23734

Амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания, затухание и пропускная способность

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Волоконно-оптический кабель также искажает передаваемый сигнал, что обусловлено различным временем распространения мод и наличием частотной зависимости показателя преломления материала оптического кабеля.

Русский

2014-10-12

176 KB

10 чел.

Лекция 3.

Амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания, затухание и пропускная способность

Параметры любой физической линии связи отличаются от идеальных. Вследствие этого линия связи искажает передаваемые сигналы

В частности, если рассматривать электрический кабель, он представляет собой распределенную комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузки, как показано на рисунке 6..

Рисунок 6. Модель электрического кабеля

Волоконно-оптический кабель также искажает передаваемый сигнал, что обусловлено различным временем распространения мод и наличием частотной зависимости показателя преломления материала оптического кабеля.

Затухание сигнала в линии

Затухание определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала на определенной частоте.

Измеряется в децибелах и вычисляется по формуле:

A = 10log10 Pвых/Pвх.

Будет ли затухание на нулевой частоте?

Почему?

Амплитудно-частотная характеристика и полоса пропускания.

Одним из основных параметров, по которому осуществляют оценку качества передачи сигнала по линии связи, является амплитудно-частотная характеристика линии (Рисунок 7.). Она показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе.

Рисунок 7. Амплитудно-частотная характеристика линии связи

По АЧХ можно определить какое затухание претерпевают гармоники сигнала, проходя по линии связи. Если известна АЧХ и спектр входного сигнала, то можно без труда определить спектр выходного сигнала.

Как может повлиять на качество сигнала искажение АЧХ.

Например.

1. Передается речь - изменится тембр голоса.

2. Передается импульсный сигнал – произойдет искажение цифрового сигнала, как показано на рисунке 8. .

Рисунок 8. Искажение цифрового сигнала

Однако на практике достаточно трудно измерять АЧХ линии связи.

Например.

Проложен коаксиальный кабель неизвестной длины и конфигурации. Чтобы определить его частотную характеристику, необходимо осуществить тестирование на прохождение эталонных синусоид во всем рабочем диапазоне частот, что бывает достаточно трудоемко. Поэтому пользуются такой характеристикой, как полоса пропускания. Знание полосы пропускания позволяет получить приближенный результат.

АЧХ, полоса пропускания и затухание являются универсальными характеристиками, по которым можно судить как будут передаваться сигналы по линии связи.

На рисунке 9 приведены полосы пропускания линий связи.


Рисунок 9 Полосы пропускания линий связи

Пропускная способность линии связи.

Характеризует максимально возможную скорость передачи данных.

Измеряется в бит/с, кбит/с, Мбит/с, Гбит/с.

Зависит не только от АЧХ линии, но и от спектра передаваемого сигнала.

Если гармоники сигнала попадают в полосу пропускания линии (Рисунок 10.), то такой сигнал будет передаваться без искажений и приемник будет правильно распознавать информацию, отправленную передатчиком. Если гармоники выходят за границы частотной характеристики, то сигнал будет искажаться, приемник будет ошибаться при распознавании информации, следовательно, информация не будет передаваться с заданной пропускной способностью.

В случае если полоса частот спектра сигнала выходит за полосу пропускания линии, сигнал будет искажаться, приемник будет ошибаться при распознавании информации. Следовательно, информация не будет передаваться с заданной скоростью.

Связь между пропускной способностью линии и ее полосой пропускания

Согласно теории информации любое различимое и непредсказуемое изменение принимаемого сигнала несет в себе информацию.

Если сигнал изменяется предсказуемо, следовательно, он не несет в себе никакой информации.

Например.

1. Синусоида не несет в себе никакой информации, если у нее не изменяются амплитуда, частота или фаза.

2. Последовательность прямоугольных импульсов также не несет в себе никакой информации.

Чтобы передать информацию по линии связи используют физическое кодирование.

Изменение амплитуды, фазы или частоты синусоидального сигнала  - модуляция

Изменение уровня сигнала - цифровое кодирование.

Если сигнал изменяется так, что можно различить только два его состояния, то любое его изменение будет соответствовать наименьшей единице информации - биту.

Если сигнал имеет несколько различимых состояний, то любое его изменение будет нести несколько бит информации.

Количество изменений параметра несущего периодического сигнала или уровня сигнала в секунду измеряется в бодах.

Чем выше частота несущего периодического сигнала, тем больше информации в единицу времени передается по линии и тем выше пропускная способность линии.

Но с увеличением частоты увеличивается и ширина спектра сигнала. Чем шире спектр, тем больше искажений претерпевает сигнал и тем вероятнее ошибки, а, значит, скорость передачи информации оказывается меньшей.

Связь между полосой пропускания линии и ее возможной пропускной способностью установил Клод Шеннон:

C = F log 2 (1 + Pc/Pш),

где C - максимальная пропускная способность линии в битах в секунду, F - ширина полосы пропускания в герцах, Pс - мощность сигнала, Pш - мощность шума.

Согласно формуле не существует теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания.

Предел существует практический, поскольку нельзя до бесконечности увеличивать мощность сигнала и уменьшать мощность помех.

Без учета шума в линии пропускная способность определяется по формуле Найквиста:

C = 2 F log 2 M,

где M - количество различимых состояний информационного параметра.

Из формулы следует, что пропускная способность зависит от количества различимых состояний, увеличивая которые можно повышать пропускную способность, передавая за один тактовый интервал более одного бита (Рисунок 11.).

Рисунок 11. Повышение скорости передачи информации за счет увеличения количества различимых состояний информационного параметра.

Хотя формула не учитывает наличие шума, но косвенно это отражается в выборе числа различимых состояний. Для повышения пропускной способности их количество необходимо увеличивать. Но если амплитуда шума начнет превышать разницу между уровнями, то приемник не сможет распознавать передаваемые данные, что приведет к снижению скорости передачи.

Формула Найквиста определяет предельную скорость передачи данных в тех случае, когда количество состояний уже выбрано с учетом устойчивого распознавания приемником.


1

0.7

A

ых

/A

вх

f

Полоса

пропускания

f

f

Гармоники сигнала

АЧХ

Гармоники сигнала

АЧХ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83463. Поняття визнання в міжнародному праві 35.51 KB
  Таке визначення визнання вказує поперше на те що це є акт політичний який залежить від політичних інтересів держави що визнає та подруге це є акт правовий тобто такий що тягне за собою правові наслідки встановлення дипломатичних консульських відносинукладення договорів та ін. Інститут визнання відноситься відповідно дестинаторами визнання є до визнання державиуряду повсталої сторони нації що бореться за свою незалежність. В ширшому розумінні визнання відноситься до будьякої правової ситуації наприклад визнання...
83464. Теорії визнання 36.65 KB
  Згідно з конститутивною теорією визнання лише визнання породжує відповідні правові наслідки та надає відповідні правові консти туюючі правовстановлюючі якості дестинатору визнання: державі міжнародну правосуб’єктністьуряду здатність представляти державу у міжнародних відносинах. Відповідно без визнання держава не може вважатися суб’єктом міжнародного права. Серед недоліків конститутивної теорії визнання потрібно зазначити поперше відсутність визначеної кількості актів визнання необхідних для надання дестинатору зазначених...
83465. Види визнання 36.34 KB
  Визнання держави має місце у випадках появи нової незалежної держави революційних та інших соціальних перетворень територіальних змін об’єднання та розділу держав і т. Основним критерієм визнання держави є її незалежність та самостійність у реалізації ефективної та легітимної державної влади що означає законність її встановлення та підтримку з боку населення встановленого режиму. Визнання уряду означає визнання його здатності здійснювати ефективну державну владу в країні та представляти її на міжнародній арені.
83466. Визнання держав 34.95 KB
  В міжнародному праві існують дві теорії визнання держав конститутивна і декларативна. Конститутивна теорія: політичний акт визнання є попередньою умовою існування юридичних прав нової держави. Саме акт визнання іншими державами створює нову державу породжує і забезпечує її міжнародну правосуб’єктність. Визнання нової держави яка додержує умов державності має бути правовим обов’язком.
83467. Форми визнання 36.2 KB
  Найбільш поширеним є визнання dejure яке є офіційним повним та остаточним. Воно передбачає встановлення між суб’єктами міжнародного права міжнародних відносин у повному обсязі та супроводжується як правило заявою про офіційне визнання та встановленням дипломатичних відносин. Визнання деюре носить безумовний характер та як правило не може буди відкликане.
83468. Визнання урядів 35.44 KB
  Значення і правові наслідки визнання нового уряду відрізняються від визнання нової держави. Визнання уряду надає йому можливість репрезентувати державу в міжнародних відносинах. Питання визнання уряду виникає лише в тому випадку коли уряд здобуває владу іншим аніж визначено в національному законодавстві шляхом. В міжнародному праві існують такі доктрини щодо визнання урядів: 1.
83469. Доктрини визнання урядів 35.14 KB
  Історії міжнародного права відомі спеціальні доктрини про визнання урядів, названі іменами міністрів закордонних справ Еквадору Карлоса Тобара (доктрина Тобара) і Мексики Хенаро Естради (доктрина Естради), що сформувалися на початку XX століття в практиці держав американського континенту.
83471. Інститут правонаступництва держав в міжнародному праві. Джерела міжнародного правонаступництва 35.98 KB
  Джерела міжнародного правонаступництва Для стабільності міжнародних відносин важливе значення має послідовне виконання суб’єктами міжнародного права укладених ними міжнародних договорів їх міжнародних зобов’язань щодо території власності членства у міжнародних організаціях тощо. Інститут правонаступництва у міжнародному праві є міжгалузевим інститутом: його норми містяться в праві міжнародних договорів праві міжнародних організацій міжнародному економічному праві та ін. Тривалий час основу інституту правонаступництва складали звичаєві...