Файл: Санктпетербургский.pdf

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
7 текстовом формате, где также требуется провести операции по извлечению семантической со- ставляющей. Выделений семантической составляющей текстового предложения или набора текстовых документов можно проводить посредством использования известных статистических методов.
Классификация сигналов
По физической природе носителя информации:
• электрические,
• электромагнитные,
• оптические,
• акустические
По способу задания сигнала:
• регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;
• нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент вре- мени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.
В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы:
• непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;
• дискретные, описываемые функцией отсчетов;
Событие (получение записки, наблюдение сигнальной ракеты, прием символа по теле- графу) является сигналом только в той системе отношений, в которой сообщение опознается значимым (например, в условиях боевых действий сигнальная ракета — событие, значимое только для того наблюдателя, которому оно адресовано). Очевидно, что сигнал, заданный ана- литически, событием не является и не несет информацию, если функция сигнала и ее парамет- ры известны наблюдателю.
В технике сигнал всегда является событием. Другими словами, событие - изменение со- стояния любого компонента технической системы, опознаваемое логикой системы как значи- мое, является сигналом. Событие, неопознаваемое данной системой логических или техниче- ских отношений как значимое, сигналом не является. Существуют два способа представления сигнала в зависимости от области определения: временной и частотный. В первом случае сиг- нал представляется функцией времени характеризующей изменение его параметра. Кроме привычного временного представления сигналов и функций при анализе и обработке данных широко используется описание сигналов функциями частоты. Действительно, любой сколь

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
8 угодно сложный по своей форме сигнал можно представить в виде суммы более простых сиг- налов, и, в частности, в виде суммы простейших гармонических колебаний, совокупность кото- рых называется частотным спектром сигнала. Для перехода к частотному способу представле- ния используется преобразование Фурье:
Функция называется спектральной функцией или спектральной плотностью.

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
9 ность и динамический диапазон (D):
FTD
V =
При организации связи – передаче сообщений выделяют понятия:
• цепь связи — проводники/волокно используемые для передачи одного сигнала. В радио- связи то же понятие имеет название ствол. Различают кабельную цепь — цепь в кабеле и воз- душную цепь — подвешена на опорах.
• линия связи (ЛС) в узком смысле — физическая среда, по которой передаются информа- ционные сигналы аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. В широком смысле — совокупность физических цепей и (или) линейных трактов систем передачи, имею- щих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распро- странения (ГОСТ 22348). Тракт — совокупность оборудования и среды, формирующих специа- лизированные каналы имеющие определенные стандартные показатели: полоса частот, ско- рость передачи.
В общем случае система связи (СС) состоит из оконечного оборудования (ОО, терми- нальное устройство, терминал, оконечное устройство) источника и получателя сообщения, и устройств преобразования сигнала (УПС) с обеих концов линии. ОО обеспечивает первичную обработку сообщения и сигнала, преобразование сообщений из вида в котором их предоставля- ет источник (речь, изображение и т. п.) в сигнал (на стороне источника, отправителя) и обратно
(на стороне получателя), усиление и т. п. УПС может обеспечивает защиту сигнала от искаже- ний, формирование канала(ов), согласование группового сигнала (сигнала нескольких каналов) с линией на стороне источника, из смеси полезного сигнала и помех восстановление группово- го сигнала, разделение его на индивидуальные каналы, обнаружение ошибок и коррекцию на стороне получателя. Линия связи может содержать усилители и регенераторы. Усилитель — просто усиливает сигнал вместе с помехами и передает дальше, используется в аналоговых си- стемах передачи (АСП). Регенератор («переприемник») — производит восстановление сигнала без помех и повторное формирование линейного сигнала, используется в цифровых системах передачи (ЦСП). Усилительные пункты/регенерационные пункты бывают обслуживаемые и необслуживаемые, ОУП, НУП и ОРП, НРП соответственно.
Сеть — это множество линий связи и промежуточного оборудования/промежуточных узлов, терминалов/оконечных узлов, предназначенных для передачи информации от отправите- ля до получателя с заданными параметрами качества обслуживания (то есть можем быстро, но часть информации будет потеряна (плохо), можем хорошо но медленно, можем быстро и хоро-

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
10 шо, но это будет дороже, и т. п.).
При наличии нескольких источников информации (отправителей) и нескольких получа- телей можно проложить между каждой парой отдельную линию связи. Однако, такой подход становится неэффективным уже при достаточно малом количестве источников и получателей.
Вместо этого обычно организуется структура, в которой число линий связи гораздо меньше и на линиях организуются каналы (с помощью уплотнения), а обмен информацией между узлами обеспечивается с помощью технологий коммутации. Одними из характеристик сети являются надежность и живучесть. Живучесть — способность выполнять сетью свои функции в условиях неблагоприятных внешних воздействий (структурные изменения и т. п.). Надежность — то же, что и живучесть, но с сохранением качества обслуживания.
Классификация измерений
Классификацию измерений, которые проводятся в телекоммуникационной компании, можно проводить по множеству параметров.
Например:
по среде передачи:
• оптический кабель,
• электрический кабель,
• радиочастотные системы передачи
по типам сетей:
• первичная сеть,
• вторичная сеть (магистральная, распределительная);
• по виду сетей:
• аналоговая,
• цифровая
по применению:
телефонная сеть общего назначения,
WAN – распределенная сеть, позволяющая передавать информацию на значительные расстоя- ния;
LAN локальная компьютерная сеть
ATM сеть имеет структуру, похожую на структуру телефонной сети — конечные станции со- единяются с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммута- торами более высоких уровней. Коммутаторы ATM пользуются адресами конечных узлов для

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
11 маршрутизации трафика в сети коммутаторов.
по видам услуг:
• телефония проводная,
• телефония беспроводная,
•
ISDN,
•
WiFi,
•
IPTV,
Это далеко не полная классификация измерений, проводимых в телекоммуникационной компании, но и этот вариант систематизации говорит о многообразии процессов измерений различного назначения и применения, большого количества объектов измерения, множества параметров, тестов, методов измерений, массы алгоритмов анализа и процедур обработки ре- зультатов измерений.
Измерения проводятся посредством приборов аппаратов и технических систем. Реги- стрируемые сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными. Информа- ционный параметр непрерывного сигнала с течением времени может принимать любые мгно- венные значения в определенных пределах. Непрерывный сигнал называют аналоговым. Дис- кретный сигнал характеризуется конечным числом значений информационного параметра. Ча- сто этот параметр отождествляет всего два значения. На рис. 1.1 показаны виды аналогового и дискретного сигналов.
1.2. Уровни сигналов
В технике связи наряду с абсолютными единицами измерения параметров электриче- ских сигналов (мощность, напряжение и ток) широко используются относительные единицы.
Рис. 1.1. Виды сигналов: а - аналогового, б – дискретного

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
12
u” – максимальный уровень и u' минимальный уровень сигнала
Уровнем передачи сигнала в некоторой точке канала или тракта называют логарифмиче- ское преобразование отношения энергетического параметра S (например, мощности, напряже- ния или тока) к отсчетному значению этого же параметра. Правило преобразования определя- ется формулой: где m - масштабный коэффициент; a - основание логарифма.
Уровни передачи измеряются в децибелах, если справедливы соотношения: для уровней по мощности, [дБ] для уровней по напряжению, [дБ]
Уровень передачи называется абсолютным, если P
0
=1 мВт. Если теперь задать R
0
, то при заданных значениях мощности и сопротивления легко получить соответствующие величины напряжения U
0
и тока I
0
:
;
При R
0
= 600 Ом в практических расчетах принимают округленные значения: для U
0
=
0,775 В, а для I
0
= 1,29 мА. Измерительные уровни служат для определения уровней передачи с помощью измерительных приборов, называемых указателями уровня.
1.3. Параметры сигналов
Описание сигналов электросвязи некоторым образом необходимо для их адекватной об- работки в процессе передачи. Описанием сигнала может служить некоторая функция времени.

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
13
Определив так или иначе данную функцию, определяем и сигнал. Однако такое полное опреде- ление сигнала не всегда требуется. Достаточно описание в виде нескольких параметров, харак- теризующих основные свойства сигнала с точки зрения его передачи.
Если провести аналогию с транспортированием грузов, то для транспортной сети опре- деляющими параметрами груза являются его масса и габариты. Сигнал также является объек- том транспортирования, а техника связи - техникой транспортирования (передачи) сигналов по каналам связи.
Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового ве- щания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.
Телефонный (речевой) сигнал. Звуки речи образуются в результате прохождения воз- душного потока из легких через голосовые связки и полости рта и носа. Частота импульсов ос- новного тона (f
0
на рис. 1.2) лежит в пределах от 50 - 80 Гц (бас) до 200 - 250 Гц (женский и детский голоса).
Импульсы основного тона содержат большое число гармоник (до 40) (2f
0
,..,nf
0
на рис.
1.2), причем их амплитуды убывают с увеличением частоты со скоростью приблизительно 12 дБ на октаву (кривая 1 на рис. 1.2). Напомним, что октавой называется диапазон частот, верх- няя частота которого в два раза выше нижней. Следуя этому представлению, амплитуда гармо- ники 2f
0
на 12 дБ больше, чем гармоники 4f
0
и т.д. При разговоре частота основного тона f
0
ме- няется в значительных пределах.
Рис. 1.2 Спектральный состав речевого сигнала
В процессе прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и поло-

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
14 сти рта и носа образуются звуки речи, причем мощность гармоник частоты основного тона ме- няется (кривая 2 на рис. 1.2). Области повышенной мощности гармоник частоты основного то- на называются формантами (рис. 1.2). Различные звуки речи содержат от двух до четырех фор- мант. Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Эти факторы опреде- ляют требования к телефонным каналам.
Основными параметрами телефонного сигнала являются:
• мощность телефонного сигнала. Принимается, что средняя мощность телефонного сиг- нала в точке с нулевым измерительным уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт.
С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал связи могут поступать сигналы управления, набора но- мера. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт.
• коэффициент активности телефонного сообщения, т.е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к об- щему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. По- этому коэффициент активности составляет 0,25 - 0,35.
• динамический диапазон определяется выраженным в децибелах отношением макси- мальной и минимальной мощности сигнала (дБ).
• динамический диапазон телефонного сигнала составляет DС=35 - 40 дБ
Известно, что речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр ко- торого простирается от 50 - 100 Гц до 8000 – 12 000 Гц.
Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300 - 3400 Гц. Эти частоты приняты в качестве границ эффек-

Системный анализ и принятие решений Макаров Л.М.
15 тивного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около
90%, разборчивость фраз - более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звуча- ния.
Сигналы звукового вещания.
Источником звука при передаче программ вещания обычно являются музыкальные ин- струменты или голос человека. Динамический диапазон вещательной передачи следующий: речь диктора 25 - 35 дБ, художественное чтение 40 - 50 дБ, вокальные и инструментальные ан- самбли 45 - 55 дБ, симфонический оркестр до 65 дБ. При определении динамического диапазо- на максимальным считается уровень, вероятность превышения которого равна 2%, а мини- мальным - 98%.
Средняя мощность сигнала вещания существенно зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым измерительным уровнем средняя мощность составляет 923 мкВт при усредне- нии за час, 2230 мкВт - за минуту и 4500 мкВт - за секунду. Максимальная мощность сигнала вещания в точке с нулевым измерительным уровнем составляет 8000 мкВт.
Частотный спектр сигнала вещания расположен в полосе частот 15 – 20 000 Гц. При пе- редаче как телефонного сигнала, так и сигналов вещания полоса частот ограничивается. Для достаточно высокого качества (каналы вещания первого класса) эффективная полоса частот должна составлять 0,05 - 10 кГц, для безукоризненного воспроизведения программ (каналы высшего класса) 0,03 - 15 кГц.
Факсимильный сигнал формируется методом построчный развертки. Частотный спектр первичного факсимильного сигнала определяется характером передаваемого изображения, ско- ростью развертки и размерами сканирующего пятна.
Телевизионный сигнал также формируется методом развертки. Анализ показывает, что энергетический спектр телевизионного сигнала сосредоточен в полосе частот 0 - 6 МГц. Ос- новным параметром дискретного сигнала с точки зрения его передачи является требуемая ско- рость передачи (бит/с). Аналогичные параметры определяются и для каналов связи. Параметры каналов связи должны быть не меньше соответствующих параметров сигналов. Свести пара- метры аналоговых сигналов к единому параметру (скорости передачи) позволяет преобразова- ние этих сигналов в цифровые
Система электросвязи - совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений. Сообщение при помощи преобразователя сообщение- сигнал преобразуется в первичный электрический сигнал. Первичные сигналы не всегда удобно
(а иногда невозможно) непосредственно передавать по линии связи. Поэтому первичные сигна- лы при помощи передатчика преобразуются в так называемые вторичные сигналы, характери-