![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Введение. История развития и перспективы цифровых систем передачи.Стр 1 из 39Следующая ⇒
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ по дисциплине « Технология цифровой связи » для студентов специальности: 5В071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникация» очной, заочной и вечерней форм обучения Количество кредитов – 3
Шымкент-2013 г. УДК 3.08.345-2006 ББК 779
Составитель: Шамшиметов Ф.Т. ст.преподаватель. Конспект лекции по дисциплине « Технология цифровой связи » для студентов специальности: 5В071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникация» очной, заочной и вечерней форм обучения. Шымкент: Университет «Мирас», 2013, 62 стр.
Конспект лекции составлены в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины «Надежность телекоммуникационных систем » и включает все необходимые сведения курса. Конспект лекции выполнены для студентов специальности: 5В071900 «Радиотехника, электроника и телекоммуникация» очной, заочной и вечерней форм обучения.
Рецензент: Ханжаров Н.С. – к.т.н., доцент, Университет Мирас
Рассмотрено и рекомендовано к изданию заседанием кафедры «Радиотехника, электроника и телекоммуникация» протокол №_ 2 _ от «_31_» 08 2013г., методической комиссией факультета протокол №_ 1 _ от «6» 09 2013г.
Рекомендовано к изданию методическим Советом университета «Мирас» протокол № 2 от «07» 09 2013г.
Конспект лекции является собственностью университета «Мирас» и предназначена для внутреннего пользования.
УНИВЕРСИТЕТ «МИРАС Конспект лекционных занятий Лекция №1. (1 час.) Введение. История развития и перспективы цифровых систем передачи. Современные тенденции развития электросвязи. В последующие годы связь развивалась по пути цифровизации всех видов информации. Это стало генеральным направлением, обеспечивающим экономичные методы не только ее передачи, но и распределения, хранения и обработки. Вслед за ИКМ-24 появляются ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920, а затем системы передачи синхронной цифровой иерархии (СЦИ). Интенсивное развитие цифровых систем передачи объясняется существенными достоинствами этих систем по сравнению с аналоговыми системами передачи: высокой помехоустойчивостью; слабой зависимостью качества передачи от длины линии связи; стабильностью электрических параметров каналов связи; эффективностью использования пропускной способности при передаче дискретных сообщений и др. Из года в год растет в стране телефонная плотность (число телефонов на сто жителей), но пока Казахстан еще существенно отстает по этому показателю от промышленно развитых стран. Так, если в промышленно развитых странах этот показатель составляет 46 и более телефонов на 100 жителей, то в Казахстане в среднем - 21 телефон. Разработана концепция, намечены сроки ликвидации этого отставания, в результате чего к 2005 г. количество телефонов на сто жителей ожидается 36, 9, а к 2010 − 47, 7. На смену телеграфной связи пришли такие виды документальной электросвязи, как передача данных, электронная почта, факсимильная связь. Успешно развивается казахстанский сегмент сети Интернет, объем услуг, в котором составил 220 млн. долл. и увеличился в 2001 г. по сравнению с 2000 г. на 50 %. Растет количество наименований русскоязычных ресурсов в сети. Число регулярных пользователей в Казахстане оценивается на конец 2001 г. в 4, 3 млн. человек, а количество хотя бы раз посетивших всемирную сеть превысило 12 млн. За последние два года казастанская аудитория сети Интернет выросла в 2, 9 раза. Число пользователей электронной почтой за этот же период выросло в 3 раза. Однако по-прежнему основное количество пользователей сосредоточено в крупных и средних городах. Жители Алматы и Астаны составляют пятую часть казахстанской аудитории. Одновременно с ростом числа услуг связи будет меняться их качество - от простого телефонного сервиса до услуг мультимедиа, которые будут обеспечиваться интегральными цифровыми сетями связи. Особенно быстрыми темпами в мире и у нас в стране идет развитие сети мобильной радиосвязи. Человек с сотовым телефоном, не привязанный шнуром к своему месту, превратился в своеобразный символ конца века. Количество людей, пользующихся мобильными телефонами в мире, приближается к 600 млн. Что ждет нас в конце нынешнего - начале будущего столетия? Большинство специалистов сходятся во мнении, что дальнейшая эволюция телекоммуникационных технологий будет идти в направлениях увеличения скорости передачи информации, интеллектуализации сетей и обеспечения мобильности пользователей. Высокие скорости. Необходимы для передачи изображений, в том числе телевизионных, интеграции различных видов информации в мультимедийных приложениях, организации связи локальных, городских и территориальных сетей. Интеллектуальность. Позволит увеличить гибкость и надежность сети, сделает более легким управление глобальными сетями. Благодаря интеллектуализации сетей пользователь перестает быть пассивным потребителем услуг, превращаясь в активного клиента - клиента, который сможет сам активно управлять сетью, заказывая необходимые ему услуги. Мобильность. Успехи в области миниатюризации электронных устройств, снижение их стоимости создают предпосылки к глобальному распространению мобильных оконечных устройств. Это делает реальной задачу предоставления услуг связи каждому в любое время и в любом месте. В заключение отметим, что объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру мира, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенно возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций. Начало XXI века рассматривается как эра информационного общества, требующего для своего эффективного развития создания глобальной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры, темпы развития которой должны быть опережающими по отношению к темпам развития экономики в целом. При этом создание российской информационно-телекоммуникационной инфраструктуры следует рассматривать как важнейший фактор подъема национальной экономики, роста деловой и интеллектуальной активности общества, укрепления авторитета страны в международном сообществе.
1.2. Типичная функциональная схема и основные преобразования Функциональная схема, приведенная на рис. 1.2, иллюстрирует распространение сигнала и этапы его обработки в типичной системе цифровой связи (DСS). Этот рисунок является чем-то вроде плана, направляющего читателя по лекциям данной дисциплины. Верхние блоки — форматирование, кодирование источника, шифрование, канальное кодирование, уплотнение, импульсная модуляция, полосовая модуляция, расширение спектра и множественный доступ — отражают преобразования сигнала на пути от источника к передатчику. Нижние блоки диаграммы — преобразования сигнала на пути от приемника к получателю информации, и, по сути, они противоположны верхним блокам. Блоки модуляции и демодуляции/детектирования вместе называются модемом. Термин " модем" часто объединяет несколько этапов обработки сигналов, показанных на рис. 1.2; в этом случае модем можно представлять как " мозг" системы. Передатчик и приемник можно рассматривать как " мускулы" системы. Для беспроводных приложений передатчик состоит из схемы повышения частоты в область радиочастот (radio frequency — RF), усилителя мощности и антенны, а приемник — из антенны и малошумящего усилителя (low-noise amplifier — LNA). Обратное понижение частоты производится на выходе приемника и/или демодулятора. На рис. 1.2 иллюстрируется соответствие блоков верхней (передающей) и нижней (принимающей) частей системы. Этапы обработки сигнала, имеющие место в передатчике, являются преимущественно обратными к этапам приемника. На рис. 1.2 исходная информация преобразуется в двоичные цифры (биты); после этого биты группируются в цифровые сообщения или символы сообщений. Каждый такой символ (mi, где i= 1,..., М) можно рассматривать как элемент конечного алфавита, содержащего М элементов. Следовательно, для М = 2 символ сообщения тi является бинарным (т.е. состоит из одного бита). Несмотря на то что бинарные символы можно классифицировать как М -арные (с М= 2), обычно название " М -арный" используется для случаев М > 2; значит, такие символы состоят из последовательности двух или большего числа битов. (Сравните подобный конечный алфавит систем DCS с тем, что мы имеем в аналоговых системах, когда сигнал сообщения является элементом бесконечного множества возможных сигналов.) Для систем, использующих канальное кодирование (коды коррекции ошибок), последовательность символов сообщений преобразуется в последовательность канальных символов (кодовых символов), и каждый канальный символ обозначается ui. Поскольку символы сообщений или канальные символы могут состоять из одного бита или группы битов, последовательность подобных символов называется потоком битов (рис. 1.2). Рассмотрим ключевые блоки обработки сигналов, изображенные на рис. 1.2; необходимыми для систем ОСЗ являются только этапы форматирования, модуляции, демодуляции/детектирования и синхронизации. Форматирование преобразовывает исходную информацию в биты, обеспечивая, таким образом, совместимость информации и функций обработки сигналов с системой DCS. С этой точки рисунка и вплоть до блока импульсной модуляции информация остается в форме потока битов. Модуляция — это процесс, посредством которого символы сообщений или канальные символы (если используется канальное кодирование) преобразуются в сигналы, совместимые с требованиями, налагаемыми каналом передачи данных. Импульсная модуляция — это еще один необходимый этап, поскольку каждый символ, который требуется передать, вначале нужно преобразовать из двоичного представления (уровни напряжений представляются двоичными нулями и единицами) в видеосигнал(модулированный сигнал). Термин " видеосигнал" (baseband signal) определяет сигнал, спектр которого начинается от (или около) постоянной составляющей и заканчивается некоторым конечным значением (обычно, не более нескольких мегагерц). Блок импульсно-кодовой модуляции обычно включает фильтрацию с целью достижения минимальной полосы передачи.
![]() Рис. 1.2. Функциональная схема типичной системы цифровой связи
При использовании импульсной модуляции для обработки двоичных символов результирующий двоичный сигнал называется РСМ-сигналом (pulse-code modulation — импульсно-кодовая модуляция). Существует несколько типов РСМ-кодированных сигналов; в приложениях телефонной связи эти сигналы часто называются кодами канала. При применении импульсной модуляции к небинарным символам результирующий сигнал именуется М -арным импульсно-модулированным. Существует несколько типов подобных сигналов, основное внимание уделяется амплитудно-импульсной модуляции (pulse-amplitude modulation — РАМ). После импульсной модуляции каждый символ сообщения или канальный символ принимает форму полосового сигнала gi(t), где і = 1,..., М. В любой электронной реализации поток битов, предшествующий импульсной модуляции, представляется уровнями напряжений. Может возникнуть вопрос, почему существует отдельный блок для импульсной модуляции, когда фактически уровни напряжения для двоичных нулей и единиц уже можно рассматривать как идеальные прямоугольные импульсы, длительность каждого из которых равна времени передачи одного бита? Существует два важных отличия между подобными уровнями напряжения и видеосигналами, используемыми для модуляции. Во-первых, блок импульсной модуляции позволяет использовать бинарные и М -арные сигналы. Во-вторых, фильтрация, производимая в блоке импульсной модуляции, формирует импульсы, длительность которых больше времени передачи одного бита. Фильтрация позволяет использовать импульсы большей длительности; таким образом, импульсы расширяются на соседние временные интервалы передачи битов. Этот процесс иногда называется формированием импульсов; он используется для поддержания полосы передачи в пределах некоторой желаемой области спектра. Для систем передачи радиочастотного диапазона следующим важным этапом является полосовая модуляция (bandpass modulation); она необходима всегда, когда среда передачи не поддерживает распространение сигналов, имеющих форму импульсов. В таких случаях среда требует полосового сигнала si(t), где i = 1,..., М. Термин " полосовой" (bandpass) используется для отражения того, что видеосигнал gi(t) сдвинут несущей волной на частоту, которая гораздо больше частоты спектральных составляющих gi(t). Далее сигнал si(t) проходит через канал, причем связь между входным и выходным сигналами канала полностью определяется импульсной характеристикой канала hc(t). Кроме того, в различных точках вдоль маршрута передачи дополнительные случайные шумы искажают сигнал, так что сигнал на входе приемника r(t) отличается от переданного сигнала si(t): r(t) = si(t) * hc(t) + n(t) i = 1, …, M (1.1) где знак " *" представляет собой операцию свертки (см. приложение А), а n(t) — случайный процесс. При обработке полученного сигнала в принимающем устройстве входной каскад приемника и/или демодулятор обеспечивают понижение частоты каждого полосового сигнала r(t). В качестве подготовки к детектированию демодулятор восстанавливает Қ І) в виде оптимальной огибающей видеосигнала z(t). Обычно с приемником и демодулятором связано несколько фильтров — фильтрование производится для удаления нежелательных высокочастотных составляющих (в процессе преобразования полосового сигнала в видеосигнал) и формирования импульса. Выравнивание можно описать как разновидность фильтрации, используемой в демодуляторе (или после демодулятора) для удаления всех эффектов ухудшения качества сигнала, причиной которых мог быть канал. Выравнивание (equalization) необходимо в том случае, если импульсная характеристика канала hc(t) настолько плоха, что принимаемый сигнал сильно искажен. Основная литература 1 [9-20]; 6 [15-19]. Дополнительная литература 2 [4-5], 4 [11-15, 69-71]. Контрольные вопросы: 1. Дайте определение цифровым и аналоговым систамам передачи данных. 2. Из каких элементов состоит функциональная схема? 3. Что такое форматирование? 4. Дайте определение форматированию. 5. Полосовая модуляция.
Лекция №2 (2 час.)
|