Komunikačné linky a kanály na prenos dát. Komunikačné kanály: typy, vlastnosti

Kanál prenosu informácií sa nazýva súbor technických prostriedkov, ktoré zabezpečujú prenos elektrických signálov z jedného bodu do druhého. Vstupy kanálov sa pripájajú k vysielaču a výstupy k prijímaču. V moderných digitálnych komunikačných systémoch hlavné funkcie vysielača a prijímača vykonáva modem. Jednou z hlavných charakteristík kanála je rýchlosť prenosu informácií. Maximálna možná rýchlosť prenosu informácií (dát) cez komunikačný kanál s pevnými obmedzeniami sa nazýva kapacita kanála, označuje sa C a má rozmer bitov/s. Vo všeobecnom prípade možno kapacitu kanála určiť podľa vzorca: (8.22) kde I je množstvo informácií prenášaných počas času T. Ako mieru množstva informácie berieme mieru R. Hartleyho, definovanú ako logaritmus možných stavov objektu L. (8.23) Na nájdenie I používame Kotelnikovovu vetu, ktorá dokazuje, že signál, ktorý vo svojom spektre neobsahuje frekvencie nad P, môže byť reprezentovaný nezávislými hodnotami 2P za sekundu, ktorých kombinácia úplne určuje tento signál. Tento postup, nazývaný analógovo-digitálna konverzia, bol diskutovaný v Ch. 6. Pozostáva z dvoch etáp - vzorkovanie v čase, to znamená prezentácia signálu vo forme n vzoriek odobratých v časovom intervale 1 = 1 / (2P), a kvantovanie podľa úrovne, teda prezentácia amplitúdu signálu o jednu z m možných hodnôt. Určme počet rôznych správ, ktoré môžu byť zložené z n prvkov, ktoré nadobúdajú ľubovoľný z m rôznych pevných stavov. Zo súboru n prvkov, z ktorých každý môže byť v jednom z m pevných stavov, môžeme zostaviť m rôznych kombinácií, teda 1 = m ". Potom: (8.24) Za čas T Počet načítaní n = T / 1 = 2RG. Ak by šum neexistoval, potom by počet m úrovní diskrétneho signálu bol nekonečný. V prítomnosti šumu tento určuje mieru rozlíšiteľnosti jednotlivých úrovní amplitúdy signálu. Keďže výkon je spriemerovaná charakteristika amplitúdy, počet rozlíšiteľných úrovní signálu podľa výkonu sa rovná (Pe + Pw) / Psh), respektíve v amplitúde: Potom kapacita kanála: (8.25) Kapacita kanála je teda obmedzená dvoma hodnotami: šírkou pásma kanála a šumom. Vzťah (8.25) je známy ako Hartley-Shannonov vzorec a považuje sa za základný v teórii informácie. Frekvenčné pásmo a výkon signálu sú do vzorca zahrnuté tak, že pre C = const je pri zúžení pásma potrebné zvýšiť výkon signálu a naopak. Hlavné charakteristiky komunikačných kanálov sú: ■ amplitúdová-frekvenčná charakteristika (AFC); ■ šírka pásma; ■ útlm; * šírka pásma; ■ spoľahlivosť prenosu údajov; ■ odolnosť proti hluku. Na určenie charakteristík komunikačného kanála sa používa analýza jeho odozvy na určitý referenčný efekt. Najčastejšie sa ako referencia používajú sínusové signály rôznych frekvencií. Frekvenčná charakteristika ukazuje, ako sa mení amplitúda sínusoidy na výstupe komunikačného vedenia v porovnaní s amplitúdou na jej vstupe pre všetky frekvencie prenášaného signálu. Šírka pásma je rozsah frekvencií, pri ktorých pomer amplitúdy výstupného signálu k vstupnému prekračuje určitú špecifikovanú hranicu (pre výkon 0,5). Toto frekvenčné pásmo definuje frekvenčný rozsah sínusového signálu, pri ktorom sa tento signál prenáša cez komunikačnú linku bez výrazného skreslenia. Šírka pásma ovplyvňuje maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií cez komunikačnú linku. Útlm je definovaný ako relatívny pokles amplitúdy alebo výkonu signálu, keď sa signál určitej frekvencie prenáša cez komunikačnú linku. Útlm I sa zvyčajne meria v decibeloch (dB) a vypočíta sa podľa vzorca: kde P out je výkon signálu na linkovom výstupe; Р in - výkon signálu na linkovom vstupe. Priepustnosť linky (priepustnosť) charakterizuje maximálnu možnú rýchlosť prenosu dát po komunikačnej linke a meria sa v bitoch za sekundu (bit/s), ako aj v odvodených jednotkách Kbps, Mbps, Gbps. Kapacita linky je ovplyvnená fyzickým a logickým kódovaním. Spôsob reprezentácie diskrétnej informácie vo forme signálov prenášaných na komunikačnú linku sa nazýva fyzické kódovanie linky. Spektrum signálu a podľa toho aj šírka pásma závisí od zvolenej metódy kódovania. Teda pre jeden alebo druhý spôsob kódovania môže mať linka rôznu šírku pásma. Ak sa signál zmení tak, že sa dajú rozlíšiť len dva jeho stavy, tak každá jeho zmena bude zodpovedať najmenšej jednotke informácie – bitu. Ak sa signál zmení tak, že je možné rozlíšiť viac ako dva stavy, potom každá jeho zmena nesie niekoľko bitov informácie. Počet zmien v informačnom parametri nosnej vlny (periodický signál) za sekundu sa meria v baudoch. Šírka pásma linky v bitoch za sekundu vo všeobecnosti nie je rovnaká ako prenosová rýchlosť. Môže byť vyššie alebo nižšie ako prenosové číslo a tento pomer závisí od spôsobu kódovania. Ak má signál viac ako dva odlišné stavy, priepustnosť v bitoch/s bude vyššia ako prenosová rýchlosť. Ak sú napríklad informačné parametre fáza a amplitúda sínusoidy a rozlišujú sa 4 stavy fázy (O, 90, 180 a 270) a dve hodnoty amplitúdy, potom má informačný signál osem rozlíšiteľných štátov. V tomto prípade modem pracujúci s rýchlosťou 2400 baudov (s taktovacou frekvenciou 2400 Hz) prenáša informácie rýchlosťou 7200 bps, pretože pri jednej zmene signálu sa prenášajú tri bity informácií. Pri použití signálu s dvoma rôznymi stavmi je možné pozorovať opačný obraz. K tomu dochádza, keď na spoľahlivé rozpoznanie informácie prijímačom je každý bit v sekvencii zakódovaný s niekoľkými zmenami v informačnom parametri nosného signálu. Napríklad pri kódovaní jednej bitovej hodnoty s kladným impulzom a nulovej bitovej hodnoty s impulzom so zápornou polaritou signál zmení svoj stav dvakrát, keď sa každý bit prenesie. Pri tejto metóde kódovania je priepustnosť linky polovičná oproti prenosovej rýchlosti linky. Priepustnosť je ovplyvnená logickým kódovaním, ktoré sa vykonáva pred fyzickým a znamená nahradenie bitov pôvodnej informácie novou sekvenciou bitov, ktoré nesú rovnakú informáciu, ale majú ďalšie vlastnosti (detekcia kódov, šifrovanie). V tomto prípade je skreslená bitová sekvencia nahradená dlhšou sekvenciou, takže je znížená šírka pásma kanála. Vo všeobecnom prípade je vzťah medzi šírkou pásma linky a jej maximálnou možnou šírkou pásma určený vzťahom (8.25). Z tohto vzťahu vyplýva, že hoci neexistuje teoretická hranica pre zvýšenie kapacity linky (s pevnou šírkou pásma), v praxi takáto hranica existuje. Kapacitu linky môžete zvýšiť zvýšením výkonu vysielača alebo znížením výkonu rušenia. Zvýšenie výkonu vysielača však vedie k zvýšeniu jeho veľkosti a nákladov, pričom zníženie šumu vyžaduje použitie špeciálnych káblov s dobrými ochrannými clonami a redukciou šumu v komunikačných zariadeniach. Kapacita kanála je maximálna rýchlosť. Na dosiahnutie tejto prenosovej rýchlosti musia byť informácie zakódované čo najefektívnejším spôsobom. Tvrdenie, že takéto kódovanie je možné, je najdôležitejším výsledkom teórie informácie, ktorú vytvoril Shannon. Shannon dokázal základnú možnosť takéhoto efektívneho kódovania, avšak bez toho, aby definoval konkrétne spôsoby jeho implementácie. (Všimnite si, že v praxi inžinieri často hovoria o kapacite kanála, čo znamená skutočnú, nie potenciálnu prenosovú rýchlosť.) Účinnosť komunikačných systémov je charakterizovaná parametrom rovnajúcim sa rýchlosti prenosu informácií R na jednotku šírky pásma G, tj R / R. Pre ilustráciu existujúcich možností vytvárania efektívnych komunikačných systémov obr. 8.12 sú uvedené grafy závislosti účinnosti prenosu informácie pre rôzne typy M-árnej diskrétnej amplitúdovej, frekvenčnej a fázovej modulácie (okrem binárnej modulácie je modulácia so 4, 8, 16 a dokonca 32 polohami modulovaného parametra tiež používané) na pomere energie jedného bitu k šumu spektrálnej hustoty výkonu (Eo / Mo). Pre porovnanie je zobrazená aj hranica Shannon. Porovnanie kriviek ukazuje najmä to, že ako najefektívnejšie sa ukazuje prenos s diskrétnou fázovou moduláciou, avšak pri konštantnom pomere signálu k šumu je najobľúbenejší typ modulácie 4PSK trikrát horší ako potenciálne dosiahnuteľný jeden. Vernosť prenosu dát charakterizuje pravdepodobnosť skreslenia pre každý prenášaný dátový bit. Ukazovateľom spoľahlivosti je pravdepodobnosť chybného príjmu informačného symbolu - P. 1 ОШ Ryža. 8.12. Efektívnosť digitálnych komunikačných systémov: 1 - Shannonská hranica; 2 - M-ary FMn; 3 - M-ary AMn; 4 - M-ary FSK Hodnota P osh pre komunikačné kanály bez dodatočných prostriedkov ochrany proti chybám je spravidla 10 4 ... 10 6. V komunikačných linkách s optickými vláknami je P osh 10"9. To znamená, že keď P osh = 10 4, v priemere z 10 000 bitov je hodnota jedného bitu skreslená. K bitovým skresleniam dochádza v dôsledku prítomnosti šumu. na linke a z dôvodu skreslenia Preto je pre zvýšenie spoľahlivosti prenášaných dát potrebné zvýšiť úroveň odolnosti liniek voči šumu, ako aj použiť viac širokopásmových komunikačných liniek.V závislosti od média prenosu dát , komunikačné vedenia môžu byť: ■ drôtové (nadzemné); ■ káblové (medené a optické); ■ rádiové kanály pre pozemnú a satelitnú komunikáciu (bezdrôtové komunikačné kanály). izolačné vrkôčiky. a ja Cez takéto komunikačné linky sa spravidla prenášajú telefónne a telegrafné signály. 8.3.1.

K prenosu informácie dochádza od zdroja k príjemcovi (príjemcovi) informácie. Zdroj informácia môže byť čokoľvek: akýkoľvek predmet alebo jav živej alebo neživej povahy. Proces prenosu informácií prebieha v určitom hmotnom prostredí, ktoré oddeľuje zdroj a príjemcu informácie, čo je tzv kanál prenos informácií. Informácie sa prenášajú kanálom vo forme sekvencie signálov, symbolov, znakov, ktoré sa nazývajú správu. Príjemca informácia je objekt, ktorý prijíma správu, v dôsledku čoho dochádza k určitým zmenám v jeho stave. Všetko vyššie uvedené je schematicky znázornené na obrázku.

Prenos informácií

Človek prijíma informácie zo všetkého, čo ho obklopuje prostredníctvom zmyslov: sluch, zrak, čuch, hmat, chuť. Najväčšie množstvo informácií dostáva človek sluchom a zrakom. Zvukové správy sú vnímané sluchom – akustické signály v súvislom médiu (najčastejšie vo vzduchu). Zrak vníma svetelné signály, ktoré prenášajú obraz predmetov.

Nie každá správa je pre človeka informatívna. Napríklad, hoci sa človeku prenesie správa v nezrozumiteľnom jazyku, neobsahuje preňho informáciu a nemôže spôsobiť adekvátne zmeny v jeho stave.

Informačný kanál môže byť buď prirodzený (atmosférický vzduch, ktorým sa prenášajú zvukové vlny, slnečné svetlo odrážané od pozorovaných objektov), ​​alebo môže byť vytvorený umelo. V druhom prípade hovoríme o technických komunikačných prostriedkoch.

Technické informačné systémy na prenos

Prvým technickým prostriedkom na prenos informácií na diaľku bol telegraf, ktorý v roku 1837 vynašiel Američan Samuel Morse. V roku 1876 vynašiel Američan A. Bell telefón. Na základe objavu elektromagnetických vĺn nemeckým fyzikom Heinrichom Hertzom (1886), A.S. Popov v Rusku v roku 1895 a takmer súčasne s ním v roku 1896 G. Marconi v Taliansku vynašiel rádio. Televízia a internet sa objavili v 20. storočí.

Všetky uvedené technické spôsoby informačnej komunikácie sú založené na prenose fyzického (elektrického alebo elektromagnetického) signálu na diaľku a podliehajú niektorým všeobecným zákonom. Štúdium týchto zákonov sa zaoberá teória komunikácie, ktorý vznikol v 20. rokoch 20. storočia. Matematický aparát teórie komunikácie - matematická teória komunikácie, vyvinul americký vedec Claude Shannon.

Claude Elwood Shannon (1916-2001), USA

Claude Shannon navrhol model procesu prenosu informácií prostredníctvom technických komunikačných kanálov, ktorý predstavuje diagram.

Systém prenosu technických informácií

Kódovanie tu znamená akúkoľvek transformáciu informácie pochádzajúcej zo zdroja do formy vhodnej na jej prenos cez komunikačný kanál. Dekódovanie - spätná transformácia signálnej sekvencie.

Fungovanie takejto schémy možno vysvetliť pomocou známeho procesu telefonovania. Zdrojom informácií je hovoriaca osoba. Kodérom je mikrofón telefónneho slúchadla, pomocou ktorého sa zvukové vlny (reč) premieňajú na elektrické signály. Komunikačným kanálom je telefónna sieť (drôty, telefónne ústredne, cez ktoré prechádza signál). Dekódovacím zariadením je telefónne slúchadlo (slúchadlo) počúvajúcej osoby - prijímač informácií. Tu sa prichádzajúci elektrický signál mení na zvuk.

Na rovnakom princípe fungujú aj moderné počítačové systémy na prenos informácií – počítačové siete. Existuje proces kódovania, ktorý konvertuje binárny počítačový kód na fyzický signál typu, ktorý sa prenáša cez komunikačný kanál. Dekódovanie spočíva v premene prenášaného signálu späť na počítačový kód. Napríklad pri používaní telefónnych liniek v počítačových sieťach funkcie kódovania a dekódovania vykonáva zariadenie nazývané modem.

Šírka pásma kanála a rýchlosť prenosu informácií

Vývojári systémov prenosu technických informácií musia vyriešiť dva vzájomne súvisiace problémy: ako zabezpečiť najvyššiu rýchlosť prenosu informácií a ako znížiť straty informácií pri prenose. Claude Shannon bol prvým vedcom, ktorý riešil tieto problémy a vytvoril na tú dobu novú vedu – informačnej teórie.

K. Shannon definoval metódu merania množstva informácií prenášaných komunikačnými kanálmi. Predstavil koncept šírka pásma kanála,ako maximálnu možnú rýchlosť prenosu informácií. Táto rýchlosť sa meria v bitoch za sekundu (rovnako ako v kilobitoch za sekundu, megabitoch za sekundu).

Šírka pásma komunikačného kanála závisí od jeho technickej implementácie. Napríklad v počítačových sieťach sa používajú tieto komunikačné prostriedky:

Telefónne linky,

Elektrická káblová komunikácia,

Komunikácia cez optický kábel,

Rádiová komunikácia.

Priepustnosť telefónnych liniek je desiatky, stovky Kbit/s; priepustnosť optických liniek a rádiových komunikačných liniek sa meria v desiatkach a stovkách Mbit/s.

Hluk, ochrana pred hlukom

Pojem „šum“ označuje rôzne druhy rušenia, ktoré skresľuje prenášaný signál a vedie k strate informácií. K takémuto rušeniu dochádza predovšetkým z technických dôvodov: nízka kvalita komunikačných liniek, vzájomná neistota rôznych tokov informácií prenášaných rovnakými kanálmi. Niekedy, keď hovoríme po telefóne, počujeme hluk, praskanie, zasahovanie do porozumenia partnera alebo rozhovor úplne iných ľudí je prekrývaný s naším rozhovorom.

Prítomnosť šumu vedie k strate prenášaných informácií. V takýchto prípadoch je potrebná ochrana proti hluku.

V prvom rade sa používajú technické metódy na ochranu komunikačných kanálov pred účinkami hluku. Napríklad použitie tieneného kábla namiesto holého drôtu; použitie rôznych druhov filtrov, ktoré oddeľujú užitočný signál od šumu atď.

Bol navrhnutý Claude Shannon teória kódovania poskytovanie metód riešenia hluku. Jednou z dôležitých myšlienok tejto teórie je, že kód prenášaný cez komunikačnú linku by mal byť nadbytočný... Vďaka tomu môže byť kompenzovaná strata niektorej časti informácie počas prenosu. Ak vás napríklad počas telefonovania zle počujete, potom tým, že každé slovo dvakrát zopakujete, máte väčšiu šancu, že vám ten druhý správne porozumie.

Redundanciu však nemôžete urobiť príliš veľkou. To povedie k oneskoreniam a vyšším nákladom na komunikáciu. Teória kódovania vám umožňuje získať kód, ktorý je optimálny. V tomto prípade bude redundancia prenášaných informácií minimálna a spoľahlivosť prijatých informácií bude maximálna.

V moderných digitálnych komunikačných systémoch sa na boj proti strate informácií počas prenosu často používa nasledujúca technika. Celá správa je rozdelená na časti - balíkov... Pre každý paket sa počíta kontrolná suma(súčet binárnych číslic), ktorý sa odosiela s týmto paketom. V mieste príjmu sa prepočíta kontrolný súčet prijatého paketu a ak sa nezhoduje s počiatočným súčtom, prenos tohto paketu sa zopakuje. Toto bude pokračovať, kým sa nezhodujú počiatočné a konečné kontrolné súčty.

Vzhľadom na prenos informácií v propedeutických a základných kurzoch informatiky treba túto tému diskutovať predovšetkým z pozície človeka ako príjemcu informácií. Schopnosť prijímať informácie z okolitého sveta je najdôležitejšou podmienkou existencie človeka. Ľudské zmysly sú informačné kanály ľudského tela, ktoré spájajú človeka s vonkajším prostredím. Na tomto základe sa informácie delia na vizuálne, zvukové, čuchové, hmatové, chuťové. Zdôvodnenie toho, že chuť, čuch a dotyk prenášajú k človeku informácie, je nasledovné: pamätáme si vône známych predmetov, chuť známych jedál a známe predmety rozpoznávame hmatom. A obsahom našej pamäte sú uložené informácie.

Žiakom treba povedať, že vo svete zvierat je informačná úloha zmyslových orgánov odlišná od ľudskej. Dôležitú informačnú funkciu pre zvieratá plní čuch. Zvýšený čuch služobných psov využívajú orgány činné v trestnom konaní na pátranie po zločincoch, odhaľovanie drog a pod. Zrakové a zvukové vnímanie zvierat sa líši od vnímania ľudí. Napríklad je známe, že netopiere počujú ultrazvuk, zatiaľ čo mačky vidia v tme (z ľudského pohľadu).

V rámci tejto témy by študenti mali byť schopní uviesť konkrétne príklady procesu prenosu informácií, určiť pre tieto príklady zdroj, príjemcu informácie, kanály používané na prenos informácií.

Pri štúdiu informatiky na strednej škole by sa študenti mali oboznámiť s hlavnými ustanoveniami teórie technickej komunikácie: pojmami kódovanie, dekódovanie, rýchlosť prenosu informácií, šírka pásma kanála, hluk, ochrana pred hlukom. Tieto otázky možno zvážiť v rámci témy „Technické prostriedky počítačových sietí“.

Na obr. 1 sa prijímajú tieto označenia: X, Y, Z, W- signály, správy ; f- prekážka; LS- komunikačná linka; AI, PI- zdroj a príjemca informácií; NS- prevodníky (kódovanie, modulácia, dekódovanie, demodulácia).

Existujú rôzne typy kanálov, ktoré možno klasifikovať podľa rôznych kritérií:

1.Podľa typu komunikačných liniek: drôtové; kábel; optických vlákien;

elektrické vedenie; rozhlasové kanály atď.

2... Podľa povahy signálov: nepretržitý; diskrétne; diskrétne-kontinuálne (signály na vstupe systému sú diskrétne a na výstupe sú spojité a naopak).

3... Pre odolnosť proti hluku: kanály bez rušenia; s interferenciou.

Komunikačné kanály sa vyznačujú:

1. Kapacita kanála definovaný ako súčin času používania kanála T do,šírka pásma frekvencií prechádzajúcich kanálom F až a dynamický rozsah D až... , ktorá charakterizuje schopnosť kanála prenášať rôzne úrovne signálu

V až = T až F až D až. (1)

Podmienka zhody signálu s kanálom:

V c £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; V c £ V k ; D c £ D k.

2.Rýchlosť prenosu informácií - priemerné množstvo informácií prenesených za jednotku času.

3.

4. Nadbytok - zabezpečuje spoľahlivosť prenášaných informácií ( R= 0¸1).

Jednou z úloh teórie informácie je určiť závislosť rýchlosti prenosu informácie a kapacity komunikačného kanála od parametrov kanála a charakteristiky signálov a rušenia.

Komunikačný kanál možno obrazne prirovnať k cestám. Úzke cesty – nízka šírka pásma, ale lacné. Široké cesty - dobrá premávka, ale drahé. Šírka pásma je určená "úzkym miestom".

Rýchlosť prenosu dát do značnej miery závisí od prenosového média v komunikačných kanáloch, ktorými sú rôzne typy komunikačných liniek.

Káblové:

1. Drôtové- krútená dvojlinka (ktorá čiastočne potláča elektromagnetické žiarenie z iných zdrojov). Prenosové rýchlosti až 1 Mbps. Používa sa v telefónnych sieťach a na prenos dát.

2. Koaxiálny kábel. Prenosová rýchlosť 10-100 Mbps - používa sa v lokálnych sieťach, káblovej televízii a pod.

3... Optických vlákien. Prenosová rýchlosť je 1 Gbps.

V prostrediach 1–3 je útlm v dB lineárny so vzdialenosťou, t.j. výkon klesá exponenciálne. Preto je po určitej vzdialenosti potrebné inštalovať regenerátory (zosilňovače).

Rádiové linky:

1.Rádiový kanál. Prenosová rýchlosť je 100-400 Kbps. Používa rádiové frekvencie až do 1000 MHz. Až 30 MHz sa v dôsledku odrazu od ionosféry môžu šíriť elektromagnetické vlny za hranicu zorného poľa. Ale tento rozsah je veľmi hlučný (napríklad amatérske rádio). Od 30 do 1000 MHz - ionosféra je priehľadná a je potrebná priama viditeľnosť. Antény sú inštalované vo výške (niekedy sú inštalované regenerátory). Používa sa v rozhlase a televízii.

2.Mikrovlnné linky. Prenosové rýchlosti až 1 Gbps. Používajte rádiové frekvencie nad 1000 MHz. To si vyžaduje priamu viditeľnosť a vysoko smerové parabolické antény. Vzdialenosť medzi regenerátormi je 10–200 km. Používa sa na telefonovanie, televíziu a prenos dát.

3. Satelitné pripojenie... Využívajú sa mikrovlnné frekvencie a satelit slúži ako regenerátor (a pre mnohé stanice). Charakteristiky sú rovnaké ako pre mikrovlnné linky.

2. Šírka pásma diskrétneho komunikačného kanála

Diskrétny kanál je súbor prostriedkov na prenos diskrétnych signálov.

Šírka pásma komunikačného kanála - najvyššia teoreticky dosiahnuteľná rýchlosť prenosu informácií za predpokladu, že chyba nepresiahne danú hodnotu. Rýchlosť prenosu informácií - priemerné množstvo informácií prenesených za jednotku času. Definujme výrazy na výpočet rýchlosti prenosu informácií a šírky pásma diskrétneho komunikačného kanála.

Pri prenose každého symbolu v priemere množstvo informácií prechádza komunikačným kanálom, určeným vzorcom

I (Y, X) = I (X, Y) = H (X) - H (X / Y) = H (Y) - H (Y / X) , (2)

kde: I (Y, X) - vzájomné informácie, teda množstvo informácií obsiahnutých v Y pomerne X ;H (X)- entropia zdroja správy; H (X / Y)- podmienená entropia, ktorá určuje stratu informácie na symbol spojenú s prítomnosťou šumu a skreslenia.

Pri odosielaní správy X T trvanie T, zložený z n elementárnych symbolov sa priemerné množstvo prenášaných informácií, berúc do úvahy symetriu vzájomného množstva informácií, rovná:

Ja (Y T , XT) = H (XT) - H (XT / YT) = H (YT) - H (YT / XT) = n. (4)

Rýchlosť prenosu informácií závisí od štatistických vlastností zdroja, metódy kódovania a vlastností kanála.

Šírka pásma diskrétneho komunikačného kanála

. (5)

Maximálna možná hodnota, t.j. maximum funkcionálu sa hľadá na celej množine funkcií rozdelenia pravdepodobnosti p (X) .

Priepustnosť závisí od technických charakteristík kanálu (rýchlosť zariadenia, typ modulácie, úroveň rušenia a skreslenia atď.). Jednotky merania kapacity kanála sú:,,,.

2.1 Diskrétny komunikačný kanál bez rušenia

Ak v komunikačnom kanáli nedochádza k rušeniu, potom sú vstupné a výstupné signály kanála spojené jednoznačným funkčným vzťahom.

V tomto prípade sa podmienená entropia rovná nule a nepodmienené entropie zdroja a prijímača sa rovnajú, t.j. priemerné množstvo informácií v prijatom symbole vzhľadom na prenášané je

I (X, Y) = H (X) = H (Y); H (X/Y) = 0.

Ak X T- počet znakov pre daný čas T, potom je rýchlosť prenosu informácií pre diskrétny komunikačný kanál bez rušenia

(6)

kde V = 1/ - priemerná bitová rýchlosť jedného symbolu.

Šírka pásma pre diskrétny komunikačný kanál bez rušenia

(7)

Pretože maximálna entropia zodpovedá ekvipravdepodobným symbolom, potom šírka pásma pre rovnomerné rozloženie a štatistickú nezávislosť prenášaných symbolov je:

. (8)

Shannonova veta o prvom kanáli: Ak je tok informácií generovaných zdrojom dostatočne blízko k šírke pásma komunikačného kanála, t.j.

, kde je ľubovoľne malé množstvo,

potom môžete vždy nájsť taký spôsob kódovania, ktorý zabezpečí prenos všetkých správ zo zdroja a rýchlosť prenosu informácií bude veľmi blízka kapacite kanála.

Veta neodpovedá na otázku, ako vykonať kódovanie.

Príklad 1 Zdroj vygeneruje 3 správy s pravdepodobnosťou:

p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 a p 3 = 0,7.

Správy sú nezávislé a sú prenášané v jednotnom binárnom kóde ( m = 2 ) s dĺžkou trvania symbolu 1 ms. Určite rýchlosť prenosu informácií cez komunikačný kanál bez rušenia.

Riešenie: Entropia zdroja je

[bit/s].

Na prenos 3 správ s jednotným kódom sú potrebné dva bity, pričom trvanie kombinácie kódov je 2t.

Priemerná rýchlosť signálu

V =1/2 t = 500 .

Rýchlosť prenosu informácií

C = vH = 500 × 1,16 = 580 [bps].

2.2 Diskrétny komunikačný kanál s rušením

Budeme uvažovať o diskrétnych komunikačných kanáloch bez pamäte.

Kanál bez pamäte Volá sa kanál, v ktorom je každý prenášaný signálový symbol ovplyvnený interferenciou, bez ohľadu na to, ktoré signály boli prenášané skôr. To znamená, že interferencia nevytvára ďalšie korelácie medzi symbolmi. Názov „bez pamäte“ znamená, že pri nasledujúcom prenose sa zdá, že kanál si nepamätá výsledky predchádzajúcich prenosov.

Prenosové kanály, ich klasifikácia a základné charakteristiky

Základné pojmy a definície: prenosový kanál, jeho dynamický rozsah, efektívne prenášané frekvenčné pásmo, čas, počas ktorého je kanál poskytovaný na prenos primárneho signálu, kapacita kanála. Hlavné parametre a charakteristiky kanála. Princípy normalizácie odchýlky zvyškového útlmu, frekvenčná odozva, koncept "šablóny". Fázovo-frekvenčná odozva. Amplitúdová charakteristika a jej rôzne formy. Typické kanály a ich hlavné charakteristiky.

Kľúčovými pojmami technológie telekomunikačných systémov a sietí sú prenosový kanál a telekomunikačný kanál.

Prenosový kanál je súbor technických prostriedkov a prenosového média, ktoré zabezpečuje prenos telekomunikačných signálov v určitom frekvenčnom pásme alebo pri určitej prenosovej rýchlosti medzi koncovými alebo medziľahlými bodmi telekomunikačných sietí.

Podľa spôsobov prenosu signálov sa rozlišujú telekomunikácie analógový a digitálny kanály.

1) Analógové kanály sa ďalej delia na nepretržitý a diskrétne v závislosti od zmeny informačného parametra signálu.

2) Digitálne kanály sú rozdelené do kanálov pomocou pulzná kódová modulácia (ICM ) , pomocou kanálov diferenciálny PCM a kanály založené na delta modulácia ... Kanály, v ktorých sa v niektorých oblastiach používajú analógové spôsoby prenosu signálu a v iných spôsoby prenosu digitálneho signálu, sa nazývajú zmiešané prenosové kanály.

Analógové typické hlasové frekvenčné kanály, typické primárne, sekundárne, terciárne a kvartérne širokopásmové kanály. Typické kanály na prenos zvukových vysielacích signálov, obrazových signálov a zvukovej stopy televízie;

V závislosti od prenosovej rýchlosti a súladu parametrov kanála so stanovenými normami sa rozlišujú: hlavný digitálny kanál, primárne, sekundárne, terciárne, kvartérne a kvartérne digitálne kanály ;

Podľa typu prostredia na šírenie telekomunikačných signálov sa rozlišujú: káblové kanály organizované káblovými a menej často nadzemnými komunikačnými linkami a rádiové komunikačné kanály organizované rádioreléovými a satelitnými komunikačnými linkami.

Telekomunikačný kanál sa nazýva súbor technických prostriedkov a distribučné prostredie, ktoré zabezpečuje prenos primárnych signálov telekomunikácie z prevodníka správy na primárny signál na primárny prevodník signálu na správu.

Okrem vyššie uvedenej klasifikácie sa telekomunikačné kanály ďalej delia

Podľa typu prenášaných primárnych signálov (alebo správ) sa rozlišujú telefónne kanály, kanály zvukového vysielania, televízne kanály, televízia

graf kanály a kanály na prenos údajov ;

Podľa spôsobov organizácie obojsmernej komunikácie rozlišujú dvojvodičové jednopostranné pásmo, dvojvodičové obojsmerné a štvorvodičový jednostranný kanál;

Na územnom základe sú telekomunikačné kanály rozdelené na medzinárodné, medzimestské, kmeňové, zónové a miestne .

Uvažovaná klasifikácia prenosových a telekomunikačných kanálov (ďalej len kanály) zodpovedá zavedenej praxi ich organizácie a vývoju požiadaviek na ich hlavné parametre a charakteristiky, ktoré sú zvyčajne spojené s príslušnými parametrami a charakteristikami primárnych signálov.

Kanál možno charakterizovať tromi parametrami:

1) efektívne prenášaná šírka pásma DF Komu, ktorým je kanál schopný prejsť pri splnení požiadaviek na kvalitu prenosu signálu;

2) čas T Komu počas ktorého je kanál poskytnutý na prenos signálov alebo správ;

3) dynamický rozsah D Komu, ktorý sa chápe ako vzťah formy

kde P kmmax- maximálny neskreslený výkon, ktorý je možné preniesť cez kanál; P cmin- minimálny výkon signálu, pri ktorom je zabezpečená potrebná odolnosť proti rušeniu.

Je zrejmé, že prenos signálu s parametrami DF c ,T s a D c podľa kanála s parametrami DF Komu ,T Komu a D Komu možné za podmienky

Súčin troch kanálových parametrov V Komu = D Komu × F Komu × T Komu zavolal mu kapacita... Signál je možné prenášať cez kanál, ak jeho kapacita nie je menšia ako objem signálu (pozri prednášku 2). Ak systém nerovníc (3.2) neplatí, tak je to možné deformácia jeden z parametrov signálu, ktorý umožňuje zosúladiť jeho hlasitosť s kapacitou kanála. V dôsledku toho môže byť podmienka možnosti prenosu signálu cez kanál predstavená vo všeobecnejšej forme

V Komu ³ V s . (3.3)

Kanál sa vyznačuje bezpečnosťou

, (3.4)

kde P NS Je sila rušenia v kanáli.

Šírka pásma kanála je opísaná nasledujúcim výrazom

, (3.5)

kde P St Je priemerný výkon signálu prenášaného cez kanál.

Prenosový kanál je ako štvorportová sieť

Prenosový kanál ako súbor technických prostriedkov a média na šírenie elektrického signálu je kaskádové spojenie rôznych štvorpólov. v filtrovanie, konverzia signálov, ich zosilnenie a korekcia. Preto môže byť kanál reprezentovaný ekvivalentný štvorpólový, ktorých parametre a charakteristiky určujú kvalitu prenosu signálu, Obr. 3.1.

Ryža. 3.1. Prenosový kanál je ako štvorportová sieť

Na obr.3.1 sú prijaté nasledujúce označenia: 1-1 a 2-2 - vstupné a výstupné svorky; ja v (jw) a ja von (jw) - komplexné vstupné a výstupné prúdy; U v (jw) a U von (jw) - komplexné vstupné a výstupné napätia; Z v (jw) a Z von (jw) - komplexné vstupné a výstupné odpory (hodnoty sú spravidla čisto aktívne a rovnaké, t.j. Z v = R v = Z von = R von);K(jw) =U von (jw) /U v (jw) =TO(w )× e jb (w) - komplexný koeficient prenosu napätia, TO(w) Je modul koeficientu prenosu a b(w) - fázový posun medzi vstupnými a výstupnými signálmi; ak sa vezme pomer výstupného prúdu k vstupnému prúdu, potom hovoríme o pomere prenosu prúdu; u v (t), u von (t) - okamžité hodnoty napätia vstupných a výstupných signálov a R v a R von - vstupné a výstupné úrovne napätia alebo výkonu signálu.

Prenosové kanály fungujú medzi skutočnými záťažami Z n1 (jw) a Z n2 (jw) pripojený na svorky 1-1 a 2-2.

Vlastnosti kanálov a ich súlad s požiadavkami na kvalitu prenosu správ určuje množstvo parametrov a charakteristík.

Prvým a jedným z hlavných parametrov kanálov je zvyškový útlm A r, ktorý sa chápe ako prevádzkový útlm kanála, meraný alebo vypočítaný za podmienok pripojenia na svorky 1-1a 2-2 (obr. 3.1) aktívne odpory zodpovedajúce menovitým hodnotámR v aR von resp. Vstupné a výstupné odpory jednotlivých zariadení prenosového kanála sú navzájom v dobrej zhode. Za tejto podmienky možno prevádzkový útlm kanála považovať za rovný súčtu charakteristika(vlastný) tlmenie samostatné zariadenia bez zohľadnenia odrazov. Potom môže byť zvyškový útlm kanála určený vzorcom;

, (3.1)

kde R v a R von- úrovne na vstupe a výstupe kanála (pozri obr. 3.1); A r- útlm i- th a S j - zisk j- štvorportové siete, ktoré tvoria prenosový kanál.

Znamená to, že zvyškový útlm(OZ) kanál predstavujeje algebraický súčet útlmu a zisku a je vhodný na výpočty A r keď je známy útlm sekcií zosilnenia a zosilnenie zosilňovačov. OZ sa meria pri špecifickom pre každého frekvencia merania kanála.

Počas prevádzky kanál OZ nezostáva konštantný, ale odchyľuje sa od menovitej hodnoty pod vplyvom rôznych destabilizujúcefaktory. Tieto zmeny v OZ sú tzv nestabilita, ktorá sa odhaduje pomocou maximálnych a stredných hodnôt odchýlok OZ od nominálnej hodnoty alebo hodnoty ich rozptylu.

Zvyškový útlm kanála súvisí s jeho šírkou pásma. Frekvenčné pásmo kanála, v rámci ktorého sa zvyškový útlm líši od nominálneho maximálne o určitú hodnotu DA r, sa nazýva efektívne prenášanú šírku pásma (EPHP). Prípustné odchýlky OZ sú normalizované v rámci ESPC DA r z nominálnej hodnoty. Najbežnejšou metódou štandardizácie je použitie „šablón“ prípustných odchýlok OZ Približný pohľad na takúto šablónu je na obr. 3.2.

Ryža. 3.2. Približná šablóna prípustných odchýlok zvyškového útlmu prenosového kanála

Na obr. 3.2 je prijaté nasledovné označenie f 0 - frekvencia, pri ktorej sa určuje nominálna hodnota OZ; f n , f v - spodné a horné hraničné frekvencie ESPC; 1,2 - limity dovolených odchýlok OZ; 3 je pohľad na nameranú frekvenčnú charakteristiku OZ. Odchýlky OZ od nominálnej sú určené vzorcom

, (3.2)

kde f - aktuálna frekvencia a f 0 – frekvencia určovania menovitej hodnoty OZ.

Úzko súvisí s konceptom EHPR frekvenčná odozva -Frekvenčná odozva(alebo jednoducho frekvenčná odozva ) kanála, ktorým sa rozumie závislosť zvyškového útlmu od frekvencie A r =j h (f)na konštantnej úrovni na vstupe kanála, t.j. R v = konšt. Táto charakteristika vyhodnocuje amplitúdovo-frekvenčné (pravé frekvencie) skreslenia spôsobené kanálom v dôsledku závislosti jeho OZ od frekvencie. Prípustné skreslenia sú určené vzorom odchýlok OZ v rámci ESPC. Približný pohľad na frekvenčnú odozvu kanála je znázornený na obr. 3.3.

Pre prenos množstva telekomunikačných signálov je to dôležité fázovo-frekvenčná odozva - PFC(jednoducho fázová charakteristika ) kanál, čo sa chápe ako závislosť fázového posunu medzi výstupným a vstupným signálom od frekvencie, t.j. b = j f (f). Celkový pohľad na fázovú odozvu kanála je znázornený na obr. 3.4

(riadok 1).

Obr. 3. Frekvenčná odozva kanála. Obr. 4. Fázová charakteristika kanála.

V strednej časti ESPH je špecifikovaná charakteristika blízka lineárnej a na jej hraniciach je badateľná nelinearita v dôsledku filtrov, ktoré sú súčasťou prenosového kanála. Vzhľadom na skutočnosť, že priame meranie fázového posunu zavedeného kanálom je ťažké, frekvenčná odozva sa považuje za posúdenie fázového skreslenia. čas skupinovej prepravy - GWP(alebo spomalenie - GVZ)

t (w ) = db(w) / dw, (3.3)

kde b (w) - fázovo-frekvenčná charakteristika. Približný pohľad na frekvenčnú odozvu SHG je znázornený na obrázku 3.4 (riadok 2).

Určujú frekvenčné charakteristiky zvyškového útlmu, fázového posunu alebo doby prechodu skupiny lineárne skreslenie zavedené prenosovými kanálmi, keď cez ne prechádzajú telekomunikačné signály.

Závislosť výkonu, napätia, prúdu alebo ich úrovní na výstupe kanálu od výkonu, napätia, prúdu alebo ich úrovní na vstupe kanála sa nazývajú amplitúdová charakteristika –OH... Kanálom AX sa rozumie aj závislosť zvyškového útlmu kanálu od úrovne signálu na jeho vstupe, t.j. A r =j a (R v), merané pri určitej podmienenej konštantnej frekvencii meracieho signálu na vstupe kanála, t.j. f rev= konšt.

Amplitúdová charakteristika kanála môže byť reprezentovaná rôznymi závislosťami znázornenými na obr. 3.5: U von =j n (U v) (Obrázok 3.5a, riadky 1 a 2), A r = j A (R v) (obr. 3.5 b, riadok 1), R v =j R (R von) (obrázok 3.5b, riadky 2 a 3), kde sú prijaté tieto označenia: U v , U von- signálové napätie na vstupe a výstupe kanála; R v , R von - úrovne (napätie, výkon) signálov na vstupe a výstupe kanála; A r- zvyškový útlm prenosového kanála.

Z preskúmania grafov znázornených na obrázku 3.5 je zrejmé, že AX má tri časti:

1) nelineárny úsek pri nízkom napätí alebo úrovniach signálu na vstupe kanála. V tomto prípade je nelinearita AH vysvetlená porovnateľnosťou úrovne napätia alebo signálu so šumom samotného kanála;

2) lineárny úsek pri hodnotách napätia alebo úrovne vstupného signálu, ktorý sa vyznačuje priamou úmernosťou medzi napätím (úrovňou) signálu na vstupe kanála a napätím (úrovňou) signálu pri výstup kanála;

Obr. 5. Amplitúdová charakteristika prenosového kanála

3) úsek s výraznou nelinearitou pri hodnotách vstupného napätia (úrovne) signálu nad maximom U Max (R Max), ktorý sa vyznačuje vzhľadom nelineárne skreslenie. Ak je uhol sklonu priamky zodpovedajúcej lineárnemu úseku AX rovný 45 0, potom sa napätie (úroveň) signálu na výstupe kanála rovná napätiu (úrovni) na jeho vstupe. Ak je uhol sklonu menší ako 45°, potom v kanáli nastáva útlm, a ak je uhol sklonu väčší ako 45°, dochádza k zosilneniu v kanáli. Ak A r > 0, potom kanál zavádza útlm (útlm), ak A r <0, то канал передачи вноситzvyškový zisk.

Nevýznamná nelinearita АХ pri nízkych hodnotách vstupného napätia alebo úrovne signálu neovplyvňuje kvalitu prenosu a možno ju zanedbať. Nelinearita AX pri významných hodnotách napätia alebo úrovne vstupného signálu, ktoré presahujú lineárny úsek AX, sa prejavujú výskytom harmonické alebo kombinačné frekvencie výstupného signálu. Podľa AH sa dá len približne odhadnúť veľkosť nelineárneho skreslenia. Presnejšie povedané, odhaduje sa množstvo nelineárneho skreslenia v kanáloch koeficient nelineárneho skreslenia alebo útlm nelinearity.

alebo
, (3.4)

kde U 1 g - efektívna hodnota napätia prvého (základná harmonická meracieho signálu; U 2 g ,U 3d atď. - RMS hodnoty napätia druhého, tretieho atď. harmonické signály vznikajúce z nelinearity prenosového kanála AX. Okrem toho v technológii viackanálových telekomunikačných systémov je tento koncept široko používaný tlmenie nelinearity harmonickými

A ng = 20 lg ( U 1 g / U n G) =R 1 g - R n G ,n = 2, 3 …, (3.5)

kde R 1 g - absolútna úroveň prvá harmonická merací signál, R n G - absolútna úroveň n-Ochharmonické kvôli nelinearite AX kanála.

Digitálne kanály sú charakterizované prenosovou rýchlosťou a hodnotí sa kvalita prenosu signálu chybovosť , ktorý sa chápe ako pomer počtu digitálnych signálových čipov prijatých s chybami k celkovému počtu signálových čipov vyslaných počas doby merania

TO osh = N osh / N =N osh / VT, (3.6)

kde N osh- počet chybne prijatých prvkov; N - celkový počet prevedených položiek; V- prenosová rýchlosť; T- čas merania (pozorovania).

Telekomunikačné systémy by mali byť postavené tak, aby kanály mali určitú univerzálnosť a boli vhodné na prenos rôznych typov správ. Tieto vlastnosti majú typické kanály , ktorých parametre a charakteristiky sú normalizované. Typické kanály môžu byť jednoduché, tie. neprechádza cez tranzitné zariadenie, a zložka, t.j. prechádzajúce cez tranzitné zariadenie.

Typické prenosové kanály

Tónový frekvenčný kanál . Typický analógový prenosový kanál s frekvenčným pásmom 300 ... 3400 Hz a s normalizovanými parametrami a charakteristikami sa nazýva kanál frekvencie tónu - KTCH.

Normalizovaná (nominálna hodnota) relatívnej (meracej) úrovne na vstupe CTF je R v = - 13dBm 0, na výstupe KTCH R von = + 4dBm 0. Frekvencia meracieho signálu sa považuje za f rev = 1020Hz(predtým 800 Hz). Teda nominálny zvyškový útlm CTF je A r = - 17dB, t.j. CTCH zavádza zisk rovný 17 dB.

Efektívne prenášaná šírka pásma KTCH (zložená a maximálna dĺžka) je pásmo, pri ktorého krajných frekvenciách (0,3 a 3,4 kHz) je zvyškový útlm Ar o 8,7 dB vyšší ako zvyškový útlm pri frekvencii 1020 Hz (predtým 800 Hz).

Frekvenčná odozva odchýlok zvyškového útlmu DA r z nominálnej hodnoty (- 17 dB) musí zostať vo vnútri šablóna znázornené na obr. 3.6.

Ryža. 3.6. Šablóna prípustných odchýlok zvyškového útlmu CTF

Pre splnenie požiadaviek na frekvenčnú charakteristiku zvyškového útlmu sa jeho nepravidelnosť pre jednoduchý kanál s dĺžkou 2500 km musí zmestiť do prerozdelení uvedených v tabuľke. 3.1.

Tabuľka 3.1

f, kHz
DA r , dB

Fázovo-frekvenčné skreslenia majú malý vplyv na kvalitu prenosu rečového signálu, ale keďže QFT sa používa na prenos iných primárnych signálov, veľké fázovo-frekvenčné skreslenia alebo nerovnomerná frekvenčná odozva skupinového tranzitného času (GTP) sú neprijateľné. Preto sú odchýlky GWP od jeho hodnoty pri frekvencii 1900 normalizované. Hz pre jednoduchý kanál s dĺžkou 2500 km, tabuľka 3.2.

Tabuľka 3.2

f,kHz

Dt,pani

Prirodzene, pre kompozitné kanály budú odchýlky GWG toľkokrát, koľkokrát existujú jednoduché kanály, ktoré organizujú kompozit.

Amplitúdová charakteristika CTF je normalizovaná takto: zvyškový útlm jednoduchého kanála musí byť konštantný s presnosťou 0,3 dB keď sa úroveň meracieho signálu zmení z -17,5 na +3,5 dB v bode s nulovou úrovňou merania pri akejkoľvek frekvencii v rozsahu ESPC. Celkové harmonické skreslenie pre jednoduchý kanál by nemalo presiahnuť 1,5 % (1 % pri 3. harmonickej) pri nominálnej prenosovej úrovni pri frekvencii 1020 Hz.

Štandardizácia sa týka aj miery zosúladenia vstupných a výstupných odporov CTF s odpormi vonkajších obvodov - záťaží: vnútorný odpor zdroja prenášaných signálov a odpor záťaže. Vstupný a výstupný odpor CTF musí byť čisto aktívny a rovnaký R v =R von = 600Ohm... Kanálový vstup a výstup musí byť symetrické, koeficient odrazyd alebo rozpadový nesúlad(odrazy)A d rovná, v uvedenom poradí, by nemala presiahnuť 10 % alebo 20 dB.

(3.7)

nesmie presiahnuť 10 % alebo 20 %. dB... Tu je Zn nominálna a Zp skutočná hodnota odporu.

Dôležitým ukazovateľom kvality prenosu cez CTCH je výkon rušenia, ktorý sa meria špeciálnym prístrojom tzv psofometer („Psophos“ - v gréčtine znamená hluk). Psofometer je voltmeter s pravouhlou rektifikačnou charakteristikou. Výber tejto charakteristiky sa vysvetľuje tým, že ucho výkonovo sčítava hluk z jednotlivých zdrojov a výkon je úmerný druhej mocnine napätia alebo prúdu. Psofometre sa od bežných kvadratických voltmetrov líšia frekvenčnou závislosťou ich citlivosti. Táto závislosť zohľadňuje rozdielnu citlivosť ucha na jednotlivých frekvenciách zaradených do spektra rušenia a šumu a je tvorená vážením psofometrickáfilter.

Keď je na vstup psofometra privedené napätie s frekvenciou 800 Hz s nulovou úrovňou merania sa jeho hodnota bude rovnať 775 mV... Na získanie rovnakej hodnoty pri rôznych frekvenciách by úrovne mali byť väčšinou vyššie. Rušivé napätie merané psofometrom U psof, súvisí s efektívnym napätím U eff pomer U psof = k NS × U eff, tu k NS = 0,75 sa volá psofometrický koeficient.

Napätie rušenia alebo šumu, merané psofometrom, sa nazýva psofometrický stres... Výkon určený psofometrickým napätím pri určitom odpore R sa volá psofometrická sila, ktorý je rovný P psof = k NS × U 2 eff / R = 0,56U 2 eff R.

Priemerná úroveň výkonu rušenia s rovnomerným spektrom sa objavuje počas psofometrických meraní vo frekvenčnom pásme 0,3 ... 3,4 kHz do 2.5 dB(alebo 1,78 krát) menej ako pri meraní efektívnych (efektívnych) hodnôt. Veľkosť 2,5 dB volal logaritmický psofometrický koeficient.

Psofometrická sila rušenia v bode s nulovou úrovňou merania CTF maximálnej dĺžky, pozostávajúceho z maximálneho počtu jednoduchých kanálov, by nemala presiahnuť 50 000 pwp 0 (pikowatt psofometrická v bode nulovej relatívnej úrovne). Zodpovedajúca hodnota efektívnej ( nevážený) prípustný rušivý výkon je 87000 pW. Psofometrický interferenčný výkon jednoduchého kanála s dĺžkou 2500 km nesmie presiahnuť 10 000 pwp 0.

Prípustné hodnoty priemerného a špičkového výkonu telefónnych signálov na vstupe CTF sú tiež normalizované: v bode nulovej relatívnej úrovne je priemerná hodnota výkonu 32 μW a vrchol je 2220 μW.

Vo všeobecnom prípade sa kanálom prenosu informácií rozumie celý súbor technických prostriedkov, ktoré zabezpečujú prenos elektrických signálov od zdroja správ k spotrebiteľovi. Pri zvažovaní kanálov sa najčastejšie predpokladá, že komunikačná linka je daná (predpokladá sa, že sú známe všetky potrebné charakteristiky komunikačnej linky) a všetky úlohy analýzy a syntézy kanálov prenosu informácií sa redukujú na analýzu a syntézu operátori konverzie signálu vo vysielači, prijímači a iných zariadeniach.

Kanály prenosu informácií sú klasifikované podľa rôznych kritérií: podľa účelu, podľa povahy komunikačných liniek, podľa frekvenčného rozsahu, podľa povahy signálov na vstupe a výstupe kanálov atď.

telegrafické, televízne, fototelegrafické, zvukové vysielanie, telemetria, prenos dát atď. Podľa toho, či sa signály šíria vo voľnom priestore alebo pozdĺž vodiacich línií, rozlišujeme rádiové komunikačné kanály a káblové komunikačné kanály: vzduch, kábel, vlnovod, vlákno atď. drôtové komunikačné linky prenášajú signály v rozsahu 0-160 kHz. Pri vyšších frekvenciách narastá vplyv rušenia, prudko narastá útlm signálov, pôsobí vplyv rozhlasových staníc v oblasti dlhých vĺn. Významnou nevýhodou nadzemných káblových komunikačných vedení je veľká závislosť ich charakteristík od atmosférických podmienok. Káblové komunikačné linky majú výrazne lepšie vlastnosti a väčšiu stabilitu v prevádzke. Sú základom komunikačných sietí na veľké vzdialenosti, prenášajú signály vo frekvenčnom rozsahu od 600 kHz do 60 MHz. S ďalším zvyšovaním frekvencie sa zoslabenie signálov prudko zvyšuje.

V súčasnosti prebieha intenzívna teoretická a experimentálna práca na skúmaní kovových vlnovodov. Získané výsledky nám umožňujú dúfať, že tieto komunikačné linky budú široko používané na prenos signálov v rozsahu 35-80 GHz (vlnová dĺžka 8,6-3,75 mm). Sľubný kruhový vlnovod s vnútorným priemerom 6 cm, pozdĺž ktorého je možné usporiadať viac ako 200 000 štandardných telefónnych kanálov (hlasové frekvenčné kanály s efektívne využívaným frekvenčným pásmom od 300 do 3400 Hz) alebo asi 200 televíznych kanálov. Ekonomické výpočty ukazujú, že pri organizovaní telefónnych kanálov do 30 000 je stále vhodné použiť koaxiálny kábel, viac ako 30 000 kanálov - vlnovod. Ešte väčší počet štandardných kanálov je možné organizovať pomocou optických komunikačných systémov, ktoré využívajú signály vo frekvenčnom rozsahu 600-900 THz (0,5-0,3 μm). Pomocou uzavretých navádzacích systémov, nazývaných svetlovody, je možné vykonávať stabilnú komunikáciu na veľké vzdialenosti. Dielektrické flexibilné optické vlákna sú veľmi praktické.

Spolu s káblovými komunikačnými linkami sú široko používané rádiové linky rôznych rozsahov. V mnohých prípadoch sú tieto linky ekonomickejšie, umožňujú rýchlo organizovať ultra-diaľkovú (globálnu) komunikáciu bez medzistaníc. Navyše, a to je veľmi dôležité, tieto linky sú jedinými prostriedkami komunikácie s mobilnými objektmi (lietadlá, kozmické lode, lode vrátane ponoriek, autá atď.).

Najrozšírenejšie na prenos viackanálových správ sú pozemné rádioreléové linky pracujúce v metrových, decimetrových a centimetrových vlnových dĺžkach pri frekvenciách od 60 MHz do 15 GHz. Na týchto frekvenciách sa poskytuje široká šírka pásma prenosovej cesty, ktorá je potrebná pre viackanálovú telefónnu a televíznu komunikáciu, nízka úroveň

atmosférické a priemyselné rušenie. To všetko zaisťuje vysokú odolnosť voči šumu prenosu informácií.

Typom rádioreléových spojení sú troposférické vedenia, v ktorých sa prijímajú signály odrazené od troposférických nepravidelností. Použitie diaľkového troposférického šírenia rádiových vĺn umožňuje vytvárať diaľkové rádiové komunikačné linky so vzdialenosťami medzi reléovými stanicami niekoľko stoviek kilometrov. Tieto spojenia najčastejšie pracujú vo frekvenčnom rozsahu 0,5 až 6 GHz.

Satelitné komunikačné linky sú sľubné. Podľa princípu fungovania sú to akési rádioreléové linky, ktorých opakovače sú umiestnené na umelých zemských satelitoch. Významnou výhodou satelitných spojení je dlhý komunikačný dosah, ktorý s jedným satelitom (opakovačom) je cca 10 000 km. Pri použití systému satelitov je možné organizovať globálnu komunikáciu - medzi akýmikoľvek bodmi na Zemi. Satelitné komunikačné linky pracujú vo frekvenčnom rozsahu 4-6 GHz. V súčasnosti je vyčlenených šesť nových frekvenčných rozsahov od 11 do 250 GHz, ktorých rozvoj výrazne zlepší ukazovatele kvality satelitnej komunikácie. Satelitné komunikačné systémy, najmä s digitálnymi spôsobmi prenosu signálu, sú perspektívne aj v civilnom letectve, najmä s prístupom do dýchacích ciest nadzvukových osobných lodí.

Ako vidíte, moderné metódy a prostriedky prenosu informácií sa vyznačujú prechodom na stále vyššie frekvencie. Je to spôsobené týmito hlavnými dôvodmi: použitie vysokých frekvencií umožňuje získať vysoko smerové žiarenie s malými rozmermi antén; vo vysokofrekvenčných rozsahoch má atmosférické a priemyselné rušenie menší účinok; čím vyššia je nosná frekvencia, tým viac kanálov môže byť organizovaných bez vzájomného rušenia; len vo vysokofrekvenčných pásmach, počnúc od merača, je možné organizovať veľké množstvo širokopásmových kanálov, ako sú napríklad videotelefónne kanály a televízne kanály.

Jednou z hlavných úloh analýzy kanálov prenosu informácií je analyzovať skreslenie signálov prenášaných cez ne. Skreslenie signálu určené skutočnými amplitúdovými a frekvenčnými charakteristikami kanálov, ako aj viaccestným šírením rádiových vĺn najviac ovplyvňujú kvalitu prenosu informácií. Matematické modely na kompletnú analýzu skreslení v reálnych kanáloch sú pomerne zložité.

Pre všeobecnú približnú analýzu skreslení sa kanál považuje za ekvivalentnú dvojportovú sieť, ktorej činnosť popisuje určitý operátor.

pri ktorých dochádza k lineárnemu a nelineárnemu skresleniu signálu. Ak kanál obsahuje modulátor a demodulátor alebo sa berú do úvahy zoslabujúce signály, potom je do série s týmito štvorportovými sieťami zahrnutá aj štvorportová sieť s premenlivými parametrami. Ak je potrebné analyzovať činnosť jednotlivých kanálových zariadení, zvyšuje sa počet sériovo zapojených štvorportových sietí. Napríklad na analýzu rádiového kanála na prenos diskrétnych správ je bloková schéma znázornená na obr. 1.1.

Ryža. 1.1. Bloková schéma kanála prenosu informácií

Kanál je považovaný za sériové spojenie kodéra, prvého a druhého modulátora, komunikačnej linky, prvého a druhého demodulátora a dekodéra. Použitie kanálového modelu vo forme ekvivalentnej štvorportovej siete (alebo sériového zapojenia štvorportových sietí) umožňuje riešiť množstvo problémov analýzy a syntézy kanálov pomocou metód teórie rádiotechnických obvodov a štatistické rádiové inžinierstvo.

Podľa povahy signálov na vstupe a výstupe kanálov sa rozlišujú diskrétne, spojité, diskrétne spojité a spojité diskrétne kanály. Diskrétny kanál, napríklad v obvode na obr. 1.1 je kanál pozorovaný od vstupu kódovača k výstupu dekodéra alebo od vstupu prvého modulátora k výstupu druhého demodulátora. Ak vezmeme do úvahy súbor technických prostriedkov od výstupu prvého alebo druhého modulátora po vstup prvého alebo druhého demodulátora, potom v akomkoľvek systéme prenosu informácií tvorí tento súbor súvislý kanál. Príkladom diskrétneho spojitého kanála je súbor technických prostriedkov od vstupu prvého modulátora po vstup prvého alebo druhého demodulátora. Spojitý diskrétny kanál sa vytvorí, ak analyzujeme v obvode na obr. 1.1 prechod signálov z výstupu prvého alebo druhého modulátora na výstup druhého demodulátora, alebo vo všeobecnom prípade na výstup dekodéra. Teda na základe súvislého kanála (na obr. 1.1 je znázornený čiarkovane

linka), vytvárajú sa kanály všetkých ostatných typov. Preto sa veľa pozornosti venuje štúdiu kontinuálnych kanálov.

Matematické modely na štúdium kanálov sú zostavené s prihliadnutím na uvažovanú klasifikáciu. V podstate sa vývoj modelu redukuje na definíciu štruktúry a parametrov ekvivalentného operátora transformácie signálu v kanáli. Podľa typu tohto operátora sa rozlišujú kanály: lineárne, nelineárne, inerciálne, inerciálne, stacionárne, nestacionárne, deterministické, pravdepodobnostné atď. Najviac skúmané sú lineárne inerciálne kanály s konštantnými parametrami.

Ak je prenášaný signál považovaný za náhodný proces, ktorý výrazne posúva modely signálov k skutočným, potom pri analýze prenosu signálu kanálom je potrebné analyzovať prechod náhodných procesov cez dvojportové siete opísané rôznymi operátorov. Takéto problémy sa riešia v štatistickej rádiotechnike, výsledky riešenia týchto problémov sa priamo využívajú pri analýze kanálov prenosu informácií.

Rovnako ako pre signály je vhodné, aby kanály používali také fyzikálne vlastnosti, ako je čas obsadenosti kanála, šírka pásma kanála (transparentnosť), rozsah prijateľných úrovní signálu počas prenosu kanála, základňa kanála, kapacita kanála