Araw-araw ang mga tao ay nahaharap sa paggamit ng mga elektronikong aparato. Kung wala sila imposible modernong buhay. Pagkatapos ng lahat, pinag-uusapan natin ang tungkol sa TV, radyo, computer, telepono, multicooker at iba pa. Dati, ilang taon lang ang nakalipas, walang nag-isip kung anong signal ang ginagamit sa bawat gumaganang device. Ngayon ang mga salitang "analog", "digital", "discrete" ay nasa loob ng mahabang panahon. Ang ilang mga uri ng signal na nakalista ay may mataas na kalidad at maaasahan.

Ang digital transmission ay ginamit nang mas huli kaysa sa analogue. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang naturang signal ay mas madaling mapanatili, at ang teknolohiya sa oras na iyon ay hindi napabuti.

Ang bawat tao ay nakatagpo ng konsepto ng "discreteness" sa lahat ng oras. Kung isasalin mo ang salitang ito mula sa Latin, ang ibig sabihin nito ay "discontinuity." Malayo sa agham, masasabi nating ang discrete signal ay isang paraan ng pagpapadala ng impormasyon, na nagpapahiwatig ng pagbabago sa oras ng carrier medium. Ang huli ay tumatagal ng anumang halaga mula sa lahat ng posible. Ngayon ang discreteness ay kumukupas sa background, pagkatapos ng desisyon na gumawa ng mga system sa isang chip. Ang mga ito ay holistic, at lahat ng mga bahagi ay malapit na nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Sa discreteness, ang lahat ay eksaktong kabaligtaran - ang bawat detalye ay nakumpleto at konektado sa iba sa pamamagitan ng mga espesyal na linya ng komunikasyon.

Signal

Ang signal ay kumakatawan espesyal na code, na ipinapadala sa kalawakan sa pamamagitan ng isa o higit pang mga sistema. Ang pormulasyon na ito ay pangkalahatan.

Sa larangan ng impormasyon at komunikasyon, ang signal ay isang espesyal na carrier ng data na ginagamit upang magpadala ng mga mensahe. Ito ay maaaring nilikha, ngunit hindi tinatanggap, huling kondisyon hindi kailangan. Kung ang signal ay isang mensahe, kung gayon ang "paghuli" ay itinuturing na kinakailangan.

Ang code na inilarawan ay ibinigay pagpapaandar ng matematika. Siya ang katangian ng lahat posibleng pagbabago mga parameter. Sa teorya ng radio engineering, ang modelong ito ay itinuturing na basic. Sa loob nito, ang ingay ay tinatawag na isang analogue ng signal. Kinakatawan nito ang isang function ng oras na malayang nakikipag-ugnayan sa ipinadalang code at binabaluktot ito.

Inilalarawan ng artikulo ang mga uri ng signal: discrete, analog at digital. Ang pangunahing teorya sa paksang inilarawan ay maikli ring ibinigay.

Mga uri ng signal

Mayroong ilang mga signal na magagamit. Tingnan natin kung anong mga uri ang mayroon.

1. Batay sa pisikal na daluyan ng data carrier, nahahati sila sa mga electrical, optical, acoustic at electromagnetic signal. Mayroong ilang iba pang mga species, ngunit sila ay hindi gaanong kilala.
2. Ayon sa paraan ng pagtatakda, ang mga signal ay nahahati sa regular at hindi regular. Ang una ay mga deterministikong pamamaraan ng paghahatid ng data, na tinukoy ng isang analytical function. Ang mga random ay nabuo gamit ang teorya ng probabilidad, at kinukuha din nila ang anumang mga halaga sa iba't ibang yugto ng panahon.
3. Depende sa mga function na naglalarawan sa lahat ng mga parameter ng signal, ang mga paraan ng paghahatid ng data ay maaaring analog, discrete, digital (isang paraan na binibilang sa antas). Ginagamit ang mga ito sa pagpapagana ng maraming mga de-koryenteng kasangkapan.

Ngayon alam ng mambabasa ang lahat ng uri ng paghahatid ng signal. Hindi magiging mahirap para sa sinuman na maunawaan ang mga ito ang pangunahing bagay ay mag-isip ng kaunti at alalahanin ang kurso sa pisika ng paaralan.

Bakit pinoproseso ang signal?

Ang signal ay pinoproseso upang maihatid at makatanggap ng impormasyon na naka-encrypt dito. Kapag naalis na ito ay magagamit na sa iba't ibang paraan. Sa ilang mga sitwasyon, ire-format ito.

May isa pang dahilan para sa pagproseso ng lahat ng mga signal. Binubuo ito ng isang bahagyang pag-compress ng mga frequency (upang hindi makapinsala sa impormasyon). Pagkatapos nito, ito ay na-format at ipinadala sa mabagal na bilis.

Ang mga analog at digital na signal ay gumagamit ng mga espesyal na pamamaraan. Sa partikular, pagsasala, convolution, ugnayan. Ang mga ito ay kinakailangan upang maibalik ang signal kung ito ay nasira o may ingay.

Paglikha at pagbuo

Kadalasan, ang isang analog-to-digital converter (ADC) ay kinakailangan upang makabuo ng mga signal. Sa ibang mga kaso, ang paggamit lamang ng DAC ang magagawa.

Kapag lumilikha ng pisikal mga analog code na may karagdagang paggamit mga digital na pamamaraan umasa sa impormasyong natanggap, na ipinadala mula sa mga espesyal na device.

Dynamic na hanay

Kinakalkula ito ng pagkakaiba sa pagitan ng mas mataas at mas mababang mga antas ng volume, na ipinahayag sa mga decibel. Ito ay ganap na nakasalalay sa trabaho at mga katangian ng pagganap. parang mga track ng musika, at tungkol sa mga ordinaryong diyalogo sa pagitan ng mga tao. Kung kukunin natin, halimbawa, ang isang tagapagbalita na nagbabasa ng balita, kung gayon siya dynamic na hanay nagbabago sa paligid ng 25-30 dB. At habang nagbabasa ng anumang gawa, maaari itong tumaas sa 50 dB.

Analog signal

Ang analog signal ay isang tuluy-tuloy na paraan ng paghahatid ng data. Ang kawalan nito ay ang pagkakaroon ng ingay, na kung minsan ay humahantong sa isang kumpletong pagkawala ng impormasyon. Kadalasan ay lumitaw ang mga sitwasyon na imposibleng matukoy kung saan ang mahalagang data ay nasa code at kung saan may mga ordinaryong pagbaluktot.

Ito ay dahil dito na ang digital signal processing ay nakakuha ng mahusay na katanyagan at unti-unting pinapalitan ang analog.

Digital signal

Ang isang digital na signal ay espesyal; Ang amplitude nito ay maaaring tumagal sa isang tiyak na halaga mula sa mga tinukoy na. Kung ang isang analog signal ay may kakayahang dumating na may malaking dami ng ingay, pagkatapos ay sinasala ng isang digital signal ang karamihan sa natanggap na ingay.

Bilang karagdagan, ang ganitong uri ng paghahatid ng data ay naglilipat ng impormasyon nang walang hindi kinakailangang semantic load. Sa isa pisikal na channel Maaaring ipadala ang ilang mga code nang sabay-sabay.

Walang mga uri ng digital signal, dahil nakahiwalay ito bilang hiwalay at malayang pamamaraan paglilipat ng data. Ito ay kumakatawan sa isang binary stream. Sa ngayon, ang signal na ito ay itinuturing na pinakasikat. Ito ay dahil sa kadalian ng paggamit.

Application ng digital signal

Paano naiiba ang digital electrical signal sa iba? Dahil siya ay may kakayahang magsagawa ng kumpletong pagbabagong-buhay sa repeater. Kapag ang isang signal na may kaunting interference ay dumating sa mga kagamitan sa komunikasyon, agad itong binabago ang anyo nito sa digital. Nagbibigay-daan ito, halimbawa, ang isang TV tower na makabuo muli ng signal, ngunit walang epekto ng ingay.

Kung dumating ang code na may malalaking pagbaluktot, kung gayon, sa kasamaang-palad, hindi ito maibabalik. Kung kukuha tayo ng mga analog na komunikasyon sa paghahambing, kung gayon sa isang katulad na sitwasyon ang isang repeater ay maaaring kunin ang bahagi ng data, na gumagastos ng maraming enerhiya.

Nagtatalakay komunikasyong cellular iba't ibang mga format, na may malakas na pagbaluktot sa isang digital na linya, halos imposibleng magsalita, dahil hindi maririnig ang mga salita o buong parirala. Sa kasong ito, ang analog na komunikasyon ay mas epektibo, dahil maaari kang magpatuloy na magsagawa ng isang diyalogo.

Sakto kasi mga katulad na problema digital signal Ang mga repeater ay madalas na nabuo upang mabawasan ang agwat ng linya ng komunikasyon.

Discrete signal

Ngayon lahat ay gumagamit mobile phone o ilang uri ng “dialer” sa iyong computer. Isa sa mga gawain ng mga device o software ay ang pagpapadala ng signal sa kasong ito stream ng boses. Upang magdala ng tuluy-tuloy na alon, kailangan ang isang channel na may kapasidad pinakamataas na antas. Iyon ang dahilan kung bakit ginawa ang desisyon na gumamit ng discrete signal. Lumilikha ito hindi ang alon mismo, ngunit nito digital view. bakit naman Dahil ang transmission ay nagmumula sa teknolohiya (halimbawa, isang telepono o computer). Ano ang mga pakinabang ng ganitong uri ng paglilipat ng impormasyon? Sa tulong nito, ang kabuuang halaga ng ipinadalang data ay nababawasan, at ang pagpapadala ng batch ay mas madaling ayusin.

Ang konsepto ng "sampling" ay matagal nang patuloy na ginagamit sa trabaho teknolohiya ng kompyuter. Salamat sa signal na ito, ang hindi tuloy-tuloy na impormasyon ay ipinadala, na ganap na naka-encode mga espesyal na karakter at mga titik, at data na nakolekta sa mga espesyal na bloke. Ang mga ito ay hiwalay at kumpletong mga particle. Ang paraan ng pag-encode na ito ay matagal nang nai-relegate sa background, ngunit hindi pa ganap na nawala. Maaari itong magamit upang madaling magpadala ng maliliit na piraso ng impormasyon.

Paghahambing ng mga digital at analog na signal

Kapag bumibili ng kagamitan, halos walang nag-iisip tungkol sa kung anong mga uri ng signal ang ginagamit dito o sa device na iyon, at higit pa tungkol sa kanilang kapaligiran at kalikasan. Ngunit kung minsan kailangan mo pa ring maunawaan ang mga konsepto.

Matagal nang malinaw iyon mga teknolohiyang analog ay nawawalan ng demand dahil ang kanilang paggamit ay hindi makatwiran. Ang kapalit ay dumating digital na komunikasyon. Kailangan mong maunawaan kung ano pinag-uusapan natin at kung ano ang tinatanggihan ng sangkatauhan.

Sa madaling salita, ang analog signal ay isang paraan ng pagpapadala ng impormasyon na nagsasangkot ng paglalarawan ng data sa tuluy-tuloy na paggana ng oras. Sa katunayan, partikular na nagsasalita, ang amplitude ng mga oscillations ay maaaring katumbas ng anumang halaga sa loob ng ilang mga limitasyon.

Ang pagpoproseso ng digital na signal ay inilalarawan ng mga discrete time function. Sa madaling salita, ang amplitude ng mga oscillations ng pamamaraang ito ay katumbas ng mahigpit na tinukoy na mga halaga.

Ang paglipat mula sa teorya hanggang sa pagsasanay, dapat itong sabihin na analog signal pangkaraniwang panghihimasok. Walang ganoong mga problema sa digital, dahil ito ay matagumpay na "smoothes" ang mga ito. Salamat sa mga bagong teknolohiya, ang paraan ng paglilipat ng data na ito ay may kakayahang ibalik ang lahat ng orihinal na impormasyon sa sarili nitong walang interbensyon ng isang siyentipiko.

Sa pagsasalita tungkol sa telebisyon, masasabi na natin nang may kumpiyansa: ang paghahatid ng analogue ay matagal nang nalampasan ang pagiging kapaki-pakinabang nito. Karamihan sa mga mamimili ay lumilipat sa isang digital na signal. Ang kawalan ng huli ay kung ang anumang aparato ay may kakayahang makatanggap ng analog transmission, kung gayon higit pa makabagong paraan- tanging mga espesyal na kagamitan. Kahit na ang pangangailangan para sa hindi napapanahong paraan ay matagal nang bumagsak, ang mga uri ng signal na ito ay hindi pa rin ganap na mawala sa pang-araw-araw na buhay.

Channel ng komunikasyon tinatawag na set teknikal na paraan at isang pisikal na daluyan na may kakayahang magpadala ng mga ipinadalang signal, na nagsisiguro sa paghahatid ng mga mensahe mula sa pinagmumulan ng impormasyon patungo sa tatanggap.

Source encoder ay dapat magbigay ng ganoong pagbabago ng mga source na mensahe kung saan ang mga signal sa output nito ay magkakaroon ng kaunting redundancy at magbibigay-daan sa bilis ng paghahatid na mapalapit sa pinakamataas na posibleng halaga, iyon ay, ang kapasidad ng channel. Gayunpaman, dahil ang panghihimasok ay hindi maiiwasan sa mga totoong channel, upang labanan ito, kinakailangan na magdagdag ng isang channel encoder, na nagbibigay ng recoding ng mga papasok na mensahe upang mapataas ang kaligtasan sa ingay ng mga mensahe. Sa output ng mga linya ng komunikasyon (channel) dapat mayroong isang aparato para sa kabaligtaran na conversion ( nagde-decode ) mga signal na natanggap mula sa mga linya ng komunikasyon - channel decoder , pagkatapos nito ay dapat magbigay ng device para sa pag-decode ng mga signal mula sa pinagmulan - source decoder .

Mga tanong sa pagsusulit sa sarili

1. Ano ang mga elemento ng mga channel ng paghahatid ng data sa mga network ng impormasyon ang mga pangunahing?

2. Ano ang kagamitan sa terminal ng data at para saan ito ginagamit?

3. Ano ang data transmission medium?

4. Ano ang layunin ng data transmission equipment?

5. Ano ang layunin ng network intermediate equipment?

6. Anong mga channel ng komunikasyon ayon sa uri ng transmission medium ang alam mo?

7. Anong mga tagapagpahiwatig ang nagpapakilala sa mga channel ng komunikasyon?

8. Ano ang tumutukoy sa kaginhawahan ng pagkonekta ng isang channel ng komunikasyon?

9. Ano ang tumutukoy sa throughput ng isang channel ng komunikasyon?

10. Ano ang katangian ng pagiging kumpidensyal ng paglilipat ng data?

Mga pangunahing katangian ng mga channel ng komunikasyon

Ang layunin ng panayam ay pag-aralan ang mga pangunahing katangian ng mga channel ng komunikasyon.

Layunin ng lecture:

Galugarin

Pag-aralan ang mga uri at pangunahing katangian ng mga channel ng komunikasyon.

Mga isyung sakop sa lecture:

2. Mga uri, pangunahing katangian ng mga channel ng komunikasyon.

Ang mga pangunahing elemento ng mga channel ng paghahatid ng data sa mga network ng impormasyon ay:

Mga kagamitan sa terminal ng data (OOD), which is bloke ng impormasyon pagsasagawa ng paghahanda ng data na nilalayon para sa paghahatid sa isang channel at paghahatid sa isang kaso bilang pinagmumulan ng data, sa isa pa bilang isang receiver.

Daloy ng paghahatid ng data (SPD), iyon ay, anumang pisikal na medium na may kakayahang magpadala ng impormasyon gamit ang mga naaangkop na signal. Maaaring kumakatawan sa elektrikal o optical cable

, o bukas na espasyo (pisikal). (ADF) na tinatawag na data transmission termination equipment. Kinakatawan ang kagamitan na direktang nag-uugnay sa data terminal equipment sa data transmission medium, na siyang gilid ng data transmission equipment. Kasama sa mga kagamitan sa paghahatid ng data ang mga modem, mga adaptor ng network at iba pa.

4. Network intermediate equipment Ang (POS) ay kumakatawan sa mga kagamitang ginagamit sa mga linya ng komunikasyon sa malayong distansya, na nagbibigay-daan sa paglutas ng mga sumusunod na problema:

Pagpapabuti ng kalidad ng signal;

Tinitiyak ang katatagan ng istraktura ng channel ng komunikasyon sa pagitan ng mga kalapit na node ng network

(multiplexer, repeater, translator, atbp.)

Ang set ng kumpletong data equipment (DTE) at data transmission equipment (DTE) ay tinatawag istasyon.

Ang mga channel ay karaniwang nahahati sa tuloy-tuloy at discrete.

Sa pinaka-pangkalahatang kaso, ang bawat discrete na channel ay may kasamang tuluy-tuloy bilang bahagi.

Kung ang impluwensya ng mga nakakasagabal na salik sa paghahatid ng mga mensahe sa isang channel ay maaaring mapabayaan, kung gayon ang naturang idealized na channel ay tinatawag na channel nang walang panghihimasok . Sa ganoong channel, ang bawat mensahe sa input ay natatanging tumutugma sa isang partikular na mensahe sa output at vice versa.

Kung ang impluwensya ng panghihimasok sa channel ay hindi maaaring pabayaan, kung gayon channel sa pagkakaroon ng interference.

Sa ilalim modelo ng channel ay tumutukoy sa isang matematikal na paglalarawan ng isang channel na nagpapahintulot sa isa na suriin ang mga katangian nito, na ginagamit sa pagbuo ng mga sistema ng komunikasyon nang hindi nagsasagawa ng mga eksperimentong pag-aaral.

Ang isang channel kung saan ang mga posibilidad na matukoy ang unang signal sa pangalawa at ang pangalawa sa una ay pareho ay tinatawag simetriko .

Channel na may bura ay isang channel na ang alpabeto ng mga signal sa input ay naiiba sa alpabeto ng mga signal sa output nito.

Channel ng feedback tinatawag na karagdagang channel sa pagbabalik na ipinakilala sa SPD upang mapataas ang pagiging maaasahan ng paghahatid.

Ang channel ng komunikasyon ay isinasaalang-alang binigay, kung ang data sa mensahe sa input nito ay kilala, pati na rin ang mga paghihigpit na ipinapataw sa mga input na mensahe ng mga pisikal na katangian ng mga channel.

Para sa mga channel ng paghahatid ng impormasyon, isang katangian na tinatawag bilis ng paghahatid ng impormasyon sa pamamagitan ng mga channel, na nagpapakilala sa karaniwang dami ng impormasyon na maaaring maipadala sa isang channel ng komunikasyon sa bawat yunit ng oras.

Upang makilala ang mga channel ng komunikasyon, maaaring gamitin ang dalawang variant ng konsepto ng bilis ng paghahatid:

– bilis ng teknikal na paghahatid (bilis ng pagmamanipula), na nailalarawan sa bilang ng mga elementarya na signal na ipinadala sa channel sa bawat yunit ng oras. Depende ito sa mga katangian ng mga linya ng komunikasyon at ang bilis ng kagamitan ng channel. Ang yunit ng pagsukat para sa teknikal na bilis ay 1 Baud = 1 simbolo/1 seg.

– rate ng paglilipat ng impormasyon tinutukoy ng average na dami ng impormasyong ipinadala sa bawat yunit ng oras. Ang bilis na ito ay nakasalalay pareho sa mga katangian ng ibinigay na channel at sa mga katangian ng mga signal na ginamit [bit/s];

Ang average na dami ng impormasyon na ginawa ng isang mapagkukunan ng mensahe sa bawat yunit ng oras ay tinatawag pagganap ng pinagmulan.

Kapasidad ng channel ng komunikasyon tinawag pinakamataas na bilis paghahatid ng impormasyon sa channel na ito, na nakamit sa pinakamaraming perpektong paraan paghahatid at pagtanggap ng impormasyon.

Ang bandwidth, tulad ng bilis ng paglilipat ng impormasyon, ay sinusukat sa dami ng impormasyong ipinadala sa bawat yunit ng oras.

SA telecommunication systems (TCS) Ang pinakakaraniwang ginagamit na mga uri ng mga channel ng komunikasyon ay:

Simplex na mga channel ng komunikasyon (CS) kumakatawan sa gayong representasyon ng pagpapalitan ng impormasyon sa pagitan ng transmitter at ng receiver, kapag ang mga mensahe ay ipinadala sa isang direksyon lamang sa isang linya ng komunikasyon (channel). Ang channel na ito ay tinatawag na simplex o mga sistemang hindi katumbas .

Half-duplex na mga channel ng komunikasyon (mga operating mode) sa kasong ito, 2 mga node ng komunikasyon ay konektado sa pamamagitan ng isang channel ng komunikasyon (linya ng komunikasyon), ngunit sa pamamagitan ng channel na ito ang impormasyon ay ipinapadala nang halili (halili) sa magkasalungat na direksyon - ito ay kung paano nakaayos ang operating mode.

Duplex na channel ng komunikasyon Ipinapalagay na ang dalawang node ng komunikasyon ay magkasabay na konektado ng dalawang channel (pasulong at pabalik), kung saan ang impormasyon ay ipinapadala nang sabay-sabay sa magkasalungat na direksyon.

Simplex uri ng channel ng komunikasyon na ginagamit sa mga network ng katawan at radyo.

Half duplex Ang pamamaraan ay ginagamit sa impormasyon-reference at kahilingan-tugon system.

Duplex Ang channel ng komunikasyon ay ginagamit sa mga system na may POS at IOS.

Sa mga sistema ng telekomunikasyon, ang isang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng nakatuon (hindi inilipat) at lumipat na mga channel ng komunikasyon para sa tagal ng paghahatid.

SA nakalaang mga channel ng komunikasyon Ang pagtanggap at pagpapadala ng mga kagamitan ng mga node ng komunikasyon ay patuloy na konektado sa isa't isa. Nagbibigay ito ng mataas na antas kahandaan, higit pa mataas na kalidad transmission (komunikasyon) at suporta para sa malalaking volume ng trapiko.

Dahil sa medyo mas mataas na mga gastos ng mga operating network na may nakalaang mga channel ng komunikasyon, ang kanilang kakayahang kumita ay nakakamit kapag ang mga channel ng komunikasyon ay sapat na na-load.

Lumipat ng mga channel ng komunikasyon ay isinaayos lamang para sa tagal ng paglilipat ng isang tiyak na nakapirming dami ng impormasyon. Ang ganitong mga channel ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na kakayahang umangkop at medyo mababang gastos (na may mababang dami ng trapiko).

Data transmission systems (DTS) na walang feedback channel payagan, sa prinsipyo, na makamit ang nais na katapatan ng paghahatid ng impormasyon sa pamamagitan ng paggamit ng naaangkop na mga code sa pagwawasto. Ang presyo para sa pagtiyak ng nais na pagiging maaasahan ay isang makabuluhang pagtaas sa haba ng mga kumbinasyon, pati na rin ang isang makabuluhang komplikasyon ng kagamitan.

Disadvantage system na walang feedback ay ganoon din ang source ay hindi tumatanggap ng anumang kumpirmasyon tungkol sa kung paano natanggap ang impormasyon sa receiver. Samakatuwid, sa ganitong mga sistema napaka mataas na pangangailangan sa pagiging maaasahan ng kagamitang ginamit. Batay dito, ang mga system na walang feedback ay pangunahing ginagamit kapag kapag imposibleng mag-ayos ng feedback channel o hindi katanggap-tanggap ang mga pagkaantala sa pagpapadala ng impormasyon. Dahil sa mga pangyayaring ito, ang mga system na may puna (adaptive na kontrol), kung saan ang pagiging maaasahan ng paghahatid ay nadagdagan sa pamamagitan ng pag-detect ng mga error sa receiving side at pag-uulit lamang ng maling natanggap na mga kumbinasyon ng code. Sa kasong ito, ang redundancy ay magiging minimal sa kawalan ng mga error at tataas habang tumataas ang kanilang bilang. Ang mga system na may feedback, depende sa paraan ng pag-aayos ng feedback, ay nahahati sa mga system na may feedback ng impormasyon at mga system na may mapagpasyang feedback.

5.1 Sistema ng komunikasyon

Ang isang sistema ng komunikasyon ay nauunawaan bilang isang hanay ng mga aparato at kapaligiran na nagsisiguro sa pagpapadala ng mga mensahe mula sa nagpadala patungo sa tatanggap. Sa pangkalahatan, ang isang pangkalahatang sistema ng komunikasyon ay kinakatawan ng isang block diagram.

Larawan 1 – Pangkalahatang sistema ng komunikasyon

Ang transmitter ay isang device na nakakakita at bumubuo ng signal ng komunikasyon. Ang receiver ay isang device na nagko-convert ng natanggap na signal ng komunikasyon at nagpapanumbalik ng orihinal na mensahe. Epekto ng panghihimasok sa kapaki-pakinabang na signal nagpapakita mismo sa katotohanan na ang natanggap na mensahe sa output ng receiver ay hindi magkapareho sa ipinadala.

Ang isang channel ng komunikasyon ay nauunawaan bilang isang set ng mga teknikal na kagamitan, na nagbibigay ng independiyenteng paghahatid ng mensaheng ito Sa pamamagitan ng karaniwang linya komunikasyon sa anyo ng mga naaangkop na signal ng komunikasyon. Ang signal ng komunikasyon ay isang electrical disturbance na kakaibang nagpapakita ng mensahe.

Ang mga signal ng komunikasyon ay napaka-magkakaibang anyo at kumakatawan sa boltahe o kasalukuyang nag-iiba-iba ng oras.

Kapag nagpapasya praktikal na mga problema sa teorya ng komunikasyon, ang isang signal ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang volume na katumbas ng produkto ng tatlong katangian nito: tagal ng signal, lapad ng spectrum at ang labis ng average na kapangyarihan ng signal sa interference. Kung ganoon . Kung ang mga katangiang ito ay inilatag parallel sa mga axes Sistema ng Cartesian, pagkatapos ay makuha namin ang dami ng isang parallelepiped. Samakatuwid, ang produkto ay tinatawag na dami ng signal.

Tinutukoy ng tagal ng signal ang agwat ng oras ng pagkakaroon nito.

Ang lapad ng signal spectrum ay ang frequency interval kung saan matatagpuan ang limitadong frequency spectrum ng signal, i.e. .

Ang channel ng komunikasyon, ayon sa pisikal na katangian nito, ay epektibong nakapagpapadala lamang ng mga signal na ang spectrum ay nasa isang limitadong frequency band na may katanggap-tanggap na hanay ng mga pagbabago sa kapangyarihan.

Bilang karagdagan, ang channel ng komunikasyon ay ibinibigay sa nagpadala ng mensahe para sa isang tiyak na oras. Dahil dito, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa isang signal sa teorya ng komunikasyon, ang konsepto ng kapasidad ng channel ay ipinakilala, na tinukoy: ; .

Isang kinakailangang kondisyon para sa pagpapadala ng signal na may volume sa isang channel ng komunikasyon na ang kapasidad ay katumbas ng , ay o . Mga katangiang pisikal maaaring baguhin ang mga signal, ngunit ang pagbaba sa isa sa mga ito ay sinamahan ng pagtaas sa isa pa.

5.2.2 Bandwidth at bilis ng paghahatid

Ang bandwidth ay ang pinakamataas na posibleng bilis ng paglilipat ng impormasyon. Ang maximum na throughput ay nakasalalay sa bandwidth ng channel pati na rin sa ratio at tinutukoy ng formula . Ito ang formula ni Shannon, na wasto para sa anumang sistema ng komunikasyon sa pagkakaroon ng fluctuation interference.

5.2.3 Tugon sa dalas ng channel

Ang tugon ng dalas ng isang channel ng komunikasyon ay ang pagdepende ng natitirang pagpapahina sa dalas. Ang natitirang attenuation ay ang pagkakaiba sa mga antas sa input at output ng isang channel ng komunikasyon. Kung sa simula ng linya ay may kapangyarihan , at sa dulo nito - , pagkatapos ay ang pagpapalambing sa non-peres:

.

Katulad din para sa mga boltahe at alon:

; .

TUMAPAT SA SIGNAL SA CHANNEL

Tinutukoy ng bilis ng paghahatid ng impormasyon sa pagsukat ang kahusayan ng sistema ng komunikasyon na kasama sa sistema ng pagsukat.

Pinasimpleng diagram sistema ng pagsukat ipinapakita sa Fig. 175.

Karaniwan pangunahin pagsukat ng transduser ginagawang electrical signal X ang sinusukat na dami (t), na kailangang ipadala ni channel ng komunikasyon. Depende sa kung ano ang channel ng komunikasyon ( kawad ng kuryente o cable, light guide, aquatic environment, air o airless space) ang mga carrier ng impormasyon sa pagsukat ay maaaring agos ng kuryente, sinag ng liwanag, sound vibrations, radio waves, atbp. Ang pagpili ng carrier ay ang unang hakbang sa pagtutugma ng signal sa channel.

Ang mga pangkalahatang katangian ng channel ng komunikasyon ay oras T sa, sa kung saan ito ay ibinigay para sa pagpapadala ng impormasyon sa pagsukat, bandwidth F sa at dynamic na hanay N to, na nauunawaan bilang ratio ng pinapayagang kapangyarihan sa channel sa kapangyarihan ng interference na hindi maaaring hindi naroroon sa channel, na ipinahayag sa mga decibel. Trabaho

tinawag kapasidad ng channel.

Ang mga katulad na pangkalahatang katangian ng signal ay oras T s, kung saan ipinapadala ang impormasyon ng pagsukat, lapad ng spectrum Fc at dynamic na hanay Ang Nc ay ang ratio ng pinakamataas na kapangyarihan ng signal sa pinakamababang kapangyarihan na dapat na makilala mula sa zero para sa isang naibigay na kalidad ng paghahatid, na ipinahayag sa mga decibel. Trabaho

tinawag dami ng signal.

Ang geometric na interpretasyon ng mga ipinakilala na konsepto ay ipinapakita sa Fig. 176.

Ang kundisyon para sa pagtutugma ng signal sa isang channel na nagsisiguro sa paghahatid ng impormasyon sa pagsukat nang walang pagkawala at pagbaluktot sa pagkakaroon ng interference ay ang katuparan ng hindi pagkakapantay-pantay.

kapag ang dami ng signal ay ganap na "magkasya" sa kapasidad ng channel. Gayunpaman, ang kondisyon para sa pagtutugma ng signal sa channel ay maaaring masiyahan kahit na ang ilan (ngunit hindi lahat) ng huling hindi pagkakapantay-pantay ay hindi nasiyahan. Sa kasong ito, may pangangailangan para sa tinatawag na mga transaksyon sa palitan, kung saan mayroong isang uri ng "pagpapalit" ng tagal ng signal para sa lapad ng spectrum nito, o ang lapad ng spectrum para sa dynamic na hanay ng signal, atbp.

Halimbawa 82. Ang isang signal na may spectral na lapad na 3 kHz ay ​​dapat ipadala sa isang channel na ang bandwidth ay 300 Hz. Magagawa ito sa pamamagitan ng pagre-record muna nito sa magnetic tape at pagpapatugtog nito pabalik sa panahon ng paghahatid sa bilis na 10 beses na mas mababa kaysa sa bilis ng pag-record. Sa kasong ito, ang lahat ng mga frequency ng orihinal na signal ay bababa ng 10 beses, at ang oras ng paghahatid ay tataas ng parehong halaga. Ang natanggap na signal ay kailangan ding i-record sa magnetic tape. Sa pamamagitan ng pag-play nito pabalik sa 10 beses ang bilis, magiging posible na muling gawin ang orihinal na signal.

Katulad nito, posibleng magpadala ng pangmatagalang signal sa maikling panahon kung ang bandwidth ng channel ay mas malawak kaysa sa signal spectrum.

Sa mga channel na may additive uncorrelated interference

kung saan ang P c at P p ay ang signal at interference powers, ayon sa pagkakabanggit. Kapag naglilipat mga signal ng kuryente saloobin

ay maaaring ituring bilang ang bilang ng mga antas ng quantization ng signal na nagsisiguro na walang error na paghahatid. Sa katunayan, sa napiling hakbang sa quantization, ang isang senyas ng anumang antas ay hindi maaaring mapagkamalan bilang isang senyales ng isang katabing antas dahil sa impluwensya ng panghihimasok. Kung iniisip natin ngayon ang signal bilang isang hanay ng mga agarang halaga na kinuha alinsunod sa teorem ng V.A. Kotelnikov sa pagitan ng D t= ,

pagkatapos ay sa bawat isa sa mga sandali sa oras na ito ay tumutugma sa isa sa mga antas, i.e. maaaring magkaroon ng isa sa n pantay na posibleng halaga, na tumutugma sa entropy

Matapos mairehistro ng tumatanggap na aparato ang isa sa mga antas sa isang nakapirming punto sa oras, ang entropy (isang posteriori) ay magiging katumbas ng 0, at ang dami ng impormasyon (ang dami ng impormasyong ipinadala sa isang discrete point sa oras)

Dahil ang buong signal ay ipinadala N= 2 F c T na may quanta, pagkatapos ay ang dami ng impormasyong nakapaloob dito

direktang proporsyonal sa dami ng signal. Upang maihatid ang impormasyong ito sa oras Tk, kinakailangan upang matiyak ang bilis ng paghahatid

Kung pare-pareho ang signal at channel at T c = T c; F c = F k, pagkatapos

Ito Ang formula ni K. Shannon para sa maximum na kapasidad ng channel.Nag-set siya pinakamataas na bilis walang error na paghahatid ng impormasyon. Sa T c< T к скорость может быть меньшей, а при Т с >Posible ang mga pagkakamali.

Limitahan ang pagtitiwala bandwidth channel mula sa signal-to-noise ratio para sa ilang mga halaga ng bandwidth ay ipinapakita sa Fig. 177. Ang katangian ng pag-asa na ito ay naiiba para sa malaki at maliit na mga ratio

mga. Ang pag-asa ng kapasidad ng channel sa ratio ng signal/ingay ay logarithmic.

Kung "1, pagkatapos ay sa kabila ng katotohanan na R p » R c, ang pagpapadala ng walang error ay posible pa rin, ngunit sa napakababang bilis. Sa kasong ito, wasto ang pagpapalawak

kung saan maaari nating paghigpitan ang ating sarili sa unang termino. Isinasaalang-alang na ang log e = 1.443, nakukuha natin

Kaya, para sa maliliit na signal-to-noise ratio, linear ang dependence ng throughput sa signal-to-noise ratio.

Depende sa throughput sa channel bandwidth in tunay na mga sistema mas kumplikado kaysa sa linear lamang. Ang lakas ng interference ng ingay sa input ng receiving device ay depende sa bandwidth ng channel. Kung ang interference spectrum ay pare-pareho, kung gayon

kung saan ang G ay ang spectral power density ng interference, i.e. interference power sa bawat unit frequency band. Pagkatapos

Ang lakas ng signal ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng parehong spectral density kung isasaalang-alang natin katumbas frequency band F e:

Ang paghahati sa magkabilang panig ng expression na ito sa pamamagitan ng F e, nakukuha natin:

Ang likas na katangian ng pag-asa na ito ay ipinapakita sa Fig. 178. Mahalagang tandaan na habang tumataas ang bandwidth ng channel, ang kapasidad nito ay hindi tumataas nang walang katiyakan, ngunit umaabot sa isang tiyak na limitasyon. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng tumaas na ingay sa channel at isang pagkasira sa signal-to-noise ratio sa input ng receiving device. Ang limitasyon kung saan ang c ay may posibilidad na tumaas ang Fk ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng paggamit ng kilalang serye na pagpapalawak ng logarithmic function para sa malaking Fk. Tapos kung

kaya, pinakamataas na halaga, kung saan ang pinakamataas na kapasidad ng channel ay may posibilidad habang tumataas ang bandwidth nito, ay proporsyonal sa ratio ng kapangyarihan ng signal sa kapangyarihan ng interference bawat yunit ng frequency band. Malinaw na humahantong ito sa sumusunod na praktikal na konklusyon: upang madagdagan ang maximum na kapasidad ng channel, kailangan mong dagdagan ang kapangyarihan ng transmitting device at gumamit ng receiving device na may pinakamababang antas ng ingay sa input.

Kasama ng kahusayan, ang pangalawang pinakamahalagang tagapagpahiwatig ng kalidad ng isang sistema ng komunikasyon ay ang kaligtasan sa ingay. Kapag nagpapadala ng impormasyon sa pagsukat sa analog form, ito ay tinasa sa pamamagitan ng paglihis ng natanggap na signal mula sa ipinadala. Kalaban sa ingay mga discrete channel nailalarawan ang komunikasyon posibilidad ng pagkakamali Rosh (ang ratio ng bilang ng mga maling natanggap na character sa kabuuang bilang ng mga naipadala) at nauugnay dito sa pamamagitan ng pag-asa

Kung, halimbawa, Рosh = 10 -5, pagkatapos ay æ = 5; kung ang Rosh = 10 -6, pagkatapos ay æ = 6.

Sa isang mahusay na paraan ang pagtaas ng noise immunity kapag nagpapadala ng impormasyon sa pagsukat sa analog form at hindi nauugnay na interference ay akumulasyon. Ang signal ay ipinadala nang maraming beses at kasama ang magkakaugnay na pagdaragdag ng lahat ng natanggap na mga pagpapatupad, ang mga halaga nito sa kaukulang mga oras ay summed up, habang ang pagkagambala sa mga oras na ito, bilang random, ay bahagyang nabayaran. Bilang resulta, tumataas ang signal-to-noise ratio at tumataas ang noise immunity. Katulad nito, ang ideya ng akumulasyon ay ipinatupad kapag nagpapadala ng impormasyon sa pagsukat sa isang discrete channel.

Halimbawa 83. Hayaan ang likas na katangian ng interference na maging tulad na maaari itong mapagkamalan bilang isang signal (ibig sabihin, ang 0 ay maaaring mapagkamalang 1). Kapag ipinadala sa pamamagitan ng Baudot code, ang kumbinasyong 01001 ay natatanggap ng tatlong beses sa anyo:

Kung ang adder ay isang device na hindi gumagana kapag hindi bababa sa isang zero ang lumabas sa column, kung gayon ang kumbinasyon ay tatanggapin nang tama kung ang bawat zero ay tinanggap nang tama kahit isang beses.

Kung sa panahon ng isang paghahatid ang posibilidad ng mga independiyenteng pagkakamali ay tinutukoy ng Posh, pagkatapos ay pagkatapos N- Kung paulit-ulit ang paghahatid ng maraming beses, magiging katumbas ito ng Rosh. Samakatuwid, ang kaligtasan sa ingay pagkatapos ng N mga muling pagpapadala

saan æ - Noise immunity sa panahon ng single transmission. Kaya, ang kaligtasan sa ingay sa panahon ng akumulasyon ay tumataas sa bilang ng mga pag-uulit.

Isa rin sa mga paraan upang mapataas ang kaligtasan sa ingay aplikasyon ng mga correction code.

Ang tumaas na kaligtasan sa ingay ay nakakamit sa pamamagitan ng pagtaas ng redundancy, at higit sa pangkalahatan, sa pamamagitan ng pagtaas ng dami ng signal na may parehong dami ng impormasyon sa pagsukat. Sa kasong ito, ang kondisyon ng pagtutugma ng signal sa channel ay dapat mapanatili. Kung ang kundisyong ito ay matugunan at T c = T k; Н с = Н к transmission ng pagsukat ng impormasyon gamit ang amplitude-modulated high-frequency oscillations ay mas ingay-resistant kaysa sa direktang signal transmission, dahil sa kaso ng, halimbawa, tone modulation ay tumatagal ng dalawang beses ang haba. malaking strip dalas Sa turn, ang paggamit ng malalim na dalas o phase modulasyon , salamat sa pagpapalawak ng spectrum, higit pang pinatataas ang kaligtasan sa ingay ng sistema ng komunikasyon. Sa ganitong kahulugan, ito ay nangangako na hindi gamitin simple lang

senyales na

F c T c ≈ 1, A kumplikado,

para saan Kabilang dito ang mga signal ng pulso na may mataas na dalas ng pagpuno at modulasyon ng dalas

o phase manipulation ng carrier oscillations, atbp.

Ang mga kinakailangan para sa kahusayan at kaligtasan sa ingay ng mga sistema ng komunikasyon ay magkasalungat. Hinihikayat nila, sa isang banda, na bawasan, at sa kabilang banda, dagdagan ang volume ng signal, nang hindi nilalabag ang mga kondisyon ng koordinasyon nito sa channel at nang hindi binabago ang dami ng impormasyong nakapaloob dito. Ang pagtupad sa mga kinakailangang ito ay nagsasangkot ng synthesis ng pinakamainam na teknikal na solusyon.

Pag-uuri ng mga signal. Ang kanilang mga katangian. Sa ilalim hudyat maintindihan pisikal na proseso , na nagsasagawa ng paglilipat ng impormasyon sa oras at espasyo. Ang mga signal ay inilarawan mga modelo ng matematika , sumasalamin pangkalahatang katangian mga proseso ng iba't ibang pisikal na kalikasan. Kadalasan, ang mga signal ay kinakatawan ng functional dependencies, kung saan ang argumento ay oras o ilang spatial variable. Ang mga function na naglalarawan ng mga signal ay maaaring tumagal pareho totoo , kaya kumplikado

mga kahulugan. Ang isang signal na inilarawan ng isang function ng isang variable ay tinatawag one-dimensional , at ang signal na inilarawan ng function ng independent variables ay multidimensional

. Halimbawa, ang liwanag ng isang imahe ay isang two-dimensional na signal. Ang signal ay tinatawag kaswal

, kung ito ay may panimulang punto (simula sa oras). ang mga senyales ay mga senyales ng may hangganang tagal, i.e. umiiral sa isang may hangganang pagitan ng oras. Ang mga ito ay nonzero sa pagitan na ito at katumbas ng zero sa labas nito.

May mga signal din(Larawan 2):

Patuloy (analog);

Discrete sa oras;

Quantized sa magnitude at tuloy-tuloy sa oras;

Quantized sa magnitude at discrete sa oras (digital).

a) tuloy-tuloy na signal b) mga signal ng time-discrete

c) mga signal na binibilang ayon sa magnitude d) mga signal na binibilang ng

parehong tuluy-tuloy sa oras at discrete sa oras

Fig 2. Mga uri ng signal.

Ang isa pang tanda ng pag-uuri ng signal ay batay sa posibilidad o imposibilidad ng hula eksaktong mga halaga signal sa anumang oras o sa anumang punto sa spatial coordinate. Alinsunod dito, ang mga signal kung saan posible ang ipinahiwatig na hula deterministiko , at mga senyales kung saan imposibleng tumpak na mahulaan ang mga halaga - random . Ang mga random na signal ay inilarawan ng mga random na function, ang mga halaga nito para sa bawat isa binigay na halaga Ang mga argumento ay kinakatawan ng mga random na variable. Random na pag-andar oras ay tinatawag random na proseso . Sa isang pagmamasid sa isang random na proseso, isang tiyak functional dependence na tinatawag na pagpapatupad . Ang isang halimbawa ng pagpapatupad ng isang random na proseso ay isang signal segment na naitala sa output ng isang mikropono kapag ang isang sumisitsit na tunog ay binibigkas. Ang isang halimbawa ng isang deterministic signal ay isang harmonic oscillation .

Kung ang isang random na signal ay probabilistic sa kalikasan, pagkatapos ay batay sa mga pamamaraan ng probability theory, ang mga istatistikal na katangian nito ay maaaring matukoy.

Ang posibilidad na ang isang dami ay nasa loob tinukoy na pagitan, ay tinutukoy ng expression:

, (1)

nasaan ang mga hangganan ng mga posibleng halaga;

– kinakatawan ang kaugalian sa pamamahagi ng batas ng isang random na variable at tinatawag na one-dimensional probability density;

– integral distribution function ng isang random variable.

Para sa mga praktikal na aplikasyon ang mga sumusunod ay mahalaga istatistikal na katangian ng isang random na variable :

1) Pag-asa sa matematika ng isang random na variable:

, (2)

kung ang mga kaganapan ay pantay na posibilidad, kung gayon ang matematikal na inaasahan ay katumbas ng arithmetic mean

2) Pagpapakalat ng isang random na variable (paglihis mula sa mean):

kung ang mga kaganapan ay pantay na posibilidad:

.

3) Standard deviation (RMS):

Nakatigil na proseso tinatawag ang isang proseso kung nakadepende ang -dimensional distribution law nito sa agwat ng oras, ngunit hindi nakadepende sa posisyon sa axis ng numero. Para sa mahigpit na nakatigil na mga proseso, ang matematikal na inaasahan at pagpapakalat ay hindi nakasalalay sa oras.

Kapag isinasaalang-alang mga random na variable isang pagkakaiba ay dapat gawin sa pagitan ng mga istatistikal na katangian na tinukoy ng populasyon at oras. Sa unang kaso, ang mga katangian ay tinutukoy batay sa pagmamasid sa maraming magkakaparehong bagay sa parehong punto sa oras, at sa pangalawang kaso, batay sa pagmamasid sa isang bagay sa loob ng sapat na mahabang panahon. Ang random na proseso ay tinatawag ergodic , kung, kapag tinutukoy ang anumang istatistikal na katangian, ang pag-average sa populasyon at sa sample ay katumbas ng pag-average sa paglipas ng panahon.

Kaugnayan– ang dami ng pagkakatulad sa pagitan ng dalawang signal. Kung ihahambing ang dalawa iba't ibang signal, kung gayon ang sukatan ng kanilang pagkakatulad ay function ng cross-correlation. Kung ang isang signal ay inihambing sa sarili nito, ang antas ng pagkakatulad ay tinutukoy pag-andar ng autocorrelation.

Pangunahing katangian mga deterministikong signal ay ang mga katangian ng enerhiya nito.

Mga katangian ng enerhiya ng mga signal:

1. Instantaneous (kasalukuyang) kapangyarihan: . (5)

2. Enerhiya: . (6)

3. Average na kapangyarihan sa pagitan:

. (7)

4. Kung ang signal ay katumbas ng kabuuan ng dalawang signal:

,

,

. (8)

Ang magkaparehong enerhiya at kapangyarihan ng dalawang signal ay nailalarawan antas ng pagkakatulad sa pagitan ng dalawang signal .

5. Kung ang mga signal ay nag-tutugma, ang enerhiya ng isa't isa ay tataas ng 4 na beses, at ang mga naturang sistema ay tinatawag magkakaugnay :

6. Kung ang mutual power o mutual energy ng dalawang signal ay zero (i.e. o ) kung gayon ang mga naturang signal ay tinatawag orthogonal . Mula sa orthogonality sa enerhiya ay palaging sumusunod sa orthogonality sa kapangyarihan, ngunit hindi kabaligtaran:

7. Kung ang mga signal ay hindi ganap na tumutugma, pagkatapos ay tinawag sila bahagyang nagsasapawan mga senyales.

Sa digital processing madalas ginagamit ang mga signal mga espesyal na function bilang isang Heaviside function at isang -Dirac function

1) Tinukoy ang single signal function (Heaviside function):

Ginagamit kapag lumilikha ng mga signal na may hangganang tagal:

Sa MATLAB function na ito maaaring imodelo gamit ang operator ng paghahambing.

2) -function o Dirac function - isang walang katapusang makitid na pulso na may walang katapusang amplitude at unit area:

Ang isang mahalagang katangian ng -function ay ang pag-filter nito:

. (10)

Lektura Blg. 2. Mga pangunahing kaalaman sa pagsusuri ng signal.

Ang signal sa pagitan ay maaaring isulat sa form pangkalahatang serye ng Fourier :

. (1)

Kung ay isang vector, kung gayon ang huling expression ay maaaring bigyang-kahulugan bilang isang pagpapalawak sa isang tiyak na batayan, at ang mga coefficient ay maaaring ituring bilang mga projection ng vector papunta sa mga coordinate axes, itinakda ng sistema bumubuo ng mga function batayan .

Upang maging posible ang agnas, ang orihinal na signal at ang sistema ng mga function ay dapat masiyahan ilang kundisyon :

Una , ang signal ay dapat kabilang sa hanay ng mga signal na square-integrable sa segment.