При передаче сигнала через некоторую среду передачи (линия связи, некоторое устройство) происходит изменение сигнала (усиление или ослабление), обусловленное техническими и физическими свойствами среды передачи (рис.2.4.).
Усиление и ослабление (отношение энергий или мощностей) некоторой физической величины - сигнала (напряжения, тока, мощности, энергии поля и т.д.) в электротехнике, радиотехнике, электросвязи и акустике измеряют в децибелах(дБ) - логарифмических единицах усиления (ослабления):
где Рвхи Рвых - значения мощности (энергии) соответственно входного и выходного сигналов.
Отношение называется коэффициентом передачи.
Величина d, выраженная в децибелах, называется коэффициентом усиления, если d > 0, и коэффициентом затухания, если d < О. На практике обычно знак минус перед коэффициентом затухания опускают и определяют часто коэффициент затухания как положительную величину.
Соответствие между значением коэффициента затухания (усиления), вычисленного в децибелах, и значением коэффициента передачи иллюстрируется следующей таблицей:
В децибелах также может быть выражено отношение двух напряжений U или токов /:
Например, ослабление d=10 дБ/км означает, что ослабление напряжения или тока на расстоянии в 1 км согласно уравнению
будет равно
Удобство вычисления ослабления (усиления) в децибелах состоит в том, что при каскадном включении нескольких участков линии или технических устройств значения d складываются (рис.2.5).
Например, в случае ослабление на расстоянии в 2 км будет равно 20 дБ.
Сигналы, как и данные, могут быть:
• непрерывными (аналоговыми)- в виде непрерывной функции времени (изменение тока, напряжения, электромагнитного поля излучения);
• дискретными (цифровыми)- в виде импульсов тока, напряжения, света.
Сигналы, используемые для передачи данных, должны быть информативными, то есть нести информацию о передаваемом сообщении. Очевидно, что постоянный ток, не изменяющий своего значения и направления передачи, не может служить переносчиком информации. Сигнал должен иметь некоторые изменяющиеся параметры, которые на приёмном конце позволят идентифицировать передаваемые данные. В качестве такого информативного сигнала часто используют так называемый гармонический сигнал.
В простейшем случае непрерывный сигнал может быть представлен в виде гармонического колебания (рис.2.6), описываемого синусоидой:
.
Синусоидальный сигнал несет в себе информацию в виде трех параметров: амплитуды, частоты и фазы, причем с точки зрения обеспечения высокой скорости передачи данных основной является частота сигнала - чем выше частота, тем больше скорость передачи данных. Среда передачи должна обеспечивать качественный перенос сигнала с минимально возможными искажениями его параметров.
Функция времени y(t), описывающая некоторый непрерывный
сигнал, в общем случае, может быть произвольной и иметь временные изменения любой скорости - от самых медленных и вплоть до бесконечно быстрых скачкообразных изменений. Тогда широкий класс периодических функций y(t) может быть представлен рядом Фурье:
Таких сигналов, обладающих бесконечным спектром, которые содержат синусоиды (гармоники) с частотами в интервале от f0 = 0 до в природе практически нет. Преобладающая часть энергии реальных сигналов сосредоточена в ограниченной полосе частот. Такие сигналы и отображающие их функции называются сигналами (функциями) с ограниченным спектроми могут быть представлены в виде конечной суммы синусоидальных сигналов:
Пусть, как и ранее, , причём И
Тогда: представляет собой спектр сигнала
y(t), где fn - верхняя граница частот (верхняя частота); f1 - нижняя граница частот (нижняя частота).
Для того чтобы передать такой сигнал без искажений, канал связи должен иметь полосу пропускания шириной не менее S.
Полосой пропускания (частот) канала (линии) связи называется диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) канала достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения.
Полоса пропускания F для канала (линии) связи определяется как область частот в окрестности f0, в которой амплитуда сигнала (напряжение
или ток) уменьшается не более чем в (в 2 раза для мощности) по сравнению с максимальным значением А0, что примерно соответствует значению -3 дБ (рис.2.7):
Дискретные сигналы (рис.2.8,а) характеризуются бесконечным спектром частот и могут быть представлены в виде бесконечной суммы синусоидальных сигналов:
Бесконечную ширину имеет также спектр двоичного сигнала, представляющего собой последовательность чередующихся посылок "0" и "1"(рис.2.8,б).
При проектировании системы передачи данных, в частности, при расчете ее пропускной способности, важно знать максимальную ширину спектра частот передаваемого сигнала, независимо от его структуры (непрерывный, дискретный).
Для качественной передачи сигнала по каналу связи с возможностью его восстановления (распознавания) в точке приёма необходимо, чтобы выполнялись следующие условия:
• полоса пропускания (частот) канала связи должна быть не менее чем спектр частот сигнала
• ослабление (затухание) сигнала не превышало некоторой пороговой величины, необходимой для его корректного восстановления (распознавания) в точке приема сигнала (искажение амплитуды сигнала);
дрожание фазы (джиттер) не превышало пороговой величины, необходимой для его корректного восстановления (распознавания) в точке приема сигнала (искажение фазы сигнала).
