A.P. Salnikov

TEORIE

COMUNICAȚII ELECTRICE

Note de curs

Partea 1

SAINT PETERSBURG

UDC 621.391.1

Salnikov A.P. Teorie comunicare electrică: Note de curs, partea 1/ SPbSUT. – Sankt Petersburg, 2002. –93 p.: ill.

Destinat studenților care studiază disciplina „Teoria comunicațiilor electrice”.

Conține informații generale despre sistemele de comunicații, descrieri ale modelelor semnale deterministe. Sunt luate în considerare conversiile de semnal în unitățile funcționale tipice ale sistemelor de comunicații (modulatoare și detectoare). tipuri diferite, multiplicatori și convertoare de frecvență a semnalului).

Dat Întrebări de controlîn toate secțiunile pentru autotestarea stăpânirii lor și recomandări de conducere legate cercetare experimentalăîn laboratorul virtual de pregătire pentru cursul TPP.

Materialul respectă curentul curriculum conform cursului TPP.

Editor executiv M.N. Cesnokov

© Salnikov A.P., 2002

© Editura din Sankt Petersburg universitate de stat

telecomunicatii numite dupa. prof. M.A. Bonch-Bruevici, 2002

Editor I.I. Szczęsniak

LR Nr. din 02. Semnat spre publicare.02

Volumul 8.125 publicații academice l. Galeria de tir 200 de exemplare Zach.

RIO SPbSUT. 191186, Sankt Petersburg, emb. R. Moiki, 61 de ani

Informații generale despre sistemele de comunicare

Informații, mesaje, semnale

Sub informație să înțeleagă totalitatea oricăror informații despre fenomene, obiecte etc. Mesaje reprezinta o forma materiala de existenta a informatiei si poate avea o natura fizica diferita. Semnaleîn comunicarea electrică există procese (funcții de timp) de natură electrică prin care mesajele sunt transmise la distanță. Ceea ce este comun și diferit în aceste concepte fundamentale ale teoriei comunicării este ilustrat în Tabelul 1.1. De asemenea, indică posibilele convertoare de mesaje în semnale, care sunt apelate senzori de semnal.

Tabelul 1.1.

Mesaje text reprezintă secvențe de simboluri dintr-o mulțime finită ( A i ) (limbă) cu un volum alfabet cunoscut m. Conversia acestui tip de mesaje într-un semnal poate fi efectuată, de exemplu, de către tastatura unui computer prin codificare alternativă personaje individuale mesaje k-combinații de biți de 0 și 1, care corespund la doi diferite niveluri Voltaj.

Mesaje audio reprezintă modificări ale presiunii aerului în punct dat spatiu in timp p(t). Folosind un microfon, acestea sunt transformate într-un semnal electric alternativ u(t), care într-un anumit sens este o copie a mesajului și diferă de acesta doar prin dimensiunea fizică.

Mesaje video poate fi considerată ca distribuția luminozității pe suprafața unui obiect b(X y), a cărui imagine statică trebuie transmisă la distanță (fototelegraf) sau un proces mai complex b(x,y,t) (televiziune alb-negru). Trăsătură caracteristică La transmiterea mesajelor video, este necesar să convertiți funcțiile multidimensionale care le descriu într-un semnal unidimensional u(t). Acest lucru se realizează prin utilizarea dispozitivelor de scanare (SD) în senzorii de semnal video pentru conversia luminozității element cu element puncte individuale obiecte pe nivel semnal electric folosind fotocelule (PV) sau alte convertoare fotoelectrice.

Clasificarea semnalelor

Pe baza lățimii relative a spectrului, semnalele sunt împărțite în frecvență joasă (numite și LF, video, semnale în bandă largă) și de înaltă frecvență (semnale HF, radio, bandă îngustă, semnale de trecere de bandă).

Pentru Semnale LF Δ F/F av> 1, unde

Δ F = F max– F min – lățimea absolută a spectrului de semnal,

F av= ( F max+ F min)/2 – frecvența medie a spectrului semnalului,

F max– frecventa maxima V spectrul semnalului,

F min – frecvența minimă în spectrul semnalului.

Pentru Semnale RF Δ F/F mier<< 1.

De regulă, semnalele primare la ieșirea senzorilor sunt de joasă frecvență. Este util să ne amintim intervalele de frecvență în care sunt situate spectrele semnalelor tipice în sistemele de comunicații și radiodifuziune:

1) telefon – 300 ÷ 3400 Hz (canal de frecvență vocală standard),

2) difuzare – de la 30–50 Hz la 6–15 kHz,

3) televiziune – 0 ÷ 6 MHz (pentru standardul de difuzare de descompunere a imaginii adoptat în Rusia).

Prin natura lor, semnalele se disting între deterministe și aleatorii. Determinat semnalele sunt considerate cunoscute în fiecare punct al axei timpului. În schimb, valorile aleatoriu (stochastic) semnalele în fiecare moment de timp sunt o variabilă aleatoare cu o probabilitate sau alta. Este evident că semnalele deterministe, datorită certitudinii lor complete, nu pot transporta nicio informație. Ele sunt convenabile de utilizat în teorie pentru analiza diferitelor unități funcționale ( UGH), și în practică ca semnale de testare pentru măsurarea parametrilor și caracteristicilor necunoscute ale legăturilor individuale ale căilor sistemului de comunicații.

Pe baza formei lor, semnalele pot fi împărțite în patru tipuri, prezentate în Tabelul 1.2.

Tabelul 1.2.

	Timp t
continuu	discret
Valori u(t)	Continuu	u(t) analogic 1 t	u(t) t
Discret	u(t) t	u(t) digital 4 t

Semnal ( 1 ), continuă în timp și stări, se numește analogic. Semnal ( 4 ), discret în timp și stări, – digital. Aceste semnale sunt cel mai adesea utilizate în diferite noduri ale sistemelor de comunicații. În consecință, ei disting FU analog și digital dupa forma semnalelor la intrarile si iesirile lor. Este posibil să convertiți un semnal analogic în unul digital folosind convertor analog-digital (ADC)și, invers, cu ajutorul convertor digital-analogic (DAC). Simbolurile acestor FU tipice sunt prezentate în Fig. 1.1.

Semnalele pot fi considerate obiecte de transport prin canale de comunicație și caracterizate prin parametri de bază, cum ar fi

- durata semnalului T Cu,

- lățimea spectrului său F c ,

- interval dinamic , Unde

Și - maxim si minim

puterea semnalului instantaneu.

Ei folosesc, de asemenea, o caracteristică mai generală - volumul semnalului.La nivel intuitiv, este evident că cu cât volumul semnalului este mai mare, cu atât este mai informativ, dar cu atât sunt mai mari cerințele pentru calitatea canalului pentru transmiterea acestuia.

Clasificarea sistemelor de comunicații

Pe baza tipului de mesaje transmise, acestea se disting:

1) telegrafie(transmitere text),

2) telefonie(transmiterea vorbirii),

3) fototelegrafie(transfer de imagini statice),

4) televizor(transmiterea imaginilor în mișcare),

5) telemetrie(transferul rezultatelor măsurătorilor),

6) telecontrol(transferul comenzilor de control),

7) transfer de date(în sisteme informatice și sisteme automate de control).

După intervalul de frecvență - în conformitate cu diviziunea pe zece zile a undelor electromagnetice variază de la miriametrul(3÷30) kHz până la decimilimetru(300÷3000) GHz.

Dupa scop - de difuzare(transmiterea de înaltă calitate a vorbirii, muzicii, videoclipurilor dintr-un număr mic de surse de mesaje către un număr mare de destinatari) și profesional(conectat), în care numărul surselor și destinatarilor mesajelor este de aceeași ordine.

Se disting următoarele moduri de funcționare ale CC:

1) simplex(transmisia semnalului într-o singură direcție),

2) duplex(transmiterea simultană a semnalelor în direcții înainte și înapoi),

3) semi-duplex(transmiterea alternativă a semnalelor în direcții înainte și înapoi).

Să clarificăm termenul pe care l-am folosit deja legătură. Este de obicei înțeles ca partea a CC între punctele A pe partea de transmisie și B pe partea de recepție. În funcție de alegerea acestor puncte, cu alte cuvinte, în funcție de tipul de semnale la intrare și la ieșire, se disting canalele:

1) continuu,

2) discret,

3) discret-continuu,

4) continuu-discret.

Canalele de comunicație pot fi caracterizate prin analogie cu semnalele prin următorii trei parametri:

– timpul de acces ,

– lățime de bandă ,

– interval dinamic [dB],

unde este puterea maxima admisa

semnal pe canal,

– puterea zgomotului propriu al canalului.

Parametrul generalizat al unui canal este acesta capacitate

O condiție evidentă necesară pentru potrivirea semnalului și canalului este îndeplinirea inegalității V c< V La.

Ceea ce este mai puțin evident este că această condiție este, de asemenea, suficientă și nu este deloc necesar să se obțină un acord similar asupra anumitor parametri (durată, spectru, interval dinamic), deoarece este posibil să se „schimbă” lățimea spectrului de semnal pentru durata sau intervalul dinamic al acestuia.

Întrebări de control

1. Definiți conceptele informație, mesaj, semnal. Care sunt legăturile și diferențele dintre ele?

2. Dați exemple de mesaje de natură fizică diferită și senzori de semnal corespunzători.

3. Cum sunt mesajele descrise de funcțiile multidimensionale convertite în semnale? Dă exemple.

4. Clasificați semnalele în funcție de caracteristicile formei și spectrului lor.

5. Pe ce bază se disting semnalele LF și HF?

6. După ce criteriu se disting semnalele analogice și digitale și FU-urile?

7. Specificați parametrii principali ai semnalelor.

8. Desenați diagrame bloc ale sistemelor de comunicații pentru:

transmiterea de mesaje discrete,

· transmiterea de mesaje continue,

· transmiterea de mesaje continue prin canale digitale.

9. Indicați scopul următoarelor sisteme de comunicații FU:

codificator sursă și codificator de canal,

· modulator,

· demodulator,

· decodor de canal și decodor sursă.

10. Ce sunt comune și diferite în problemele rezolvate de demodulatoarele SPDS și SPNS?

11. Ce sisteme de comunicare cunoașteți:

· după tipul de mesaje transmise,

· în funcție de gama de frecvențe utilizate,

conform scopului propus,

· după moduri de operare?

12. Definiți termenul „canal de comunicare”. Ce clasificare a canalelor de comunicare cunoașteți?

13. Precizați principalii parametri ai canalelor de comunicare.

14. Formulaţi condiţiile de coordonare a semnalelor şi canalelor de comunicaţie.

Pentru consolidarea celor obținute în secțiunile 1.1 și 1.2. cunoștințe, este utilă finalizarea lucrărilor de laborator nr. 14 „Introducere în sistemele PDS” (din lista de subiecte din laboratorul virtual de pregătire) în totalitate. Această lucrare are scop informațional și vă permite să observați toate procesele de bază de primire, conversie și recepție a semnalelor în sistemele de transmisie a mesajelor discrete (Fig. 1.3). Ar trebui să acordați atenție oscilogramelor și spectrogramelor semnalelor de la ieșirile FU-urilor tipice (encoder sursă atunci când alegeți diferite tipuri de interfață, codificator de canal când alegeți diferite coduri rezistente la zgomot, modulator pentru diferite tipuri de modulație, demodulator și decodor) incluse în sistemele PDS și comparați ideile dvs. obținute în timpul studiului secțiunii.

Pe baza rezultatelor observării semnalelor în diferite puncte ale căii SPDS, se recomandă clasificarea acestora, determinarea parametrilor principali ai acestora și, de asemenea, identificarea diferitelor tipuri de canale în SPDS (continuu, discret, discret-continuu și continuu-discret) . De asemenea, este util să se obțină o reprezentare vizuală a funcției fiecărui FU SPDS.

Pentru a consolida informațiile obținute despre diferențele dintre semnalele LF și HF și pentru a le completa cu conținut practic, este recomandabil să se efectueze cercetări în cadrul lucrării de laborator nr. 4 „Semnale modulate”. Atunci când alegeți semnale LF primare de diferite forme, acordați atenție nu numai diferențelor de oscilograme și spectrograme ale semnalelor primare (LF) și modulate (HF), ci și caracteristicilor care le unesc atunci când utilizați diferite tipuri de modulație (Fig. 1.4). ).

La efectuarea acestor lucrări, nu este necesar să se respecte cu strictețe sarcinile conținute în ele. Utilizați capacitățile resurselor VL pentru a efectua cercetări la discreția și dorința dvs.

Spații

Semnalele sunt, în primul rând, procese, adică. functiile timpului X(t), existent pe un interval limitat T(teoretic este posibil T→ ∞). Ele pot fi reprezentate grafic (Fig. 2.1) și descrise printr-o succesiune ordonată de valori în momente separate în timp tk

(vector șir).

Semnale diferite au forme diferite (set de valori X(tk)). În loc de un set complex de puncte pe o curbă X(t) într-o zonă simplă - spațiu bidimensional, putem introduce în considerare spații mai complexe (spații de semnal), în care fiecare semnal este reprezentat de cel mai simplu element - un punct (vector).

În matematică, spațiul este înțeles ca un ansamblu de obiecte (de orice natură fizică) dotate cu o proprietate comună. Proprietățile pe care este recomandabil să le atribuiți spațiilor de semnal trebuie să reflecte cele mai esențiale proprietăți ale semnalelor reale, cum ar fi durata, energia, puterea, etc.

Spații metrice

Prima proprietate cu care dorim spațiul semnalului se numește metrică.

Spațiu metric este o mulțime cu o distanță bine definită între elementele sale. Această distanță în sine, precum și metoda de determinare a acesteia, se numesc metric si noteaza . Valoarea trebuie să fie funcțională, adică maparea oricărei perechi de elemente și plasate pe axa reală, satisfăcând cerințe intuitive (axiome):

1) (egalitatea pentru ),

2) ,

3) (axioma triunghiului).

Trebuie remarcat faptul că metricile pot fi specificate în moduri diferite și, ca urmare, se pot obține spații diferite pentru aceleași elemente.

Exemple de valori:

1) ,

2) metrica euclidiană,

3) metrica euclidiană.

Spații liniare

Să îmbunătățim structura spațiului semnalului dotându-l cu proprietăți algebrice simple inerente semnalelor reale, care pot fi adăugate și înmulțite algebric cu numere.

Liniar spaţiu L peste câmp F denumește un set de elemente , numiți vectori, pentru care sunt specificate două operații: adăugarea de elemente (vectori) și înmulțirea vectorilor cu elemente din câmp F(numit scalari) . Fără a intra în detalii matematice, în cele ce urmează, prin câmpul scalarilor vom înțelege mulțimi de numere reale R(cazul spațiului real L) sau numere complexe CU(cazul spațiului complex L). Aceste operații trebuie să satisfacă sistemul de axiome spațiale liniare.

1. Închiderea operațiilor de adunare și înmulțire cu un scalar:

2. Proprietăți suplimentare:

asociativitatea,

comutativitatea.

3. Proprietățile înmulțirii cu un scalar:

Asociativitate,

distributivitatea sumei vectorilor,

distributivitatea sumei scalarilor.

4. existenţa unui vector zero.

5. existența anti-

vector opus.

Un vector format prin însumarea mai multor vectori cu coeficienți scalari

numit combinație liniară(diversitate). Este ușor de observat că mulțimea tuturor combinațiilor liniare de vectori pentru diferiți a i(fără a afecta ) formează și un spațiu liniar numit înveliș liniar pentru vectori.

Mulțimea vectorilor se numește liniar independent, dacă egalitate

posibil numai pentru toți a i= 0. De exemplu, pe un plan, oricare doi vectori necoliniari (care nu se află pe aceeași linie) sunt liniar independenți.

În spațiu se formează un sistem de vectori liniar independenți și nenuli L bază, Dacă

.

Acest singur set de scalari (a i), corespunzând unui vector specific, se numește coordonate(proiecții) conform bazei.

Datorită introducerii unei baze, operațiile pe vectori se transformă în operații pe numere (coordonate)

Dacă în spațiu liniar L poate fi găsit n vectori liniar independenți și oricare n+ 1 vectori sunt dependenți, atunci n – dimensiune spaţiu L(dim L = n).

Spații normate

Următorul nostru pas în îmbunătățirea structurii spațiului semnalului este să combinăm proprietățile geometrice (caracteristice spațiilor metrice) și algebrice (pentru spații liniare) prin introducerea unui număr real care caracterizează „mărimea” unui element în spațiu. Acest număr este numit norma vectori și notează .

Ca normă, puteți utiliza orice mapare a spațiului liniar pe axa reală care satisface următoarele axiome:

3) .

concluzii

1. Aparatul matematic pentru analiza spectrală a semnalelor periodice este seria Fourier.

2. Spectrele semnalelor periodice sunt discrete (linie) și reprezintă un set de amplitudini și faze ale oscilațiilor armonice (componente) urmând axa frecvenței la intervale Δ f = f 1 = 1/T.

3. Seria Fourier este un caz special al seriei Fourier generalizate atunci când este folosită ca bază

sau .

Spectre de semnale T-finite

Semnalele limitate în timp se numesc T-finit. Prin definiție, ele nu pot fi periodice și, prin urmare, expansiunea seriei Fourier nu le este aplicabilă.

Pentru a obține o descriere adecvată a unor astfel de semnale în domeniul frecvenței, se utilizează următoarea tehnică. În prima etapă de la un semnal dat X(t), începând cu punctul t 1 și se termină la punct t 2 mergi la semnal X P ( t), care este o repetare periodică X(t) pe o axă a timpului infinit cu perioadă . Semnal X P ( t) poate fi extins într-o serie Fourier

,

Unde .

Să introducem frecvența curentă și densitatea amplitudinii spectrale în considerare .

Apoi .

Semnal original X(t) poate fi obținut de la X P ( t) ca urmare a trecerii la limita T®¥ .

, , å ® ò , ,

Astfel, pentru a descrie spectrul unui semnal finit, ajungem la transformata Fourier integrală cunoscută în matematică:

– direct,

- opusul.

În acest caz (și în viitor), funcția complexă a fost scrisă sub forma , așa cum este obișnuit în literatura științifică și tehnică.

Din relaţiile obţinute rezultă că spectrul semnalului T-finit este continuu. Este o colecție de un număr infinit de componente spectrale cu amplitudini infinitezimale, urmând continuu axa frecvenței. În locul acestor amplitudini infinitezimale, se folosește o funcție spectrală (densitatea spectrală de amplitudine).

unde este spectrul de amplitudine,

– spectrul de fază.

concluzii

1. Aparatul matematic pentru analiza spectrală a semnalelor T-finite este transformata Fourier integrală.

2. Spectrele semnalelor T-finite sunt continue și sunt descrise prin funcții continue de frecvență sub forma modulului densității spectrale de amplitudini (spectrul de amplitudine) și argumentul acestuia (spectrul de fază).

Proprietățile transformării Fourier

1. Transformele Fourier directe și inverse sunt operatori liniari, prin urmare, se aplică principiul suprapunerii. Daca atunci .

2. Transformele Fourier directe și inverse sunt unu la unu.

3. Proprietate lag.

Daca atunci

(în acest caz se folosesc substituții: ).

4. Funcția spectrală a funcției δ.

Folosind expresia generală a funcției spectrale și proprietatea de filtrare a funcției δ, obținem

.

5. Funcția spectrală a unui semnal armonic complex .

(2.5)

Folosind una dintre definițiile funcției δ

și efectuarea înlocuirii reciproce în ea tși w (sau f), primim

Scopul sistemelor de comunicații.

Să luăm în considerare principiile generale ale construcției sistemelor de comunicații radio (canale radio). Destul de convențional, toate sistemele de comunicații radio existente pot fi împărțite în două clase mari: sisteme de comunicații simplex și duplex.

Orez. 6. Schema bloc a organizării comunicațiilor duplex

Comunicarea simplex (simplex - unidirecțional; comunicare one-to-all) este înțeleasă ca o conexiune între două puncte, în care în fiecare dintre ele transmiterea și recepția mesajelor se realizează alternativ pe aceeași frecvență purtătoare. Adesea, comunicarea simplex este folosită pentru a transmite informații într-o singură direcție, de exemplu, radiodifuziune, televiziune, avertizare etc. pe care transmisia și Mesajele sunt recepționate simultan pe diferite frecvențe purtătoare (Fig. 6).

În prezent, se folosește un tip de comunicație radio simplex, cum ar fi comunicarea semi-duplex sau simplex cu frecvență duală, când sistemul de comunicații transmite și primește alternativ informații pe două frecvențe purtătoare diferite folosind repetoare.

Rețineți că un repetor (din latină translator - purtător) este un dispozitiv radio folosit ca punct intermediar transceiver al unei linii de comunicație radio. Pe baza numărului de canale utilizate, se disting sistemele de comunicații monocanal și multicanal (sisteme de transmisie a informațiilor). Sistemele de comunicații cu un singur canal au fost deja discutate în principiu. Un sistem de comunicații se numește multicanal dacă este capabil să transmită mai multe mesaje pe o linie de comunicație comună (canal). Sarcina principală a sistemelor de comunicații multicanal este transmiterea simultană a mesajelor din mai multe surse, adică creșterea debitului (termenul „capacitate” este adesea folosit). Creșterea eficienței utilizării unui canal de comunicație se realizează prin utilizarea diferitelor metode de comprimare a canalelor de comunicație, prin reducerea redundanței mesajelor și organizarea așa-numitului acces multicanal și multi-stație al abonaților. Pentru a crește randamentul majorității sistemelor de comunicații, se utilizează timpul și frecvența.

compactare (multiplexare; din latină multiplex - complex, multiple) semnale (fig. 7).

Fig.7. Scheme bloc ale modulatorilor pentru sisteme de comunicații comprimate:

temporar; b - frecventa

Modulația de amplitudine, frecvență și fază a oscilațiilor purtătoarei face posibilă construirea de sisteme radio-electronice multicanal cu multiplexarea (separarea) frecvenței canalelor (FDM), datorită utilizării oscilațiilor purtătoarei cu frecvențe diferite. Avantajul unui sistem cu FDM este simplitatea sa comparativă și capacitatea de a transmite mesaje în bandă foarte largă, de exemplu televiziunea.

Modularea pulsului unei unde purtătoare face posibilă dezvoltarea sistemelor de comunicație radio multicanal cu multiplexare în timp (separare) a canalelor (TCD), care au avantaje vizibile față de sistemele de comunicație cu TDM. Aceste avantaje includ precizia ridicată a transmisiei semnalului (imunitate mai bună la zgomot) și capacitatea de a transmite mesaje de pe mai multe canale împreună în același interval de frecvență, deoarece mesajul fiecărui canal va avea propria sa secvență de impulsuri care nu se suprapune cu succesiunea de impulsuri ale mesajului altui canal. Cu multiplexarea în timp, datorită faptului că semnalele nu sunt transmise continuu, ci doar în eșantioane (eșantioane) în intervale de timp foarte scurte, un număr de semnale diferite pot fi transmise pe o frecvență purtătoare. Pentru a face acest lucru, diferite semnale U 1 (t), U 2 (t) .....U n (t), care reflectă un grup de n mesaje transmise, sunt furnizate unui multiplexor analogic (selector sau comutator analogic) (Fig. 7, a). Semnalele totale ale multiplexorului analogic U Σ (t) sunt transferate la frecvența f 0 folosind un modulator de impuls și un oscilator principal și furnizate antenei de transmisie printr-un amplificator de putere.

În mod tradițional, în multe sisteme de transmisie a informațiilor de inginerie radio, multiplexarea în frecvență a semnalelor este utilizată pe scară largă, efectuată anterior (înainte de modulația principală) prin modulare suplimentară la așa-numitele frecvențe subpurtătoare (preliminar; din engleză - frecvență subpurtătoare) -f 1, f 2,…..f n ( Fig. 7, b). Frecvențele subpurtătoare sunt semnificativ mai mari decât frecvența semnal transmis, dar de multe ori mai mică decât frecvența purtătoare.

Cu multiplexarea în frecvență, semnalele transmise sunt mai întâi trimise către modulatoarele de frecvență subpurtătoare, unde sunt efectuate amplitudine, frecvență, fază sau alte tipuri de modulație.

Elementele necesare ale modulatoarelor de frecvență subpurtătoare sunt filtre trece-bandă (nu sunt prezentate în Fig. 7, b), reglate la frecvențele subpurtătoare și suprimând componentele spectrale ale canalelor adiacente. Apoi semnalele modulate cu frecvențe subpurtătoare sunt transmise la modulatorul principal care funcționează la frecvența purtătoare principală f 0 și emise în spațiu sub forma unui semnal total U Σ (t) prin antenă.

Sistemele de comunicații radio sunt de obicei împărțite în solȘi satelit-spațiu. În sistemele de comunicații radio terestre, undele radio se deplasează în atmosfera terestră. Astfel de sisteme servesc la asigurarea comunicației cu aeronave, nave, transport terestre și alte obiecte. Ei efectuează comunicații radio personale în cadrul comunicațiilor celulare, trunking și alte tipuri de comunicații. O caracteristică a sistemelor de comunicații radio satelit-spațiu este prezența în compoziția lor a sateliților Pământeni artificiali (AES), pe care sunt amplasate repetoare de semnal radio. În general, sistemul este format din două părți principale, sau segmente: sol și spațiu. Cu ajutorul sistemelor de comunicații radio spațiale, care funcționează, de regulă, în domeniul de frecvență ultraînaltă, sunt transmise volume uriașe de mesaje: difuzarea multor canale de televiziune, date computerizate, telefon, telefax și alte mesaje.

Linii de comunicare

Tipurile de linii de comunicare prin care se transmite informația de la sursă la destinatar sunt numeroase și variate. Există canale de comunicație cu fir (fir, cablu, fibră optică etc.) și canale de comunicație radio.

Liniile de comunicație prin cablu stau la baza rețelelor principale de distanță lungă; Ei transmit semnale în intervalul de frecvență de la zeci de kiloherți la sute de megaherți. Unul dintre cele mai avansate sisteme de transmisie a informațiilor este liniile de comunicație prin fibră optică (FOCL). Informația prin astfel de canale este transmisă sub formă de impulsuri de lumină trimise de un emițător laser. Acestea permit în intervalul de frecvență 600 ... 900 THz (k = 0,5 ... 0,3 μm) să ofere un randament extrem de ridicat (aproximativ 120.000 de canale pe o pereche de fibre optice) și să creeze comunicații fiabile și ascunse cu informații de înaltă calitate a transmisiei. Principalele avantaje ale fibrelor optice (OF), sau ghidajelor de lumină, ca mediu fizic pentru propagarea semnalelor de telecomunicații și baza structurală a unui cablu optic (OC) sunt:

Lățime de bandă largă, permițând transmiterea semnalelor de telecomunicații la viteze (bitrate) de până la 2,0 ... 2,5 Tbit/s și mai mari; de exemplu, chiar și la o viteză de 50 MB/s, în decurs de 1 secundă este transferat un volum de informații aproximativ egal cu conținutul a 10 manuale școlare.

Nivel scăzut de pierderi de propagare a semnalului, asigurând transmiterea acestora fără regenerare pe distanțe de până la 150 ... 175 km (și în viitor până la 350 km sau mai mult);

Insensibilitate absolută la interferența electromagnetică;

Fără diafonie (modulare încrucișată) în OK;

Greutatea redusă și dimensiunile sunt OK.

Alte avantaje ale fibrelor optice și fibrelor optice includ securitatea suficient de ridicată împotriva interceptării neautorizate a informațiilor transmise, siguranța la incendiu, costul relativ scăzut al fibrelor optice în comparație cu cablurile de cupru și aprovizionarea practic nelimitată de materii prime pentru producția de fibre optice. Toate acestea fac ca utilizarea lor în rețele și sisteme de comunicații să fie și mai atractivă și justificată din punct de vedere tehnic și economic. Prin urmare, OC-urile înlocuiesc aproape complet alte tipuri de structuri de ghidare în liniile principale ale rețelelor de comunicații primare digitale. Alături de liniile de comunicație cu fir, liniile radio de diferite game (de la sute de kiloherți la zeci de gigaherți) sunt utilizate pe scară largă. Aceste linii sunt mai economice și indispensabile pentru comunicarea cu obiectele în mișcare. Pentru un sistem de comunicații radio cu mai multe canale atunci când se transmit informații pe distanțe lungi, liniile de comunicație prin releu radio (RRL) sunt utilizate pe scară largă. Comunicare radioreleu (radio și relais francez - stație intermediară) - comunicare radio constând dintr-un grup de stații releu situate la o anumită distanță unele de altele, asigurând o funcționare stabilă. Antenele stațiilor de linie de comunicație cu releu radio sunt instalate pe catarge (turnuri) cu o înălțime de 70 ... 100 m Lungimea unei linii de comunicație cu releu radio poate fi de până la 10.000 km, capacitatea - până la câteva mii de canale.

În funcție de metoda de propagare a undelor radio utilizată, liniile de comunicație prin releu radio pot fi împărțite în două grupe principale: linie de vedere și troposferice.

Liniile de releu radio cu linie de vedere sunt principalele mijloace de la sol de transmitere a semnalelor telefonice, transmisii audio și de televiziune, date digitale și alte mesaje pe distanțe lungi. Lățimea de bandă de frecvență a semnalelor de radiodifuziune de telefonie și televiziune multicanal este de câteva zeci de megaherți, astfel încât pentru transmiterea lor, pot fi utilizate practic doar benzi de unde decimetrice și centimetrice, a căror lățime totală a spectrului este de 30 GHz. În plus, aceste intervale sunt aproape complet lipsite de interferențe atmosferice și industriale.

Liniile moderne de comunicație prin releu radio sunt lanțuri de stații radio de recepție și transmisie destul de puternice - repetoare, care primesc, amplifică, convertesc (transferă) semnale în mod secvențial la alte frecvențe și transmit în continuare semnale de la un capăt la celălalt al liniei de comunicație (Fig. 8). . La fiecare dintre stațiile intermediare, semnalul este restabilit și transferat la o altă frecvență, adică semnalul slab recepționat este înlocuit cu unul nou puternic trimis la următoarea stație. Cele mai comune linii de releu radio sunt în intervalele de metri, decimetri și centimetri la frecvențe de la 60 MHz la 15 GHz.

Orez. 8. Schema bloc a unei linii de comunicație cu releu radio

Liniile de comunicație prin satelit - RRL cu un repetor pe un satelit artificial Pământului - sunt din ce în ce mai folosite. Sistemele de comunicații radio prin satelit utilizează unde radio cu microunde (de obicei în intervalul 1,5...14 GHz, cel mai utilizat interval este 4...6 GHz), pătrunzând în ionosferă cu o atenuare minimă. Transmiterea de informații pe distanțe lungi cu un repetor pe un satelit, flexibilitatea și capacitatea de a organiza comunicațiile globale sunt avantaje importante ale sistemelor prin satelit. Principalul avantaj al sistemelor de comunicații digitale față de sistemele analogice este imunitatea lor ridicată la zgomot. Această calitate utilă se manifestă cel mai puternic în sistemele de transmisie cu retransmisie (re-recepție) multiplă a semnalelor. Sistemele tipice de acest tip sunt liniile cu relee radio, fibră optică și cabluri de distanță lungă. În ele, semnalele sunt transmise printr-un lanț de repetoare situate la astfel de distanțe unul de celălalt care asigură o comunicare fiabilă. În astfel de sisteme, interferențele și distorsiunile care apar în legăturile individuale, de regulă, se acumulează. Pentru simplitate, presupunem că semnalul radio din fiecare repetor este doar amplificat. Apoi, dacă interferența aditivă în fiecare legătură de comunicație este independentă statistic, puterea sa la intrarea ultimei legături este egală cu suma puterilor de interferență ale tuturor legăturilor. Dacă un sistem de transmisie a informaţiei este format din n legături identice, pentru a asigura o fidelitate dată comunicaţiei este necesar să se asigure la intrarea fiecărui repetor un raport semnal/zgomot de n ori mai mare decât la transmiterea unui semnal fără relee. În sistemele reale, numărul releelor ​​n poate ajunge la câteva zeci și uneori sute; acumularea de interferențe de-a lungul căii de transmisie devine principalul factor care limitează lungimea liniei de comunicație. În sistemele de transmisie digitală, pentru a slăbi efectul acumulării de interferențe în timpul transmisiei cu relee, împreună cu amplificarea, se utilizează regenerarea impulsurilor, adică demodularea cu restaurarea simbolurilor codului transmis și remodularea la punctul de re-recepție. Când se utilizează regenerarea, zgomotul aditiv de la intrarea repetorului nu ajunge la ieșirea acestuia. Cu toate acestea, provoacă erori în timpul demodulării. Simbolurile primite eronat într-un regenerator sunt transmise sub această formă la regeneratoarele ulterioare, astfel încât erorile se acumulează în continuare. Cu un sistem digital de transmitere a mesajelor continue, este posibilă și creșterea fidelității prin utilizarea codării rezistente la zgomot. Imunitatea ridicată la zgomot a sistemelor de transmisie digitală permite o comunicare practic nelimitată utilizând canale de calitate relativ scăzută.

Ce este telecomunicația?

Transmiterea de informații prin semnale electrice care se propagă prin fire (comunicații prin cablu) și/sau semnale radio (comunicații radio). Telecomunicațiile includ și transmiterea de informații folosind sisteme optice de comunicații.

Care sunt principalele tipuri de telecomunicații?

Principalele tipuri de telecomunicații: telefon, telegraf, fax, transmisie de date (comunicații prin telecod), comunicare videotelefonică.

Ce este comunicarea radio?

Aceasta este transmisia de informații folosind unde radio, adică. unde electromagnetice a căror frecvență este mai mică de 3*10 5 MHz (lungime de undă mai mare de un milimetru).

Ce este purtătorul de informații în sistemele de telecomunicații?

În sistemele tehnice de comunicație, purtătorul de informații este exclusiv un câmp electromagnetic, care se poate propaga în spațiu deschis sub formă de unde radio, radiații infraroșii, precum și de-a lungul unui conductor metalic (care provoacă un curent electric în el) sau de-a lungul fibrelor transparente - sub formă de lumină vizibilă.

Ce este un semnal?

Semnal (lat. signum - semn) - un mesaj afișat pe un mediu de stocare .

Ce este un semnal analogic?

Semnal analog structura sa este continuă în timp și natura schimbării sale asemănătoare natura modificărilor oricărui parametru fizic. De exemplu, forma modificării tensiunii la ieșirea unui microfon este similară cu schimbarea presiunii sonore pe membrana microfonului. Structura unui semnal analogic este continuă în timp.

Ce este un semnal digital?

Un semnal digital se formează ca rezultat al conversiei unui semnal analogic. Pentru o astfel de transformare, se folosește un dispozitiv special - un convertor analog-digital (ADC). Consecința transformării este un set discret de impulsuri format după un anumit principiu, așa-numitul cod binar. La punctul de recepție, semnalul digital este convertit înapoi în analogic folosind un convertor digital-analogic (DAC).

Care sunt avantajele metodei digitale de transmitere a informațiilor?

În primul rând, atunci când transmiteți un semnal în formă digitală, este posibil să scăpați aproape complet de interferența care apare atunci când acesta se propagă prin canalele de comunicare. Pentru metoda analogică de transmitere a informațiilor de semnal, acest lucru este imposibil chiar și atunci când se utilizează cele mai avansate tehnologii.

Datorită faptului că orice semnal în formă digitală sunt reprezentate în același tip, tehnologia digitală face posibilă realizarea de rețele de comunicații universalși folosiți aceleași canale de comunicare pentru a transmite mesaje de diferite tipuri: telefon, fax, televiziune etc. În plus, un semnal digital poate fi criptat cu mai mult succes.

Cum este afișat un mesaj pe undele radio?

Mesajul este afișat pe unde radio prin modulare.

Ce este modularea?

Există modulație suprapunerea unui semnal de informare pe un semnal purtător prin modificarea parametrilor acestuia - amplitudine, frecvență, fază. De aici și denumirile tipurilor de modulație - amplitudine, frecvență, fază.

Care este sarcina principală a comunicării în departamentul de poliție?

Asigurarea transmiterii clare și neîntrerupte a mesajelor în scopul gestionării continue a organelor de afaceri interne în orice mediu operațional.

Care sunt cerințele pentru comunicații în departamentul de poliție?

Promptitudine. Capacitatea de a asigura transmiterea (recepția) mesajelor în intervalul de timp determinat de situația operațională.

Fiabilitate. Capacitatea de a asigura managementul continuu al activităților ATS în orice mediu operațional

Securitate (securitate). Capacitatea de a asigura secretul, confidențialitatea, integritatea și disponibilitatea informațiilor pentru utilizatorii legali.

Lățimea de bandă. Capacitatea de a asigura livrarea informațiilor în timp util.

Credibilitate. Gradul de acuratețe al reproducerii mesajelor informative la punctul de recepție

Durabilitate. Capacitatea unui sistem de comunicații de a asigura managementul controlului traficului aerian sub influența factorilor distructivi de natură artificială și naturală asupra elementelor sale.

Ce este un sistem de comunicații ATS?

Setul de rețele radio pentru comunicațiile ATS mobile terestre constituie sistemul de comunicații radio ATS. Operatorul principal al sistemului de comunicații radio este șeful departamentului de comunicații al organului de afaceri interne pe teritoriul căruia este desfășurat sistemul.

Ce se numește o rețea de comunicații radio ATS?

Care sunt dezavantajele sistemelor de comunicații radio?

Sistemele de comunicații radio, în principal cele convenționale, se caracterizează prin următoarele dezavantaje:

· probabilitatea interceptării mesajelor prin canale radio, în special atunci când se utilizează emițători nedirecționali;

· capacitatea de a introduce mesaje false pe canalele radio sub masca unuia dintre corespondenți;

· realitatea interferențelor deliberate pentru a preveni transmiterea pe un canal radio;

· capacitatea de a determina locația posturilor radio ale corespondenților de lucru prin găsirea direcției folosind echipamente speciale.

Ce este comunicarea full duplex?

Procesul de comunicare bidirecțională între doi abonați cu transmitere simultană a mesajelor în ambele sensuri.

Prin ce se caracterizează o conexiune simplex?

Permite corespondenților să primească și să transmită numai alternativ. În sistemele de comunicații radio, modul simplex poate fi implementat folosind o singură frecvență - o singură frecvență simplex sau două frecvențe - frecvență duală simplex (DSS).

Cine este un abonat?

Un utilizator care are dreptul de acces la sistemul de prelucrare sau transmitere a informațiilor. În aceste scopuri, abonatului i se poate atribui un număr de abonat sau un cod unic de identificare.

Ce includ sistemele tehnice de comunicații ATS?

Un set de noduri și stații de comunicație conectate între ele prin linii de comunicație într-o ordine corespunzătoare organizației de control adoptată în ATS.

Ce este un nod de comunicare?

O componentă a unei rețele de comunicații pentru combinarea și distribuirea fluxurilor de mesaje.

Ce este o stație de comunicații?

O întreprindere special echipată care deservește anumite teritorii, efectuând observații și cercetări sistematice în domeniul comunicațiilor.

Ce este o linie de comunicare?

Un set de dispozitive tehnice și mediu fizic care asigură transmiterea și propagarea semnalelor de la emițător la receptor. Componentă a unui canal de comunicare (canal de transmisie). Uneori, mai multe linii de comunicație sunt incluse într-un canal de comunicație (antena, cablu, releu radio și alte linii de comunicație sunt utilizate în diferite secțiuni ale unui canal de comunicație extins).

Ce este un canal de comunicare?

Un canal de transmisie a informațiilor, inclusiv dispozitive tehnice și un mediu fizic pentru transmiterea semnalelor de la un transmițător la un receptor. Canalele de comunicație se deosebesc prin tipul de informații transmise (canale telegrafice, telefonice, de radiodifuziune etc.). Există cu fir și fără fir.

Prin ce diferă canalele de comunicare prin cablu de cele fără fir?

Canalele cu fir sunt implementate atunci când semnalul este transmis pe o linie cu două fire sau printr-o linie de comunicație prin fibră optică (FOCL). Canalele wireless sunt implementate atunci când se transmit informații folosind unde radio sau radiații infraroșii.

Care este lățimea de bandă a unui canal de comunicare?

Capacitatea sau gama de frecvență a unui semnal electric care poate fi transmis printr-un canal de comunicație.

Ce este afectat de lățimea de bandă a canalului de comunicație?

Caracterizează capacitatea de a transmite un semnal în bandă largă și de a rezista la trafic. De exemplu, pentru comunicațiile telefonice, lățimea de bandă este de 3100 Hz (de la 300 Hz la 3400 Hz). Acest interval este suficient pentru a transmite mesaje vocale de bună calitate. Transmisia de semnal video de înaltă calitate necesită o lățime de bandă a canalului de comunicație de mii de ori mai mare. Necesitatea de a transmite un semnal în bandă largă implică o complicație semnificativă a echipamentelor de formare a canalelor.

Ce este traficul?

Sarcina creată de fluxul de apeluri, mesaje și semnale care sosesc la facilitățile de comunicații.

Ce canale de comunicare tehnică au cel mai mare randament?

Un canal construit pe o linie de comunicație prin fibră optică (FOCL).

Ce este o rețea de telecomunicații?

Un sistem tehnologic care include mijloace și linii de comunicație și este destinat telecomunicațiilor sau comunicațiilor poștale. Rețelele de telecomunicații pot asigura între abonați fix fix conexiune (sau fix) și între mobil - mobil comunicații radio (sau mobile).

Ce tipuri de rețele de telecomunicații fixe există și pentru ce sunt acestea?

Rețelele fixe de telecomunicații presupun imposibilitatea liberei circulații a abonaților. Împărțit în rețele:

· comunicații telefonice destinate transmiterii de informații vocale;

· comunicare telegrafică - pentru transmiterea de litere, cifre, simboluri;

· comunicare prin fax - pentru transmiterea imaginilor plate;

· comunicare repetitoare - pentru a crea un canal de comunicare folosind unde radio;

· supraveghere televizată - pentru transmiterea semnalelor video de la camerele de televiziune staţionare;

· transmisie de date - pentru schimbul de diverse tipuri de informații între unitățile ATS;

· Telefonie IP - pentru telefonie și video telefonie folosind internetul internațional;

· acces în bandă largă prin linii fixe - pentru schimbul de informații de mare viteză.

Care sunt avantajele telecomunicațiilor fixe?

1) absența interferențelor reciproce la așezarea în comun a unui număr mare de linii într-o zonă limitată (sub rezerva regulilor de instalare stabilite), ceea ce face posibilă crearea centralelor telefonice care deservesc un număr mare de abonați;

2) nivel scăzut de auto-interferență în canalele de comunicare prin cablu, care asigură o calitate relativ înaltă a comunicării, precum și livrarea la timp și fiabilitatea mesajelor transmise;

3) secretul relativ al transmiterii mesajelor (pentru eliminarea neautorizată a informațiilor, trebuie să știți unde rulează linia către un anumit abonat);

4) aici este mai dificil decât în ​​comunicațiile radio să se creeze interferențe intenționate care împiedică schimbul de informații, deoarece acest proces este asociat cu necesitatea de a obține informații despre locația abonaților și traseul de stabilire a liniei dintre ei, timpul de negocieri etc.

LA neajunsuri comunicațiile prin linie fixă ​​ar trebui să includă necesitatea unor costuri financiare și materiale semnificative pentru crearea și funcționarea liniilor și rețelelor de comunicații prin cablu. Acest lucru se datorează lucrărilor costisitoare de excavare (în special în orașe), utilizării de metale neferoase scumpe în fire și a unui număr de alți factori;

Ce tipuri de rețele radio mobile există?

· rețele radio convenționale (simplex);

trunking rețele radio;

· paginarea rețelelor radio;

· satelit;

· sisteme de comunicații celulare;

· sisteme de acces radio fără fir în bandă largă (BWA).

Care sunt caracteristicile rețelelor radio mobile?

Convenţional rețelele radio folosesc principiul atribuirii fixe a canalelor de comunicație unui anumit grup de abonați. Astfel de sisteme sunt caracterizate, pe de o parte, de cel mai mic debit, determinat de numărul realizabil de abonați care lucrează pe un canal și, pe de altă parte, de cea mai mare eficiență a comunicării, caracterizată prin timpul de stabilire a unui canal de comunicare. . Rețele radio convenționale, la rândul lor, sunt împărțite în camere de controlȘi repetitor (repetitor).

Paging Rețeaua include instrumente tehnice și software cu ajutorul cărora, într-o anumită zonă de serviciu, transmisia unidirecțională a mesajelor digitale, alfanumerice și audio de un volum limitat către un receptor miniatural de utilizator se realizează printr-un canal radio. Componente principale: stație de bază, sistem de colectare a informațiilor, pager (receptor de mesaje în miniatură).

Satelit Sistemele de comunicații sunt un ansamblu de stații de satelit de abonat la sol care funcționează printr-un releu de navă spațială sub controlul unei stații centrale.

Sisteme wireless de acces radio în bandă largă (WBA). conceput pentru transmiterea (recepția) rezistentă la zgomot a informațiilor pe un canal radio folosind un semnal de putere redusă; În plus, sistemele BWA utilizează o bandă de frecvență semnificativ mai largă decât este necesară pentru transmisia convențională.

Care este ideea de bază a trunchiului?

Ideea principală este asigurarea accesului egal al abonaților la o resursă comună de frecvență. Toți utilizatorii au în comun un grup comun de canale radio, iar canalele gratuite sunt alocate automat la cererea abonaților. Această abordare crește semnificativ eficiența utilizării spectrului în comparație cu sistemele convenționale în care abonatul este alocat unui canal de frecvență.

Când este nevoie de canalizare?

Cu o densitate mare de abonați și necesitatea unui management centralizat al sistemului. De exemplu, când:

· număr de utilizatori potențiali mai mare de 150;

· Este necesară o comunicare garantată, fiabilă, eficientă, sigură,

· există 4 sau mai multe grupuri de utilizatori care sunt independente în activitatea lor curentă, dar necesită o interacțiune comună promptă în situații non-standard și de urgență;

· parc auto de peste 30 de autoturisme;

· este nevoie de conversații de grup și individuale simultane, precum și acces la rețeaua telefonică.

Cât de eficient este un sistem de canalizare?

Un sistem de comunicație trunking cu 4 canale este de 7,5 ori mai eficient decât un sistem convențional cu același număr de canale. Eficiența utilizării resursei de frecvență determină eficiența economică a utilizării sistemelor de canalizare. Se crede că un sistem trunking devine rentabil atunci când numărul de abonați depășește 50-100.

Care este elementul principal al unei rețele radio trunked?

Elementul principal al rețelelor de comunicații radio trunchiate este o stație de bază, care include mai multe repetoare cu echipamentul de antenă corespunzător și un controler care controlează funcționarea stației de bază, comută canalele repetitoarelor și oferă acces la rețeaua publică de telefonie sau la o altă rețea fixă. -rețea de linii.

Care sunt avantajele trunking-ului în comparație cu rețelele radio convenționale?

În comparație cu rețelele convenționale, rețelele trunking au o capacitate crescută, funcționalitate extinsă, diferite tipuri de apeluri (de grup, individuale, difuzare) și o zonă de acoperire teritorială mai mare.

Care este arhitectura sistemelor trunchiului?

Arhitectura sistemelor trunchi se bazează pe o rețea de stații de bază interconectate, fiecare dintre acestea deservând o anumită zonă. Această arhitectură face posibilă construirea de rețele de comunicații radio de diferite dimensiuni: de la rețele locale cu o singură zonă până la rețele regionale mari cu acoperire teritorială largă. În același timp, rămâne posibilitatea gestionării centralizate a rețelei, ceea ce este practic imposibil în rețelele convenționale.

Ce capabilități ale sistemelor de trunking sunt unice?

În comparație cu sistemele mobile celulare, sistemele trunked oferă o serie de noi capabilități. Acestea includ în primul rând posibilitatea comunicării de grup, care este principalul tip de interacțiune în rețelele radio ATS mobile terestre. În plus, apelurile prioritare și de urgență și regruparea dinamică a abonaților sunt posibile în rețelele trunked, care nu sunt disponibile pentru abonații rețelelor celulare. Cel mai important avantaj este viteza mare de stabilire a conexiunii. În sistemele de trunchiuri, timpul de stabilire a unui canal de comunicație, de regulă, nu este mai mare de 0,5 s, în timp ce sistemele celulare nu permit stabilirea unei conexiuni mai rapidă de 5 s.

Ce oferă un sistem de paginare?

Apel radio personal (paging) - un serviciu de telecomunicații care oferă transmisie fără fir unidirecțională a informațiilor în zona de serviciu.

Care este scopul sistemului de comunicații radio de paginare ATS?

Sistemele de radiocomunicații de paginare ATS sunt concepute pentru a organiza comunicațiile de avertizare și pentru a transmite informații formale către obiectele în mișcare.

Din ce elemente constă un sistem de comunicare de paginare?

Din sistemul de colectare a informațiilor, două seturi de echipamente - de bază și de abonat. Echipamentul de bază este proiectat pentru a transmite mesaje de informare către abonat în direct, iar echipamentul de abonat este conceput pentru a recepționa aceste mesaje.

Când sunt eficiente sistemele de paginare?

Sistemele personale de apel radio (PRC) sunt deosebit de eficiente în zone limitate și, de asemenea, dacă comunicațiile mobile (telefonul radio) nu sunt justificate economic. Eficiența economică ridicată a sistemului de comunicare de paginare se realizează datorită:

Limitarea bruscă a spectrului de frecvență necesar pentru comunicarea prin transmiterea unidirecțională a mesajelor către toți abonații alocați unui singur operator pe o singură frecvență radio;

Comprimarea semnificativă a semnalelor transmise în timp (prin transmisie secvențială de pachete a informațiilor acumulate de la fiecare abonat);

Costuri relativ mici pentru echipamentele de bază, deoarece Emițătorul radio al sistemului de paginare poate funcționa pe o rază destul de mare.

Care este scopul sistemelor de acces radio fără fir în bandă largă (BWA)?

Pentru transmisia (recepția) rezistentă la zgomot a informațiilor pe un canal radio folosind un semnal de putere redusă. În același timp, sistemele BWA utilizează o bandă de frecvență semnificativ mai largă decât este necesară pentru transmisia convențională.

Ce include sistemul BDS?

· comutatoare speciale care asigură managementul rețelei și sporesc securitatea acesteia.

Ce oferă sistemul ShBD?

· transmiterea de informații video în timp real;

· acces la baze de date;

· telefonie IP;

· conexiune la PSTN;

· organizarea rețelelor locale fără fir etc.

Ce date trebuie să fie într-un mesaj telefonic pentru ca acesta să fie un document?

La colet mesajele telefonice sunt înregistrate în jurnalul corespunzător:

1. Destinatarul și adresa acestuia.

2. Număr de ieșire.

3. Data și ora transmiterii.

4. Numele funcționarului care a semnat documentul.

5. Numele persoanei care a transferat documentul.

Pe recepţie pe de altă parte, documentul primit este furnizat cu detalii suplimentare (numărul de primire, data și ora recepției, numele persoanei care a acceptat documentul).

Ce sunt dispozitivele de abonat?

Dispozitive situate în punctul final al sistemului de comunicații: telefon, telegraf, fax, calculatoare etc. Abonatul lucrează direct cu ele.

Care este diferența dintre seturile telefonice ale sistemelor MB și CB?

Sistemul de alimentare și metoda de efectuare a apelului. Telefoanele sistemului MB sunt alimentate de propria sursă de alimentare, semnalul de apel este trimis manual de un inductor, setul telefonic al sistemului CB este alimentat de stația centrală, apelul este trimis prin ridicarea receptorului de la receptorul corespunzător. pârghii.

Ce se înțelege prin interval de frecvență în comunicațiile radio?

O bandă de frecvențe electromagnetice căreia i s-a atribuit un nume convențional. De exemplu, gama VHF este de frecvențe foarte înalte (30–300 MHz), UHF este de frecvențe ultra înalte (300–3000 MHz), microunde este de frecvențe ultra înalte (3–30 GHz).

Ce este un pas de grilă de frecvență?

Valoarea în kHz între frecvențele adiacente.

Ce intervale de frecvență sunt utilizate în ATS și în ce scopuri?

banda VHF(banda 40–46 MHz Folosit pentru organizarea de comunicații radio fixe în zonele rurale (în principal pentru comunicarea cu polițiștii de district care servesc în zonele rurale).

banda VHF(benzi 148–148,975; 171–172,975 MHz Folosit pentru organizarea comunicațiilor radio operaționale mobile). În sub-gamele de mai sus pas de grilă de frecvență este de 25 kHz.

Banda UHF(benzi 450-453 MHz și 460-463 MHz). Pasul grilei de frecvență este de 12,5 kHz. Folosit activ de departamentele de poliție din Moscova și Sankt Petersburg.

Gama de cuptor cu microunde(5350 MHz; 5650 MHz, benzi publice de frecvență) Folosit pentru a organiza comunicațiile pe linie fixă ​​pe distanțe scurte (până la 10–15 km) prin crearea de canale de comunicații radio digitale de mare viteză sau linii de releu radio.

Care este raza de comunicare în banda VHF?

Teoretic, în raza vizuală.

Cum se organizează comunicarea radio în departamentul de poliție?

Prin organizarea de direcții radio și rețele radio.

Ce este o rețea radio?

O rețea radio este o colecție de echipamente radio care funcționează la frecvențe comune. Vă permite să organizați comunicarea punct-la-multipunct.

Ce este direcția radio?

Un set de echipamente radio care permite organizarea comunicațiilor radio între doi corespondenți pe frecvențe alocate doar acestora (canale de frecvență).

Cum funcționează o rețea radio simplex cu o singură frecvență?

Constă dintr-un post de radio central (sau principal) și un număr de posturi de radio abonate. Acestea vă permit să organizați comunicații punct-la-multipunct. Numărul recomandat de posturi radio într-o astfel de rețea radio nu depășește treizeci. Stația de radio principală gestionează posturile radio abonaților, monitorizează regulile schimbului radio și ajută alte posturi de radio în stabilirea comunicațiilor.

Cum funcționează o rețea radio simplex cu frecvență duală?

În acest sistem, abonații comunică exclusiv printr-un repetor, care este situat în cel mai înalt punct topografic al zonei, pe clădirile înalte. În acest caz, pentru transmisie și recepție sunt utilizate frecvențe diferite, drept urmare comunicarea directă (ocolirea repetorului) între abonați este imposibilă.

Ce este un repetor?

Un dispozitiv care asigură recepția unui semnal de la un corespondent, amplificarea acestuia și transmiterea către un alt corespondent (sau grup de corespondenți).

Care sunt avantajele comunicării prin intermediul unui repetor?

Principalul avantaj este extinderea posibilei zone de comunicație radio datorită acoperirii largi a teritoriului de către un repetor foarte amplasat.

Ce este un radio mobil?

Un post de radio conceput pentru instalarea în mașini. Alimentat de la rețeaua de bord. Împreună cu transceiver-ul (stația în sine), pachetul de livrare include de obicei un cablu de alimentare de la rețeaua de bord, un kit de instalare, un microfon extern și o antenă auto.

Ce este traficul radio?

Transmiterea si receptia radiogramelor, semnalelor, comenzilor si desfasurarea negocierilor radio.

Ce includ datele radio?

1. Numărul de serie al rețelei radio.

2. Indicative de apel ale funcționarilor sau indicii pentru recrutarea acestora.

3. Tipul și puterea postului de radio.

4. Numere de caiet de indicativ.

5. Frecvențe de funcționare și de rezervă.

6. Timpul de funcționare a unei direcții radio sau a rețelei radio și semnalele prin care începe și se încheie această lucrare.

Ce tipuri de comunicații radio există?

Care sunt etapele comunicării radio?

În trei etape: stabilirea unei conexiuni, transmiterea unui mesaj, finalizarea schimbului radio.

Care este procedura de stabilire a comunicării?

Ordinea este următoarea:

Postul de radio este pornit pentru recepție, iar operatorul radio (operatorul), prin ascultare, se asigură că nu există schimb radio între posturile acestei rețele în acest moment;

Dacă nu există trafic radio, postul de radio comută la transmisie și este sunat abonatul necesar, de exemplu: „Vologda, sunt Donețk, Vologda, sunt Donețk, sunt Donețk. Recepţie";

Postul de radio apelat răspunde: „Donețk, sunt Vologda, aud bine. Eu sunt Vologda, bine ai venit.”

O legătură radio bidirecțională este stabilită atunci când radioul primește un răspuns la apel și confirmă că poate auzi răspunsul.

Care sunt modalitățile de a transmite informații unui corespondent?

Există trei moduri de a transmite informații către corespondent(i):

Fără chitanță, atunci când nu necesită confirmarea primirii mesajului de către destinatar;

Metoda de primire, când destinatarul confirmă primirea mesajului, de exemplu: „Dunărea, eu sunt Volga. Am primit mesajul, sunt Volga. Recepţie";

O metodă de verificare inversă, când confirmarea recepționării unei radiograme este dată prin repetarea completă a acesteia. Se practică pentru a transmite mesaje importante în care distorsiunea este inacceptabilă.

Dunărea, eu sunt Volga. 118, 225. Cum m-au înțeles, Recepție.

Volga, eu sunt Dunărea. Te înțeleg. 118, 225. Recepție.

Cum se transmit mesajele în condiții de auz slab?

În condiții de auz slab, cuvintele greu de pronunțat se transmit separat, literă cu literă. În acest caz, fiecare literă este reprezentată de un cuvânt care începe cu acea literă. De exemplu, cuvântul „trunchi” este redat după cum urmează: „Semyon, Tatyana, Vasily, Olga, Leonid”.

Cum se transmit informațiile care dezvăluie esența unui eveniment operațional?

La transmiterea informațiilor care dezvăluie esența unei măsuri operaționale se folosesc tabele de negociere. Tabelele de negociere sunt o colecție de mesaje și codurile digitale corespunzătoare. De exemplu, trimiterea unui mesaj în cod ar putea arăta astfel:

Volga, Volga, eu sunt Don. 118, 209, 118, 209. Cum m-ai înțeles? Recepţie.

Don, eu sunt Volga. Te înțeleg. 118, 209.

După ce a primit un astfel de mesaj, abonatul radio îl decriptează folosind un tabel de conversație.

Care este procedura de transmitere a unui mesaj circular?

Pentru a transmite un mesaj circular, de ex. adresat tuturor posturilor de radio din rețea, operatorul (operatorul) radio al postului principal ascultă rețeaua radio, se asigură că toate posturile radio din rețea sunt libere de trafic și transmite un apel preliminar sub forma: „Atenție toată lumea, eu (îi cheamă indicativul de apel). Pregătiți-vă pentru recepție.” Aceste cuvinte se repetă de două ori, se întrerupe un minut, apoi textul mesajului este transmis de două ori. Cu o comunicare radio fiabilă, mesajele circulare (radiogramele) sunt transmise fără notificare prealabilă. Dacă mesajul nu este transmis tuturor abonaților, atunci în acest caz indicativele de apel ale abonaților cărora le este transmis mesajul sunt denumite înainte de textul mesajului. Confirmarea recepționării mesajelor de către posturile de radio se realizează sub forma unei confirmări regulate a recepției. Ordinea transmiterii confirmării este determinată de succesiunea indicativelor de apel transmise. Dacă indicativele de apel nu au fost date, nu se oferă nicio confirmare de primire a mesajului.

Care sunt cerințele pentru comunicarea radio?

Comunicațiile radio trebuie să fie scurte și să conțină un număr minim de cuvinte și expresii. Negocierile pe chestiuni personale sunt interzise.

Ce este interzis atunci când se efectuează comunicații radio?

Interzis:

· transmiterea de informații constituind secrete militare sau de stat prin canale de comunicare deschise;

· lucrul cu date radio arbitrare sau distorsionate (pe alte frecvențe, indicative de apel etc.);

· transmite mesaje în text clar care dezvăluie esența activităților operaționale. Informațiile oficiale de interes operațional se transmit prin intermediul tabelelor de negociere;

· numiți numele sau titlurile funcționarilor;

· numiți numele și locațiile instalațiilor sensibile;

· raportează locația și numărul posturilor de poliție rutieră;

· raportează numărul de arme și echipamente speciale;

· raportarea numărului de victime umane în accidente rutiere, incendii, dezastre naturale și accidente.

Atunci când polițiștii servesc în condiții de luptă, cantitatea de informații interzise pentru transmitere prin canale deschise de comunicare crește semnificativ.

Când ar trebui să se efectueze comunicațiile radio fără indicative de apel?

În toate rețelele radio, dacă audibilitatea este satisfăcătoare, schimbul radio trebuie efectuat fără indicative de apel. Operatorul este obligat să ia întotdeauna o inițiativă rezonabilă în reducerea conversațiilor oficiale atunci când stabilește comunicații și efectuează traficul radio.

Când sunt necesare indicative de apel în timpul comunicațiilor radio?

La stabilirea unei conexiuni, înainte de finalizarea unui schimb radio, înainte de a transmite un mesaj circular.

Ce tip de baterii sunt folosite în ATS?

Baterii nichel-cadmiu (Ni-Cd), hidrură de nichel-metal (Ni-MH), litiu-ion (Li-Ion) și polimer de litiu (Li-Pol), plumb-acid (plumb acid).

Ce nu trebuie făcut atunci când utilizați baterii?

Când utilizați baterii, nu permiteți:

Descărcare profundă. Apare atunci când radioul continuă să funcționeze după ce a fost activat indicatorul de baterie descărcată;

Supraîncărcare, care apare atunci când timpul de încărcare este depășit, de obicei când se folosesc încărcătoare neautomatizate;

Încărcare (descărcare) cu curent mare. Apare la utilizarea încărcătoarelor „rapide” care se încarcă cu un curent de încărcare mare;

Încărcarea la temperaturi ambientale scăzute, ceea ce duce la o încărcare insuficientă a bateriilor. În consecință, capacitatea de descărcare a bateriilor scade. Bateriile trebuie încărcate la o temperatură de (20±5) °C. Iarna, bateriile trebuie păstrate cel puțin o oră într-o cameră cu o temperatură de (20±5) °C înainte de încărcare.

Ce tipuri de antene sunt folosite în radiourile VHF?

Fixat, răsucit și flexibil.

Ce capabilități suplimentare sunt disponibile în sistemele de comunicații radio digitale?

Utilizarea mai economică a resurselor de frecvență. De exemplu, în sistemele digitale într-o bandă de frecvență de 25 kHz este posibilă implementarea mai multor canale de voce (în TETRA sunt patru), dar în sistemele analogice - doar un canal. Securitate mai mare a informațiilor transmise decât în ​​sistemele analogice, calitate mai bună a semnalelor transmise etc.

Ce standarde radio digitale puteți specifica?

EDACS, dezvoltat de companie Ericsson; TETRA, dezvoltat de Institutul European de Standarde de Telecomunicații; APCO 25, dezvoltat de Asociația Oficialilor de Comunicare pentru Siguranța Publică; Tetrapol, dezvoltat de Matra Communication (Franța); iDEN, dezvoltat de Motorola (SUA); DMR, dezvoltat de Institutul European de Standarde de Telecomunicații (ETSI).

Ce standard de comunicație radio digitală este acceptat ca principal în sistemul Ministerului Afacerilor Interne al Rusiei?

Prin Ordinul Ministrului Afacerilor Interne al Federației Ruse din 25 noiembrie 2005 nr. 963, standardul de comunicații radio digitale ARSO-25 a fost aprobat ca principal în sistemul Ministerului Afacerilor Interne al Rusiei.

Ce este raza radio?

Distanța maximă la care se asigură schimbul de informații între receptor și emițător cu o calitate dată.

Ce factori interni afectează raza de comunicare radio?

Principalii factori determinați de postul de radio:

· nivelul de încărcare a bateriei. Bateriile descărcate reduc semnificativ raza de comunicare;

· tipuri de antene utilizate. Raza maxima este asigurata de antene bici, cea minima de cele flexibile;

· sensibilitatea receptorului postului de radio. Cu cât semnalul este perceput mai mic, cu atât raza de comunicare este mai mare;

· puterea emițătorului radio. Un semnal mai puternic emis de antenă oferă o rază de comunicare mai mare.

Ce factori externi afectează raza de comunicare radio?

Factori externi , reducerea razei de comunicare , sunt: ​​suprafata de relief (ravene, munti, dealuri), obstacole (cladiri, paduri, structuri metalice sau din beton armat), linii electrice transversale. Raza de comunicare crește atunci când antenele sunt amplasate pe un deal, dacă există medii între corespondenți care conduc sau reflectă bine semnalul electric, de exemplu, o cale ferată sau suprafața apei.

Ce este TETRA?

TETRA este un standard radio digital trunked (vezi Ce este trunking?), constând dintr-o serie de specificații dezvoltate de Institutul European de Standarde de Telecomunicații (ETSI). TETRA înseamnă în prezent Terrestrial Trunked Radio.

Ce înseamnă standardul deschis TETRA?

Standardul deschis prevede compatibilitatea echipamentelor de la diferiți producători. Accesul la specificațiile TETRA este gratuit pentru toate părțile interesate care s-au alăturat Asociației pentru Memorandumul de Înțelegere și Promovare TETRA (MoU TETRA).

Echipamentele TETRA sunt produse de cei mai importanți producători mondiali, precum Motorola, Nokia, OTE, Rohde & Schwarz etc. Rețelele TETRA sunt implementate în multe țări europene, precum și într-o serie de țări din Asia, Africa și America de Sud.

Care sunt caracteristicile tehnice ale TETRA?

Scurte specificații tehnice. Interfața radio TETRA presupune funcționarea într-o rețea de frecvență standard cu un pas de 25 kHz și o distanță minimă duplex a canalelor radio de 10 MHz. Pe o singură frecvență fizică pot fi organizate până la 4 canale de informare independente.

Ce mesaje pot fi transmise în standardul TETRA?

Standardul TETRA acceptă atât transmisia de voce, cât și de date. În acest caz, vorbirea și datele pot fi transmise simultan de la un terminal prin diferite canale de informare. Soluțiile digitale integrate în standardul TETRA vă permit să combinați funcțiile clasice ale comunicațiilor radio profesionale (comunicații operaționale și vocale de grup), transmisia de date și telefonia fără fir.

Care sunt perspectivele de dezvoltare a standardului TETRA?

În prezent, dezvoltarea celei de-a doua etape a standardului (TETRA Release 2 (R2)), care vizează integrarea cu rețelele mobile de generația a 3-a, o creștere radicală a vitezei de transfer de date, trecerea de la cartelele SIM specializate la cele universale, creșterea în continuare a eficiența rețelelor de comunicații și extinderea posibilelor zone de servicii.

Fiecare mesaj este o anumită colecție de informații despre starea oricărui sistem material, care este transmisă de o persoană (sau dispozitiv) care observă acest sistem către o altă persoană (sau dispozitiv), care de obicei nu are posibilitatea de a obține aceste informații de la direct observatii. Acest sistem material, împreună cu observatorul, reprezintă sursa mesajului. Pentru ca un mesaj să fie transmis destinatarului, trebuie utilizat un proces fizic. O mărime fizică în schimbare (de exemplu, curent într-un fir, câmp electromagnetic, unde sonore etc.) care afișează un mesaj se numește semnal. Setul de mijloace destinate transmiterii unui semnal se numește canal de comunicație. Aici, „mediu” poate fi înțeles ca atât dispozitivul, cât și mediul fizic în care se propagă semnalul. Semnalul este primit de destinatar. Cunoscând legea care leagă mesajul și semnalul, destinatarul poate identifica informațiile conținute în mesaj. Pentru destinatarul mesajului, semnalul nu este cunoscut dinainte și, prin urmare, este un proces aleatoriu.

Pe lângă semnalul transmis, canalul conține întotdeauna alte procese aleatorii de diverse origini, numite interferență sau zgomot. Prezența interferenței provoacă ambiguitate fundamentală în recuperarea mesajelor.

Canalul de comunicare, împreună cu sursa mesajului și destinatarul acestuia, cu metodele date de conversie a mesajului într-un semnal și de restabilire a mesajului din semnalul primit, se numește sistem de comunicare.

Uneori, un canal este folosit pentru a transmite mesaje din mai multe surse către mai mulți destinatari. Un astfel de canal se numește compactat și va fi discutat în capitolul. 9.

Orez. 1.1. Diagrama sistemului de comunicații.

În fig. 1.1 prezintă o diagramă a sistemului de comunicații în forma sa cea mai generală. Aici, dispozitivul de transmitere se referă la toate echipamentele care convertesc mesajul într-un semnal, iar dispozitivul de recepție se referă la echipamentul care reconstruiește mesajul. Canalul poate include, de asemenea, echipamente, cum ar fi amplificatoare releu.

Orez. 1.2. Spre definirea canalului.

Rețineți că conceptul de „canal” nu este strict definit. Să fie, de exemplu, un semnal transmis din punct în punct (Fig. 1.2) să treacă secvenţial prin unele legături care pot fi, de exemplu, amplificatoare, secțiuni de cablu, un mediu în care se propagă vibrațiile electromagnetice sau acustice etc. Întregul set al acestor legături poate fi numit canal. Putem considera o parte din legături ca un canal, de exemplu de la la , alocarea legăturilor către dispozitivul de transmisie și legătura către dispozitivul receptor. În teoria generală a comunicării, este convenabil să se numească un canal orice parte a sistemului de comunicații care, în funcție de condițiile problemei care se rezolvă, este imposibil sau indezirabil de schimbat. În acest sens vom înțelege termenul „canal”.

Din punct de vedere matematic, definirea unui canal înseamnă a indica ce semnale pot fi furnizate la intrarea sa și care este distribuția de probabilitate a semnalului la ieșire, având în vedere un semnal cunoscut la intrare. Sarcina generală a teoriei comunicării este de a găsi metode de conversie a unui mesaj în semnale ale unui canal dat și de a converti semnalul primit înapoi într-un mesaj, ceea ce asigură, într-un sens, cea mai bună transmitere a mesajelor.

Orice sistem material real inclus în sursa mesajelor poate avea o serie continuă de stări. Cu toate acestea, informațiile transmise despre aceasta nu epuizează niciodată toate trăsăturile stării și pot forma în multe cazuri un set discret (adică finit sau numărabil). În acest caz, se spune că sursa mesajului este discretă.

Pentru a judeca dacă o anumită sursă de mesaj este discretă sau continuă, este necesar, având ales un interval de timp finit de durată, să se ia în considerare întregul set de mesaje pe care această sursă le-ar putea crea în acest timp. Dacă această mulțime este finită, atunci sursa mesajelor este discretă, în caz contrar este continuă.

Desigur, odată cu creșterea, crește și numărul de mesaje diferite pe care o sursă discretă le poate crea, iar acest număr pentru orice sursă crește aproximativ conform unei legi exponențiale. Prin urmare, dacă nu limitați intervalul de timp, atunci setul va fi întotdeauna infinit. Cu toate acestea, pentru o sursă de mesaj discretă, aceasta va fi întotdeauna numărabilă. Aceasta înseamnă că toate mesajele imaginabile pot fi aranjate în conformitate cu o anumită lege la rând și renumerotate. Deci, de exemplu, pentru o sursă care creează mesaje sub formă de text scris, de exemplu, în alfabetul rus, puteți împărți toate mesajele posibile în grupuri care diferă în numărul de litere din mesaj, aranjați aceste grupuri în ordine crescătoare. a numărului de litere, iar în cadrul fiecărei grupe aranjați mesajele în ordine alfabetică și numerotați succesiunea de mesaje rezultată. Prin urmare, o astfel de sursă de mesaj este discretă. Oricare două mesaje din această sursă, dacă nu sunt identice, diferă în cel puțin o literă.

Un exemplu de sursă continuă este un dispozitiv care transmite rezultatul unei măsurători a unei cantități continue, de exemplu presiunea atmosferică într-o anumită locație. Dacă două mesaje dintr-o astfel de sursă nu sunt identice, atunci ele pot diferi unul de celălalt cât se dorește. În același timp, indiferent cât de puțin diferă mesajul de mesaj, este întotdeauna posibil ca un mesaj să difere chiar și mai puțin de . O asemenea multitudine de mesaje formează un continuum și nu pot fi numerotate.

Totuși, această sursă continuă se va transforma într-una discretă dacă i se impun două restricții. În primul rând, trebuie să producă un mesaj despre valoarea presiunii atmosferice în anumite momente de timp prestabilite. În al doilea rând, trebuie să rotunjească valorile măsurate la o anumită precizie (să zicem, la cel mai apropiat 0,01 mm Hg). Este ușor de verificat că o astfel de sursă modificată se dovedește a fi discretă. În același timp, dacă momentele de timp indicate sunt localizate suficient de frecvent, iar acuratețea reprezentării aproximative este suficient de mare, atunci din punct de vedere practic o astfel de sursă discretă nu este în niciun caz inferioară celor continue. Cu toate acestea, eșantionarea sau cuantizarea mesajelor nu este întotdeauna utilizată. Deci, de exemplu, sursa care transmite valoarea presiunii sonore în fața microfonului (în telefonie sau radiodifuziune) rămâne în majoritatea cazurilor continuă.

Această lucrare ia în considerare numai mesajele generate de surse discrete, care pentru concizie sunt numite mesaje discrete.

Atât sursele discrete, cât și cele continue pot fi împărțite în două tipuri: surse cu viteză controlată și surse cu viteză fixă. În sursele de primul tip, mesajele sunt stocate în formă înregistrată și emise conform cerințelor dispozitivului de transmitere (codificare). În sursele de al doilea tip, mesajele sunt emise în anumite momente în timp, determinate de sursa însăși și independent de funcționarea dispozitivului de transmisie.

Exemple de surse de rată controlată sunt textul unei telegrame care urmează să fie transmisă pe o linie telegrafică, o telegramă foto goală, bandă perforată etc. Exemple de surse cu rată fixă ​​sunt mulți senzori din sistemele de telemetrie, computere electronice, o persoană care vorbește în față a unui microfon, a unei scene, difuzat la televizor etc.

Adesea, un element de memorie tampon este inclus între sursa cu rată fixă ​​și dispozitivul de transmisie. Dacă capacitatea memoriei tampon este mărită la nesfârșit, atunci condițiile de transmitere a mesajelor se apropie de cele care apar cu surse cu viteză controlată.

Orice sistem de comunicație este un sistem de transmisie în care obiectul transmiterii sunt mesajele. Orice mesaj este o colecție de informații despre starea oricărui sistem material care este transmisă de o persoană (dispozitiv) care observă acest sistem către o altă persoană (dispozitiv) care nu are posibilitatea de a obține aceste informații prin observații directe. Sistemul material, împreună cu observatorul, reprezintă sursa mesajelor (corespondent).

Sursa produce mesaje dintr-un set de mesaje posibile. Acest set poate fi finit (de exemplu, text alfabetic) sau infinit (de exemplu, un mesaj telefonic). Fiecare literă, de exemplu, aparține mulțimii finite care formează alfabetul, iar fiecare cuvânt aparține mulțimii finite care formează dicționarul. Setul de mesaje împreună cu probabilitățile lor de apariție (probabilități anterioare) se numește ansamblu de mesaje.

Din punct de vedere matematic, orice mesaj poate fi reprezentat ca o anumită funcție a timpului m(t), care poate fi fie o funcție continuă a timpului continuu (de exemplu, la transmiterea vorbirii), fie o succesiune de numere (cuvinte, litere), adică funcţie de timp discret.

Pentru ca un mesaj să fie transmis destinatarului, este necesar să folosiți un fel de transportator. Orice proces fizic poate fi folosit ca purtător, de exemplu, un curent electric într-un fir (comunicare prin fir), un câmp electromagnetic (comunicare radio), unde sonore, un fascicul de lumină etc.

Mărimea fizică în schimbare S(t) reprezentând mesajul transmis m(t) se numește semnal. Evident, fiecare mesaj trebuie să aibă propriul său semnal pentru a putea partea de primire Pe baza semnalului primit, a fost posibil să se determine fără ambiguitate mesajul transmis.

Sursa mesajului

interferență

Orez. 1.1. Schema bloc a sistemului de comunicații

urmatoarele operatii: conversia unei marimi neelectrice intr-una electrica, codare si modulare. Prima operațiune este necesară la transmiterea oricăror mesaje - discrete și continue. De exemplu, la transmiterea vorbirii, aceasta constă în transformarea presiunii sonore într-un curent electric care variază proporțional de la microfon.

Mesajele discrete sunt o succesiune aleatorie a unor elemente m1,m2,...mn. Acest

secvența de pe partea de transmisie poate fi convertită conform unei anumite legi într-o altă secvență

a1,a2,…,al,mai convenabil din punct de vedere tehnic.

Operația de conversie a unei secvențe (mn) secvență (al) este numită codificareși este realizat de un dispozitiv de codificare. Metodele și scopurile codificării pot fi diferite.

Cel mai adesea, codarea constă în divizarea suplimentară a fiecărui element al secvenței. La transmiterea textului scris, de exemplu, fiecare literă corespunde unei anumite noi secvențe de caractere ai, numită combinație de cod. Dacă o combinație de cod conține N caractere, fiecare dintre ele ia una dintre m valori posibile, atunci numărul de combinații posibile va fi egal cu M = mn Numărul m se numește bază, iar n este numărul de coduri. Dacă m = 2, atunci codul se numește binar. Când se transmit mesaje discrete în telegrafie, de exemplu, un cod binar de cinci cifre (m=2, n=5) este utilizat pe scară largă. Acest cod asigură transmiterea mesajelor cu un volum alfabetic de M = 25 = 32 de litere. Fiecare literă este transmisă într-o secvență de cinci pachete curente sau neactuale („zerouri” și „unuri”). Codurile în care toate combinațiile de coduri conțin același număr de elemente se numesc uniforme. Uneori sunt folosite coduri neuniforme, cum ar fi codul Morse.

Mai sus am vorbit despre așa-numitul primitiv codificare, al cărei scop este simplificarea echipamentului utilizat. Recent a început să fie utilizat pe scară largă rezistent la zgomot codificare, al cărei scop este de a crește fiabilitatea sistemelor de comunicații în prezența interferențelor.

La transmiterea mesajelor continue, operația de codificare este adesea omisă. Cu toate acestea, recent au început să fie utilizate diferite tipuri de modulare a impulsurilor. În acest caz, o secvență periodică de impulsuri este utilizată ca purtător principal. În acest caz, devin posibile metode discrete pentru transmiterea și codificarea mesajelor continue.

Operațiile de codificare sunt de obicei efectuate prin circuite electrice. Secvențelor diferite de simboluri de cod vor corespunde secvenței elemente semnalele electrice primare U(t), care se numesc semnale nemodulate sau video.

Procesul de conversie a mesajelor în semnale S(t) se încheie modulare vreun transportator. Modulația constă în modificarea oricărui parametru al purtătorului f =f(a,b,...,t). Parametrul modulat (a) primește un increment proporțional cu semnalul de modulare:

unde Δa este incrementul absolut maxim al parametrului modulat și valoarea

reprezintă modificarea relativă a acestui parametru și se numește coeficient de modulație. La transmiterea mesajelor discrete, parametrul modulat ia una dintre mai multe valori discrete posibile. În acest caz, în locul termenului „modulație” se folosește adesea termenul „manipulare”. Numărul de tipuri posibile de modulație este egal cu numărul de parametri purtători. De exemplu, în cazul unei purtătoare sinusoidale, sunt posibile tipuri de modulație de amplitudine, fază și frecvență.

Operația de generare a semnalului poate fi reprezentată pe scurt ca

unde f este o operație neliniară, inclusiv operații de codare și modulare.

Semnalul astfel generat de la ieșirea transmițătorului intră pe linia de comunicație. Linie de comunicare este mediul fizic folosit pentru a transmite semnale de la un transmițător la un receptor. Acest mediu poate fi un circuit fizic (o pereche de fire, un cablu într-o conexiune cu fir) sau o regiune a spațiului în care se propagă undele electromagnetice (comunicații radio în orice domeniu de frecvență, inclusiv optice).

Liniile de comunicare reale conțin întotdeauna interferențe de diverse origini. Interacțiunea dintre semnal și zgomot poate fi reprezentată ca o operație liniară sau neliniară

La intrarea receptorului se primește un semnal x(t) distorsionat de interferență, din care este necesară determinarea mesajului transmis. Prin urmare, receptorul trebuie să efectueze operațiile inverse ale părții de transmisie: demodulare și decodare. Demodularea semnalului recepționat este realizată de un demodulator, care prelucrează semnalele recepționate după anumite reguli și identifică elementele semnalului transmis (simboluri de cod). Decodorul convertește combinațiile de coduri în elemente de mesaj. În general, funcționarea sistemului de comunicații poate fi descrisă prin expresia:

y =W (x) = W (V [ξ,F(m,f)]), (1.1.3)

unde W este un operator neliniar care include operații de demodulare și decodare.

Evident, în cazul ideal, mesajul primit ar trebui să se potrivească exact cu cel transmis, adică. У(t)=m(t) . Cu toate acestea, prezența interferenței în linia de comunicație provoacă o ambiguitate fundamentală la restaurarea unui mesaj la partea de recepție. Prin urmare, întotdeauna y(t)≈m(t).

Să mai introducem câteva definiții. Se apelează la setul de mijloace tehnice destinate transmiterii unui mesaj de la o sursă la un destinatar canal de comunicare. Include un transmițător, linie de comunicație și receptor. Orice canal este caracterizat de trei parametri principali:

a) banda de frecvență pe care o poate trece canalul,

b) timpul T în care este furnizat canalul

pentru munca,

c) intervalul admisibil de niveluri de semnal în canal (interval dinamic).

Se formează canalul de comunicare, împreună cu sursa și destinatarul mesajelor Sistem de comunicatii. Sistemele de comunicații pot diferi între ele în ceea ce privește tipul de mesaje transmise, metodele de conversie a mesajelor în semnale și reconstrucția mesajelor din semnalele primite, mediul fizic folosit ca linie de comunicație etc.

În funcție de tipul de mesaje transmise, sistemele de comunicații pot fi continue sau discrete. Sistemele de comunicații telegrafice sunt un exemplu tipic de sisteme discrete. Sistemele de telefonie, radiotelefonie și televiziune care utilizează metode de modulație analogică (continuă) sunt clasificate ca sisteme de comunicații continue. Recent, sisteme cu diferite tipuri de modulație a impulsurilor au fost folosite pentru a transmite mesaje continue. Astfel de sisteme pot fi clasificate ca sisteme mixte.

În sistemele de comunicații discrete, la demodularea și decodificarea semnalelor, este necesar să se cunoască durata, începutul și sfârșitul fiecărui element al combinației și a întregii combinații în ansamblu, adică. Este necesară operarea în fază a dispozitivelor de transmisie și recepție. Conform metodei de menținere în fază, sistemele de comunicații discrete pot fi împărțite în sincron și asincron.În sistemele de comunicații sincrone, emițătorul și receptorul funcționează sincron, pentru care se folosește un canal de sincronizare special. Un exemplu de sisteme sincrone sunt sistemele de comunicații telegrafice care utilizează codul Baudot binar de cinci cifre. Un exemplu de sisteme de comunicații asincrone sunt sistemele start-stop, în care fazarea funcționării receptorului și emițătorului este realizată prin elemente suplimentare speciale la începutul (start) și la sfârșitul (oprire) fiecărei combinații de coduri.

Dacă un sistem de comunicație transmite mai multe mesaje din surse diferite, atunci este numit multicanal.

Dacă semnalele pot fi transmise printr-un canal de comunicație într-o singură direcție, atunci canalul este apelat simplex. Dacă semnalele pot fi transmise simultan în ambele direcții, atunci canalul este apelat duplex. Sistemele de comunicații duplex au în esență două canale (înainte și invers), dar în general nu sunt identice. În unele cazuri, în astfel de sisteme, mesajele sunt transmise într-o singură direcție, iar canalul de întoarcere este utilizat pentru a controla și proteja împotriva erorilor la transmiterea mesajelor în direcția înainte. Astfel de sisteme se numesc sisteme din spate comunicare Feedback-ul poate îmbunătăți semnificativ fiabilitatea operațională și este utilizat în sistemele de comunicații și control automat. În cel din urmă, semnalul canalului de întoarcere acționează asupra unui dispozitiv pentru a-și ajusta parametrii.

§ 1.2. Caracteristicile semnalului de comunicare

După cum sa menționat mai sus, semnalele transmise sunt legate în mod unic de mesajele transmise. Descrierea matematică a semnalului este o anumită funcție a timpului S(t) . Semnalele de comunicare pot fi clasificate după mai multe criterii.

În teoria mesajelor, semnalele sunt împărțite în primul rând în deterministe (regulate) și aleatorii. Semnalul este apelat determinat dacă poate fi descris printr-o funcţie cunoscută a timpului. Prin urmare, prin determinist înțelegem un semnal care corespunde unui mesaj transmis cunoscut și care poate fi prezis cu acuratețe în avans pe o perioadă de timp arbitrar de mare. Semnalele deterministe sunt de obicei împărțite în periodice, aproape periodice și neperiodice.

În condiții reale, semnalul de la locația de recepție este necunoscut în prealabil și nu poate fi descris de o funcție de timp specifică. Semnalele primite sunt imprevizibile și aleatorii din mai multe motive. În primul rând, pentru că un semnal obișnuit nu poate transporta informații. Într-adevăr, dacă totul ar fi cunoscut despre semnalul transmis, atunci nu ar fi nevoie să-l transmiteți. De obicei doar partea care primește știe unii parametri semnal. În al doilea rând, semnalele sunt de natură aleatorie din cauza diferitelor tipuri de interferențe, atât externe (cosmice, atmosferice, industriale etc.), cât și interne (zgomot de lămpi, rezistențe etc.). Semnalul primit este, de asemenea, distorsionat din cauza trecerii printr-o linie de comunicație, ai cărei parametri sunt adesea o funcție aleatorie a timpului.

Modelul unui semnal de comunicație nu este o funcție a timpului S(t), ci un set de anumite funcții care reprezintă un proces aleatoriu. Fiecare semnal specific este unul implementari proces aleator care poate fi descris printr-o funcţie deterministă a timpului. Adesea, ansamblul de mesaje posibile (semnale) este cunoscut destinatarului. Sarcina este de a determina din implementarea acceptată a unui amestec de semnal de 6 zgomote care mesaj de la un ansamblu dat a fost transmis.

Astfel, semnalul transmis trebuie considerat ca un set de funcții care sunt implementări ale unui proces aleatoriu. Caracteristicile statistice ale acestui proces descriu complet proprietățile semnalului. Cu toate acestea, rezolvarea multor probleme specifice devine dificilă în acest caz. Prin urmare, este recomandabil să începeți studiul semnalelor și trecerea lor prin diferite circuite cu implementări individuale ca funcții deterministe.

O descriere completă a semnalului nu este întotdeauna necesară. Uneori pentru analiză este suficient să existe câteva caracteristici generalizate care reflectă cel mai pe deplin proprietățile semnalului. Una dintre cele mai importante caracteristici ale unui semnal este sa durată b

T, care determină timpul necesar de funcționare al canalului și este pur și simplu legat de cantitatea de informații transmise de acest semnal. A doua caracteristică este lățimea spectrului semnalul F, care caracterizează comportamentul semnalului pe durata sa și rata de schimbare a acestuia. Ca o a treia caracteristică, ar putea fi introdusă una care să determine amplitudinea semnalului pe toată durata existenței sale, de exemplu, puterea. Cu toate acestea, puterea semnalului P în sine nu determină condițiile pentru transmiterea acestuia pe canalele reale de comunicație cu interferență. Prin urmare, un semnal este de obicei caracterizat de raportul dintre puterile semnalului și al zgomotului:

care se numește excesul semnalului asupra zgomotului sau raportul semnal-zgomot.

O caracteristică de semnal numită interval dinamic ,

care determină gama de modificări ale nivelurilor semnalului (de exemplu, volumul la transmiterea mesajelor telefonice) și impune cerințe corespunzătoare asupra liniarității căii. Din aceeași parte, semnalul poate fi caracterizat prin așa-numitul factorul de creastă

reprezentând raportul dintre valoarea maximă a semnalului și valoarea reală.

Cu cât factorul de vârf al semnalului este mai mare, cu atât performanța energetică a dispozitivului radio va fi mai slabă.

Din punct de vedere al transformărilor efectuate asupra mesajelor, semnalele sunt de obicei împărțite în semnale video (nemodulate) și semnale radio (modulate). De obicei, spectrul unui semnal video este concentrat în regiunea de joasă frecvență. Când se utilizează modulația, semnalul video se numește modulare. Spectrul de semnal radio este concentrat în jurul unei anumite frecvențe medii în regiunea de înaltă frecvență. Semnalele radio pot fi transmise sub formă de unde electromagnetice.

Pentru a încheia această secțiune, vom descrie pe scurt semnalele utilizate în diverse tipuri de comunicații. În fig. Figura 1.2 prezintă un semnal video sub forma unei secvențe de impulsuri continue. Un astfel de semnal este generat în timpul lucrărilor telegrafice folosind un cod binar de cinci cifre. Lățimea de bandă de frecvență utilizată pentru a transmite astfel de semnale depinde de viteza telegrafului și este egală, de exemplu, cu 150-200 Hz atunci când se utilizează aparatul telegrafic ST-35 și se transmite 50 de caractere pe secundă. La transmiterea mesajelor telefonice, semnalul reprezintă

Sf)

Sf)

Sf)

t

t

Sf)

Orez. 1.2 - semnal video sub forma unei secvențe de impulsuri continue

Orez. 1.3 - transmiterea imaginilor statice folosind fototelegraf

este o funcție continuă a timpului, așa cum se arată în fig. 1.26. În telefonia comercială, semnalul este transmis de obicei în banda de frecvență de la 30 Hz la 3400 Hz. În difuzare, transmisia de înaltă calitate a vorbirii și muzicii necesită o bandă de frecvență de aproximativ 40 Hz până la 10 kHz. La transmiterea imaginilor statice folosind un fototelegraf, semnalul are forma prezentată în Fig. 1.3. Reprezintă o funcție de pas. Numărul de niveluri posibile este egal cu numărul de tonuri și semitonuri transmise. Pentru transmisie sunt utilizate unul sau mai multe canale telefonice standard. Când transmiteți imagini în mișcare în televiziune folosind 625 de linii de descompunere, este necesară o bandă de frecvență de la 50 Hz la 6 MHz. Semnalul are o structură complexă discret-continuă. Semnalele modulate au forma prezentată în Fig. 1.3 b (cu modulație de amplitudine).

§ 1.3. Probleme și metode de teoria transmisiei semnalului

După cum s-a menționat mai sus, obiectul transmisiei în sistemele de comunicații sunt mesajele care diferă semnificativ de alte obiecte de transmisie, de exemplu, energia electrică în sistemele de transmisie a energiei. În cel din urmă, sarcina principală este de a transfera energie către consumator cu pierderi minime. Transmiterea mesajelor este însoțită și de transferul de energie, dar scopul principal al sistemului de comunicare nu este transferul de energie. Eficiența energetică a sistemelor de comunicații (în special a comunicațiilor radio) este extrem de mică. Este evident că sunt necesare criterii speciale pentru a evalua eficacitatea sistemelor de comunicare. Un astfel de criteriu poate fi cantitatea de informații conținute în mesaj. Să ne uităm la câteva exemple.

În sistemele de comunicații telegrafice, mesajele sunt niște text. Măsura cantității de informații în acest caz poate fi numărul de cuvinte sau litere. La transmiterea mesajelor telefonice, cantitatea de informații va fi determinată nu numai de numărul de cuvinte, ci și de intonație, timbrul vorbirii și intervalul de volum al sunetului. În mod similar, într-un mesaj de televiziune, cantitatea de informații va fi determinată de complexitatea imaginii. Teoria informației, care face parte din cursul despre teoria transmisiei semnalului, vă permite să determinați cantitatea de informații din orice mesaj. Una dintre caracteristicile unui sistem de comunicații este cantitatea maximă posibilă de informații transmise (sau primite) pe unitatea de timp. Mărimea determinată în acest fel se numește debitului sisteme de comunicații.

Dacă există interferențe, mesajele transmise sunt distorsionate. Nivelurile ridicate de interferență pot face imposibilă recepția

mesaj transmis. Din acest punct de vedere, sistemele de comunicaţii sunt supuse cerinţei fidelităţii transmisiei sau gradului de corespondenţă a semnalului recepţionat cu cel transmis. Acesta din urmă depinde, în primul rând, de funcționalitatea echipamentului, a cărui considerare nu face obiectul studiului în cursul teoriei transmisiei semnalului și, în al doilea rând, de proprietățile proprii ale sistemului de comunicații, determinate de metodele de transmitere și primirea semnalelor. Abilitatea sisteme de comunicații pentru a rezista efectelor nocive ale interferenței datorită proprietăților sale se numește imunitate la zgomot sisteme de comunicații. Imunitatea la zgomot a sistemelor de comunicații este o altă caracteristică importantă a unui sistem de comunicații. Ca măsură cantitativă a imunității la zgomot la transmiterea mesajelor discrete, se obișnuiește să se utilizeze probabilitatea de eroare, care determină numărul relativ de elemente de semnal primite incorect. La transmiterea mesajelor continue, imunitatea la zgomot este evaluată prin abaterea mesajului primit de cel transmis. Mărimea abaterii este determinată de un anumit criteriu, de exemplu rădăcina medie pătrată:

unde linia ondulată din partea de sus înseamnă o medie în timp.

Astfel, principalele cerințe pentru sistemele de comunicații sunt creșterea debitului și a imunității la zgomot. Aceste cerințe sunt contradictorii, deoarece este posibilă creșterea debitului în detrimentul imunității la zgomot și invers. Aparent, în principiu este posibil să se proiecteze un sistem de comunicații optim care, după un anumit criteriu, va satisface cerințele mai bine decât altele.

Proiectarea unui sistem de comunicații care oferă cel mai mare debit și imunitate la zgomot necesită luarea în considerare a mulți factori. În formularea generală, sarcina constă, conform (1.1.3), în alegerea unui astfel de algoritm (regulă) pentru funcționarea sistemului Y=W(V) pentru a obține, la debit maxim, un mesaj de ieșire care diferă minim de cel transmis din punctul de vedere al unui criteriu. Sinteza unui astfel de sistem optim necesită o selecție comună a unui sistem de semnale (operații

metoda de codificare și modulare) și metode de recepție (demodulare și decodare). În această formă generală, această problemă nu a fost încă rezolvată.

Așadar, pentru a obține rezultate practice, această problemă trebuie disecată și sistemul sintetizat în părți cu niște parametri fiși. De exemplu, având în vedere o metodă de recepție arbitrară, puteți alege sistemul de semnal optim, adică metode de codare și modulare. Având în vedere sistemul de semnal selectat, problema se rezumă la construirea unui receptor optim. Operatorul pe care îl căutăm este W.

Atunci când alegeți operatorii F și W separat, trebuie să vă ghidați după următoarele principii. În primul rând, receptorul trebuie să suprime interferențele în cel mai bun mod posibil, adică să ofere imunitate maximă la zgomot. Sistemul de semnal trebuie ales astfel încât semnalele care reprezintă mesaje diferite să fie cât mai diferite unele de altele, astfel încât interferențele să aibă un efect cât mai mic asupra diferenței lor. În acest fel, puteți selecta cele mai bune coduri, cele mai rezistente tipuri de modulație la zgomot, puteți construi un receptor optim, adică. obțineți soluții optime pentru legăturile individuale ale sistemului de comunicații. Această metodă face posibilă sintetizarea, dacă nu cea mai bună din punct de vedere teoretic, atunci măcar sisteme de comunicare bune și eficiente.

În această direcție s-a dezvoltat teoria generală sau statistică a comunicării. În 1941, matematicianul sovietic A.N Kolmogorov a dezvoltat bazele matematice ale teoriei circuitelor liniare (filtre) care sunt optime după criteriul erorii pătratice medii minime, care a fost dezvoltat ulterior de N. Wiener. În 1947 V.A. Kotelnikov a pus bazele teoriei imunității la zgomot în lucrarea sa remarcabilă „Teoria imunității potențiale la zgomot”. În această lucrare a fost pusă și rezolvată, pentru prima dată, problema construirii unui receptor ideal, care oferă potențial, adică. cea mai mare imunitate posibilă la zgomot. În 1949, omul de știință american K. Shannon a pus bazele teoriei informației. El a dovedit posibilitatea unei astfel de codări, care permite obținerea celei mai mari viteze posibile de transmisie a mesajelor cu o probabilitate arbitrar de mică de recepție eronată a întregului mesaj.

Aceste lucrări au pus bazele unei noi științe - teoria generală a comunicării sau teoria generală a informației. Teoria informației a apărut datorită pătrunderii în teoria și tehnologia comunicării a metodelor matematice exacte. În sensul restrâns al cuvântului, teoria informației se ocupă de găsirea metodelor optime de codare. ÎN

În sensul larg al cuvântului, teoria informației este o teorie care utilizează metode probabilistice și statistice pentru analiza și sinteza sistemelor de comunicații și a elementelor acestora. Utilizarea acestor metode ca instrument matematic principal se explică prin faptul că semnalele de comunicare nu sunt procese regulate, ci aleatorii.

Teoria probabilității și teoria proceselor aleatorii sunt principalele instrumente matematice de analiză a trecerii semnalelor și a interferențelor prin sistemele de comunicație și elementele acestora. Metodele statisticii matematice, în special teoria deciziei statistice și teoria estimării, sunt fundamentale în sinteza și compararea sistemelor de comunicații care îndeplinesc anumite criterii de calitate.

După cum sa menționat mai sus, implementările de semnal individuale pot fi descrise prin funcții deterministe (regulate) ale timpului. Prin urmare, pentru studiul inițial al proceselor fizice din dispozitivele de transmitere și recepție a semnalelor electrice se folosesc și metode clasice, de exemplu, metoda analizei armonice (serie Fourier și integrală).

Metodele de descriere matematică a semnalelor de comunicare sunt discutate mai jos.

SEMNALE DETERMINISTICE

§ 2.1. Reprezentarea spectrală a deterministului

semnale

După cum sa menționat în Capitolul 1, semnalele de comunicare sunt procese în mod inerent aleatorii. Cu toate acestea, implementările individuale ale unui proces aleatoriu și unele semnale speciale (de exemplu, de testare) pot fi considerate funcții deterministe. Acestea din urmă sunt de obicei împărțite în periodice, aproape periodice și neperiodice, deși semnalele strict periodice nu există în condiții reale.

Un semnal se numește periodic dacă îndeplinește condiția

S(t)=S(t + KT) (2.1.1)

pe intervalul ≤ t ≤, unde T este o valoare constantă numită perioadă, iar K este orice număr întreg.

Un semnal care nu satisface condiția (2.1.1.) de-a lungul întregii axe a timpului se numește neperiodic. Este specificat pe un finit (t1≤t≤ t2) sau semi-infinit (t1≤t<∞) ин­тервале времени, а за пределами этого интервала принимается тождественно равным нулю. Непериодический сигнал можно рас­сматривать как периодический, но с бесконечно большим перио­дом. Одной из характеристик непериодического сигнала являет­ся его длительность, под которой понимают либо длительность, соответствующую всему сообщению или отрезку сообщения, ли­бо длительность отдельного элемента (например, элемента ко­довой комбинации).

Un semnal aproape periodic este unul pentru care perioada poate fi specificată doar aproximativ. Astfel de semnale sunt, de exemplu, semnale care pot fi reprezentate ca o sumă de componente armonice cu frecvențe arbitrare (nu multiple).

În teoria semnalului, reprezentarea spectrală a semnalelor este utilizată pe scară largă. Reprezentarea spectrală a unui semnal determinist S(T) este reprezentarea acestuia ca sumă a unui număr finit sau infinit de componente armonice. Baza reprezentării spectrale a semnalelor este

transformata Xia Fourier. Să luăm în considerare mai întâi reprezentarea spectrală a semnalelor modulante sau video.

După cum se știe din matematică, orice funcție periodică cu perioada T care satisface condițiile Dirichlet poate fi reprezentată ca o serie Fourier
, (2.1.2)
unde coeficienții aK și bK sunt determinați prin formule

Magnitudinea

determină valoarea medie a semnalului pe perioadă și se numește componentă constantă.

Frecvența se numește frecvența fundamentală a semnalului, iar frecvențele sale multiple Fk = KF sunt armonici superioare.

Expresia (2.1.2) poate fi rescrisă după cum urmează

,
(2.1.6)

Dependențe inverse pentru coeficienți și

C 5

Ω

C 4

C 2

C 1

C 6

C 3

2Ω

4Ω

3Ω

5Ω

w

6Ω

Orez. 2.1 - graficul spectrului de amplitudine al unui semnal periodic

Este prezentat un grafic al spectrului de amplitudine al unui semnal periodic. Spectrul de faze are un aspect similar. Se numește spectrul unei funcții periodice

liniar sau discret, deoarece este format din individual
linii corespunzătoare frecvențelor O, Ω.2Ω,…

Dacă funcția S (t) care descrie semnalul este pară, i.e. S (t) = S (-t), atunci conform (2.1.3) toți bk = 0, iar seria Fourier corespunzătoare va conține numai termeni cosinus. Dacă funcția S(t) este impară, i.e. S(t) = -S(-t), atunci seria Fourier va conține numai termeni sinusoidali. Folosind expresia

în loc de (2.1.5) putem scrie

Conform expresiilor (2.1.3) și (2.1.6), coeficienții Ck și αk sunt pari în raport cu k, iar coeficienții bk și unghiurile de fază sunt impari, adică.

Prin urmare, a doua sumă din (2.1.8) poate fi reprezentată în următoarea formă

Combinând ambele sume de expresie (2.1.8), obținem așa-numita formă complexă sau exponențială a seriei Fourier

unde coeficienții se numesc amplitudini armonice complexe și sunt legați de coeficienții Сk și k, precum și bk și αk prin relații

,
. (2.1.12)

Pe baza expresiilor (2.1.12) și (2.1.3), putem scrie și

Comparând (2.1.5) și (2.1.13), observăm că atunci când se utilizează notația complexă a seriei Fourier, valorile negative ale lui k ne permit să vorbim despre componente cu frecvențe „negative”. frecvențele este de natură formală și este asociată cu utilizarea unei forme complexe de notație pentru reprezentarea semnalului real. De fapt, următoarea pereche de termeni corespunde componentei armonice cu frecvența „fizică” Ωk = kΩ în expresie (. 2.1.11).

Această pereche de termeni, datorită uniformității modulului și a neobișnuităii fazei k, însumează o funcție armonică reală cu o frecvență pozitivă:

Datorită dublării numărului de componente atunci când se utilizează forma exponențială de înregistrare a seriei Fourier, amplitudinile acestora sunt reduse de 2 ori. Utilizarea unei astfel de notații simplifică foarte mult calculele matematice atunci când se studiază trecerea semnalelor prin diferite sisteme liniare.

Să calculăm acum puterea medie a semnalului pe perioadă

unde linia ondulată din partea de sus înseamnă o medie în timp. Punând (2.1.2) în (2.1.15) și ținând cont de faptul că
,
,

iar integrarea pe perioada funcției inițiale T a oscilațiilor armonice cu frecvență dublă și a produselor cosinusului și sinusurilor cu argumente de multiplicitate inegală dă zero, în loc de (2.1.15) obținem

Această expresie se numește egalitatea lui Parseval, care arată că puterea medie a unui semnal este egală cu suma puterilor medii ale componentelor sale de frecvență și nu depinde de relațiile de fază dintre componentele individuale.

Spectrele semnalelor neperiodice

Sf)

t

T

α

Ω

2Ω

4Ω

3Ω

5Ω

6Ω

C k

C 5

C 4

C 2

C 1

C 6

C 3

Expansiunea seriei Fourier poate fi generalizată în cazul unui semnal neperiodic. Într-adevăr, să existe un semnal periodic cu o perioadă T și o anumită amplitudine și spectru de fază.

Fig.2.2 - Pe măsură ce T crește, frecvența primei armonice scade și la fel și liniile spectrale

Dacă funcția rămâne neschimbată pe interval, atunci funcția neperiodică poate fi considerată un caz limitativ al unei funcții periodice cu o perioadă în creștere infinită. Pe măsură ce T crește, frecvența primei armonice

Liniile spectrale din Fig. 2.2 b scad de asemenea

sunt localizate mai des. În limita la T→∞, intervalul dintre

liniile din spectru sunt reduse la zero, adică spectrul în loc de discret devine continuu, continuu. Amplitudinile armonice Сk, conform (2.1.13), devin infinitezimale. Din punct de vedere matematic, aceasta poate fi exprimată după cum urmează. În loc de (2.1.13), să introducem funcția

Apoi, în loc de (2.1.11) obținem

Când T→∞, frecvența kΩ poate lua orice valoare ω,
.

Prin urmare, în loc de (2.1.17) și (2.1.18), obținem în sfârșit

Aceste două expresii sunt numite o pereche de transformate Fourier, care leagă funcția de timp S(t) și funcția de frecvență complexă S(jw) .

Sensul fizic al formulei (2.1.20) este că semnalul neperiodic S(t) are un spectru continuu, i.e. pare a fi o sumă infinită de oscilații armonice cu amplitudini complexe infinitezimale (cf. (2.1.11))

Funcţie:

are o dimensiune (amplitudine/hertz) și arată amplitudinea semnalului pe unitatea de bandă de frecvență de 1 Hz. Prin urmare, această funcție continuă a frecvenței se numește densitatea spectrală amplitudini complexe sau pur și simplu densitate spectrală.

Similar cu (2.1.12), densitatea spectrală a amplitudinilor complexe poate fi reprezentată sub forma

Și
. (2.1.24)

Funcția se numește modul de densitate spectrală sau densitate spectrală de amplitudine și densitate spectrală de fază.

Să notăm o circumstanță importantă. Comparând expresiile (2.1.13) și (2.1.17), observăm că atunci când diferă doar în factorul constant și

acestea. amplitudinile complexe ale unei functii periodice cu perioada T pot fi determinate din caracteristicile spectrale ale unei functii neperiodice de acelasi tip, specificate in interval. Cele de mai sus sunt valabile și în ceea ce privește modulul de densitate spectrală:

Această relație este formulată astfel: anvelopa spectrului de amplitudine continuă al unei funcții neperiodice și anvelopa amplitudinilor spectrului de linii ale unei funcții periodice coincid ca formă și diferă doar ca scară (Fig. 2.2). acum calculați energia semnalului neperiodic. Înmulțind ambele părți ale egalității (2.1.20) cu S(t) și integrând peste limite infinite, obținem

unde și sunt cantități complexe conjugate. Deoarece

Această expresie se numește egalitatea lui Parseval pentru un semnal neperiodic și este similară cu (2.1.16), totuși, spre deosebire de aceasta din urmă, ea determină nu puterea medie, ci energia totală a semnalului.

Din (2.1.28) este clar că nu există nimic mai mult decât energia semnalului pe 1 Hz a benzii de frecvență din jurul frecvenței ω.

Prin urmare, funcția S2(w) este uneori numită densitatea de energie spectrală a semnalului S(t).

Pentru a încheia această secțiune, prezentăm fără dovezi câteva teoreme despre spectre care exprimă proprietățile de bază ale transformării Fourier.

1. Teorema adunării. Spectrul sumei mai multor semnale

S(t) = S1(t)+S2(t) +...

egal cu suma spectrelor acestor semnale:

S(jw)=S1(jw) + S2(jw) + …

Este ușor de verificat validitatea acestei expresii folosind expresiile (2.1.19) și (2.1.20).

2. Teorema de întârziere. Densitatea spectrală

semnal obţinut prin deplasarea semnalului S(t) cu
axa timpului pe, este determinată de expresie

acestea. o deplasare a funcției de-a lungul axei timpului duce la apariția unei schimbări de fază pentru toate componentele de frecvență egale cu Wτ0

Este ușor de verificat validitatea ultimei expresii prin înlocuirea t în (2.1.19) cu

3. Teorema deplasării. Dacă S(jw) este spectrul funcției S(t),

atunci spectrul obținut prin deplasarea spectrului original de-a lungul axei frecvenței cu valoarea w0 corespunde funcției

4. Teoremă asupra spectrelor derivatei și integralei. Spectre
derivata si integrala functiei S(t) sunt determinate respectiv de expresii

5. Teorema spectrului de convoluție. Convoluția a două funcții S1(t) și S2(t) este integrală

Spectrul de convoluție a două funcții este egal cu produsul spectrelor funcțiilor convolutive:

În cazul special, când, atunci

Folosind ultima expresie, este ușor de obținut egalitatea Parseval introdusă anterior (2.1.28).

§ 2.2 Spectrele unor semnale de puls

Să ne uităm la câteva exemple specifice de utilizare a transformatei Fourier pentru a analiza semnale pulsate.

1. Un singur impuls pătrat. Să existe un impuls dreptunghiular de durată și amplitudine h (Fig. 2.3). Pentru un astfel de impuls, folosind transformata Fourier directă găsim

S(w)

w

q

unde este zona pulsului. Un grafic al acestui spectru pentru frecvențele pozitive este prezentat în Fig. 2.3. Densitatea spectrală dispare la a la w=0, S(w)=q.

Fig. 2.3 - Graficul spectrului pentru frecvențe pozitive

observăm că pe măsură ce durata pulsului scade, funcția S(w) se întinde, adică.

lățimea spectrului crește. Pe măsură ce crește, lățimea spectrului scade.

Dacă limităm spectrul unui impuls dreptunghiular la primul zero al densității spectrale, i.e. frecventa circulara

apoi pentru produsul dintre durata impulsului și lățimea spectrului obținem

Această egalitate este un caz special de egalitate mai generală care este valabilă pentru toate semnalele de impuls:

conform căreia produsul dintre lățimea spectrului de semnal și durata acestuia este o valoare constantă apropiată de unitate. Există mai multe definiții ale duratei impulsului și ale lățimii spectrale. Potrivit unuia dintre ele, durata pulsului (lățimea spectrului) este înțeleasă ca perioada de timp (banda de frecvență) în care este concentrată majoritatea covârșitoare a energiei pulsului.

2. Puls clopot (gauss). Un puls de clopot este un puls care este descris de funcție

Pentru densitatea spectrală a unui astfel de impuls folosind transformata Fourier obținem

Graficele pulsului de clopot și modulul spectrului său sunt prezentate în Fig. 2.4. Prima caracteristică a unui astfel de impuls este că

Sf)

-σ

σ

t

-2σ

2σ

S(w)

-

w

-

h

Fig. 2.4 - Grafice ale unui impuls de clopot și modulul spectrului acestuia

că densitatea sa spectrală coincide ca formă cu funcția de timp, adică. este, de asemenea, o curbă Gaussiană. O altă caracteristică a unui astfel de impuls este că, dintre toate formele posibile de impuls, are cel mai mic produs al duratei și lățimii spectrului.
.

3. Un singur impuls. Un impuls unitar sau o funcție delta σ(t) este o funcție de durată infinitezimală cu o zonă finită egală cu unitatea:

O astfel de funcție poate fi considerată ca limită a unui impuls dreptunghiular cu durata τ și înălțimea la τ→0 Lăsând τ→0 în (2.2.1), pentru densitatea spectrală a unui singur impuls obținem.

Același rezultat poate fi obținut în mod obișnuit:

deoarece δ(t)=0 pentru toate valorile lui t≠0, iar la t=0 factorul exponențial devine unul. Aici a fost folosită așa-numita proprietate de filtrare a funcției δ, conform căreia

Astfel, spectrul unui singur impuls este continuu și uniform cu densitatea spectrală unitară până la frecvențe infinit de înalte.

Impulsul unitar este o abstractizare matematică. Din punct de vedere fizic, se poate realiza doar un puls scurt, adică. un impuls de foarte scurtă durată τ, cu o zonă egală cu q. Spectrul unui astfel de impuls este determinat de expresie

La τ mic valoarea și

În consecință, un impuls scurt de orice formă are un spectru uniform până la frecvențe de ordinul de mărime (atâta timp cât condiția wt<1). Далее спектральная плотность начинает убывать.

4. Funcția de unitate. Funcția de unitate, saltul unității sau funcția de pornire este scrisă ca

Fig.2.5 - Dependenta de frecventa

Rețineți că impulsul unitar discutat anterior poate fi considerat drept derivată a funcției unității:

iar funcţia unitară poate fi exprimată prin relaţia integrală

Folosind teorema privind spectrul integralei (2.1.31) și expresiei (2.2.5), obținem

Modulul spectrului acestei funcții este. Dependența sa de frecvență este prezentată în Fig. 2.5 b.

Funcția de unitate este utilizată pe scară largă ca semnal de testare în studiul tranzitorilor în circuitele electrice. Reamintim că răspunsul lanțului h(t) la funcția unitate este numit răspuns la pas.

5. Succesiunea periodică a impulsurilor dreptunghiulare

Să considerăm o succesiune periodică de impulsuri dreptunghiulare cu durata și perioada T (Fig. 2.6). Folosind (2.1.13), pentru o astfel de secvență obținem

C k

w

C 5

C 7

C 8

C 1

C 2

C 4

(2.2.11)

Fig. 2.6 - succesiunea periodică a impulsurilor dreptunghiulare

cu durata si perioada T

Același rezultat ar putea fi obținut din expresia (2.2.1), folosind relația (2.1.26), conform căreia densitatea spectrală S (w) a unui singur impuls de durată C coincide, până la un factor constant, cu anvelopa a spectrului de amplitudine a unei secvențe periodice a acelorași impulsuri cu o perioadă de repetiție T. Graficul modulului spectrului (2.2.11) pentru frecvențe pozitive este prezentat în Fig. 2.6.

Pe baza (2.1.11) și (2.2.11), o secvență periodică de impulsuri dreptunghiulare este extinsă într-o serie Fourier după cum urmează

Să notăm acum următoarea împrejurare. Dacă, cu o durată constantă a impulsului, perioada T a secvenței crește, atunci distanța dintre liniile spectrale Ω => scade, în timp ce distanța dintre zerourile anvelopei spectrului, egală, rămâne neschimbată. Cu o durată constantă a perioadei T și o modificare a duratei pulsului, distanța dintre zerourile anvelopei spectrului se va modifica.

Numărul de armonici care se încadrează în intervalul sau între oricare două zerouri adiacente va fi determinat de cantitatea

Valoarea Q, egală cu raportul dintre durata perioadei și durata impulsurilor, se numește ciclu de lucru al secvenței de impulsuri periodice.

6. Un singur impuls radio. Un impuls radio este un impuls a cărui funcție de timp este scrisă sub formă

unde τ este durata impulsului, a(t) este anvelopa de amplitudine,

w0 este frecvența, iar φ0 este faza inițială a oscilației de înaltă frecvență, a cărei perioadă Densitatea spectrală a impulsului radio în conformitate cu (2.1.19) va fi egală cu

Densitățile spectrale ale anvelopei pulsului α(t), deplasate de-a lungul axei frecvenței cu o valoare constantă (vezi (2.1.30)).

Astfel, densitatea spectrală a unui impuls radio este complet determinată de densitatea spectrală a anvelopei sale. Se poate arăta că pentru τ>>T0 și w>0 condiția este îndeplinită pentru majoritatea impulsurilor radio

Prin urmare, cu suficientă precizie, densitatea spectrală a unui singur impuls radio poate fi determinată prin formula

Să ilustrăm acest lucru folosind exemplul unui impuls radio cu o anvelopă dreptunghiulară (Fig. 2.7):

de unde găsim pentru modulul și faza densității spectrale

w

W 0

S(w)

creștere limitată a duratei pulsului τ. obţinem o oscilaţie armonică în sensul exact al definiţiei unei funcţii periodice. Spectrul continuu al vibrației degenerează într-o linie spectrală la frecvența ωo

§ 2.3. Oscilații modulate și spectre ale acestora

După cum sa menționat în Capitolul 1, modulația implică modificarea unuia sau mai multor parametri ai purtătorului în conformitate cu mesajul transmis. Când se utilizează o oscilație armonică de înaltă frecvență ca purtătoare, semnalul modulat poate fi reprezentat în general sub forma

În funcție de care dintre parametrii a, w sau φ este modulat, se disting trei tipuri de modulație: amplitudine (AM), frecvență (FM) și fază (PM). Orice oscilație modulată este nesinusoidală și are un spectru complex. Să luăm în considerare tipurile de modulație enumerate mai sus în detaliu.

Sf)

. (2.3.4) După cum se știe, vibrațiile armonice sunt adesea reprezentate sub formă de vectori. În mod similar, puteți construi o diagramă vectorială pentru oscilațiile AM, care este prezentată în Fig. 2.10. La construirea diagramei, sa presupus că planul de desen se rotește în sensul acelor de ceasornic cu o viteză w0. Prin urmare port vectorul

w

Fig.2.11- Spectrul de oscilație

Rețineți că anvelopa amplitudinilor frecvențelor laterale, până la un factor constant, coincide cu anvelopa spectrului de amplitudine al funcției de modulare. Acest lucru facilitează construirea spectrului de amplitudine al unei oscilații AM dacă spectrul funcției de modulare este cunoscut. Pentru a construi, este necesar să se deplaseze spectrul funcției de modulare de-a lungul axei frecvenței cu valoarea w0, obținând astfel o bandă laterală superioară; banda laterală inferioară va fi o imagine în oglindă a celei superioare în raport cu frecvența w0.

Să ilustrăm acest lucru folosind exemplul de manipulare a amplitudinii (Fig. 2.12). În cazul manipulării, funcția de modulare este o succesiune periodică de impulsuri dreptunghiulare și, conform (2.2.12)

la ar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0 „/> „> se extinde în următoarea serie Fourier

Sf)

t

τ

T

w

W 0

Fig.2.12 - manipularea amplitudinii

Oscilația manipulată în amplitudine se scrie sub formă

Spectrul de amplitudine al oscilației manipulate este prezentat în Fig. 2.12.

Oscilațiile modulate în amplitudine sunt un exemplu tipic de semnale aproape periodice pentru care componentele armonice au frecvențe multiple.

Să luăm în considerare relațiile energetice pentru AM. În conformitate cu modificarea amplitudinii oscilației, se modifică și media perioadei frecventa inalta puterea de oscilație modulată.

Puterea semnalului în absența modulației (puterea oscilației purtătorului) este determinată de primul termen de expresie (2.3.5) și este egală cu

unde este perioada de oscilație de înaltă frecvență.

În modul de modulare, puterea se modifică continuu. Valorile sale maxime și, respectiv, minime sunt determinate de expresii

Puterea a două frecvențe laterale (atunci când este modulată cu un ton pur) va fi egală cu

Puterea medie pe perioada de modulație va fi egală cu

unde este perioada oscilației modulante.

Din ultimele expresii pentru m=1 obținem

Astfel, cu modulație de 100%, 2/3 din puterea totală este cheltuită pentru transmiterea undei purtătoare și 1/3 pentru transmiterea frecvențelor laterale. Creșterea puterii cauzată de modulație, care determină în principal condițiile de izolare a unui mesaj la recepție, în acest caz nu depășește jumătate din puterea oscilației purtătorului. In afara de asta, valoare mare puterea de vârf-4 în comparație cu media necesită un mod liniar de funcționare a căii de transmisie-recepție pe o gamă largă interval dinamic(în transmițător, lămpile trebuie selectate în funcție de puterea maximă). Cele de mai sus ne permit să concluzionăm că modularea amplitudinii din punct de vedere energetic are dezavantaje semnificative.

Aceste dezavantaje modulație de amplitudine poate fi eliminată în mare măsură prin utilizarea transmisiei purtătoare suprimate. Suprimarea purtătorului se realizează folosind modulația de amplitudine echilibrată (BAM). Acest tip de modulație se mai numește și modulație bipolară (BP). La modulație echilibrată semnalul se înregistrează în formular

de unde, când modulăm cu un ton pur, obținem

acestea. doar două frecvențe laterale fără purtătoare.

Cu modulație echilibrată, similar cu (2.3.10) (2.3.13), găsim

În consecință, performanța energetică în acest caz este semnificativ mai bună decât în ​​cazul AM convențional.

Figura 2.13 prezintă spectrul de semnal pentru modulația echilibrată și diagramele de timp pentru modulația convențională și echilibrată. Diagrama de timp în acest din urmă caz se obține prin scăderea componentei din oscilația AM obișnuită. Este ușor de observat că anvelopa în timpul modulării echilibrate are frecvența dublă, iar faza de umplere de înaltă frecvență se modifică brusc cu 180o la fiecare tranziție a anvelopei. valoare nulă. Un exemplu foarte ilustrativ în acest sens este oscilația în funcție de amplitudine cu un purtător suprimat (Fig. 2.14). O astfel de oscilație va fi în esență o oscilație defazată, care va fi discutată mai detaliat mai jos. Cu toate acestea, se poate observa deja că oscilația defazată va avea spectrul de amplitudine al unei oscilații AM cu un purtător suprimat.

t

A.M.

t

Fig. 2.14 - oscilație cu deplasare în amplitudine cu purtător suprimat

Utilizarea BAM și OM face posibilă reducerea consumului de energie inutil pe componentă a frecvenței purtătoare, iar cu OM - reducerea la jumătate a lățimii spectrului semnalului transmis. Cu toate acestea, pentru a demodula semnalul la capătul de recepție, este nevoie de un purtător. Necesitatea restabilirii suportului necesită o anumită complicație a echipamentului.

Modulația de frecvență

La modulația de frecvență Conform legii modulării oscilației U(t), frecvența oscilației purtătorului de înaltă frecvență se modifică.

Figura 2.15 prezintă grafice ale semnalelor modulante și modulate în cazul modulării tonului pur. Obținem o expresie pentru FM - oscilații. A-prioriu

unde este abaterea maximă a frecvenței, numită deznaționalizare a frecvenței, a este modificarea relativă a frecvenței. Prin definiția sa, frecvența circulară instantanee este derivata în timp a argumentului funcției trigonometrice COS Ψ(t), reprezentând oscilația, i.e.

U(t)

Sf)

t

t