Физические характеристики сигнала

Рассмотренное выше нужно для того, чтобы выяснить, какие характеристики должен иметь канал связи, пропускающий такой сигнал. Такими характеристиками м.б.:

· длительность сигнала T;

· ширина полосы частот, или спектр сигнала В;

· отношение средней мощности сигнала Р и помехи P_п: D = log( P/P_п ), или динамический диапазон сигнала D.

Эти три характеристики могут служить тремя координатами: времени, частоты и уровня

превышения сигнала над шумом, которые, при перемножении, дают объем сигнала:

V = TBD = ТВ log(P/P_п). (1 -4)

 

В результате получаем, что информация I, содержащаяся в сообщении, пропорциональна объему передаваемого сигнала.

1.1.4.1. Характеристики сигнала: АЧХ, ФЧХ и АФХ

Ширина полосы частот, или спектр B(w),аналогового сигнала обычно определяется ампли- тудно-частотной характеристикой (АЧХ) - зависимостью А(w),описывающей амплитуд- ный спектр сигнала, и фазочастотной характеристикой (ФЧХ) - зависимостью j (w), описы-вающей фазовый спектр сигнала. Более точно было бы говорить о комплексной величине B(jw)=A(jw)exp[j (jw)] - амплитудно-фазовой характеристике (АФХ), но ее используют обычно при теоретическом анализе.

АЧХ - одна из основных характеристик не только сигналов, но и каналов связи. Она м.б. измерена, что позволяет определить полосу пропускания реального канала связи, используя понятия: верхняя f_cp.в, и нижняя f_ср.н частоты среза АЧХ. Эти частоты отсчитываются на уров- не 0,707 по амплитуде (напряжения или тока) или на уровне 0,5 по мощности от максимально­- го амплитудного значения или значения на стандартной частоте (например, на частоте 1 кГц), т.е. .

Полоса пропускания и емкость канала связи

Полоса пропускания

Полоса пропускания В, или характеризует емкость канала связи в частотной области. Во временной области сигнал распространяется с определенной скоростью v, поэтому емкость канала характеризуется отрезком сигнала, способного быть переданным по каналу за единицу времени. Следовательно, емкость канала эквивалентна максимальной скорости передачи сиг­нала по каналу связи.

Аналоговый канал связи, имеющий определенную полосу пропускания В, м.б. использо­- ван для неискаженной передачи аналогового сигнала с В_ас<В. В этом случае осуществляется передача сигнала с помощью основной полосы канала связи. В телефонии такая передача на­зывается основополосной (используется КТЧ с В = 3,1кГц). Если В_ас>В, то при передаче АФХ/АЧХ сигнала искажается, что приводит к изменению формы сигнала со всеми вытекаю­-щими отсюда последствиями (см. ниже рис.1-8в).

Если необходимо передать без искажений несколько (n) аналоговых сигналов, занимаю­-щих каждый полосу Вⁱ_ас, то полоса пропускания В канала связи в общем случае должно быть больше п´ В_ас. В этом случае канал связи формально считается широкополосным (ШП), так как его В д.б. в n -раз шире полосы пропускания отдельного сигнала (если В_ас одинаковы). Эту "терминологическую" особенность нужно иметь в виду.

Самый простой вариант создания полосы В такого ШП-канала (например, в телефонной связи) - составить ее как сумму из п отдельных смежных В_ас основополосных каналов: В = где i=1...п. Для его создания используют технику мультиплексирования с разделени- ем но частоте (МРЧ, или FDM). Эта техника основана на методе амплитудной модуляции с одной боковой полосой (АМ-ОБП).

Итак, для создания ШП-систем нужно использовать технику модуляции несущей.

Емкость канала связи

Выше отмечалось, что емкость канала связи определяется 3 характеристиками:

· длительностью сеанса связи в канале Т_к;

· шириной полосы частот канала В_к;

· динамическим диапазоном канала D_k = log(P_м/P_п), где Р_м - допустимая мощность сигнала в канале, а P_п- поме­ха в канале.

 

Эти характеристики м.б. для канала теми координатами, которые и определят емкость канала:

 

С_К = Т_к В_к D_к = Т_к В_к log(P_м/P_п). (1 -5)

 

Оперируя понятиями: объем сигнала и емкость канала, можно прийти к выводу, что сиг­нал м.б. передан по каналу связи, если его объем не превышает емкость канала, т.е.: С_к ³ V. Этот результат составляет суть теоремы Шеннона (1948) для дискретного цифрового канала без помех.