1.2. Структура систем зв’язку

На рисунку 1.2.1 зображена структурна схема одноканальної системи зв’язку.

Джерело повідомлення та одержувач повідомлення – люди або різного роду пристрої (автомат, комп’ютер і т.ін.).

К одер джерела – виконує задачу зменшення надлишковості при передаванні повідомлення в канал зв’язку, а декодер джерела – відновлення прийнятого по каналу зв’язку повідомлення.

П

Рис. 1.2.1. Структурна схема одноканальної системи зв’язку

ДП – джерело повідомлення; КД – кодер джерела; КК – кодер каналу; ППС – пристрій перетворення сигналу; ДК – декодер каналу; ДД – декодер джерела; ОП – одержувач повідомлення; ДЗ – джерело завад

Ліквідація надлишковості призводить до того, що за задані проміжки часу передається більше повідомлень, і, як наслідок, більш ефективно використовується канал зв’язку.

Кодер каналу здійснює надлишкове кодування повідомлення з метою підвищення надійності передавання вірної інформації. На приймальному кінці декодер каналу виконує обернене перетворення (декодування), в результаті якого отримуємо комбінацію початкового коду. Часто кодер та декодер називають пристроєм захисту від помилок (ПЗП).

Пристрої перетворення сигналів – пристрої, які міститься на обох кінцях каналу зв’язку та використовуються для узгодження кодера та декодера каналу із середовищем каналу зв’язку. В окремих випадках з цією метою можуть застосовуватись модулятор та демодулятор.

При проходженні сигналу через реальний канал зв’язку сигнал спотворюється і тому на приймальному кінці повідомлення може відтворюватися з деякою помилкою. Причиною виникнення таких помилок можуть бути як спотворення, які вносить сам канал зв’язку, так і завади, що впливають на сигнал із зовнішнього середовища.

Завадою називають будь-який випадковий (іноді детермінований) вплив на сигнал, що погіршує правильність відтворення повідомлень, що передаються.

Завади досить різноманітні як за своїм походженням, так і за своїми фізичними властивостями.

Атмосферні завади зумовлені електричними процесами в атмосфері і насамперед грозовими розрядами. Енергія такого типу завад в основному сконцентрована в області довгих та середніх хвиль.

Індустріальні завади виникають внаслідок різких перепадів току в різного роду промисловому устаткуванні.

Розповсюджені також завади, що виникають внаслідок впливу сторонніх каналів зв’язку та радіостанцій.

У провідних системах зв’язку основним типом завад є імпульсні завади та припинення зв’язку. Поява імпульсних завад часто пов’язана з автоматичною комутацією і перехресними наводками. Припинення зв’язку є явищем, при якому сигнал в лінії різко загасає або зникає.

Практично в будь-якому діапазоні частот мають місце внутрішні шуми апаратури.

У діапазоні ультракоротких хвиль мають значення космічні завади, які пов’язані з електромагнітними процесами, що відбуваються на Сонці, зірках і т.д.

В оптичному діапазоні частот суттєве значення має квантовий шум, викликаний дискретною природою світла.

У реальному каналі зазвичай мають місце адитивні (які додаються до сигналу) і мультиплікативні (які множаться на сигнал) завади. Тому сигнал у присутності завад можна записати у вигляді:

. (1.2.1)

Серед адитивних завад різного походження виділяють зосереджені по спектру (вузькозонні) завади, зосередженні в часі (імпульсні) завади та так звані флуктуаційні завади, які не зосереджені ні по спектру, ні в часі.

У техніці зв’язку розрізняють синхронні та асинхронні цифрові канали.

У синхронних цифрових каналах – кожний одиничний елемент, що передається, вводиться в канал у строго визначені моменти часу. Ці канали призначені тільки для передавання ізохронних сигналів, тому вони названі кодозалежними, або непрозорими.

В асинхронних каналах передаваний сигнал може вводитися в канал у будь-який момент часу, тобто по такому каналу можна передавати будь-які сигнали – ізохронні й анізохронні. Тому такі канали отримали назву прозорих, або кодонезалежних.

Дискретний канал разом з кодером і декодером каналу називається розширеним.

Цифровий канал характеризується такими параметрами:

1. Швидкістю передавання інформації, яка виміряється в бітах на секунду (біт.с).

2. Швидкістю телеграфування В, яка виміряється в бодах. Це кількість одиничних символів, що передається за секунду. У техніці передавання даних замість швидкості телеграфування використовується термін швидкість модуляції.

3. Ефективною швидкістю передавання інформації, яка визначається із врахуванням того, що не всі елементи, що передаються в канал, несуть інформацію; не всі комбінації, що поступають на вхід каналу, видаються одержувачу (частина комбінацій може бути забракована).

4. Коефіцієнтом помилок за елементами, який виявляє правильність проходження одиничних елементів по каналу і визначається відношенням помилково прийнятих елементів до загальної кількості переданих за інтервал аналізу:

. (1.2.2)

5. Коефіцієнтом помилок за кодовими комбінаціями, який характеризує правильність проходження повідомлення по каналу зв’язку і визначається відношенням кількості помилково прийнятих кодових комбінацій до кількості переданих у заданому інтервалі часу.

6. Часом , впродовж якого по каналу можлива передавання інформації.

7. Динамічним діапазоном каналу , який визначається відношенням допустимої потужності передаваного сигналу до потужності завад, які неминуче присутні в сигналі. виражається в децибелах.

8. Узагальненою характеристикою каналу, яка є його ємністю (об’ємом) та визначається виразом:

. (1.2.3)

При цьому необхідною умовою передавання по каналу неспотвореної інформації з об’ємом сигналу очевидно повинна бути умова:

. (1.2.4)

Перетворення первинного сигналу у високочастотний сигнал зазвичай переслідує мету узгодження сигналу з характеристиками каналу. У простішому випадку сигнал повинен бути узгоджений із каналом по всіх трьох параметрах:

. (1.2.5)

В цьому випадку об’єм сигналу повністю “вписується” в об’єм каналу. Проте нерівність (1.2.4) може виконуватися і тоді, коли одна або дві з нерівностей (1.2.5) не виконуються. Це означає, що в процесі передавання можна проводити “обмін” їх тривалості на ширину спектра або на величину динамічного діапазону і т.д. Наприклад, якщо записаний на плівку телефонний сигнал, який має ширину спектра 3 кГц, необхідно передати через канал, що має смугу пропускання 300 Гц, то це можна зробити, передаючи сигнал з швидкістю в 10 разів меншою, ніж швидкість, з якою він був записаний. При цьому всі частоти початкового сигналу зменшаться в 10 разів і в стільки ж разів збільшиться час його передаванні. Аналогічно, сигнал можна передати швидше, якщо смуга пропускання каналу ширша, ніж ширина спектра сигналу.

У системі зв’язку, яка зображена на рисунку 1.1.1, передавання повідомлення відбувається лише в напрямку від джерела до одержувача. Такий режим зв’язку називається симплексним. Режим зв’язку, який забезпечує можливість одночасного передавання повідомлень в обох напрямках, має назву дуплексного. Можливий також і півдуплексний режим, коли обмін повідомленнями відбувається по черзі в обох напрямках.