Основные характеристики систем связи

Исходя из назначения любой системы электросвязи — переда­ча информации от источника к потребителю — можно оценить ра­боту системы по двум показателям: количеству и качеству пере­данной информации. Эти показатели неразрывно связаны между собой и можно даже утверждать, что увеличение одного из них часто приводит к уменьшению другого.

Задача требуемого количества передаваемой информации m каналу связи решается достаточно просто. Система электросвязи должна быть так построена, чтобы вся информация, выдаваемая источником, попала к потребителю. В большинстве, случаев, осо­бенно в системах двухсторонней связи, передача должна прово­диться в реальном масштабе времени. Скорость выдачи инфор­мации источником должна соответствовать скорости получения информации потребителем. Кроме того, с физической и эксплу­атационной точках зрения ясно и без особых доказательств, что канал связи должен обладать некоторым запасом по скорости пе­редачи информации. Как вычислить количество и скорость пере­дачи информации, для каких целей можно использовать запас по скорости передачи информации в канале связи — это те зада­чи, которые решаются в теории информации. Они рассмотрены в главе 17.

Качество передаваемой информации принято оценивать до­стоверностью (верностью) передачи сообщений. Количественно достоверность характеризуется степенью соответствия принятого сообщения переданному. Снижение достоверности в канале свя­зи происходит из-за действия помех и искажений. Но так как ис­кажение в канале в принципе можно скомпенсировать и в пра­вильно спроектированных каналах они достаточно малы, то глав­ной причиной уменьшения достоверности являются помехи.

Способность системы связи противостоять вредному действию помех называется помехоустойчивостью системы (устойчивостью к помехам). Количественная мера достоверности и помехоустойчи­вости зависит от характера передаваемых сообщений (текст, речь, музыка, изображение и т. д.). В настоящее время находят применение два метода оценки качества передачи сообщений — пря­мые и косвенные.

Прямой мерой качества дискретных сообщений является от­носительное количество ошибочно принятых знаков (символов) сообщения а_пр, получившее название — коэффициент ошибок,

Koш = N_oшl/N, (1.4)

где N_oш — число ошибочно принятых знаков (символов); N — общее число переданных знаков (символов) за время наблюде­ния t- Так как ошибки в канале возникают случайно, то коэффи­циент ошибок Кош зависит от времени наблюдения. Поэтому в расчетах пользуются предельным значением R_ош при достаточно большом времени наблюдения. В этом случае (практически уже при N_ош>20) предельное значение R_ош совпа­дает с вероятностью ошибки Р_Ош (см. § 2.5). Значение вероятно­сти ошибки, согласно рекомендациям Международного консуль­тативного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ), долж­но быть:

Это достаточно жесткие требования к качеству, если учесть, что в коммутируемых каналах АТС вероятность ошибки может быть порядка 10~²... 10~⁴, потребуются специальные меры для исправ­ления ошибок при декодировании.

К косвенным мерам качества относится оценка степени иска­жения формы принимаемых стандартных сигналов (краевые ис­кажения, дробления, флуктуации фронтов и т. д.). Эти искаже­ния также нормируются для дискретных каналов. Имеются про­стые соотношения для пересчета искажений формы сигнала в ве­роятность ошибки.

Прямой мерой качества непрерывных сообщений является среднеквадратическое отклонение принятого сообщения от пере­данного

(1.5)

где t_c — длительность сообщения или время его наблюдения;

а_п(t)— переданное сообщение; а_пр(t)—принятое сообщение. Среднеквадратическое отклонение e²(t) учитывает влияние

на принятое сообщение a_np(t)как помех, так и всевозможных ис­кажений (линейных, нелинейных).

Косвенная оценка качества передачи непрерывных сообщений приводится по характеристикам каналов (частотным, амплитуд­ным, фазовым, уровню помех и т. д.), по некоторым параметрам сигналов и помех (коэффициент искажений, отношение сигнал -помеха и т. д.), по субъективному восприятию сообщений. Ка- чество телефонной связи, например, можно оценивать по разбор­чивости речи.

Косвенные методы оценки качества передачи сообщений удоб­ны в эксплуатации, количественно легко измеряются созданными для этой цели приборами и поэтому широко применяются на практике.

Прямые методы, как правило, целесообразны в теоретических исследованиях и расчетах. Однако не следует считать, что раз­личные методы дают различную оценку качества. Они связаны между собой функциональной зависимостью. Проведя, например, измерение параметров канала связи, можно рассчитать качество передачи тех или иных сигналов и сообщений по этому каналу.

Из рассмотренного следует, что количество и качество пере­даваемой информации в канале связи в основном определяется помехами в канале. Поэтому при проектировании и эксплуата­ции систем связи необходимо добиваться не только малых иска­жений принятого первичного сигнала, но и заданного превыше­ния сигнала над помехами. Обычно нормируется отношение сиг­нал-помеха для принимаемых первичных сигналов. Для некото­рых сигналов такие данные приведены в § 2.8.

Запомните основные положения

1.1. В системе электросвязи передается информация, в кана­ле электросвязи — сигнал.

1.2. Сообщение—форма представления информации, сигнал—материальный переносчик сообщения.

1.3. При преобразовании дискретных сообщений в первичный сигнал применяется дополнительная операция — кодирование.

1.4. В канале электросвязи на полезный сигнал воздействуют помехи.

1.5. Достоверность и скорость передачи информации — основ­ные характеристики системы электросвязи.

1.6. Основная причина снижения качества передачи информа­ции в системе связи — помехи.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.1. Что такое информация, сообщение, сигнал? Что общего и в чем отли­чие между этими понятиями?

1.2. В чем заключается преобразование сообщения в сигнал? Что такое первичный сигнал?

1.3. Что такое линия связи, канал связи?

1.4. Перечислите известные Вам источники помех. В чем существенное от­личие помех от искажений?

1.5. В чем отличие аддитивных и мультипликативных помех? Приведите примеры тех и других помех в радио- и проводных каналах. Объясните при­чины их возникновения.

1.6.Какие радиотехнические устройства обязательно входят в систему электросвязи?

1.7. Какие основные показатели характеризуют систему связи. От чего за­висят эти показатели?

ЗАДАЧИ

1.1. Стартстопный аппарат СТА-М67 передает каждую букву семью импульсами: стартовым (20 мс), пятью кодовыми (20 мс каждый) и одним сто­повым (20 мс). Определите скорость модуляции.

Ответ: В = 50 Бод.

1.2. Определите коэффициент ошибок при передаче букв телеграфным аппаратом СТА-М67 (описание способа передачи дано в задаче 1.1), если за 1 час непрерывной работы было зафиксировано 6 ошибочно принятых букв.

Ответ: Кош=2,5-10^-6.

1.3. Вычислите среднеквадратическое значение напряжения шума в полосе телефонного канала 300... 3400 Гц на сопротивлении R = 600 Ом и темпера­туре 20°С.

Ответ: U_ш= 1,73-10-⁷ В.

Глава 2. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ, ИХ