Первичные сигналы телеграфии и передачи данных получаются на выходе телеграфных аппаратов или аппаратуры передачи данных и представляют последовательность однополярных (рис. 2.5, а) или двухполярных (рис. 2.5, б) прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и длительности. При этом положительный импульс обычно соответствует передаваемому символу «1», а пропуск или отрицательный импульс – символу «0». Такие сигналы принято называть двоичными.
t
а)
б)
Рис. 2.5 – Сигналы передачи данных и телеграфии
На рис. 2.5 приняты следующие обозначения: C(t) – первичный сигнала передачи данных или телеграфии; Аm – амплитуда импульсов и tи – длительность импульсов. Кроме этих параметров импульсной последовательности, вводится понятие тактовой частоты, под которой понимается отношение вида FТ= 1/tи и которая численно равна скорости передачи в бодах (В ). Отметим, что значение тактовой частоты FТ и скорости передачи В совпадают только в случае передачи двоичных последовательностей. При переходе к многопозиционным кодам такого совпадения нет.
Вероятность появления «1» и «0» для однополярной последовательности импульсов, иногда называемой обобщенным телеграфным сигналом, и импульсов положительной или отрицательной полярности, а также статистические связи между импульсами определяются свойствами источника сообщения. Чаще эти вероятности равны 0,5 и импульсы последовательности принимаются статистически независимыми.
Определим основные физические параметры первичных сигналов телеграфии и передачи данных.
Такая характеристика, как динамический диапазон, для сигналов передачи данных и телеграфии, как и для всех двоичных сигналов, не применяется, т.к. по самому определению для такого класса сигналов не имеет смысла.
Информационная емкость сигналов передачи данных и телеграфии равна скорости передачи, т.е. IТЛГ = FТ.
Для определения полосы частот, необходимой для качественной передачи сигналов телеграфии и передачи данных воспользуемся понятием спектральной плотности амплитуд Sи (f) элементарного сигнала: прямоугольного импульса с амплитудой Am и длительностью tи.
Спектральную плотность амплитуд такого импульса, иногда называемого видеоимпульсом, применив к нему прямое преобразование Фурье, получим:
.
Из анализа следует наличие нулей спектральной плотности амплитуд. Эти нули располагаются на частотах, где sinpftи = 0, т.е. при p¦tи = 2kp, и следовательно, на частотах fk = k/tи = kFТ, т.е. нули спектральной плотности амплитуд одиночного прямоугольного импульса располагаются на гармониках тактовой частоты. При f ® 0, выражение принимает значение , т.е. начальное и одновременно наибольшее значение спектральной плотности импульса равно его площади Sи = Аm ×tи. График спектральной плотности амплитуд видеоимпульса (одиночного прямоугольного импульса – элементарной посылки) показан на рис. 2.6.
Из рассмотрения рис.2.6 следует, что основаня энергия (более 90%) импульса находится в полосе частот от 0 до FТ = 1/tи , т.е. в полосе частот главного «лепестка» его спектральной плотности амплитуд, а в полосе частот от 0 до FТ / 2 – более 60 %.
Рис. 2.6 – Спектральная плотность амплитуд прямоугольного видеоимпульса
Другим предельным видом сигнала передачи данных и телеграфии является сигнал, соответствующей передачи «точек», т.е. периодической последовательности токовых «1» и бестоковых «0» посылок, рис. 2.7. Здесь, кроме уже принятых, введем новые обозначения: Ти – период следования импульсов, а 1/Ти = Fи – частота следования импульсов; Ти / tи = qи– скважность импульсов (для передачи “точек” скважность q =2).
Периодический сигнал, рис. 2.7, может быть представлен рядом Фурье:
.
Анализ формулы показывает, что периодическая последовательность импульсов, рис. 2.7, в самом общем случае, содержит постоянную составляющую с амплитудой:
А0= Amtи / Ти = Am / qи,
и гармоники частоты следования импульсов Fи с амплитудами
число которых зависит от скважности периодической последовательности. Для случая передачи «точек» скважность qи= 2:
Основная энергия периодической последовательности импульсов, рис. 2.7 лежит в полосе частот от 0 до FT = 2 Fи.
Следовательно, спектр сигналов передачи данных и телеграфии, в самом общем случае, содержит непрерывную составляющую, спектральная плотность амплитуд которой совпадают со спектральной плотностью одиночного импульса, и дискретную составляющую, соответствующую спектру амплитуд периодической последовательности импульсов типа «точек».
Следует, однако, иметь в виду, что при передаче двоичных сигналов в приемнике нет необходимости восстанавливать импульсы без искажений, т.е. строго сохранять их форму. Для восстановления информации достаточно – зафиксировать только знак импульса при двухполярном сигнале, либо наличие или отсутствие импульса для однополярного сигнала.
Если спектр сигнала ограничить фильтром нижних частот (ФНЧ), по характеристикам близким к идеальному, то уверенный прием сигналов возможен при частоте среза равной 0,5FT, т.е. можно считать, что эти сигналы занимают полосу частот от 0 до 0,5FT. Однако в реальных условиях верхнюю граничную частоту спектра сигналов телеграфии и передачи данных принимают равной FT или даже 1,2FT . Можно считать, если не оговорены специальные условия, сигналы передачи данных и телеграфии занимают полосу частот от 0 до FT .
При передаче таких сигналов вероятность неправильно принятого символа («1» или «0») или вероятность ошибки должна быть не хуже 10-5. Это позволяет принять значение необходимой защищенности от помех не хуже Аз.тлг= 12 дБ.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Динамический диапазон первичного сигнала, физический смысл величин, входящих в формулу для определения динамического диапазона.
2. Пик-фактор первичного сигнала, физический смысл величин, входящих в формулу для его определения.
3. Оценка количества (объема) информации, переносимой первичным сигналом.
4. Назовите первичный сигнал, обладающий наиболее широкой эффективно-передаваемой полосой частот.
5. Назовите основные параметры первичных сигналов и их размерности.
.
, т.е. начальное и одновременно наибольшее значение спектральной плотности импульса равно его площади Sи = Аm ×tи. График спектральной плотности амплитуд видеоимпульса (одиночного прямоугольного импульса – элементарной посылки) показан на рис. 2.6.
.