Потенциальный информационный объем цифрового сигнала Vцс max может быть найден по формуле Шеннона для определения объема сигнала

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 15

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

где F_Т- тактовая частота, т.е. число передаваемых отсчетов сигнала в секунду, 1- число разрешенных значений отсчетов (разрешенных уровней); p_i - вероятность появления отсчета с уровнем i, если положить, что все уровни отсчетов равновероятны, т.е. . Тогда

Аналоговый сигнал согласно теореме Котельникова может быть представлен последовательностью дискретных отсчетов следующих с частотой , причем F_В - верхняя частота эффективно передаваемого спектра сигнала. Число уровней сигнала, которые можно различить на приеме, может быть найдено как l =

Тогда

Первичные сигналы электросвязи

В настоящее время системы электросвязи могут передавать следующие первичные сигналы: телефонирования, звукового вещания, телеграфирования и передачи данных, факсимильные, телевизионного вещания.

Сигналы телефонирования -это последовательности речевых импульсов, отделенных друг от друга паузами. Речевые импульсы соответствуют звукам речи, произносимым слитно, и весьма разнообразны по форме и амплитуде. Длительности импульсов отличаются друг от друга, но близки к 100...150 мс. Паузы между импульсами изменяются в диапазоне, от нескольких миллисекунд (межслоговые паузы) до нескольких минут или даже десятков минут (паузы при выслушивании ответа собеседника).

Частотный спектр речевого сигнала очень широк, однако для передачи с достаточно высоким качеством (удовлетворительной натуральностью и разборчивостью слогов 90 % и фраз 99 %) можно ограничиться полосой частот 0,3...3,4 кГц. Назовем и_ТФ эффективным (среднеквадратическим) напряжением сигнала u( t ). Тогда можно записать

где Р_ТФ- мощность сигнала, усредненная за время наблюдения T_Н.

Отношение дБм0 называется динамическим уровнем (волюмом) ТФ сигнала. В этом выражении Р_изм - мощность измерительного сигнала в точке тракта, где проводится исследование. Волюмы измеряются специальным прибором (волюмметром), обеспечивающим квадратичный закон суммирования колебаний различных частот и имеющим логарифмическую шкалу (в децибелах) и постоянную времени (время интегрирования) Тн=200 мс. Статистическими исследованиями установлено, что разброс волюмов, подчиняется гауссовому закону распределения со средним значением у_ТФср=-12,7 дБм0 и среднеквадратическим отклонением s_у = 4,3 дБ. На основании указанных данных можно определить среднюю мощность ТФ сигнала Р_ТФср=4,3дБ. Для этого необходимо перейти от среднего логарифма (у_ТФср) к логарифму среднего р_ТФср- уровню, соответствующему средней мощности: Р_ТФср = у_ТФср +0,115·s_у²=-10,57 дБм0. Тогда Р_ТФср =1 10 ^0,1(-10,57) = 88 мкВт0 - средняя мощность ТФ сигнала без учета пауз в ТНОУ (точки нулевого относительного уровня).

Влияние пауз учитывается посредством коэффициента активности К_а источника сигнала, равного отношению времени, в течение которого уровень сигнала на его выходе превышает установленное пороговое значение (обычно - 40 дБм0), к общему времени разговора. Для ТФ сигналов Ка = 0,25. Тогда средняя мощность ТФ сигнала с учетом пауз Р_{ТФср п} =Ка Р_ТФср +10= 32 мкВт0 (-15 дБм0), где второе слагаемое правой части, равное 10 мкВтО, вводится согласно рекомендациям МККТТ как поправка на повышенную мощность сигналов, сопровождающих ТФ разговор (служебные переговоры персонала и СУВ) передаваемые по тому же каналу. Установлено также, что Р_{Тф max} = 2220 мкВт0 (Pтф тах= +3,5 дБм0) при e=10^-3. При определении величины флуктуационной помехи, действующей на входе оконечного аппарата, ее приводят к эффективно воздействующей на органы слуха "взвешенной помехе". Суть "взвешивания" заключается в том, что на входе измерительного прибора устанавливается амплитудный корректор, частотная характеристика передачи которого повторяет среднестатистическую характеристику чувствительности системы "телефонный аппарат - слух". Очевидно, что взвешенное значение помехи будет меньше невзвешенного из-за меньшей чувствительности указанной системы на краях частотного диапазона, а значит, и большего затухания корректора на этих же частотах. Снижение действующего напряжения равномерно распределенной по спектру помехи определяется псофометрическим коэффициентом К_пс равным 1,33 для полосы частот 0,3.. 3,4 кГц. Средняя мощность этой же помехи будет снижена в 1,33² = 1,77 раза, а уровень - на 20lg 1,33=2,48 дБ. В размерности взвешенных (псофометрических) величин вводится буква "п", например дБм0п, пВт0п, и т.д.

Экспериментально установлено, что качество приема ТФ сигнала еще достаточно при средней мощности помехи 178000 пВтО или 100000 пВтОп. При определении пик-фактора и помехозащищенности сигнала используют среднюю мощность сигнала без учета пауз: и

Динамический диапазон ТФ сигнала При оценке потенциального информационного объема необходимо учитывать коэффициент активности источника сигнала.

Тогда кбит/с. Здесь множитель 3,32 = 1/lg 2 - модуль перехода от двоичного логарифма к десятичному; F_B- верхняя эффективно передаваемая частота канала ТЧ, кГЦ.

Сигналы звукового вещания. Отличия (ЗВ) от (ТФ) носят количественный характер. Частотный спектр сигналов ЗВ ограничивают без заметного снижения качества передачи до 0,03...15 кГц для каналов высшего класса, и до 0,05...10 кГц для каналов первого класса. Сигналы ЗВ по сравнению с телефонными имеют значительно меньше пауз, а энергия отдельных импульсов, особенно музыкальных, существенно превышает энергию речевых импульсов сигналов ТФ. Поэтому средняя мощность сигналов ЗВ намного больше средней мощности ТФ сигналов. Нормируются среднесекундная, среднеминутная и среднечасовая мощности Р_звср равные соответственно 4500, 2230 и 923 мкВт0. Максимальная мощность определяется при вероятности превышения e= 0,02 и составляет 8000 мкВт0. Минимальная мощность рассчитывается при вероятности превышения (1-e)= 0,98. Ее значения различны для тех или иных видов сигналов и дают следующие значения динамического диапазона D_зв сигналов ЗВ, дБ:

Таблица 1. – Динамический диапазон сигналов

Взвешенная флуктуационная помеха на входе оконечного аппарата ЗВ не должна превышать 16000 пВт0п. Поскольку спектр помехи в каналах ЗВ шире псофометрический коэффициент для них оказывается больше. Так, для канала первого класса он равен 2, т.е. мощность невзвешенной помехи может достигать 16000*2² = 64000 пВтО, следовательно, помехозащищенность сигналов ЗВ должна быть не хуже

А_{ПЗ ЗВ}=

Таким образом, потенциальная информационная емкость сигнала ЗВ первого класса может достигать кбит/с.

Сигналы телефонирования и передачи данных(ТП) чаще всего представляют последовательности униполярных или биполярных импульсов постоянной амплитуды, при этом положительный импульс обычно соответствует передаваемому знаку "1", а пропуск импульса или отрицательный - знаку "0". Частота следования "1" и "0" называется тактовой частотой F _Т. Численно F _Т соответствует скорости передачи информации (В) в бодах (Бод), а в данном случае (два разрешенных значения "1" и "0") - и скорости передачи в битах в секунду (6ит/с).

Условно различают низкоскоростную (до 200 Бод) среднескоростную (300...1200 Бод) и высокоскоростную (свыше 1200 Бод) передачу данных. Поскольку каждый передаваемый импульс занимает полностью тактовый интервал, его длительность находится в пределах до 5 мс при низкоскоростной, от 3,3 до 0,8 мс при среднескоростной и менее 0,8 мс при высокоскоростной передачах.

Из курса теории электросвязи известно, что спектральная плотность случайного сигнала такого вида максимальна на нулевой частоте и имеет первый минимум на частоте F _Т. Если спектр сигнала ограничивать ФНЧ, близким к идеальному, то уверенный прием сигнала возможен при частоте среза фильтра, равной или более 0,5 F _Т ,, т.е. можно считать, что эти сигналы занимают полосу частот 0….0,5 F _Т . Однако в реальных условиях верхнюю частоту спектра сигнала ТП принимают равной F _Т , или даже 1,2 F _Т. Это обусловлено тем, что при некоторых видах передачи информация заложена и в изменении длительности импульса (допускаются ограниченные краевые искажения принимаемых импульсов), а также мешающим воздействием помех.

При передаче сигналов ТП допустимая вероятность ошибки равна около 10^-5. Это позволяет принять значение необходимой помехозащищенности, определяемой как отношение амплитуды импульса к действующему значению флуктуационной помехи, равным А_ЗТП= 12 дБ.

Факсимильные сигналы - сигналы передачи неподвижных изображений, получаются в результате преобразования светового потока, отражаемого элементами изображения, в электрические сигналы. Падающий световой поток перемещается по изображению в определенной последовательности (например, по принципу строчной развертки). В такой же последовательности в приемном устройстве перемещается элемент, воздействующий в соответствии с принимаемыми сигналами на носитель записи и окрашивающий соответственно его участки. Так, на передаче световое пятно можно перемещать по передаваемому рисунку, а отраженный поток воспринимать фотоэлементом, на выходе которого будет получаться электрический сигнал. На приеме этот сигнал возбуждает светодиод. Перемещая сфокусированный в световоде световой поток синфазно с потоком на передаче по фоточувствительной бумаге, получаем фотокопию передаваемого изображения.

При передаче штриховых изображений (состоящих из черных и белых из униполярных импульсов различной длительности, но одинаковой амплитуды. Принимается, что полоса частот такого сигнала находится в пределах 0..F _Р, причем F _Р -частота рисунка связана с длительностью самого элементов, например газетной полосы) факсимильный сигнал (ФС) состоит короткого импульса t_И соотношением F _Т =1/2 t _И . В свою очередь, t_И определяется диаметром светового пятна dc и скоростью развертки Vp- (скорость перемещения светового пятна по рисунку): .

При передаче документов выбирают d_c= 0,15 мм и V_р £ 440 мм/с, тогда t_И=0,34 мс, а F _р »1500 Гц. При передаче газетных полос d_c< 0,06 мм, а V_p£30м/с. Частота рисунка при этом достигает 250 кЦ.

Помехозащищенность сигналов ФС А_{ПЗ ФС} (отношение амплитуды сигнала к действующему напряжению флуктуационной помехи) принимается равной 35 дБ. При передаче штриховых изображений потенциальная информационная емкость сигналов ФС

V_{ФСШ max} =2 F _р log₂ 2=2 F _p бит/с.