с другой стороны, различия в условиях распространения волн различной длины.

Длинные и средние волны распространяются главным образом за счет огибания выпуклой земной поверхности, т.е. за счет дифракции.

Короткие волны достигает места приема главным образом за счет преломления в ионосфере. Упрощенно можно трактовать явление, как отражение от ионизированного слоя. Отражение происходит лишь при условии, что угол падения достаточно велик, другими словами, волны, распространяющиеся под большим углом к горизонту, проникают в ионосферу без отражения и назад не возвращаются. Поэтому вблизи передатчика образуется «ЗОНА МОЛЧАНИЯ», в которой приема нет; прием делается возможным лишь за пределами зоны молчания. Волна может попасть в точку приема и после многократного отражения попеременно от ионосферы и от земной поверхности; наблюдался прием коротких волн, обогнувших кругом земной шар.

Наконец, ультракороткие волны (УКВ) практически не отражаются от ионосферы. Поэтому надежная связь на УКВ возможна лишь в условиях прямой видимости, т.е. на расстоянии примерно до 50 км, или несколько больше, в зависимости от высоты подъема антенн над поверхностью земли.

Все рассказанное иллюстрируется на рисунке 3.1. На рис 3.1 а) показано распространение длиной волны. Рисунок 3.1 б) дает картину распространения короткой волны, пунктиром намечен путь волны с многократным отражением, а также пути волн уходящих в ионосферу. На рис 3.1 в) показано распространение УКВ.

 

Ионосфера   Земля   а)

Ионосфера   Земля   б)

Ионосфера   Земля   в)

Рисунок 3.1

 

Лекция №4. Преобразования сообщения. Кодирование и модуляция

Кодирование. Общие понятия

Преобразование дискретного сообщения в сигнал обычно осуществляется в виде двух операций — кодирования и модуляции. Кодирование представляет со­бой преобразование сообщения в последовательность кодовых символов, а мо­дуляция — преобразование этих символов в сигналы, пригодные для передачи по каналу. С помощью кодирования и модуляции источник сообщений согла­суется с каналом.

Простейшим примером дискретного сообщения является текст. Любой текст состоит из конечного числа элементов: букв, цифр, знаков препинания. Их совокупность называется алфавитом источника сообщения. Так как число элементов в алфавите конечно, то их можно пронумеровать и тем самым свести передачу сообщения к передаче последовательности чисел.

Так, для передачи заглавных букв русского алфавита (их 32) необходимо передать числа от 0 до 31. Для передачи любого числа, записанного в десятичной форме, требуется передача десяти цифр — от 0 до 9. Практически для этого нужны десять сигналов, соответствующих различным цифрам. Систему передачи дискретных сообщений можно существенно упро­стить, если воспользоваться при кодировании двоичной системой счисления.

В десятичной системе основанием счисления является число 10. Поэтому любое целое число Кможно представить в виде

K=an10n+...+a2102+a1101+a0100, (4.1)

где a0, a1, ..., an - коэффициенты, принимающие значение от 0 до 9. Так, число 265 можно записать как 2 102 + 6 101 + 5 10°. Очевидно, в качестве основания счисления можно принять любое целое число т и представить число N как

К=anmn+...+a2m2+a1m1+a0m0, (4.2)

где a0, a1, ..., an - коэффициенты, принимающие значение от 0 до т - 1. Задаваясь величиной m, можно построить любую систему счисления.

При m=2 получим двоичную систему, в которой числа записываются с помощью двух цифр 0 и 1.

Например, число 13 в двоичной системе записывается 1101, что соответствует выражению 1 23 +1 22 +0 21 + 1 2°.

Арифметические действия в двоичной системе весьма просты. Так, сложение осуществляется по следующим правилам:

0 + 0 = 0;

0+1 = 1;

1+0=1;

1 + 1 = 1.

Различают поразрядное сложение без переноса в старший разряд, так назы­ваемое " сложение по модулю два". Правила этого сложения следующие:

0 + 0 = 0;

0 + 1 = 1;

1 + 0 = 1,

1 + 1 = 0.


Поделиться:



Популярное:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 963; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.157 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь