Процесс передачи данных. Спектральное представление сигналов

Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение (т.е. совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию). Сигнал является функцией времени, даже если сообщение таковым не является. Если сигнал представляет собой функцию U(t), принимающую только определенные дискретные значения Un (например, 0 или 1), то его называют дискретным по состоянию. Если сигнал принимает любые значения в некотором интервале, то он называется непрерывным по состоянию. Иногда сигнал задается не на всей оси времени, а только в определенные моменты времени tn. Такие сигналы называются дискретными по времени, в отличие от непрерывных по времени, заданных на всей оси t. Сигнал является объектом транспортировки по каналам связи. Поэтому определяют параметры сигнала: длительность сигнала Tc; динамический диапазон Hc; ширина спектра Fc. Любой сигнал, рассматриваемый как временной процесс, имеет начало и конец. Поэтому Длительность сигнала определят интервал времени, в пределах которого сигнал существует. Динамический диапазон определяется как отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую надо отличать от 0 при заданном качестве передачи. Выражается обычно в децибелах. Ширина спектра дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Ширина спктра сигнала определяется диапазоном частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Вводят еще одну характеристику - объем сигнала Vc, которая дает общее представление о возможностях данного ансамбля сигналов, как переносчиков сообщений. Чем больше Vc,тем больше информации можно "вложить" в этот объем, и тем труднее передать такой сигнал по каналу связи. Vc = Tc * Hc * Fc. Обобщенная структура передачи информации:

s(t) z(t)

И АЦП КИ КК Мод среда Демод ДекК ДекИ ЦАП П

μ(t) ν(t)

система синхронизации

Цифровой канал передачи информации

И - источник может быть аналоговым (например, человек, говорящий по телефону) и цифровым (например, компьютер). Из источника информация передается в АЦП - аналогово - цифровой преобразователь, в котором происходит преобразование этой информации по уровню и времени. Преобразованная информация поступает в КИ - кодер источника, уменьшающий избыточность информации. Далее информация предается в КК - кодер канала. Кодер канала учитывает специфику среды распространения сигнала, проявляющуюся в характере ошибок, вносимых в процесс передачи. Затем Мод - модулянт перекладывает передаваемую информацию на физический переносчик (сигнал) s(t). На среду передачи сигнала действуют помехи: μ(t) - мультиплекативные помехи (умножаются на сигнал) и ν(t) - аддитивные помехи (складываются с сигналом). В итоге получаем процесс z(t) = μ(t) * s(t) + ν(t). Этот процесс проходит стадию демодуляции Демод, т.е. процесс снятия информации с физического носителя и его фильтрация. Процессы, происходящие в ДекК, ДекИ и ЦАП позволяют получателю П получить переданную информацию не в цифровой, а в аналоговой форме. Если передача информации происходит поочередно источником и получателем, то это симплексная линия передачи. При одновременной передачи информации источником и каналом - дублексная линия передачи. Взаимодействие между территориально удаленными объектами осуществляется за счет обмена данными. Доставка данных производится по заданному адресу с использованием сетей передачи данных. В условиях распределенной обработки инф-и эти сети превращаются в информационно- вычислительные. Важнейшим звеном сети является канал передачи данных, схема которого представлена на рисунке.

Физической средой передачи данных является канал связи (КС), в котором элементы данных передаются в виде физических сигналов. Такой канал получил название непрерывного канала, поскольку сигналы описываются непрерывными функциями времени. Согласование сигнала и канала связи осуществляется по физическим характеристикам, а также по отношению скорости передачи инф-и и пропускной способности непрерывного канала. Но сигналы по физическим хар-кам должны быть согласованы со свойствами непрерывного канала связи, для чего в структуре канала передачи данных предусматривают устройства преобразования сигналов: модулятор (М) и демодулятор (ДМ). С помощью модулятора сигнал воздействует на некоторый параметр переносчика, благодаря чему спектр сигнала смещается в область частот, для которых наблюдается наименьшее затухание в выбранном непрерывном канале связи. Обратную операцию, т.е. переход от модулированного сигнала к модулирующему, осуществляет демодулятор. Модулятор, непрерывный канал и демодулятор образуют дискретный канал, на входе и на выходе которого существует множество дискретных элементов кода. Дискретный канал связи должен быть так сконструирован, чтобы скорость передачи согласовывалась с его пропускной способностью. Для обеспечения помехоустойчивой передачи инф-и в структуру канала передачи данных вводят устройство защиты от ошибок (УЗО). Оно обеспечивает помехоустойчивое кодирование- декодирование, соответствующий режим функционирования системы передачи данных (с обратной связью, с адаптацией и т.д.), а также режим формирования совокупности данных в виде кадра. Источники (ИС) и потребители сообщений (ПС) согласуются с каналом передачи данных с помощью устройств сопряжения (УС). Таки образом, как на передающей, так и на приемной стороне используется оконечное оборудование данных (ООД). Стык между оконечным оборудованием и аппаратурой передачи, реализующий дискретный канал, унифицируется в рамках международных и национальных рекомендаций. Стык обычно задается на физическом уровне. Пусть каждый из m символов кода передается некоторым элементам сигнала zi(t) (i = 1,...,m), заданным на отрезке времени длительностью Тэ. Таким образом, сигнал представляет последовательность элементов равной длительности. Будем рассматривать условия приема (различения) одногоэлемента сигнала. При этом на вход приемного устройства поступает сигнал вместе с аддитивной помехой: где m - коэффициент передачи канала; tp - время прохождения сигнала в канале; n(t) - аддитивная помеха; to - момент начала передачи.