Согласование характеристик сигнала и канала связи

Сигнал может быть охарактеризован различными параметрами. Таких параметров достаточно много, но для задач, которые приходится решать на практике, существенно лишь их небольшое число. Например, если сигнал используется для управления исполнительным механизмом, существенным параметром является его мощность. Для передачи сигнала по каналу существенны следующие 3 параметра [см. Харксвич А. А. Очерки по общей теории связи. Гостехиздат, 1955]: длительность сигнала г,., ширина частотного спектра сигнала Af_x, превышение сигнала над помехой в канале L_s.

Длительность сигнала г_д характеризует время передачи сообщения и определяет время занятости канала т_к (время, на которое должен быть предоставлен канал). Очевидно, что.

Ширина частотного спектра сигнала А/, — это диапазон частот, в пределах которого находится наиболее существенная часть сигнала. Используются различные методы определения ширины спектра сигнала, например энергетический критерий.

Канал связи характеризуется полосой пропускания Af_k — полосой частот колебаний, пропускаемых каналом связи без значительного ослабления и искажения.

Для минимизации искажения формы сигнала необходимо согласовывать ширину частотного спектра сигнала и полосу пропускания канала, причем

Третьим параметром, который необходимо учитывать, является мощность сигнала Р_Х9 передаваемого по каналу с определенной мощностью помехи Рр Чем больше величина P_s по сравнению с Р^ тем меньше вероятность ошибочного приема. Удобно пользоваться логарфмом отношения PJP& называемым превышением сигнала над помехой:

Основание логарифма определяет единицу измерения.

Можно превышение сигнала над помехой определять через напряжения:

где U_s- напряжение сигнала; и$— среднее значение напряжения помехи.

Канал связи характеризуется динамическим диапазоном канала D*, который вычисляется по формуле.

где P_smax — максимальная мощность сигнала, допустимая для передачи в данном канале; Р_тт — минимальная мощность, определяемая чувствительностью приемника.

Динамический диапазон канала может вычисляться и через соответствующие напряжения.

Для неискаженной передачи сигнала необходимо, чтобы.

Произведение r_v A/_v • L_s = V_s называют объемом сигнала.

Произведение r_k-Af_k D_k=V_k называют объемом канала.

Если объем сигнала превышает объем канала связи, то такой сигнал не может быть передан без искажений по данному каналу.

Общее условие согласования сигнала с каналом связи определяется соотношением.

Это соотношение выражает необходимое, но недостаточное условие согласования сигнала с каналом. Достаточным является условие согласования по всем параметрам:

Если при выполнении условия выражения (6.1) не обеспечиватся часть условий (6.2), то можно добиться согласования трансформацией сигнала, используя теоремы о неискажающих преобразованиях. Например, если отсутствует согласование сигнала с каналом по полосе пропускания, т. е. Af_s «Af_k, но канал доступен по времени так, что т_к «r_s,.

можно растянуть сигнал во времени в -^-раз. В этом случае, согласно ЛЛ теореме об изменении масштаба времени сигнала, его спектр сузится в AfJAf_k раз. На приемной стороне сигнал нужно сжать по времени в AfJAfk раз.