Элементы кодирования и теории информации

Классификация сигналов

СИГНАЛЫ В РТС

Распространение радиоволн сантиметрового диапазона

Волны сантиметрового диапазона СВЧ (SHF) - (ƒ3...30 ГГц λ10...1 см) используют глав­ным образом для радиолокации и радиорелейной связи. Характер распростра­нения радиоволн этого диапазона существенно отличается от характера рас­пространения радиоволн более длинноволновых диапазонов.

Первой отличительной чертой распространения радиоволн сантиметрового диапазона является почти полное отсутствие явления дифракции и прямолинейность распространения. Земная поверхность практи­чески не оказывает заметного влияния на распространение этих радио­волн, что объясняется применением в этом диапазоне антенн узко направ­ленного действия с диаграммой направленности шириной от нескольких гра­дусов до долей градуса. Второй отличительной особенностью распространения микрорадиоволн является большое поглощение энергии в атмосфере, особенно во время дождя, снега, инея, пыли, тумана, града, а также при резких перемещениях слоев нагретого и холодного воздуха.

Метеорологические условия, характерные для нижних слоев атмосферы - тропосферы, самым существенным образом влияют на распространение микрорадиоволн. Состояние тропосферы изменяется почти непрерывно и также изменяется напряженность электромагнитного поля микрорадиоволн. Зами­рание сигналов бывает как кратковременным, так и продолжительным.

Усиленное рассеивание и поглощение микрорадиоволн при возникнове­нии разных явлений в атмосфере дает возможность использовать радиоволны для наблюдения за состоянием погоды (для обнаружения приближающихся дождей, штормов, выпадений снега и т. п.) Поглощение микрорадиоволн частицами дождя тем больше, чем короче длина волны и чем интенсивнее дождь.

Напряженность поля микрорадиоволн может рассчитываться по форму­лам, используемым для диапазона ультракоротких волн, но с учетом допол­нительных потерь на поглощение и рассеяние электромагнитной энергии в частицах, находящихся в атмосфере.

Под сигналами будем понимать изменяющийся во времени электрический ток или напряжение. Сигналы, отражающие передаваемое сообщение, могут быть непрерывными, принимающими любое значение в пределах заданного диапазона (например, на выходе микрофона), и дискретными, принимающими в заданные моменты времени одно из нескольких разрешенных значений. Например, для передачи знаков русского алфавита необходимо использовать 33 разных сигнала, для передачи цифр – 10 сигналов. Для простоты технической реализации и универсальности систем передачи информации, способных передавать различные сообщения, число используемых сигналов принимают равным 2 (для удобства анализа их обозначают обычно символами 1 и 0). Символу 1 соответствует, например, высокий уровень напряжения прямоугольной формы длительностью t₀, символу 0 - низкий (нулевой) уровень напряжения той же длительности

или импульс напряжения отрицательной полярности.

Такие сигналы называют цифровыми или двоичными. Для отображения знаков алфавита с помощью набора 1 и 0 используют специальные коды, с помощью которых каждый знак алфавита представляется двоичным числом или кодовой комбинацией. Кодирование и декодирование осуществляется в терминале.

Системы, предназначенные для передачи непрерывных сигналов, называют непрерывными или аналоговыми, а системы, предназначенные для передачи дискретных сигналов, называют дискретными или цифровыми системами. Непрерывные сигналы во временной области характеризуются динамическим диапазоном - областью, в пределах которой изменяется значение сигнала, и полосой занимаемых частот. Цифровые сигналы характеризуются длительностью t_о или скоростью передачи V – числом сигналов, передаваемых в единицу времени. Эта величина измеряется в Бодах (1 Бод равен одному двоичному сигналу в секунду): V (Бод) = 1/ t_о (с). Для передачи двоичных сигналов также требуется некоторая полоса частот, которая зависит от скорости передачи t_о.

Любой непрерывный сигнал может быть представлен в виде цифрового с помощью процедур дискретизации по времени, квантования по уровням и кодирования (соответствующее устройство преобразования называют аналого-цифровым преобразователем - АЦП) и передан по цифровой системе передачи. Обратная процедура восстановления непрерывного сигнала из дискретного реализуется с помощью цифро-аналогового преобразователя - ЦАП.

Кодом называют таблицу, в которой каждому знаку алфавита ставится в соответствие набор двоичных элементов (их условно обозначают 1 и 0) - кодовая комбинация. При технической реализации системы передачи цифровой информации элементам кода 1 и 0 соответствуют два различных сигнала, например, прямоугольный импульс положительного напряжения длительностью t_o и импульс отрицательного напряжения (или пауза) той же длительности. Различают неравномерные и равномерные коды. Примером неравномерного кода является код Морзе - знаки алфавита кода Морзе имеют разную длину, причем часто встречающиеся знаки имеют короткие кодовые комбинации, редко встречающиеся - более длинные. Например, букве букве "а" - точка, пауза длительностью t_о и тире, длительность которого равна 3 t_о. Такая структура кода обеспечивает экономию времени при передаче сообщения и имеет музыкальную окраску, что облегчает прием сообщения на слух, но неудобна при автоматическом приеме с помощью специальных технических устройств.

Пример кодовых комбинаций кода Морзе (однополярные посылки)

1 0 1 1 1

"а" · ▬

t_о 3t_о

Каждый двоичный элемент кодовой комбинации (1 или 0)содержит определенное количество информации, равное 1 биту (bit - bi nary digi T), скорость передачи информации измеряется в значениях бит/с. При передаче только информационных сигналов 1 бит/с численно равен 1 Боду.