Первичные сигналы электросвязи

Электрический сигнал   это материальный носитель (переносчик) сообщения. В системах электросвязи для передачи сообщения на дальние расстояния переносчиком является переменный электрический ток (в проводных линиях), электромагнитное поле ( радиоволны), световые волны (оптоволоконнные линии связи).  Скорость распространения перечисленных переносчиков приближается к скорости света и с помощью этих переносчиков можно передавать огромное количество информации.
В любой системе электросвязи должны быть устройства, осуществляющие преобразования:

  • на передаче: информация - сообщение - сигнал;
  • на приеме: сигнал - сообщение - информация.

Первичные сигналы электросвязи:

  •     телефонный речевой сигнал или сигнал ТЧ (тональной частоты), имеет спектр от 300 Гц до 3400 Гц; такой спектр достаточен для передачи речи по каналу связи и для принятия этого сигнала без искажений на приемной стороне;
  •     видеосигнал занимает полосу частот от 50Гц до 6,5 МГц (система SECAM) и от 50 Гц до 5,5 МГц (система PAL) – это самый широкополосный первичный сигнал;
  •     радиовещательный сигнал занимает полосу частот от 20 Гц до 20 кГц;
  • Источник и получатель информации являются абонентами в системе связи, поэтому их называют абонентскими устройствами или терминалами. В передатчике происходит преобразование первичного сигнала в высокочастотный, удобный для передачи по линии связи. В приемнике из принятого сигнала извлекается первичный сигнал, но из-за помех в линии связи он несколько отличается от исходного.

Канал связи – это совокупность технических средств и среды распространения , обеспечивающих передачу сообщения от источника к получателю. В зависимости от вида сообщений и среды распространения различают каналы: телефонные, телеграфные, передачи данных, звукового и телевизионного вещания, проводные и кабельные, радиосвязи, цифровые. Математическая модель простого (гармонического) сигнала – это функция времени: u (t) = Um cos (2p f t + f), где Um – амплитуда, f – частота, f - фаза. Любой сложный сигнал (периодический и непериодический – импульсный на конечном отрезке времени) можно математически представить рядом Фурье: u (t) = Uo + Σ U mn cos (2πfn t + Φn), где Umn – амплитуда n–ой гармоники.
Сообщение – это случайный сигнал, часто сложной формы. Различают непрерывные (аналоговые), дискретные и цифровые сигналы.
Спектр сигнала – это совокупность гармоник (гармонических составляющих) с конкретными значениями частот, амплитуд и начальных фаз, образующих в сумме сложный электрический сигнал. Более упрощенное понятие спектра – это полоса частот, занимаемая сигналом в канале связи. Спектральной диаграммой сигнала называется графическое изображение амплитуд гармоник в сигнале. Гармонический сигнал имеет самый простой спектр   Спектр периодических импульсных сигналов зависит от скважности импульсов. Скважность – это отношение периода сигнала к длительности импульса, чем больше скважность, тем шире спектр сигнала  Для непериодических импульсных сигналов вводится понятие спектральной плотности сигнала.

В настоящее время каналы электросвязи используются в основномдля передачи речевых, вещательных, телевизионных, факсимильных, телеграфных (передача данных) сигналов. Все они получили название первичных сигналов электросвязи.
Речевой (телефонный) сигнал. Речь является слу­чайным процессом. Первичные речевые сигналы, формируемые электроакустическими преобразователями — микрофонами, пред­ставляют собой реализации этого процесса. Статистические харак­теристики речевого сигнала получают усреднением результатов измерений как по множеству, так и по времени, При этом поль­зуются рекомендациями МККТТ. Абсолютный динамический уровень речевого сигнала L1 носит название волюм и измеряется специальным квадратичным вольт­метром (волюмметром) с временем усреднения 200 мс. За нуле­вой уровень приняты Ро=1 мВт, Uo = 0,775 В при сопротивлении нагрузки 600 Ом. Одномерная плотность вероятности волюмов различных абонентов близка к нормальной. Спектральная плотность мощности речевого сигнала имеет максимум на частоте 300 ...500 Гц и простирается от 50... 100 до 8000.... 10 000 Гц. Однако установлено, что качество речи вполне удовлетворительно при ограничении спектра частотами 300 ... 3400 Гц. Качество восприятия речевого сигнала определяется разницей уровней сигнала и помех, поступающих на вход телефона. При телефонной связи равные по уровню (мощности) помехи различ­ной частоты оказывают различное влияние на качество вследствие частотной зависимости чувствительности уха. Чтобы учесть это различие, помехи при измерениях пропускаются через специаль­ный взвешивающий псофометрический фильтр. Мощность помех, измеренную на выходе такого фильтра, называют псофометрической. В полосе 0,3... 3,4 кГц средний уровень псофометрических помех на 2,5 дБ (или в 1,78 раза) меньше, чем для помех с рав­номерным спектром. Значение 2,5 дБ называют псофометрическим коэффициентом шума. Защищенность речевого сигнала от шума должна быть не менее 21 дБ.
Сигнал звукового вещания. Источниками звука при передаче вещательных программ обычно являются музыкальные инструменты или голос человека. Это также реализации случай­ного процесса. Для их качественного восприятия и полоса частот, и отношение сигнал-шум должны быть больше, чем для речевых сигналов. Характеристики псофометрического фильтра здесь нес­колько другие, псофометрический коэффициент — 6 дБ.
Телевизионный сигнал. В телевидении первичный сигнал формируется методом развертки. По принятому в СССР стандарту число строк 2 = 625. Передача движущегося изображе­ния сводится к последовательной передаче кадров. В секунду передается 25 кадров, чтобы избежать мерцания на экране при­емной трубки (кинескопа), стандартом предусмотрена чересстроч­ная развертка в виде двух полукадров. Первый полукадр — пе­редача нечетных строк, второй — передача четных. Число передаваемых строк в секунду nz= 15625, время передачи одной строки — 64 мкс. Для синхронизации лучей приемной и передающей трубок необходима передача вспомогательных импульсов (синхронизиру­ющих и гасящих обратный ход). Электрический сигнал, включаю­щий в себя сигнал изображения и управляющие импульсы, на­зывается полным телевизионным сигналом. Он состоит из случай­ного сигнала яркости и цветности (квазистационарный случайный процесс) и детерминированных вспомогательных импульсных сигналов. Помехи вызывают на экране кинескопа светлые или темные штрихи и пятна. При значительных помехах изображение видно как бы сквозь пелену мерцающих светлых и темных точек. На-блюдаются срывы кадровой и строчной синхронизации. Согласно рекомендациям МККТТ при изменениях мощности помехи в полосе телевизионного сигнала необходимо учитывать частотную чувствительность глаза. Для этого применяется специ-альный взвешивающий фильтр. На выходе такого фильтра уровень помехи на 9 дБ меньше, чем на его входе. Измерения проводятся для помехи с равномерным спектром. Защищенность телевизион-ного сигнала от взвешенной помехи должна быть не хуже 57 дБ.
Факсимильный сигнал. Факсимильной связью называ­ется передача неподвижных изображений (рисунков, чертежей, фотографий, текстов, газетных полос и т. д.) по каналам электро­связи. Первичные факсимильные сигналы получают в результате электрооптического анализа, заключающегося в преобразовании светового потока, отражаемого элементарными площадками изоб­ражения, в электрические сигналы. Как и в телевидении, здесь сигнал формируется методом развертки. Развертка обычно полу­чается электромеханическим способом.  Передающий факсимильный аппарат имеет барабан, на кото­рый накладывается изображение. На поверхность изображения проецируется яркое светлое пятно, перемещающееся вдоль оси ба­рабана. Вращение барабана и смещение пятна обеспечивает раз­вертку. Отраженный световой поток принимается фотоэлементом. В его цепи появляется ток, мгновенные значения которого опре­деляются отражающей способностью элементов изображения. Характеристики тока зависят от размеров барабана, скорости его вращения, скорости смещения пятна по барабану, характера изображения. При передаче реальных изображений первичный сигнал получается сложной формы и его можно отнести к стационарному случайному процессу. В зависимости от характера изображения первичные факсимильные сигналы разделяются на штриховые, содержащие две градации яркости, и полутоновые со многими градациями яркости.
Телеграфный сигнал и сигнал передачи данных. Первичные телеграфные сигналы и сигналы передачи дан­ных представляют собой случайную последовательность прямо­угольных импульсов (однополярных или двуполярных) детерми­нированной амплитуды и длительности. Скорость модуляции, вероятности появления положительных(1) и отрицательных (0) импульсов, статистическая связь между ними определяется источ­ником информации. Обычно Р(1) =Р(0) =0,5, т. е. импульсы рав­новероятны. Эффективную полосу частот последовательности телеграфных импульсов можно найти из соотношения Δf3≈1/tи=B  Скорость модуляции В в современных системах телеграфии и пе­редача данных достигает десятков тысяч бод.
 

.