Общие сведения о РТС ПИ

Одной из важнейших задач, решаемых с помощью радиоэлектронной аппаратуры, является передача и прием информации. Информация – это содержательные сведения (данные), заключенные в том или ином сообщении, заранее не известные человеку или машине, принимающим сообщение. Сообщением может быть телеграмма, какой-либо текст, значение контролируемого параметра, команда управления, телевизионное изображение и т.п. Сообщение может иметь форму, не приспособленную для передачи, хранения и других процессов. В связи с этим применяются различные преобразования сообщения.

Средством передачи (переносчиком) сообщения является сигнал. Физическая природа сигнала может быть самой различной, однако структура его однозначно связана с переносимой информацией. В РТС ПИ для передачи сообщений используются радиосигналы. В общем случае сообщение может быть представлено в виде набора некоторых смысловых элементов, выбранных определенным образом из множества возможных. Каждый смысловой элемент сообщения переносит тем большее количество сведений, чем из большего числа элементов он выбран. Другими словами, чем более непредвиден для получателя набор смысловых элементов, тем большую информацию тот может получить из принятого сигнала.

Если общее число возможных смысловых элементов m, а сообщение составлено из n элементов, то число возможных сообщений составляет N = mⁿ. Поскольку количество сведений пропорционально числу смысловых элементов в сообщении, то количество информа­ции можно определить следующим образом:

.

Единица количества информации носит название двоичный знак или бит. Такая мера количества информации является универсальной, позволяет сравнивать различные сообщения и количественно определять ценность различных источников сообщений, емкость накопителей информации, оценивать потери информации при передаче, преобразовании и т.д.

Сигналы в РТС характеризуются некоторой эффективной длительностью Δ t и эффективной шириной спектра Δ f. Произведение называют объёмом сигнала. Чем больше объем сигнала, тем большее количество информации он может перенести. Кроме того, важную роль при передаче и приеме сигналов играет отношение средней мощности сигнала к средней мощности шумов и помех:

.

Количество сведений, которое может быть передано с помощью сигнала заданного объёма, составляет

,

где k - постоянная, определяемая статистическими свойствами помех и сигнала.

Важнейшим информативным параметром сигнала является его удельная содержательность , которая показывает, насколько эффективно используется сигнал данного объема для передачи информации:

.

Сигнал может быть передан или принят системой только в том случае, если её параметры согласованы с параметрами сигнала. Согласование заключается в том, что ширина полосы пропускания РТС ПИ Δ F должна быть не меньше ширины спектра сигнала Δ f, время действия системы Δ T – не меньше длительности сигнала Δ t, а превышение средней мощности сигнала над средней мощностью помех П в системе – не меньше превышения П_с:

Очевидно, что сигнал может быть передан или принят только такой РТС ПИ у которой, произведение , называемое ёмкостью информационной системы, больше или равно объему сигнала:

.

Одной из важнейших характеристик РТС ПИ является ее пропускная способность, определяющая, какое количество информации может быть передано или принято в единицу времени:

.

Из-за воздействия помех реальная пропускная способность РТС ПИ всегда ниже и составляет:

.

Функционально РТС ПИ включает в себя источники сообщений, передающее устройство, физическую линию связи (среду распространения сигналов), приемное устройство и получателей сообщений. Обобщённая структурная схема РТС ПИ изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Обобщённая структурная схема РТС ПИ

В передающем устройстве РПУ информация, поступающая от источников сообщений (ИС), преобразуется в электрические сигналы с помощью различных преобразователей информации ПИ: микрофонов, передающих телевизионных трубок, датчиков и т.д. Сообщения, преобразованные в электрические сигналы, как правило, являются низкочастотными и не могут быть непосредственно переданы по линии связи. В этом случае передаваемые сообщения преобразовываются в сигналы, которые играют роль переносчика информации по физическим линиям связи. Такое преобразование в общем случае состоит из двух процедур: кодирования и модуляции.

Операция кодирования обычно производится над дискретными сигналами (или дискретизированными непрерывными сигналами) и заключается в представлении отдельных дискрет сигнала в цифровой форме в виде набора комбинаций из элементарных сигналов, осуществляемого по заданному закону. Кодирование позволяет более эффективно использовать систему и уменьшить влияние различных помех и искажений на передачу сообщений. Устройства, которые выполняют эту операцию, называются кодерами (К).

Модуляция представляет собой операцию переноса спектра низкочастотного сигнала в высокочастотную область за счет изменения одного из параметров сигнала-переносчика в соответствии с передаваемым сообщением (в общем случае закодированном). Такая операция выполняется в передатчике с помощью модулятора (М).

Сигналом-переносчиком обычно являются гармонические колебания вида:

,

где U₀ – амплитуда, – частота, – начальная фаза колебаний. Такие колебания формирует генератор высокой частоты (ГВЧ).

Модуляцию осуществляют изменением амплитуды, частоты или фазы сигналов ГВЧ в соответствии с изменениями низкочастотного сигнала. При этом модулированный сигнал можно считать непрерывным, если верхняя граничная частота спектра модулирующего сигнала значительно меньше частоты несущего колебания.

Преобразование колебаний, формируемых в РПУ, в радиоволны, способные распространяться по линии связи, осуществляется с помощью передающей антенны Ап. Совокупность операций, связанных с преобразованием передаваемых сообщений X(t) в сигналы S(t), называется способом формирования сигналов.

В реальных средах распространения (СР) сигналы не только ослабляются, но и искажаются, т.к. характеристики таких сред не идеальны. Кроме сигналов S(t) на вход приемной антенны Апр попадают аддитивные помехи n(t) от различных источников помех (ИП): сигналы других систем, шумы среды и т.п. В результате на входе приемника РПрУ системы действует случайное колебание:

.

Прием сигналов сводится к выполнению ряда операций над колебанием y(t), в результате которых на выходе приемника должно быть сформировано сообщение, соответствующее переданному. После предварительной фильтрации и усиления в избирательных устройствах приемника ИУ принятое колебание y(t) демодулируется и декодируется. Эти операции, выполняемые в демодуляторе ДМ и декодере ДК, обратны операциям в модуляторе и кодере. Далее осуществляется преобразование сигналов с помощью обратного преобразователя информации ОПИв форму, удобную для потребителя сообщений ПС. Совокупность операций, связанных с преобразованием принятой смеси сигнала и помех в сообщение, называется способом приёма.

Из-за воздействия помех, влияния среды распространения, неидеальности и нестабильности характеристик системы полного соответствия между переданным X(t) и принятым сообщениями может и не быть, т.е. сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой, величина которой зависит от уровней сигнала и помех в канале их передачи и приёма.

Корреспондентом-потребителем информации может быть человек или какое-либо техническое устройство: ЭВМ, система управления, система памяти и т.д. В зависимости от потребителя информации может быть представлена в виде акустических или электрических сигналов, оптических изображений, текстовых документов, чертежей и т.д. В зависимости от объема передаваемой и принимаемой информации, от количества каналов связи в РТС ПИ системы разделяют на одноканальные и многоканальные. Одноканальные системы широко используются для радиосвязи в авиации и космонавтике. Примером одноканальной РТС ПИ может служить радиостанция «Ландыш», на базе которой поставлена лабораторная работа.