СИГНАЛЫ. Способы представления сигналов



Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственной образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный университет путей сообщения

 

 

А.С. Овсянников

 

ОСНОВЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Конспект лекций

 

Самара 2007

 

УДК 681.323

К 71

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой ИСТ ПГАТИ

М.А. Кораблин

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой “Электротехника” СамГУПС

О.А. Кацюба

       Основы телекоммуникационных систем. Конспект лекций А.С. Овсянников. – Самара: СамГУПС, 2007.- 139 с.   

 

Приведена классификация и основные методы представления сигналов.

Изложены классические алгоритмы быстрого преобразования Фурье, являющиеся основным математическим аппаратом оценки спектра сигналов связи. Приведены основные виды преобразований сигналов в современных телекоммуникационных системах. Рассмотрены основы передачи сообщений по многоканальным системам.

Предназначено для студентов электротехнического факультета СамГУПС, обучающихся по специальности “Информационные системы и технологии” и изучающих дисциплину “Теоретические основы информационных процессов и систем” и “Системы и сети передачи данных” в рамках лекционных, лабораторных, практических занятий и выполняющих курсовой проект по синтезу цифровой телекоммуникационной системы.

Разработано на кафедре информационных систем и телекоммуникаций.

 Может быть полезно студентам, обучающимся по направлениям “Информационные системы” и “Информатика и вычислительная техника”

 

Табл. 3                            Ил. 62        Библиогр.: назв.12

УДК 681.323

 

 

                  ÓСамГУПС, 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие…………………………………………………………………………..4

Лекция 1. Система сбора, передачи и обработки информации. Обобщённая

структура информационно-вычислительной сети………………………………….5

Лекция 2. Сигналы. Способы представления сигналов………………………….12

Лекция 3. Алгоритмы быстрых преобразований Фурье…………………………41

Лекция 4. Преобразование сигналов (начало)……………………………………71

Лекция 5. Преобразование сигналов (окончание)…………………………….….85

Лекция 6. Передача сообщений по многоканальным сигналам……………..…111

Заключение………………………………………………………………………….138

Библиографический список………………………………………………………..139

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

   В конспекте лекций рассматриваются основные теоретические вопросы построения и функционирования современных телекоммуникационных систем передачи информации: сигналы и основные методы их представления – ортогональное, частотное, дискретное и цифровое. Ввиду важности частотного (спектрального) представления как для теории так и для практических приложений приводятся классические алгоритмы быстрых преобразований Фурье, как теоретической основы современных методов расчёта спектров сигналов. В телекоммуникационных системах передачи информации имеет место большое количество всевозможных преобразований сигналов на всем протяжении в пространстве от источников информации до получателей. Поэтому в конспекте лекций центральное место уделяется преобразователям частоты – модуляторам и демодуляторам. Даётся анализ спектрального состава модулированных сигналов для классических методов преобразования частоты: аналоговых, дискретных и импульсных. В заключительной главе приводятся основы теории разделения сигналов и даются основные теоретические сведения построения телекоммуникационных систем с частотным и временным разделением сигналов.

ЛЕКЦИЯ 1

 

 

Система сбора, передачи и обработки информации.

Обобщённая структура информационно – вычислительной сети

Структуры ССПОИ. Система телеобработки данных. Обобщённая структура информационно-вычислительной сети. Структура обмена данными между ЭВМ в ИВС

 

Система сбора, передачи и обработки информации

   Основу современных информационных сетей составляют каналы связи, образованные телекоммуникационными системами передачи информации.

   В историческом плане возникновения телекоммуникационных систем передачи информации и информационных сетей одна из первых появилась система сбора, передачи и обработки информации (ССПОИ), обобщённая структурная схема которой изображена на рис. 1.1.

   В этой системе датчики (Дi ) могут быть сосредоточены (как изображено на рис. 1.1), или распределены в пространстве. Однако в большинстве случаев встречается первый вариант. К примеру - система контроля и управления космическими объектами с Земли. В этом случае в структуре рис.1.1 наиболее дорогостоящими и уязвимыми (с точки зрения мешающего влияния помех и искажений) являются линии связи (космические каналы связи).

   Cовокупность линий связи и комплектов “передатчик-приемник” (рис.1.1) рассматриваемой ССПОИ будем называть “подсистемой передачи информации”.

   По мере развития и применения ССПОИ расстояния между объектом и пунктом сбора и обработки информации (ЭВМ на рис. 1.1) увеличивались. Обострилась проблеме стоимости ССПОИ в целом.

   Рассмотрим график зависимости обобщенной стоимости подсистемы передачи информации от расстояния между объектом и обрабатывающей ЭВМ (рис.1.2).

   На этом графике можно отметить оптимальное расстояние Lопт. При этом, если расстояние меньше Lопт , то применяется схема рис. В3, а если расстояние больше Lопт - схема с аппаратурой уплотнения (АУ) (рис.12).

   Линия связи - это физическая среда, с помощью которой две или несколько ЭВМ (можно и периферийные устройства) обмениваются между собой информацией с помощью электромагнитных, световых, акустических и других сигналов.

 

   Канал связи - совокупность оборудования и линий связи, которые предоставляют пользователю стандартную электромагнитную среду для передачи сигналов с ограниченной скоростью.

   Дальнейшее историческое развитие систем (рис.1.3 и 1.5) привело к созданию сетей ЭВМ.

 

Рис.1.1-Структура ССПОИ

 

 

Рис. 1.2-Зависимость стоимости подсистемы передачи информации от

Расстояния

 

 

 

Рис. 1.3-Структура распределённой ССПОИ

   Прообразом сети ЭВМ явилась система телеобработки данных (СТД), структура которой изображена на рис.1.6. СТД, по сути, является дальнейшим усложнением и обобщением схемы рисунка 1.4.

 

Рис. 1.4-Система телеобработки данных:

ЦВС-центральная вычислительная станция.

МПД-мультиплексор передачи данных.

КИ-концентратор информации.

 

   Основным отличием СТД от схемы рис. 1.3 является наличие двух ступеней преобразования (КИ и МПД).

   Дальнейшее развитие ССПОИ и СТД привело к созданию сети ЭВМ, структура которой приведена на рис.1.5 [1].

На рис. 1.5  приняты следующие обозначения.

   СПД-сеть передачи данных. В качестве сети передачи данных могут быть использованы телеграфные сети, общегосударственая автоматизированная телефонная сеть страны, взаимоувязанная сеть связи России, специальные ведомственные сети.

УК-узел коммутации.

 

 


Рис. 1.5 - Обобщённая структура информационно-вычислительной сети

 

Задачи узлов коммутации:

1. Коммутация потоков данных.

2. Маршрутизация - выбор маршрута передачи данных от одного абонента к другому.

3. Управление всей сетью.

4. Адресация.

   Сеть ЭВМ-совокупность базовой сети передачи данных (или линий связи), оборудования доступа, вычислительных станций, периферийных устройств, которые обмениваются информацией через СПД и линий связи.

   Сети ЭВМ делятся на глобальные, региональные и локальные.

Глобальные - в масштабе страны или нескольких стран.

Региональные - в масштабе региона, района, области.

Локальные - в масштабе предприятия.

   РС - рабочая станция.

   АРМ - автоматизированное рабочее место.

   Рассмотрим (рис.1.6) структуру передачи информации в сети ЭВМ [2].

   Прикладной процесс (ПП) - некоторое приложение конечного пользователя. Состоит в общем случае из прикладного программного обеспечения, в простейшем случае - какая либо программа ЭВМ. Например - пакет программ для управления складскими запасами на заводе.

   На рис.1.6 приняты следующие обозначения.

   ООД - оконечное оборудование данных, обобщенное оборудование, это может быть ЭВМ, ПЭВМ, АРМ, рабочая станция и др.

Например:

- ЭВМ, собирающая информацию от датчиков в прокатном цехе, обрабатывающая эту информацию и передающая результаты в центральную базу данных предприятия;

- кассовый аппарат в автоматизированном банке.

   В ООДА может выполняться прикладной процесс ППА1, в виде программы ЭВМ, имеющей доступ к прикладному процессу в ООДВ (программа ППВ1 и база данных). То - же ППВ2 – ППА2. Из рис. В5 видно, что сеть обеспечивает логические и физи-ческие связи. Прикладные процессы используют физическую связь (канал связи) для реализации логической связи. “Логический” в данном случае означает, что для ООД безразлична физическая природа процесса передачи данных. От ППА1 требуется только выдать логический запрос, например, ”читать” с идентификацией данных. В свою очередь система передачи данных (АКДА -[канал связи] - АКДВ) отвечает за посылку запроса “читать”, за его безошибочное происхождение по физическому каналу в ППВ 1.

   АКД - аппаратура окончания канала данных. Основная функция АКД - обеспечить интерфейс (стык) ООД с сетью передачи данных (рис. 1.5).

Интерфейс - совокупность правил взаимодействия некоторой группы компонентов системы и правил построения средств, обеспечивающих реализацию этого взаимодействия.

 

 

Рис.1.6 - Структура обмена данными между ЭВМ в ИВС

 

   Для того, чтобы передать информацию ППА1 ® ППВ2 в ПЭВМ (А и В) имеется так называемое сетевое программное обеспечение (СПО), предназначенное для реализации интерфейса между ППА1® АКДА и АКДБ® ППВ1.

   Интерфейсы в информационной сети определяются и реализуются с помощью протоколов.

   Протоколы - это соглашение о том, каким образом компоненты системы взаимодействуют друг с другом, в частности, средства коммутации (связи) - СПД с ООД.

 

ЛЕКЦИЯ 2

 

СИГНАЛЫ. Способы представления сигналов

Определение и классификация сигналов. Ортогональное, частотное, дискретное и цифровое представления сигналов.

 

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 853; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ