Caractéristiques et paramètres de base des systèmes de communication. Évaluation de la qualité de transmission des signaux de radiodiffusion audio basée sur l'utilisation de l'ICSO Caractéristiques de base des systèmes de communication

Les caractéristiques des lignes de communication peuvent être divisées en deux groupes :

• les paramètres de propagation caractérisent le processus de propagation d'un signal utile en fonction des paramètres intrinsèques de la ligne, par exemple l'inductance linéaire d'un câble en cuivre ;
• Les paramètres d'influence décrivent le degré d'influence sur le signal utile d'autres signaux - interférences externes, interférences d'autres paires de conducteurs dans un câble en cuivre.

À leur tour, dans chacun de ces groupes, des paramètres primaires et secondaires peuvent être distingués. Primaire - caractérise la nature physique de la ligne de communication : par exemple, résistance active linéaire, inductance linéaire, capacité linéaire et conductivité linéaire de l'isolation d'un câble en cuivre ou la dépendance de l'indice de réfraction d'une fibre optique sur la distance de l'optique axe. Les paramètres secondaires expriment un résultat généralisé de la propagation du signal le long de la ligne de communication et ne dépendent pas de sa nature - par exemple, le degré d'atténuation de la puissance du signal lorsqu'il parcourt une certaine distance le long de la ligne de communication, ce qu'on appelle l'atténuation du signal . Pour les câbles en cuivre, un paramètre d'influence secondaire tel que le degré d'atténuation des interférences provenant d'une paire torsadée adjacente est tout aussi important.

Les paramètres secondaires sont déterminés par la réponse de la ligne de transmission à certaines influences de référence. Cette approche permet de déterminer de manière assez simple et uniforme les caractéristiques des lignes de communication de toute nature, sans recourir à des études théoriques complexes et à la construction de modèles analytiques. Pour étudier la réponse des lignes de communication, des signaux sinusoïdaux de différentes fréquences sont le plus souvent utilisés comme signaux de référence.

ANALYSE SPECTRALE DES SIGNAUX SUR LES LIGNES DE COMMUNICATION

Tout processus périodique peut être représenté comme une somme d'oscillations sinusoïdales de différentes fréquences et différentes amplitudes (voir Figure 1). Chaque composante d'une sinusoïde est également appelée harmonique et l'ensemble de toutes les harmoniques est appelé décomposition spectrale du signal d'origine. Les signaux non périodiques peuvent être représentés comme une intégrale de signaux sinusoïdaux avec un spectre continu de fréquences.

Lorsqu'il est transmis sur une ligne de communication, la forme du signal est déformée en raison de la déformation inégale des sinusoïdes de différentes fréquences. S'il s'agit d'un signal analogique transmettant la parole, le timbre de la voix change en raison d'une reproduction inexacte des harmoniques - fréquences latérales. Lors de la transmission de signaux pulsés typiques des réseaux informatiques, les harmoniques basse et haute fréquence sont déformées, de sorte que les fronts d'impulsion perdent leur forme rectangulaire (voir Figure 2). Par conséquent, les signaux à l'extrémité de réception de la ligne peuvent ne pas être facilement reconnus.

Lorsqu'ils sont transmis sur une ligne de communication, les signaux sont déformés du fait que leurs paramètres physiques diffèrent de l'idéal. Ainsi, par exemple, les fils de cuivre représentent toujours une combinaison de résistance active, de charge capacitive et inductive répartie sur la longueur. En conséquence, pour des sinusoïdes de fréquences différentes, la ligne aura une impédance différente, ce qui signifie qu'elles seront transmises de différentes manières. Le câble à fibre optique s'écarte également du support idéal pour transmettre la lumière - le vide. Si la ligne de communication comprend un équipement intermédiaire, cela peut introduire des distorsions supplémentaires.

Non seulement l'inhomogénéité des paramètres physiques internes de la ligne de communication provoque des signaux inexacts, mais les interférences externes contribuent également à la distorsion de la forme du signal à la sortie de la ligne. Ils sont créés par divers moteurs électriques, appareils électroniques, phénomènes atmosphériques, etc. Malgré les mesures de protection prises par les développeurs de câbles et d'équipements de commutation d'amplification, il n'est pas possible de compenser complètement l'effet des interférences externes. De plus, il y a du bruit interne dans le câble - ce qu'on appelle l'induction d'une paire de conducteurs à l'autre. En conséquence, les signaux à la sortie de la ligne de communication ont généralement une forme complexe (comme le montre la figure 2), ce qui rend parfois difficile de comprendre quelles informations discrètes ont été transmises à l'entrée de la ligne.

La qualité des signaux originaux (la raideur des fronts, la forme générale des impulsions) dépend de la qualité de l'émetteur qui génère des signaux dans la ligne de communication. L'une des caractéristiques les plus importantes d'un émetteur est spectrale, c'est-à-dire décomposition spectrale des signaux qu'elle génère. Pour générer des impulsions rectangulaires de haute qualité, il est nécessaire que la réponse spectrale de l'émetteur soit la plus étroite possible. Par exemple, les diodes laser ont un spectre d'émission nettement plus étroit (1-2 nm) par rapport aux LED (30-50 nm) lors de la génération d'impulsions, de sorte que la fréquence de modulation des diodes laser peut être beaucoup plus élevée que celle des LED.

ATTÉNUATION ET RÉSISTANCE DES ONDES

Le degré de distorsion des signaux sinusoïdaux par les lignes de communication est estimé à l'aide de caractéristiques telles que l'atténuation et la bande passante.

L'atténuation montre de combien la puissance du signal sinusoïdal de référence à la sortie d'une ligne de communication diminue par rapport à la puissance du signal à l'entrée de cette ligne. L'atténuation A est généralement mesurée en décibels (dB) et est calculée à l'aide de la formule suivante :

A = 10 lg P out / P in,

où P out est la puissance du signal à la sortie de la ligne et P in est la puissance du signal à son entrée.

En l'absence d'amplificateurs intermédiaires, la puissance du signal de sortie du câble est toujours inférieure à la puissance de l'entrée. Par conséquent, l'atténuation du câble a généralement une valeur négative.

Le degré d'atténuation de la puissance d'un signal sinusoïdal lorsqu'il traverse une ligne de communication dépend généralement de la fréquence de la sinusoïde. Par conséquent, seule la dépendance de l'atténuation à la fréquence dans toute la plage utilisée en pratique donne une caractéristique complète (Figure 3 ).

Figure 3. Dépendance de l'atténuation sur la fréquence.

L'atténuation est une caractéristique généralisée d'une ligne de communication, puisqu'elle permet de juger non pas de la forme exacte du signal, mais de sa puissance (intégrale résultant de la forme du signal). En pratique, l'atténuation est un attribut important de la description des lignes de communication : en particulier, dans les normes de câble, ce paramètre est considéré comme l'un des principaux.

Le plus souvent, lors de la description des paramètres d'une ligne de communication, les valeurs d'atténuation ne sont données qu'en quelques points de la dépendance générale, chacune d'entre elles correspondant à une certaine fréquence à laquelle l'atténuation est mesurée. La valeur d'amortissement individuelle est appelée facteur d'amortissement. L'utilisation de quelques valeurs seulement au lieu de la caractéristique complète est associée, d'une part, à la volonté de simplifier les mesures lors du contrôle de la qualité de la ligne, et d'autre part, la fréquence fondamentale du signal transmis est souvent connue à l'avance - c'est la fréquence dont l'harmonique a l'amplitude et la puissance les plus élevées. Il suffit donc de connaître le niveau d'atténuation à une fréquence donnée pour estimer approximativement la distorsion des signaux transmis sur la ligne. Des estimations plus précises sont possibles en connaissant l'atténuation à différentes fréquences correspondant à plusieurs harmoniques fondamentales du signal émis.

Plus l'atténuation est faible, plus la qualité de la ligne ou du câble de communication à travers laquelle elle est posée est élevée. En règle générale, l'atténuation est déterminée pour les sections passives de la ligne de communication, constituées de câbles et de sections transversales, sans amplificateurs ni régénérateurs. Par exemple, câble à paires torsadées de catégorie 5 pour le câblage intérieur dans les bâtiments, utilisé pour presque toutes les technologies réseaux locaux, caractérisé par une atténuation d'au moins -23,6 dB pour une fréquence de 100 MHz avec une longueur de câble de 100 m.

La fréquence de 100 MHz a été choisie car cette catégorie de câble est conçue pour la transmission de données à haut débit, dont les signaux présentent des harmoniques importantes à une fréquence d'environ 100 MHz. Un câble de catégorie 6 de meilleure qualité a déjà une atténuation d'au moins -20,6 dB à une fréquence de 100 MHz, c'est-à-dire que la puissance du signal est réduite dans une moindre mesure. Souvent, dans la documentation, les valeurs absolues de l'atténuation sont données, c'est-à-dire que son signe est omis, car l'atténuation est toujours négative pour une section passive de la ligne qui ne contient pas d'amplificateurs et de régénérateurs, par exemple un câble continu .

Un câble optique se distingue par des tailles d'atténuation nettement inférieures (en valeur absolue), généralement dans la plage de 0,2 à 3 dB avec une longueur de câble de 1000 m. Presque toutes les fibres optiques ont une dépendance complexe de l'atténuation sur la longueur d'onde, avec trois so- appelées "fenêtres de transparence". Un exemple typique est illustré à la figure 4. Comme vous pouvez le voir, la zone d'utilisation effective des fibres modernes est limitée aux longueurs d'onde de 850, 1300 et 1550 nm, tandis que la fenêtre de 1550 nm fournit la perte la plus faible, et donc la plus grande portée à une puissance d'émission et une sensibilité de récepteur fixes. Le câble multimode produit a deux premières fenêtres de transparence, c'est-à-dire 850 et 1300 nm, et le câble monomode a deux fenêtres de transparence dans les bandes 1310 et 1550 nm.

La puissance de l'émetteur est souvent caractérisée par le niveau de puissance absolu du signal. Le niveau de puissance, comme l'atténuation, est mesuré en décibels. Dans ce cas, une valeur de 1 mW est prise comme valeur de base. Ainsi, le niveau de puissance p est calculé à l'aide de la formule suivante :

P = 10 lg P / 1 mW [dBm],

où P est la puissance du signal en milliwatts et dBm est l'unité de mesure du niveau de puissance (dB par mW).

Un paramètre secondaire important de la propagation d'une ligne de communication en cuivre est son impédance caractéristique. Ce paramètre est la résistance totale (complexe) que rencontre une onde électromagnétique d'une certaine fréquence lorsqu'elle se propage le long d'un circuit homogène. L'impédance caractéristique est mesurée en Ohms et dépend de paramètres primaires de la ligne de communication tels que la résistance active, l'inductance linéaire et la capacité linéaire, ainsi que la fréquence du signal lui-même. L'impédance de sortie de l'émetteur doit être adaptée à l'impédance caractéristique de la ligne, sinon l'atténuation du signal sera excessivement grande.

IMMUNITÉ

L'immunité d'une ligne détermine sa capacité à réduire le niveau d'interférence de l'environnement extérieur ou des conducteurs du câble lui-même. Elle dépend du type de support physique utilisé, des moyens de blindage et de suppression de la ligne elle-même. Les lignes radio sont les moins résistantes aux interférences, les lignes câblées ont une bonne stabilité et les lignes à fibre optique, insensibles aux un rayonnement électromagnétique... Habituellement, le blindage et/ou la torsion des conducteurs sont utilisés pour réduire les interférences des champs électromagnétiques externes. Les valeurs caractérisant l'immunité au bruit se réfèrent aux paramètres de l'influence de la ligne de communication.

Les principaux paramètres de l'influence d'un câble en cuivre sont les connexions électriques et magnétiques. La connexion électrique est définie par le rapport du courant induit dans le circuit affecté à la tension agissant dans le circuit d'influence. Le couplage magnétique est le rapport entre la force électromotrice induite dans le circuit affecté et le courant dans le circuit d'influence. Le couplage électrique et magnétique entraînera des signaux induits (capteurs) dans le circuit concerné. L'immunité d'un câble aux interférences est caractérisée par plusieurs paramètres différents.

Near End Cross Talk (NEXT) fait référence à la stabilité d'un câble lorsque des interférences sont causées par un signal généré par un émetteur connecté à l'une des paires adjacentes sur la même extrémité du câble que celle connectée au câble concerné. . L'indicateur NEXT, exprimé en décibels, est égal à 10 lg Pout / Pnav, où Pout est la puissance du signal de sortie, Pnav est la puissance du signal induit. Plus la valeur NEXT est faible, meilleur est le câble. Par exemple, pour une paire torsadée de catégorie 5, le NEXT devrait être meilleur que -27 dB à 100 MHz.

Far End Cross Talk (FEXT) décrit l'immunité d'un câble au bruit lorsque l'émetteur et le récepteur sont connectés à des extrémités différentes du câble. Évidemment, cet indicateur devrait être meilleur que NEXT, car le signal arrive à l'extrémité du câble affaibli en raison de l'atténuation dans chaque paire.

Les indicateurs NEXT et FEXT sont généralement utilisés en relation avec un câble constitué de plusieurs paires torsadées, lorsque les interférences mutuelles d'une paire à l'autre peuvent atteindre des valeurs importantes. Pour célibataire câble coaxial(c'est-à-dire constitué d'un noyau blindé), un tel indicateur n'a pas de sens, il ne s'applique pas à un câble coaxial double en raison du degré élevé de protection de chaque noyau. Les fibres optiques n'interfèrent pas non plus les unes avec les autres de manière significative.

En raison du fait que, dans certaines nouvelles technologies, la transmission de données s'effectue simultanément sur plusieurs paires torsadées, les indicateurs totaux (PowerSUM, PS) - PS NEXT et PS FEXT ont récemment commencé à être utilisés. Ils reflètent la résistance du câble à la puissance totale de diaphonie sur l'une des paires de câbles de toutes les autres paires de transmission.

Une caractéristique très importante du support de transmission est l'indice de résistance du câble (ACR), qui est la différence entre les niveaux du signal utile et les interférences. Plus la valeur est élevée, plus les débits de données potentiellement plus élevés peuvent être transmis sur le câble spécifié.

FIABILITÉ

La fidélité de transmission des données caractérise la probabilité de distorsion pour chaque bit de données transmis. C'est ce que l'on appelle parfois le taux d'erreur sur les bits (BER). La valeur BER pour les canaux de communication sans moyens de protection supplémentaires contre les erreurs (par exemple, codes à correction automatique ou protocoles avec retransmission de trames déformées) est, en règle générale, 10-4-10-6, et dans les lignes de communication à fibre optique - 10-9. Une valeur de fiabilité de transmission de données, par exemple 10-4, indique qu'en moyenne sur 10 000 bits, la valeur d'un bit est mal interprétée.

Les erreurs de bits résultent à la fois du bruit de ligne et de la distorsion de la forme d'onde en raison de la bande passante de la ligne limitée. Par conséquent, afin d'augmenter la fiabilité des données transmises, il est nécessaire d'augmenter le degré d'immunité au bruit de la ligne, de réduire le niveau de diaphonie dans le câble et d'utiliser également des lignes de communication avec une bande passante de fréquences de fonctionnement plus large.

BANDE PASSANTE

La bande passante est une autre caractéristique secondaire. D'une part, cela dépend directement de l'atténuation et, d'autre part, cela affecte directement un indicateur aussi important de la ligne de communication que le taux de transfert d'informations maximum possible.

La bande passante est une gamme continue de fréquences pour lesquelles l'atténuation ne dépasse pas une limite définie prédéterminée. En d'autres termes, la bande passante détermine la gamme de fréquences d'un signal sinusoïdal à laquelle ce signal est transmis à travers la ligne de communication sans distorsion significative (souvent les fréquences sont prises comme fréquences limites, où la puissance du signal de sortie est divisée par deux par rapport au signal d'entrée, ce qui correspond à une atténuation de -3 dB) ... Comme nous le verrons ci-dessous, la bande passante a le plus grand impact sur le taux de transfert de données maximum possible sur la ligne de communication.

Ainsi, la réponse en fréquence, la bande passante et l'atténuation sont des caractéristiques universelles, et leur connaissance nous permet de conclure comment des signaux de toute forme seront transmis à travers la ligne de communication.

CAPACITÉ DE DÉBIT

La bande passante (le nombre de bits d'information transmis par unité de temps) et la fiabilité de la transmission des données (la probabilité de délivrer un bit non déformé ou la probabilité de sa distorsion) intéressent les développeurs réseau informatique tout d'abord, puisque ces caractéristiques affectent directement les performances et la fiabilité du réseau créé.

La bande passante et la fiabilité du transfert de données dépendent à la fois des caractéristiques du support physique et de la méthode de transfert des données. Par conséquent, il est impossible de parler de la bande passante de la ligne de communication avant la définition du protocole de la couche physique. Le débit de la ligne caractérise le taux de transfert de données maximum possible sur la ligne de communication. Il est mesuré en bits par seconde (bps), ainsi qu'en unités dérivées - kilobits par seconde (Kbps), mégabits par seconde (Mbps), gigabits par seconde (Gbps), etc.

Le débit des lignes de communication et des équipements de réseau de communication est traditionnellement mesuré en bits par seconde plutôt qu'en octets par seconde. Cela est dû au fait que les données dans les réseaux sont transmises séquentiellement, c'est-à-dire bit par bit, et non en parallèle, octets, comme cela se produit entre les appareils à l'intérieur d'un ordinateur. Les unités de mesure telles que les kilobits, les mégabits ou les gigabits dans les technologies de réseau correspondent strictement à des puissances de 10 (c'est-à-dire que les kilobits sont de 1 000 bits et les mégabits de 1 000 000 de bits), comme il est d'usage dans toutes les branches de la science et de la technologie, et pas près de ces nombres pour puissances de 2, comme il est d'usage en programmation, où le préfixe "kilo" est 210 = 1024, et "mega" est 220 = 1 048 576.

Le débit d'une ligne de communication dépend non seulement de ses caractéristiques, par exemple l'atténuation et la bande passante, mais également du spectre des signaux transmis. Si les harmoniques significatives du signal (c'est-à-dire les harmoniques dont les amplitudes contribuent principalement au signal résultant) ne dépassent pas la bande passante de la ligne, un tel signal sera bien transmis et le récepteur pourra reconnaître correctement l'information envoyé le long de la ligne par l'émetteur. Si des harmoniques significatives dépassent la bande passante de la ligne de communication, le signal sera considérablement déformé, le récepteur commettra des erreurs lors de la reconnaissance des informations et les informations elles-mêmes ne pourront finalement pas être transmises avec la bande passante donnée.

MÉTHODE DE CODAGE DES INFORMATIONS

Le choix d'une méthode de représentation d'informations discrètes sous forme de signaux fournis à la ligne de communication est appelé codage physique, ou linéaire.

Le spectre des signaux et la bande passante de la ligne dépendent de la méthode de codage choisie. Donc, différentes façons différentes bandes passantes peuvent correspondre à l'encodage. Par exemple, une paire torsadée de catégorie 3 est capable de transmettre des données avec une bande passante de 10 Mbit/s en utilisant la méthode de codage de couche physique 10BaseT et de 33 Mbit/s en utilisant la méthode de codage de couche physique 100BaseT4.

Selon la théorie de l'information, l'information n'est véhiculée que par un changement distinct et imprévisible du signal reçu. Ainsi, la réception d'une sinusoïde, dans laquelle l'amplitude, la phase et la fréquence restent inchangées, ne porte aucune information, puisque le changement du signal, bien qu'il se produise, est facilement prévisible. De même, les impulsions sur le bus d'horloge d'un ordinateur ne portent pas d'informations, car leurs changements sont constants dans le temps. Mais les impulsions sur le bus de données ne peuvent pas être prédites à l'avance, elles transfèrent donc des informations entre des blocs individuels ou des appareils informatiques.

La plupart des méthodes de codage utilisent un changement dans certains paramètres d'un signal périodique - la fréquence, l'amplitude et la phase d'une sinusoïde, ou le signe du potentiel d'une séquence d'impulsions. Un signal périodique, dont les paramètres changent, est appelé signal porteur ou fréquence porteuse si une sinusoïde est utilisée comme tel signal.

Si le signal change de sorte que seuls deux de ses états diffèrent, alors tout changement correspondra à la plus petite unité d'information - un bit. Si un signal peut avoir plus de deux états distinguables, alors tout changement dans celui-ci contient plusieurs bits d'information.

Le nombre de changements du paramètre d'information du signal périodique de la porteuse par seconde est mesuré en baud (baud). La période de temps entre les changements adjacents du signal d'information est appelée le cycle de l'émetteur.

La bande passante de ligne en bits par seconde n'est généralement pas la même que celle en bauds. Il peut être supérieur ou inférieur au nombre de bauds, et ce rapport dépend de la méthode d'encodage.

Lorsqu'un signal a plus de deux états distincts, le débit en bits par seconde sera supérieur au débit en bauds. Par exemple, si les paramètres d'information sont la phase et l'amplitude d'une sinusoïde (quatre états de la phase sont distingués - à 00, 900, 1800 et 2700 et deux valeurs de l'amplitude du signal), alors le signal d'information peut avoir huit états distincts. Dans ce cas, le modem fonctionnant à 2400 bauds (avec fréquence d'horloge 2400 Hz), transmet des informations à une vitesse de 7200 bps, car avec un changement de signal, trois bits d'informations sont transmis.

Lors de l'utilisation de signaux avec deux états distinguables, l'inverse est possible. Cela est souvent dû au fait que, pour que le récepteur reconnaisse de manière fiable les informations de l'utilisateur, chaque bit de la séquence est codé avec plusieurs modifications du paramètre d'information du signal porteur. Par exemple, lorsqu'une valeur de bit unique est codée avec une impulsion positive et qu'une valeur de bit zéro est codée avec une impulsion de polarité négative, le signal physique change deux fois d'état lorsque chaque bit est transmis. Avec ce codage, le débit de ligne est la moitié du débit en bauds de la ligne.

Le débit de ligne est influencé non seulement par le codage physique, mais aussi par le codage logique. Effectué avant l'encodage physique, il implique le remplacement de bits de l'information d'origine nouvelle séquence un bit portant la même information, mais ayant, en plus, des propriétés supplémentaires, notamment la capacité pour le côté récepteur de détecter des erreurs dans les données reçues. L'accompagnement de chaque octet de l'information d'origine avec un bit de parité est une méthode de codage logique très souvent utilisée lors de la transmission de données à l'aide de modems. Un autre exemple de codage logique est le cryptage des données, qui assure leur confidentialité lorsqu'elles sont transmises sur des canaux de communication publics. Avec le codage logique, le plus souvent la séquence de bits d'origine est remplacée par une séquence plus longue, donc la bande passante du canal par rapport à informations utiles diminue en même temps.

Natalya Olifer est chroniqueuse pour le Network Solutions / LAN Journal. Elle peut être contactée à : ol [email protégé]... Victor Olifer - Spécialiste en chef d'Uni Corporation. Vous pouvez le contacter au :

Schéma fonctionnel d'un système de communication à canal unique. Classification des systèmes de communication

L'ensemble des moyens techniques et de l'environnement de diffusion qui assure le transfert des messages de la source au destinataire est appelé système de télécommunication.

Lors de la transmission de messages par le système de télécommunication, les opérations suivantes sont effectuées :

Conversion d'un message d'une source de message (IS) en un signal de télécommunication primaire (ci-après simplement « signal primaire »);

Conversion de signaux primaires en signaux linéaires avec des caractéristiques cohérentes avec les caractéristiques du milieu de propagation (ligne de communication);

Sélection de la voie de transmission et de la commutation ;

Transmission du signal le long de l'itinéraire sélectionné ;

Convertir des signaux en message.

Généralisé schéma structurel systèmes

télécommunications

IS - la source du message (information);

PR 1 (PR -1) - convertisseur (convertisseur inverse) du message dans le signal primaire ;

SK - une station de commutation, représentant un ensemble d'équipements de commutation et de contrôle, permettant l'établissement de de diverses sortes connexions (locales, longue distance, internationales, entrantes, sortantes et de transit)

OS 1 (OS -1) - équipement d'interface qui effectue une conversion directe (inverse) des signaux primaires en signaux linéaires (signaux secondaires).

Canal de télécommunication est appelé un ensemble de moyens techniques qui assurent le transfert des messages entre sa source et son destinataire.

Canal de transmission un complexe de moyens techniques et de milieu de propagation est appelé, qui assure la transmission du signal de télécommunication primaire dans une certaine bande de fréquence.

Système de transmission est appelé un complexe de moyens techniques et un milieu de propagation qui assure la transmission du signal primaire dans une certaine bande de fréquence ou à un certain débit de transmission entre les stations de commutation.

Principales caractéristiques des systèmes de communication

Lors de l'évaluation du fonctionnement d'un système de communication, il est nécessaire, tout d'abord, de prendre en compte ce précision du message fournit le système et avec quoi la vitesse les informations sont transmises. Le premier définit qualité transferts, le second - quantité.

Immunité de recevoir des messages caractérise le degré de correspondance entre les messages transmis et reçus, exprimé dans une certaine mesure quantitative. Immunité, est la capacité du système à résister aux effets nocifs des interférences. L'immunité est évaluée de la fidélité de réception des messages à un rapport signal sur bruit (SNR) donné et dépend à la fois des propriétés des signaux transmis et du mode de réception. Fidélité la réception est déterminée par le degré de similitude entre les messages reçus et transmis.

Si le message est décrit par une fonction continue une(t), puis l'écart ε (t) du message reçu à) de transféré une(t) est continue :

(1.2.1)

et comme mesure de la différence est souvent utilisé écart-type(RMS) :

, (1.2.2)

où la barre ci-dessus indique une moyenne sur l'ensemble des réalisations.

Taux de transfert d'informations R est la quantité moyenne d'informations je transmis dans ce système par unité de temps :

R[dv. unités / sec.] = je/T, (1.2.4)

où T- durée du transfert des informations.

Opportunité la transmission du message est déterminée par la validité retard, en raison de la transformation des messages et des signaux, ainsi que du temps fini de propagation du signal à travers le canal de communication.

4 Paramètres de base des signaux et canaux de communication. Condition préalable pour une transmission de signal sans distorsion

Le canal de communication est caractérisé au même titre que le signal, par trois paramètres principaux :

- temps T à, au cours de laquelle la transmission est possible par le canal ;

- plage dynamique D à(le rapport de la puissance admissible du signal transmis à la puissance d'interférence, exprimé en décibels);

- bande passante du canal F à.

Caractéristique généralisée canal est sa capacité (volume):

(1.5.1)

Une condition nécessaire pour une transmission sans distorsion des signaux avec volume à travers le canal est :

Dans le cas le plus simple, le signal est adapté au canal dans les trois paramètres, c'est-à-dire remplir les conditions :

L'inégalité (1.5.2) peut également exister lorsqu'une ou deux des inégalités (1.5.3) ne sont pas satisfaites. Cela signifie qu'il est possible « d'échanger » la durée contre la largeur du spectre ou la largeur du spectre contre la plage dynamique, etc.

Outre les principaux paramètres ci-dessus du canal, ses propriétés de fréquence sont caractérisées par le coefficient de transmission de fréquence et les propriétés temporelles - par la réponse impulsionnelle h à (t, )... Il résulte du paragraphe 1.2.5 que ces caractéristiques permettent de décrire les transformations des signaux d'entrée dans le domaine temporel ou fréquentiel, effectuées à la fois par le canal dans son ensemble et par ses éléments individuels.

Examen d'état

(Examen d'État)

Question n°3 « Canaux de communication. Classification des canaux de communication. Paramètres du canal de communication. Condition de transmission du signal sur un canal de communication ".

(Plyaskin)

Relier. 3

Classification. 5

Caractéristiques (paramètres) des canaux de communication. Dix

Condition de transmission du signal sur les canaux de communication. 13

Littérature. Quatorze

Relier

Relier- un système de moyens techniques et un support de propagation du signal pour transmettre des messages (pas seulement des données) d'une source à un récepteur (et vice versa). Le canal de communication, entendu au sens étroit ( voie de communication), ne représente que le support physique de propagation du signal, par exemple, une ligne de communication physique.

Le canal de communication est conçu pour transmettre des signaux entre des appareils distants. Les signaux transportent des informations destinées à être présentées à un utilisateur (personne) ou à être utilisées par des applications informatiques.

Le canal de communication comprend les composants suivants :

1) dispositif de transmission ;

2) dispositif de réception ;

3) support de transmission de diverses natures physiques (Fig. 1).

Le signal porteur d'informations généré par l'émetteur, après avoir traversé le support de transmission, entre à l'entrée du dispositif de réception. De plus, les informations sont extraites du signal et transmises au consommateur. La nature physique du signal est choisie de manière à ce qu'il puisse se propager à travers le support de transmission avec une atténuation et une distorsion minimales. Le signal est nécessaire en tant que porteur d'informations, il ne porte pas lui-même d'informations.

Fig. 1. Canal de communication (option numéro 1)

Fig. 2 Canal de communication (option n° 2)

Celles. ce (canal) - appareil technique(technique + environnement).

Classification

Il y aura exactement trois types de classifications. Choisissez le goût et la couleur :

Classement n°1 :

Il existe de nombreux types de canaux de communication, parmi lesquels les plus couramment distingués canaux câblés la communication ( antenne, câble, guide de lumière etc) et canaux de communication radio (troposphérique, satellite et etc.). De tels canaux, à leur tour, sont généralement qualifiés sur la base des caractéristiques des signaux d'entrée et de sortie, ainsi que sur le changement des caractéristiques des signaux, en fonction de phénomènes se produisant dans le canal comme l'évanouissement et l'atténuation des signaux.

Selon le type de support de distribution, les canaux de communication sont divisés en :

filaire ;

Acoustique;

Optique;

Infrarouge;

Chaînes radio.

Les canaux de communication sont également classés en :

Continu (à l'entrée et à la sortie du canal - signaux continus),

Discret ou numérique (à l'entrée et à la sortie de la voie - signaux discrets),

· Continu-discret (signaux continus à l'entrée de la voie, et signaux discrets à la sortie),

· Discret-continu (signaux discrets à l'entrée du canal et signaux continus à la sortie).

Les chaînes peuvent être comme linéaire et non linéaire, temporaire et spatio-temporelle.

Possible classification canaux de communication par gamme de fréquence .

Les systèmes de transmission d'informations sont monocanal et à canaux multiples... Le type de système est déterminé par le canal de communication. Si un système de communication est construit sur le même type de canaux de communication, alors son nom est déterminé par le nom typique des canaux. Sinon, la spécification des caractéristiques de classification est utilisée.

Classement n°2 (plus détaillé):

1. Classement par gamme de fréquence

Ø Kilomètre (LW) 1-10 km, 30-300 kHz ;

Ø Hectométrique (SV) 100-1000 m, 300-3000 kHz;

Ø Décamètre (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;

Ø Mètre (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;

Ø Décimètre (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;

Ø centimètre (CMB) 1-10 cm, 3-30 GHz;

Ø Millimètre (MMV) 1-10 mm, 30-300 GHz;

Ø Décimètre (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.

2. Par sens des lignes de communication

- dirigé ( différents conducteurs sont utilisés):

Ø coaxiaux,

Ø paires torsadées à base de conducteurs en cuivre,

Ø fibre optique.

- non directionnel (liaisons radio) ;

Ø ligne de mire;

Ø troposphérique;

Ø ionosphérique

Ø espace ;

Ø relais radio (retransmission sur décimètre et ondes radio plus courtes).

3. Par type de messages transmis :

Ø télégraphe;

Ø téléphone ;

Ø transmission de données;

Ø télécopieur.

4. Par type de signaux :

Ø analogique;

Ø numérique;

Ø impulsion.

5. Par le type de modulation (manipulation)

- Dans les systèmes de communication analogiques:

Ø avec modulation d'amplitude ;

Ø avec modulation à bande latérale unique ;

Ø avec modulation de fréquence.

- V systèmes numériques Connexions:

Ø avec détrompage d'amplitude ;

Ø avec modulation par déplacement de fréquence ;

Ø avec déphasage;

Ø avec déphasage relatif ;

Ø avec modulation de tonalité (des éléments simples manipulent l'oscillation de la sous-porteuse (tonalité), après quoi la modulation est effectuée à une fréquence plus élevée).

6. Par la valeur de la base du signal radio

Ø large bande (B >> 1);

Ø bande étroite (B "1).

7. Par le nombre de messages transmis simultanément

Ø monocanal;

Ø multicanal (fréquence, heure, répartition en code des canaux) ;

8. Dans le sens de la messagerie

Ø unilatérale;

Ø bilatéral.
9. Par ordre d'échange de messages

Ø communication simplex- la communication radio bidirectionnelle, dans laquelle l'émission et la réception de chaque station radio s'effectuent à tour de rôle ;

Ø communication en duplex- l'émission et la réception s'effectuent simultanément (le plus efficace) ;

Ø communication semi-duplex- fait référence au simplex, qui prévoit un passage automatique de l'émission à la réception et la possibilité de redemander au correspondant.

10. Par les méthodes de protection des informations transmises

Ø communication ouverte;

Ø communication fermée (classée).

11. Par le degré d'automatisation de l'échange d'informations

Ø non automatisé - le contrôle de la station radio et l'échange de messages sont effectués par l'opérateur ;

Ø automatisé - seules les informations sont saisies manuellement ;

Ø automatique - le processus d'échange de messages est effectué entre un appareil automatique et un ordinateur sans la participation d'un opérateur.

Numéro de classification 3 (quelque chose peut être répété):

1. Sur rendez-vous

Téléphone

Télégraphe

Télévision

Diffusion

2. Par sens de transfert

Simplex (transmission dans un seul sens)

Half duplex (transmission alternative dans les deux sens)

Duplex (transmission simultanée dans les deux sens)

3. Par la nature de la ligne de communication

Mécanique

Hydraulique

Acoustique

Électrique (filaire)

Radio (sans fil)

Optique

4. Par la nature des signaux à l'entrée et à la sortie du canal de communication

Analogique (continu)

Discret dans le temps

Discret par niveau de signal

Numérique (discret et en temps et en niveau)

5. Par le nombre de canaux par ligne de communication

Canal unique

À canaux multiples

Et un autre dessin ici :

Figure 3. Classification des lignes de communication.

Caractéristiques (paramètres) des canaux de communication

1. Fonction de transfert de canal: se présente sous la forme caractéristique amplitude-fréquence (AFC) et montre comment l'amplitude de la sinusoïde à la sortie du canal de communication est atténuée par rapport à l'amplitude à son entrée pour toutes les fréquences possibles du signal émis. La réponse en fréquence normalisée du canal est illustrée à la Fig. 4. Connaître la réponse en fréquence d'un canal réel vous permet de déterminer la forme du signal de sortie pour presque tous les signaux d'entrée. Pour ce faire, il faut trouver le spectre du signal d'entrée, transformer l'amplitude de ses harmoniques constitutifs en fonction de la caractéristique amplitude-fréquence, puis trouver la forme du signal de sortie en ajoutant les harmoniques transformées. Pour la vérification expérimentale de la caractéristique amplitude-fréquence, il est nécessaire de tester le canal avec des sinusoïdes de référence (égales en amplitude) sur toute la plage de fréquences de zéro à un certain valeur maximum, que l'on retrouve dans les signaux d'entrée. De plus, il est nécessaire de changer la fréquence des sinusoïdes d'entrée avec un petit pas, ce qui signifie que le nombre d'expériences doit être important.

- le rapport du spectre du signal de sortie à l'entrée
- bande passante

Fig. 4 Réponse en fréquence normalisée du canal

2. Bande passante: est une dérivée de la caractéristique de la réponse en fréquence. Il s'agit d'une gamme continue de fréquences pour lesquelles le rapport de l'amplitude du signal de sortie au signal d'entrée dépasse une certaine limite prédéterminée, c'est-à-dire que la bande passante détermine la gamme de fréquences de signal à laquelle ce signal est transmis via le canal de communication sans distorsion importante. Typiquement, la bande passante est mesurée à 0,7 fois la réponse en fréquence maximale. La bande passante a le plus grand impact sur le taux de transfert de données maximum possible sur le canal de communication.

3. Atténuation: est défini comme la diminution relative de l'amplitude ou de la puissance d'un signal lorsqu'un signal d'une certaine fréquence est transmis sur un canal. Souvent, pendant le fonctionnement du canal, la fréquence fondamentale du signal émis est connue à l'avance, c'est-à-dire la fréquence dont l'harmonique a l'amplitude et la puissance les plus élevées. Il suffit donc de connaître l'atténuation à cette fréquence pour estimer approximativement la distorsion des signaux transmis sur le canal. Des estimations plus précises sont possibles si l'on connaît l'atténuation à plusieurs fréquences correspondant à plusieurs harmoniques fondamentales du signal émis.

L'atténuation est généralement mesurée en décibels (dB) et est calculée à l'aide de la formule suivante : , où

Puissance du signal à la sortie du canal,

Force du signal à l'entrée du canal.

L'atténuation est toujours calculée pour une fréquence spécifique et est liée à la longueur du canal. En pratique, la notion d'"atténuation linéaire" est toujours utilisée, c'est-à-dire atténuation du signal par unité de longueur de canal, par exemple, atténuation 0,1 dB / mètre.

4. Vitesse de transmission: caractérise le nombre de bits transmis sur le canal par unité de temps. Il est mesuré en bits par seconde - morceaux, ainsi que les unités dérivées : Kbps, Mbps, Gbps... Le débit de transmission dépend de la bande passante du canal, du niveau de bruit, du type de codage et de modulation.

5. Immunité des canaux: caractérise sa capacité à assurer la transmission du signal en présence d'interférences. Il est d'usage de diviser l'interférence en interne(représente bruit thermique de l'appareil) et externe(ils sont divers et dépend du support de transmission). L'immunité des canaux dépend des solutions matérielles et algorithmiques de traitement du signal reçu, qui sont intégrées dans l'émetteur-récepteur. Immunité transmission de signaux à travers le canal peut être augmenté au détriment de encodage et traitement spécial signal.

6. Plage dynamique : logarithme du rapport de la puissance maximale des signaux émis par le canal au minimum.

7. Immunité aux interférences : c'est l'immunité au bruit, c'est-à-dire immunité au bruit.

2. LES SYSTÈMES DE COMMUNICATION ET LEURS PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES

2.1. Concepts de base et définitions

L'objet de la transmission dans tout système de communication est un message qui porte n'importe quelle information.

Dans les systèmes de transmission de messages, le contenu sémantique des concepts d'information et de message est très similaire.

Dans le cas général, l'information est comprise comme un ensemble d'informations sur des événements, des phénomènes ou des objets. Pour transférer ou stocker des informations, divers signes (symboles) sont utilisés pour exprimer (représenter) des informations sous une forme ou une autre. Il peut s'agir de lettres, de chiffres, de gestes et d'images, de symboles mathématiques ou musicaux, de mots et de phrases. parole humaine, diverses réalisations de formes de vibrations électriques, etc.

Le message est compris comme la forme de présentation de l'information. En d'autres termes, un message est quelque chose qui doit être transmis. Beaucoup de messages possibles avec leurs caractéristiques probabilistes est appelé ensemble de messages. Le choix des messages de l'ensemble est effectué par la source des messages. Le processus de sélection est aléatoire; on ne sait pas à l'avance quel message sera transmis. Distinguer les messages discrets et continus.

Des messages discrets sont formés à la suite de l'émission séquentielle d'éléments individuels - des caractères par la source. De nombreux signes différents sont appelés alphabet source des messages, et le nombre de caractères est volume de l'alphabet. En particulier, les signes peuvent être des lettres naturelles ou langage artificiel satisfaire à certaines règles de la relation.

Messages destinés au traitement informatique systèmes d'information, il est d'usage d'appeler des données.

Le message est une suite d'états source d'information, déployé à temps. Les sources sont divisées en

discret et continu (analogique). Sous discret une source d'information est un objet qui, à certains moments, reçoit l'un des M états d'un ensemble discret. Une source continue à tout moment peut prendre l'un d'un ensemble infini de ses états. En conséquence, le concept de source de messages est introduit, et toutes les sources possibles peuvent être divisées en discrètes et continues.

Pour transmettre un message à distance, il est nécessaire d'avoir une sorte de support, un support matériel. A ce titre, des moyens statiques ou dynamiques, des processus physiques sont utilisés. Physique

le processus utilisé pour transmettre le message et afficher le message transmis est appelé un signal.

L'affichage du message est assuré en modifiant n'importe quel quantité physique caractérisant le processus. Cette valeur est

paramètre d'information du signal.

Les signaux, comme les messages, peuvent être continus et discrets. Le paramètre d'information d'un signal continu dans le temps peut prendre n'importe quelle valeur instantanée dans certaines limites. Un signal continu est souvent appelé signal analogique. Un signal discret est caractérisé par un nombre fini de valeurs de paramètres d'information. Souvent, ce paramètre ne prend que deux valeurs.

Dans les systèmes de télécommunication, les signaux électriques sont utilisés comme support utilisé pour transmettre des messages à distance, car ils ont la vitesse de propagation la plus élevée (approchant la vitesse de la lumière dans le vide - 3 108 m / s).

Tout processus physique qui change en fonction du message transmis peut être utilisé comme signal. Il est essentiel que le signal ne soit pas le processus physique lui-même, mais un changement des paramètres individuels de ce processus. Ces changements sont déterminés par le message qui transporte ce signal.

Dans de nombreux cas, le signal reflète les processus temporels se produisant dans un certain système. Par conséquent, la description d'un signal spécifique peut être fonction du temps. Après avoir défini cette fonction d'une manière ou d'une autre, nous définissons également le signal. Cependant, une description aussi complète du signal n'est pas toujours requise. Pour résoudre un certain nombre de problèmes, une description plus générale sous la forme de plusieurs paramètres généralisés caractérisant les propriétés de base du signal est suffisante, à l'instar de ce qui se fait dans les systèmes de transport.

La technique de transmission d'informations est, par essence, la technique de transport (transmission) de signaux à travers des canaux de communication. Par conséquent, il est conseillé de déterminer les paramètres du signal, qui sont fondamentaux du point de vue de sa transmission. Ces paramètres sont la durée du signal, la plage dynamique et la largeur du spectre.

Tout signal considéré comme un processus temporel a un début et une fin. C'est pourquoi durée du signal T est son paramètre naturel, qui détermine l'intervalle de temps dans lequel le signal existe.

Les caractéristiques du signal dans l'intervalle de son existence sont la plage dynamique et le taux de changement du signal.

Plage dynamique est défini comme le rapport de la puissance de signal instantanée la plus élevée à la plus faible :

= 10 log Pc max, (dB).

P cmin

La plage dynamique de la parole du locuteur est de 25 30 dB, voix

ensemble - 45 55 dB, orchestre symphonique - 65 ÷ 75 dB.

V les conditions réelles sont toujours perturbées. Une transmission satisfaisante nécessite que la puissance de signal la plus faible dépasse la puissance d'interférence. Le rapport signal sur bruit caractérise la force relative du signal. Habituellement, le logarithme de ce rapport est déterminé, ce qu'on appelle le rapport signal sur bruit. Cet excès est pris comme deuxième paramètre de signal. Le troisième paramètre estlargeur du spectre du signal F. Cette valeur donne une idée du taux de variation du signal dans l'intervalle de son existence. Le spectre du signal peut s'étendre sur une très large bande de fréquence. Cependant, pour la plupart des signaux, vous pouvez spécifier la bande de fréquence dans laquelle son énergie principale est concentrée. Cette bande détermine la largeur du spectre du signal.

V Dans la technologie des communications, le spectre du signal est souvent délibérément limité. Cela est dû au fait que l'équipement et la ligne de communication ont une bande passante limitée. La limitation du spectre est effectuée sur la base de la distorsion de signal admissible. Par exemple, lors d'une communication téléphonique, deux conditions doivent être réunies : pour que la parole soit lisible et que les correspondants puissent se reconnaître à leur voix. Pour répondre à ces conditions, le spectre du signal vocal peut être limité à une bande de 300 à 3400 Hz. La transmission d'une plus large gamme de paroles dans ce cas est peu pratique, car elle entraîne des complications techniques et des coûts accrus.

Une caractéristique physique plus générale d'un signal est le volume du signal :

Si ν 1, alors les signaux sont appelés bande étroite (simple). Si ν >> 1, alors - large bande (complexe).

Dans des conditions naturelles, les signaux créés et reçus par les êtres vivants se propagent dans leur habitat. Cet environnement peut être appelé canal de transmission des messages. Notons tout de suite que même

v tel le système le plus simple transmission, la présence d'interférences dans le canal est typique, c'est-à-dire signaux générés par des sources étrangères. Avec l'émergence du besoin de transmission rapide de messages sur de longues distances, une personne a besoin d'utiliser divers appareils ("moyens techniques"). V systèmes modernes transmission

v Les courants ou tensions électriques, ainsi que les oscillations électromagnétiques, sont utilisés comme vecteurs physiques d'informations.

Lors de la transmission de messages, il devient nécessaire d'utiliser des moyens techniques tels que des capteurs - convertisseurs de divers

processus physiques dans les courants électriques à basse fréquence, appelés signaux primaires(par exemple, microphone, vidicon); des dispositifs de codage de messages discrets utilisés à la fois pour faire correspondre la puissance de l'alphabet de la source M et le nombre de symboles de code utilisés dans le canal de transmission, et afin d'assurer une grande fiabilité de transmission ; dispositifs de modulation de porteuses de signaux haute fréquence avec des signaux primaires. Étant donné que le destinataire perçoit le message, en règle générale, sous la forme présentée à la sortie de la source d'origine, le système de transmission nécessite des moyens techniques tels qu'un démodulateur, un décodeur, qui effectuent la transformation inverse des signaux haute fréquence en analogues de signaux primaires basse fréquence en analogues des messages originaux (par exemple, à l'aide d'un haut-parleur, d'un tube cathodique, etc.).

2.2. Systèmes de communication

L'ensemble des moyens techniques (matériels et logiciels) et l'environnement de diffusion requis pour transférer un message d'une source à un destinataire est appelé système de communication. Dans les schémas fonctionnels et leurs implémentations, des nœuds tels qu'un codeur et un modulateur sont combinés dans un dispositif de transmission ; de même, le démodulateur et le décodeur sont combinés dans un seul appareil - le récepteur. Un schéma fonctionnel typique, comprenant les principaux nœuds du système de communication, est illustré à la Fig. 1.2. La ligne de communication indiquée ici, dans de nombreux cas identifiée avec le canal de transmission, est conçue pour transmettre des signaux avec la perte minimale possible de leur intensité de l'émetteur au récepteur. Dans les systèmes de communication électrique, une ligne de communication, en particulier, est une paire de fils, un câble ou un guide d'ondes, dans les systèmes de communication radio, une région de l'espace dans laquelle des ondes électromagnétiques se propagent d'un émetteur à un récepteur.

Dans la ligne de communication, les interférences w(t) inévitablement présentes dans le système de communication sont localisées, entraînant une distorsion aléatoire imprévisible de la forme du signal transmis.

Riz. 2.1. Schéma fonctionnel généralisé d'un système de télécommunication

Le récepteur traite signal reçu x (t), déformé par des interférences, et en récupère le message transmis u (t). Typiquement, le récepteur effectue le contraire de ce qui a été fait dans l'émetteur.

Il est d'usage d'appeler canal de communication un ensemble de moyens techniques servant à transférer un message d'une source vers un consommateur. Ces moyens sont un émetteur, une ligne de communication et un récepteur.

Le canal de communication avec la source et la forme du consommateur système de transmission et de traitement de l'information... Distinguer systèmes de messagerie discrets(par exemple, un système de communication télégraphique) et systèmes de messagerie en continu(radiodiffusion, télévision, systèmes de téléphonie, etc.). Il existe également des systèmes de communication mixtes dans lesquels des messages continus sont transmis par des signaux discrets. De tels systèmes comprennent, par exemple, des systèmes de modulation par impulsions et codage.

Lors de l'envoi de messages dans une direction de l'expéditeur au destinataire, ou de "point à point", un canal de communication à sens unique point à point est utilisé. Si la source et le récepteur échangent alternativement des places, alors pour l'échange de signaux, il est nécessaire d'utiliser un autre canal de communication bidirectionnel qui permet la transmission à la fois dans un sens et dans le sens opposé (mode semi-duplex). De plus grandes possibilités d'échange sont fournies par un canal de communication bidirectionnel simultané, qui permet la transmission simultanée de signaux à directions opposées(mode duplex).

Un système de communication est dit multicanal s'il assure la transmission mutuellement indépendante de plusieurs messages sur un canal de communication commun.

S'il est nécessaire d'échanger des messages entre de nombreux expéditeurs et destinataires, appelés en l'occurrence utilisateurs ou abonnés, il est nécessaire de créer des systèmes de messagerie (MTS) avec un grand nombre de canaux de communication. Cela conduit au concept de système de transmission et de distribution de messages (SRM), c'est-à-dire systèmes de communication au sens large. Un tel système est communément appelé réseau de communication (télécommunication), réseau de transmission d'informations ou réseau de messagerie. Un exemple de SRS est un réseau entièrement connecté (Fig. 1.1), où les points d'extrémité (EP) sont connectés les uns aux autres selon le principe « chacun avec chacun ».

Graphique 2.2. Réseau de transmission d'informations entièrement connecté

Ce réseau est non commuté et la communication entre les abonnés s'effectue via des canaux fixes (non commutés) en permanence. La distribution d'informations dans de tels réseaux est assurée par des méthodes d'accès spéciales ou des procédures de contrôle de transfert d'informations qui servent à notifier quels abonnés échangeront des messages. Avec l'augmentation du nombre d'abonnés dans un réseau multipoint, les délais de transmission des informations augmentent considérablement et, dans les réseaux entièrement connectés, le nombre de lignes de communication et le volume d'équipement augmentent considérablement. La solution à ces problèmes est associée à l'utilisation de réseaux commutés SPRS, où les abonnés communiquent entre eux non pas directement, mais via un ou plusieurs nœuds de commutation (CC).

Ainsi, le SPRS commuté est un ensemble d'OP, de nœuds de commutation et de lignes de communication les reliant.

La tâche principale du SPRS moderne est de fournir à un large éventail d'utilisateurs (personnes ou organisations) une variété de services d'information, qui incluent, tout d'abord, la livraison efficace de messages d'un point à un autre, qui répond aux exigences de vitesse , la fidélité, le temps de retard, la fiabilité et le coût.

Les caractéristiques statistiques du flux d'appels sont étudiées par des méthodes de théorie des files d'attente, en particulier théorie du télétrafic. Cette théorie permet d'établir les exigences d'appareils de commutation et le nombre de lignes auxquelles une qualité de communication satisfaisante est garantie pour un pourcentage donné de pannes ou de latence.

Ainsi, par exemple, la charge du réseau téléphonique dépend du nombre, de l'heure d'occurrence et de la durée des conversations téléphoniques.

L'intensité de la charge s'entend comme l'espérance mathématique de la charge entrante, rapportée à une unité de temps (en téléphonie - 1 heure).

L'erlang (séance d'une heure) est pris comme unité de mesure de l'intensité de la charge. Au cours de la journée, la charge change, l'heure de la plus grande charge est appelée CHNN. Chaque abonné donne une charge moyenne de l'ordre de 0,06 ...

0,15 comte. Ces valeurs sont utilisées pour calculer le réseau téléphonique et ses systèmes de commutation.

La source d'information dans le système de communication (voir Fig. 2.1) est l'expéditeur du message et le consommateur en est le destinataire. Dans certains systèmes de transmission d'informations, la source et le consommateur d'informations peuvent être une personne, tandis que dans d'autres, divers types d'appareils automatiques, ordinateurs, etc.

La conversion d'un message en signal implique trois opérations :

– conversion non électrique en électrique ;

– codage primaire;

– transformation afin de faire correspondre les caractéristiques du signal avec les caractéristiques du canal de communication.

Ces trois opérations peuvent être indépendantes ou combinées.

À la première étape, le message est converti à l'aide de capteurs en une quantité électrique - le signal principal.

Les principaux signaux de télécommunication primaires sont : le téléphone (voix), la radiodiffusion sonore, la télécopie, la télévision, le télégraphe, la transmission de données (par exemple, la saisie de texte à partir du clavier).

Pour que le message reçu corresponde au plus près à celui transmis, il convient d'effectuer la transmission de signaux sous forme discrète. Signaux analogiques sont convertis en discrets dans le processus de quantification, dans lequel une plage continue de valeurs de signal est subdivisée en zones discrètes de sorte que toutes les valeurs de signal tombant dans l'une de ces zones soient remplacées par une valeur discrète. Dans ce cas, la quantification a lieu non seulement dans certains paramètres du signal, par exemple en amplitude, mais également en temps.

La deuxième étape de la conversion d'un message en signal - l'encodage - consiste à convertir des lettres, des chiffres, des signes en certaines combinaisons de symboles discrets élémentaires, appelées combinaisons de codes ou mots. La règle de cette transformation est appelée code. Le but du codage, en règle générale, est de faire correspondre la source des messages avec les canaux de communication, ce qui fournit soit le taux de transfert d'informations maximal possible, soit l'immunité au bruit spécifiée. La coordination est effectuée en tenant compte des propriétés statistiques de la source du message et de la nature de l'effet des interférences.

Au troisième étage, les signaux primaires u (t) sont convertis en signaux convenables pour la transmission sur la ligne de communication (en forme, puissance, fréquence, etc. Ces opérations sont effectuées dans l'émetteur. Dans le cas le plus simple, l'émetteur peut contenir un amplificateur de signaux primaires ou seulement un filtre , limitant la bande passante des fréquences émises. Dans la plupart des cas, l'émetteur est un générateur de porteuse (porteuse) et un modulateur. Le processus de modulation consiste à contrôler les paramètres de la porteuse avec le signal primaire u (t A la sortie de l'émetteur, on obtient un signal modulé s (u, t).

Un système de transmission d'informations est dit multicanal s'il assure la transmission interdépendante de plusieurs messages sur un canal de communication commun.

Le canal de communication peut être caractérisé au même titre que le signal, par trois paramètres : le temps pendant lequel le canal émet, plage dynamique et la bande passante du canal. Pour une transmission de signal sans distorsion, la capacité du canal Vk ne doit pas être inférieure au volume du signal.

Les caractéristiques communes des différents canaux sont les suivantes. Premièrement, la plupart des canaux peuvent être considérés comme linéaires. Dans de tels canaux, le signal de sortie est simplement la somme des signaux d'entrée (principe de superposition). Deuxièmement, à la sortie du canal, même en l'absence de signal utile, il y a toujours des interférences. Troisièmement, le signal, lorsqu'il est transmis sur le canal, subit un retard et une atténuation de niveau. Et enfin, dans les canaux réels, des distorsions de signal dues aux imperfections des canaux ont toujours lieu.

Le signal à la sortie du canal peut être écrit comme suit :

x (t) = µ s (t - τ) + w (t),

où s (t) est le signal à l'entrée du canal ; w (t) - interférence; µ et sont les grandeurs caractérisant l'atténuation et le temps de retard du signal.

2.3. Les principaux indicateurs de la qualité du système de communication

Sur la base de la finalité de tout système de télécommunication - la transmission d'informations de la source au consommateur - il est possible d'évaluer le fonctionnement du système par deux indicateurs : la qualité et la quantité des informations transmises. Ces indicateurs sont inextricablement liés.

La qualité des informations transmises est généralement évaluée par la fiabilité (fidélité) de la transmission des messages. Quantitativement, la fiabilité est caractérisée par le degré de correspondance entre le message reçu et celui transmis. Une diminution de la fiabilité du canal de communication se produit en raison de l'action des interférences et de la distorsion. Mais étant donné que la distorsion dans le canal peut en principe être compensée et que dans les canaux correctement conçus, elles sont suffisamment petites, la principale raison de la diminution de la fiabilité est l'interférence. Ainsi, la fidélité de la transmission des messages est étroitement liée à immunité au bruit systèmes, c'est-à-dire sa capacité à résister aux effets perturbateurs de signaux parasites. Le système est plus résistant au bruit, plus la fidélité de transmission qu'il fournit est élevée pour les caractéristiques données d'influences perturbatrices et un certain pouvoir signaux transmis indiquant l'état de la source. La mesure quantitative de la fiabilité est choisie différemment selon la nature du message.

Si un message est une séquence discrète d'éléments d'un certain ensemble fini, l'effet d'interférence se manifeste par le fait qu'au lieu de l'élément réellement transmis, un autre élément peut être reçu. Cet événement est appelé une erreur. La probabilité d'erreur p ou toute fonction croissante de cette probabilité peut être considérée comme une mesure quantitative de la confiance.

Une mesure indirecte de la qualité peut être une évaluation du degré de distorsion de la forme des signaux standard reçus (distorsion des bords, fragmentation, fluctuations des fronts, etc.). Ces distorsions sont également normalisées pour des canaux discrets. Il existe des relations simples pour convertir la distorsion de la forme d'onde en probabilité d'erreur.

Lors de la transmission de messages continus, le degré de correspondance du message reçu v (t) avec le u (t) transmis peut être une certaine valeur , qui est l'écart de v par rapport à u. Le critère de l'écart carré est souvent retenu, exprimé par le rapport :

2 = 1 T ∫ [v (t) - u (t)] 2 dt. T 0

L'écart type ε 2 prend en compte l'effet sur le message reçu ν (t) à la fois des interférences et de toutes sortes de distorsions (linéaires, non linéaires).

La fidélité de la transmission dépend du rapport de puissance signal/interférence. Plus ce rapport est élevé, moins il y a de probabilité d'erreur (plus grande fiabilité).

Pour une intensité d'interférence donnée, la probabilité d'erreur est d'autant plus faible que les signaux correspondant aux différents éléments du message diffèrent les uns des autres. Le défi consiste à sélectionner des signaux avec une grande différence pour la transmission.

La fiabilité dépend aussi du mode de réception. Il est nécessaire de choisir une méthode de réception qui réalise le mieux la distinction entre les signaux pour un rapport signal sur brouillage donné. Un récepteur bien conçu peut augmenter le rapport signal/interférence, et ce de manière assez spectaculaire.

Une évaluation indirecte de la qualité de transmission des messages continus est donnée en fonction des caractéristiques des canaux (fréquence, amplitude, phase, niveau de bruit, etc.), en fonction de certains paramètres de signaux et d'interférences (facteur de distorsion, rapport de bruit, etc.), selon des messages de perception subjective. La qualité d'une connexion téléphonique, par exemple, peut être évaluée par l'intelligibilité de la parole.

Il existe une différence significative entre les systèmes de messagerie discrets et continus. Dans les systèmes analogiques, tout effet perturbateur, même arbitrairement faible, sur le signal, provoquant une distorsion du paramètre modulé, entraîne toujours l'introduction de l'erreur correspondante dans le message. Dans les systèmes de transmission de messages discrets, une erreur se produit uniquement lorsque le signal est reproduit (reconnu) de manière incorrecte, et cela ne se produit qu'avec des distorsions relativement importantes.

Dans la théorie de l'immunité au bruit développée par V.A. Kotelnikov, il est montré que pour une méthode donnée de codage et de modulation, il existe une immunité limite (potentielle) au bruit, qui peut être atteinte dans un récepteur réel, mais ne peut pas être dépassée. Un dispositif de réception qui met en œuvre une immunité potentielle au bruit est appelé un récepteur optimal.

Avec la fiabilité (immunité au bruit), l'indicateur le plus important du fonctionnement du système de communication est vitesse de transmission. Dans les systèmes de messagerie discrets, le débit est mesuré par le nombre de symboles binaires transmis par seconde R. Pour un canal, le débit de transfert est déterminé par le rapport

R = 1 log 2 m,

où T est la durée du message élémentaire du signal ; m est la base du code. Pour m = 2 nous avons R = 1 / T = v, Baud.

Le taux de transmission maximal possible R max est généralement appelé

bande passante du système. La capacité d'un système de transmission de messages analogiques est estimée par le nombre de conversations téléphoniques, de programmes de radio ou de télévision, etc.

La capacité du système Rmax ne doit pas être confondue avec

bande passante du canal de communication C (voir chapitre 4). La bande passante d'un système de communication est un concept technique qui caractérise l'équipement utilisé, tandis que la bande passante d'un canal détermine le potentiel d'un canal à transmettre des informations. Dans les systèmes réels, le taux de transmission R toujours moins de bande passante AVEC. En théorie de l'information, il est prouvé que pour R C il est possible de trouver de tels procédés de transmission et des procédés de réception correspondants dans lesquels la fiabilité de transmission peut être rendue arbitrairement grande.

De ce qui a été considéré, il s'ensuit que la quantité et la qualité des informations transmises dans le canal de communication sont principalement déterminées par les interférences dans le canal. Par conséquent, dans la conception et le fonctionnement des systèmes de communication, il est nécessaire d'obtenir non seulement de petites distorsions du signal primaire reçu, mais également l'excès spécifié du signal par rapport à l'interférence. Habituellement, le rapport signal sur bruit des signaux primaires reçus est normalisé.

La latence est une caractéristique importante d'un système de communication. Le délai s'entend comme le temps maximum écoulé entre le moment où le message est envoyé de la source à l'entrée de l'appareil émetteur et le moment où le message restitué est émis. appareil de réception... Le retard dépend, d'une part, de la nature et de la longueur du canal, et d'autre part, de la durée de traitement dans les dispositifs d'émission et de réception.

Questions de contrôle

1. Qu'entend-on par message et signal ?

2. Dessinez un schéma fonctionnel du système de transmission de l'information.

3. Qu'est-ce qu'on appelle un canal de communication ? Quels types de chaînes connaissez-vous ?

4. Comment un message continu est-il converti en un signal ?

5. Qu'est-ce que la fidélité de transmission et comment est-elle quantifiée ?

6. Donner une définition des principales caractéristiques du signal ?

7. Qu'est-ce que la modulation ?

8. Comment le message transmis est-il restitué au récepteur ?

9. Quels paramètres déterminent la qualité de la transmission de l'information et la quantité d'information transmise ?

10. Qu'entend-on par bande passante d'un système de communication ?

Les principaux indicateurs du système de communication :

1) la fiabilité de la transmission des messages.

Le degré de correspondance entre le message reçu et le message transmis s'appelle la fiabilité de la transmission.

Lors de la transmission de messages discrets, la fiabilité est déterminée par le taux d'erreur.

Où est le nombre d'éléments de message reçus par erreur, est le nombre total d'éléments de message.

La fréquence des erreurs, la valeur est aléatoire.

Lors de la transmission de messages continus, la différence entre le message transmis et le message reçu est caractérisée par une erreur aléatoire.

message reçu, x (t) - message reçu ;

Interférence accidentelle à la sortie du système de communication.

Le critère de l'erreur quadratique moyenne () est souvent utilisé.

L'erreur quadratique moyenne est déterminée par :

Puissance d'interférence moyenne ;

Force moyenne du signal.

P (- densité unidimensionnelle d'interférence probabiliste.

Seuil d'interférence prédéfini.

Physiquement, cette condition correspond à l'absence probabiliste de l'erreur dite anormale, c'est-à-dire une erreur qui peut être incohérente pour le destinataire.

Par exemple : panne du système brièvement temporaire, bruit impulsionnel, etc.

2) immunité au bruit.

La transmission d'informations avec la fiabilité requise présuppose un fonctionnement fiable du système de communication ; cela est possible si le système de communication est très fiable, c'est-à-dire la capacité des appareils et des appareils à remplir les fonctions qui leur sont assignées pendant une longue période et à fournir l'immunité nécessaire aux interférences - la capacité de résister aux effets des interférences.

L'immunité dépend de facteurs :

1) modalités de mise en œuvre pratique du système de communication ;

2) élément de base ;

3) fabrication, technologie des équipements ;

4) conditions de fonctionnement ;

5) principes de construction d'un système de communication, etc.

La fiabilité d'un système de communication est quantifiée par la probabilité que l'équipement remplisse ses fonctions dans un temps donné.

Le rapport signal sur bruit est un facteur évaluant l'immunité au bruit d'un système de communication :

Plus le rapport signal sur bruit requis est faible, plus l'immunité au bruit du système de communication est élevée.

3) la vitesse de transfert des informations.

Si la transmission de messages continus s'effectue en temps réel. Cependant, il est souvent conseillé d'enregistrer un message, puis de le transmettre à une vitesse qui diffère à la hausse ou à la baisse par rapport au moment de la création. Cela permet une utilisation efficace des canaux de communication.

Numériquement, le taux de transmission est déterminé par la quantité d'informations reçues de l'expéditeur au destinataire en 1 seconde. Les bits par seconde sont mesurés.

La vitesse dépend :

1) à partir du message et de ses propriétés statistiques ;

2) caractéristiques du canal de communication ;

3) distorsion et interférence dans le canal.

Très souvent, lors de la transmission de messages discrets, la notion de débit technique de transmission est utilisée pour les caractéristiques de la partie matérielle d'un système de communication.

La possibilité de limitation de la vitesse de transmission est estimée par la valeur de la capacité du canal, déterminée numériquement par la quantité maximale d'informations transmises sur celui-ci en 1 seconde.

bande passante effective du canal de communication;

puissance d'interférence moyenne.

4) l'efficacité du système de communication.

Pour évaluer la qualité du travail, des indicateurs liés aux coûts sont utilisés.

1) énergie;

2) bande de fréquence ;

3) le coût de l'équipement ;

4) poids et taille, etc.

L'ensemble des propriétés caractérisant l'efficacité du système du point de vue des coûts est appelé l'efficacité du système de communication.

Pour sélectionner un système de communication en termes d'efficacité, des critères sont utilisés, tout en tenant compte de certaines restrictions prédéterminées sur certains paramètres et caractéristiques du système de communication.

Critère de coût unitaire ce sont ces critères selon lesquels les systèmes de communication sont estimés par le coût de transmission d'un bit d'information à une fiabilité donnée.

Consommation d'énergie spécifique, où

Énergie du signal à l'entrée du récepteur dépensée pour la transmission de 1 bit;

Densité spectrale d'interférence.

Consommation spécifique de bandes, où

Bande passante équivalente du système de communication ;

Taux de transmission R (bit * sec).

La valeur et peut être considérée comme un indicateur du fonctionnement du système de communication.

1.3 Classification des systèmes et des lignes de transmission d'informations.

Signes de classification :

1) domaine d'application (systèmes téléphoniques, transmission de données, télévision, télémétrie);

2) par la forme du message (discret, continu) ;

3) par apparence signal de ligne(continu, impulsionnel);

4) selon la gamme de fréquences de fonctionnement et de bande passante (bande étroite, large bande);

5) par type de communication (fixe, mobile) ;

6) selon le principe de compactage et de séparation (temps, fréquence, code).

Tous les systèmes de communication sont divisés en deux groupes :

1) systèmes à propagation libre des signaux.

Le niveau de diffusion du signal est proportionnel au carré de la distance entre l'émetteur et le récepteur (ingénierie radio).

2) systèmes à propagation de signal directionnelle.

Propagation forcée du signal. Pour cela, des appareils sont utilisés. L'énergie qu'ils contiennent n'est pas dissipée, mais absorbée par le dispositif de guidage. Les systèmes sont stables et idéaux en termes de fiabilité. La solution idéale au problème de la compatibilité électromagnétique est un débit élevé. Cependant, ces systèmes sont très coûteux et nécessitent la création de points relais amplificateurs.

Problèmes:

1) problèmes de compatibilité électromagnétique, interférences ;

2) haute efficacité, flexibilité, mobilité.

Les systèmes de propagation libre sont divisés en :

1) systèmes à paramètres constants - systèmes dans lesquels les paramètres du signal traversant le milieu de propagation ne subissent pas de changements aléatoires significatifs, à l'exception de la phase (systèmes de communication à relais radio, communications par satellite- ils fonctionnent dans la gamme de longueur d'onde centimétrique).

2) systèmes à paramètres aléatoires - les paramètres du signal changent lors de son passage dans le milieu. Ces modifications du récepteur se produisent soit dans les systèmes à ondes réfléchies, soit dans les systèmes à ondes directes (systèmes à ondes courtes - les signaux subissent un évanouissement profond).

A une longueur d'onde de l = 3-10 mètres, les signaux radio sont bien réfléchis par l'ionosphère, ce qui leur permet de s'étendre sur 2000 km.

Pour moi<3 метров радиоволны распространяются в пределах видимости.

Classement des vagues :