 |
Спектральный анализ сигналов на линиях связи
|
|
|
|
Из теории гармонического анализа известно, что любой периодический процесс можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различных частот и
ТФУПД Занятие №7. Спектральный анализ сигналов на линиях связи
различных амплитуд (рис. 1). Каждая составляющая синусоида называется также гармоникой, а набор всех гармоник называют спектральным разложением исходного сигнала. Непериодические сигналы можно представить в виде интеграла синусоидальных сигналов с непрерывным спектром частот. Например, спектральное разложение идеального импульса (единичной мощности и нулевой длительности) имеет составляющие всего спектра частот, от - ∞ до + ∞ (рис. 2).
Рис.1. Представление периодического сигнала суммой синусоид
Рис.2. Спектральное разложение идеального импульса
Техника нахождения спектра любого исходного сигнала хорошо известна.
Для некоторых сигналов, которые хорошо описываются аналитически (например, для последовательности прямоугольных импульсов одинаковой длительности и амплитуды), спектр легко вычисляется на основании формул Фурье.
Для сигналов произвольной формы, встречающихся на практике, спектр можно найти с помощью специальных приборов - спектральных анализаторов, которые измеряют спектр реального сигнала и отображают амплитуды составляющих гармоник на экране или распечатывают их на принтере.
Искажение передающим каналом синусоиды какой-либо частоты приводит в конечном счете к искажению передаваемого сигнала любой формы, особенно если синусоиды различных частот искажаются неодинаково.
Если это аналоговый сигнал, передающий речь, то изменяется тембр голоса за счет искажения обертонов - боковых частот.
|
|
|
При передаче импульсных сигналов, характерных для компьютерных сетей, искажаются низкочастотные и высокочастотные гармоники, в результате фронты импульсов теряют свою прямоугольную форму. Вследствие этого на приемном конце линии сигналы могут плохо распознаваться.
Линия связи искажает передаваемые сигналы из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных. Так, например, медные провода всегда представляют собой некоторую распределенную по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузки. В результате для синусоид различных частот линия будет обладать различным полным сопротивлением, а значит, и передаваться они будут по-разному. Волоконно-оптический кабель также имеет
ТФУПД Занятие №7. Спектральный анализ сигналов на линиях связи
отклонения, мешающие идеальному распространению света. Если линия связи включает промежуточную аппаратуру, то она также может вносить дополнительные искажения, так как невозможно создать устройства, которые бы одинаково хорошо передавали весь спектр синусоид, от нуля до бесконечности.
Кроме искажений сигналов, вносимых внутренними физическими параметрами линии связи, существуют и внешние помехи, которые вносят свой вклад в искажение формы сигналов на выходе линии. Эти помехи создают различные электрические двигатели, электронные устройства, атмосферные явления и т. д. Несмотря на защитные меры, предпринимаемые разработчиками кабелей и усилительно-коммутирующей аппаратуры, полностью компенсировать влияние внешних помех не удается. Поэтому сигналы на выходе линии связи обычно имеют сложную форму, по которой иногда трудно понять, какая дискретная информация была подана на вход линии.
Рис.3. Искажение импульсов в линии связи
|
|
|
Рис. 4. Представление линии как распределенной индуктивно-емкостной нагрузки
Вопросы и задания
1. В чем заключаются функции устройств DTE и DCE?
2. К какому из этих двух типов устройств относится сетевой адаптер?
3. К какому типу характеристик линии связи относятся: уровень шума, полоса пропускания, погонная емкость?
4. Какие меры можно предпринять для увеличения информационной скорости звена:
- Уменьшить длину кабеля
- Выбрать кабель с меньшим сопротивлением
- Выбрать кабель с более широкой полосой пропускания
- Применить метод кодирования с более узким спектром.
5. Почему не всегда можно увеличить пропускную способность канала за счет увеличения числа состояний информационного сигнала?
6. Какова ширина спектра идеального импульса?
|
|
|
