Structura unui SCR

Prin sistem de comunicatii radio se intelege acel sistem care realizeaza transmiterea mesajelor intre doua puncte utilizand propagarea undelor electromagnetice in spatiul liber.

Schema bloc a unui sistem de comunicatii radio este reprezentata in figura

Fig. 1.3 Schema bloc a unui sistem de comunicatii radio.

Sursa de mesaje actioneaza asupra traductorului T care transforma mesajele in semnale electrice. Aceste semnale moduleaza in continuare o purtatoare cu scopul de a realiza un bun randament al propagarii si receptiei. Modulatiile folosite pot fi analogice (liniare, exponentiale etc.) sau numerice (MIC, , si altele).

Semnalul modulat este amplificat cu ajutorul ARF-ului si transmis prin canalul de comunicatie radio pana la punctul de receptie.

Din cele prezentate, rezulta ca rolul emitatorului consta in a prelucra mesajul primit de la sursa de mesaje pentru a-l aduce la o forma adecvata transmiterii spre punctul de receptie.

La trecerea prin canalul de comunicatie, semnalul propagat sufera o serie de transformari, si anume, el este atenuat, intarziat, afectat de perturbatii.

Semnalul captat la punctul de receptie este amplificat de amplificatorul selectiv, demodulat si aplicat traductorului care face operatia inversa celei de la emisie, obtinandu-se mesajul la receptie care este destinat utilizatorului.

Calitatea sistemului este apreciata prin compararea mesajului transmis cu cel refacut la receptie folosind diverse criterii de fidelitate.

Prin urmare, rolul receptorului, ce constituie punctul final al unui sistem de comunicatii, este de a obtine prin prelucrarea semnalului captat de antena, un mesaj cat mai apropiat de cel oferit de sursa de mesaje.

Pentru a se putea realiza comunicatia radio, adica transferul informatiei de la o sursa spre un destinatar prin intermediul spatiului liber, este necesar sa fie indeplinite urmatoarele conditii:

sursa si destinatarul trebuie sa realizeze un acord in ceea ce priveste reprezentarea simbolica a informatiei de transmis (de exemplu: asupra tipului de modulatie, asupra codului utilizat etc.);

canalul trebuie sa fie transparent, adica sa joace numai un rol neutru in transmitere, fara a interveni asupra informatiei de transmis;

canalul trebuie sa fie adaptat (atat tehnic cat si economic) la tipul sursei si destinatarului intre care se realizeaza comunicatia;

informatia de transmis trebuie pusa sub o forma compatibila cu canalul.

1 Sursa de mesaje

De la teoria transmisiunii informatiei se cunoaste:

definitia surselor de informatie si tipurile care sunt: - surse discrete,

- surse continue;

definitia informatiei continuta de un mesaj :

(1.1)

unde este probabilitatea de aparitie a mesajului respectiv.

Unitatea de masura pentru informatie este Shannon-ul ( Sh, pentru );

entropia sursei sau informatia medie pe mesaj, notata cu H;

decizia sau entropia maxima a unei surse,

(1.2)

Unitatea de masura pentru entropia maxima este bit-ul (bit cand alegerea trebuie facuta intre doua evenimente sau simboluri echiprobabile, adica o alegere binara):

redundanta,

(1.3)

debitul de informatie , care reprezinta cantitatea de informatie medie produsa de sursa in unitatea de timp (Sh/s);

debitul de decizie, numit adesea si debit binar,

(biti/s) , ( - timpul mediu pentru transmiterea unui simbol) (1.4)

a) - Codarea

Pentru a adapta mai bine informatia de transmis la caracteristicile cunoscute ale canalului se foloseste codarea care se realizeaza sub doua forme, urmarind scopuri in parte contradictorii:

Codarea sursei - care este necesara pentru a reduce redundanta acesteia si a transmite un debit de decizie minim.

Exemplu: Codul Morse optimizeaza timpul mediu de transmis al unui text, deoarece autorul a avut ideea de a coda cu simboluri cat mai scurte literele cele mai utilizate in limba pentru care l-a conceput (adica limba engleza, unde );

Codarea de canal (de linie) - care este necesara pentru protectie impotriva efectelor datorate imperfectiunilor canalului. Aceasta codare necesita introducerea unei redundante precizate, utila de exemplu pentru a realiza detectia, corectia erorilor etc.

Ambele operatii sunt costisitoare: prima in echipamente, a doua in ceea ce priveste cresterea debitului in canalul de comunicatie. De aceea ele se justifica numai intr-o viziune globala de optimizare a sistemului.

b) - Caracteristicile surselor si utilizatorilor de informatie si consecintele pentru sistemele de comunicatie radio

1) - Vocea umana si vorbirea

Vocea este un vector de informatie analogica si studiul sau este foarte complex. Pentru utilitati in telecomunicatii, caracteristicile principale ale vocii si sunetelor produse, pe de o parte, si ale vorbirii care structureaza sunetele intr-o limba, pe de alta parte, sunt:

Vocea este un fenomen aleatoriu nestationar si discontinuu in timp, si numai o abordare statistica a fenomenului este corecta, fiind descompus in componente presupuse cvasistationare.

Spectrul energiei (repartitia in frecventa a energiei) difera foarte mult de la un sunet component la altul.

Domeniul spectral de ansamblu al sunetelor vocale se intinde in majoritatea cazurilor intre 80 Hz ÷12 kHz cu o descrestere serioasa a energiei spre frecvente inalte.

Distributia statistica a amplitudinilor instantanee este complexa si variabila. Ea poate fi aproximata in mod grosier printr-o distributie exponentiala unde valoarea eficace difera mult de la un individ la altul (v. fig. 1.4).

Fig. 1.4 Aproximarea distributiei statistice a amplitudinilor instantanee ale vorbirii.

Structura in timp a vorbirii este foarte neuniforma. Cuvintele si frazele sunt separate de pauze mai mari de 100 ms care reprezinta 50% din timp in cazul monologului si 75% pentru fiecare individ in cazul dialogului.

Debitul mediu al vorbirii este evaluat intre 80÷200 cuvinte/minut.

Pentru alfabetul latin care are caractere (26 litere + 1 pauza) se determina biti/caracter, si luand o medie de 5 litere/cuvant, rezulta un debit binar biti/s. Daca se calculeaza debitul maxim, se obtine

biti/s. (1.5)

2) - Auzul

Pentru telecomunicatii intereseaza urmatoarele caracteristici ale urechii umane:

Sensibilitatea urechii depinde de frecventa si de intensitatea sunetului.

Domeniul de audibilitate se intinde aproximativ intre 20 Hz÷16 kHz (deci este bine adaptat vocii).

Urechea este insensibila la diferenta de faza intre doua componente ale semnalului sonor.

Efectul distorsiunilor neliniare este cu atat mai important cu cat banda ocupata de semnal este mai mare.

Consecinte pentru transmisia telefonica

Caracteristicile vorbirii si auzului mentionate mai sus sunt exploatate de sistemele telefonice astfel:

Banda de trecere este limitata la domeniul Hz, suficient pentru asigurarea inteligibilitatii;

Preponderenta componentelor de joasa frecventa in spectru justifica utilizarea modulatiilor diferentiale (MD si MICD);

Insensibilitatea urechii la defazaje permite utilizarea modulatiilor care nu conserva faza (modulatii BLU);

Pentru canalele scumpe, pauzele unei conversatii (convenabil detectate) pot fi utilizate pentru a intercala alte mesaje (parti din alta conversatie, date etc). Este asa-zisa metoda de interpolare-temporala.

3) - Muzica

Desi destinatia este tot urechea ca si in cazul vorbirii, sursa de informatie continua pe care o reprezinta muzica se distinge prin:

un spectru mediu pe timp suficient de lung mai extins spre frecvente inalte;

existenta frecventelor joase incepand de la 15 Hz;

pauze mai putin frecvente.

Ca urmare, conditiile impuse canalului sunt mai severe, mai ales in ceea ce priveste limita superioara a benzii (10 sau 15 kHz), raportul semnal/zgomot si gradul de distorsiuni.

4) - Textul

Textul este un document constituit din caracterele unui alfabet finit. El contine o informatie numerica, produsa de o sursa discreta pe baza regulilor semantice (semnificatia cuvintelor) si sintactice (de gramatica) proprii unei limbi.

Pentru telegraf si telex se utilizeaza alfabetul latin:

26 - litere; 10 - cifre; pauza; cateva semne de punctuatie.

Teletextul (serviciul de teledactilografie asociat biroticii) utilizeaza un alfabet de 128 caractere si comenzi.

Videotextul, care este reprezentarea informatiei scrise si grafice pe ecranul unui receptor TV, foloseste un alfabet format din caracterele alfanumerice ale unui text completate cu elemente de grafica simpla cu ajutorul carora se pot realiza scheme si semne.

5) - Imagini fixe in alb-negru

Imaginea este un document bidimensional, de natura analogica la origine. Pentru a fi transmisa, este transformata sub o forma numerica printr-o analiza secventiala, de obicei punct cu punct (operatie denumita tramaj). Prin acest procedeu, imaginea este reprezentata prin puncte discrete a caror intensitate luminoasa este cuantificata intr-un numar finit g de trepte de gri.

Pentru o imagine cu suprafata A, analizata cu o rezolutie de r puncte/unitatea de lungime, rezulta o cantitate de decizie,

biti (1.6)

Timpul necesar transmiterii acestei imagini printr-un canal cu debitul binar v este

(1.7)

Deoarece exista o dependenta unidimensionala (in cazul liniilor) sau una bidimensionala (in cazul suprafetelor) intre punctele vecine ale unei imagini coerente, rezulta ca entropia H este mai mica decat cantitatea de decizie D, adica avem de a face cu o redundanta. Printr-o codare convenabila a sursei se poate diminua D si bineinteles timpul de transmisie.

Sistemul de fax (facsimil, telecopiere) permite transmiterea imaginilor fixe cu caracteristicile urmatoare:

(1.8)

Timpul de transmitere pentru o pagina printr-un canal telefonic normal, cu viteza biti/s si fara reducere de redundanta, este in jur de 6 minute (6,43 minute).

Cu o codare a sursei si utilizarea unui canal cu biti/s, poate fi redus la 1 minut.

6) - Imagini mobile in alb-negru

Iluzia de miscare este data prin succesiunea suficient de rapida a unor imagini fixe prin fata ochiului (se speculeaza persistenta pe retina). Daca i este numarul de imagini pe unitatea de timp, rezulta imediat ca debitul binar pentru o imagine convertita numeric pe baza relatiei (1.6) este

(1.9)

Pe langa redundanta intrinseca a fiecarei imagini apare si una dinamica, deoarece imaginile succesive nu sunt complet independente. Aceasta dubla redundanta conduce la o preponderenta a frecventelor joase in semnalul video, semnal analizat la disciplina Televiziune.

Banda ocupata de semnalul video comercial este cuprinsa intre 0 si 6 MHz sau 7 MHz, in functie de standard.

Pentru videotelefonie s-a incercat reducerea acestei benzi imense, micsorand formatul imaginii, rezolutia luminoasa (numarul treptelor de gris g) si pe cat posibil redundanta. Din aceasta cauza videotelefonia nu a avut un succes prea mare pana in prezent.

7) - Imagini in culori

Pe langa intensitatea luminoasa, specifica si imaginilor alb-negru, informatia cu privire la culoare, crominanta, se mai descompune in alti doi parametrii suplimentari:

culoarea propriu-zisa (compozitia spectrala in sens optic),

saturatia culorii.

Acesti trei parametri pot fi obtinuti din trei componente monocrome judicios alese, ca de exemplu: rosu, verde si albastru, a caror insumare permite reconstituirea practica a oricarei nuante colorate.

Pentru a evita triplarea debitului (deci a benzii necesare) pentru o imagine in culori fata de una alb-negru, se tine seama de proprietatile fiziologice ale ochiului (detalii la disciplina de Televiziune).

8) - Date

Prin date se intelege in general informatia de natura numerica, reprezentata sub forma codata in vederea prelucrarii de catre mijloacele automate. Sursele si destinatarii sunt in primul rand masinile (calculatoarele, procesoarele etc.) si indirect omul.

Termenul de date este utilizat si in mod generic ingloband toate informatiile care pot fi transmise sub forma numerica prin diverse retele.

Debitul binar al sursei de date trebuie pus in corespondenta cu debitul posibil al canalului de comunicatie disponibil.

De exemplu: - calea telegrafica: biti/s

- cale telefonica analogica: biti/s

- cale telefonica numerica: kbiti/s etc.

c) - Comparatie intre cerintele diferitelor servicii

In figura 1.5 este prezentata comparativ importanta relativa a diferitelor servicii de comunicatie in ceea ce priveste:

largimea de banda B admisa pentru transmisiuni analogice;

debitul binar v necesar pentru transmisiuni numerice.

Fig. 1.5 Largimea de banda ocupata si debitul binar pentru diferite servicii de comunicatie.

2 TRADUCTOARELE

Sursa de mesaje actioneaza asupra traductorului T care transforma mesajele (informatia deja codata) in semnal electric. La receptie, operatia inversa (reciproca), este realizata de traductorul .

Cateva exemple de traductoare electrici intalniti curent in sistemele de comunicatii radio sunt: microfonul, casca, difuzorul (studiati la Electroacustica), camera video, monitorul (studiati la Televiziune) etc.

Semnalul electric oferit de traductoare este o marime fizica variabila, purtatoare de informatie.

Aceasta definitie a semnalului conduce la urmatoarele concluzii:

semnalul se distinge de zgomot prin faptul ca el contine informatia;

aceasta diferentiere are sens daca relatia intre informatie si semnal este bine definita si de aceeasi maniera pentru ambii parteneri aflati in comunicatie (de exemplu un receptor interpreteaza ca zgomot un semnal care contine o informatie fara sens pentru el, dar inteligibila pentru alt receptor);

semnalele de informatie, prin natura lor, sunt intotdeauna analogice (adica parametrii au o variatie continuala), dar informatia pe care o poarta poate fi analogica sau numerica.

Prin abuz de limbaj, sunt numite 'semnale numerice', semnalele (analogice!) purtatoare de informatii numerice.

3 Modularea - demodularea

Operatia principala realizata de sistemul de CR este modularea - demodularea.

Modularea - este operatia de a transpune semnalul corespunzator informatiei intr-un alt semnal, fara a afecta sensibil caracteristicile informatiei respective, cu scopul de a facilita transmisia prin canalul dat (randament al propagarii si receptiei cat mai bun) si/sau de a realiza transmisiuni multiple prin acelasi canal.

Demodularea - este operatia inversa modularii.

Modulatiile folosite pot fi diverse. Se disting, conform unei impartiri neoficiale, doua mari categorii de modulatii (v. tabelul 1.2):

Modulatii analogice - care constau in varierea unui parametru al semnalului purtator (amplitudine, frecventa, faza, durata etc.) in ritmul valorii instantanee a semnalului modulator. Aceste modulatii nu modifica natura informatiei care poate fi analogica sau numerica.

Modulatiile analogice se pot clasifica si ele dupa:

natura informatiei transmise,

forma purtatoarei,

parametrul modulat al purtatoarei.

Modulatii numerice - care constau intr-o conversie A/N si o codare intre semnalul modulator si cel modulat. In acest caz, operatia de modulare devine o operatie de codare numerica a informatiei analogice.

Prin urmare, principiul modulatiei numerice (fig. 1.6) este convertirea informatiei analogice reprezentata de un semnal cu variatie continuala in timp (semnalul primar), intr-o secventa de caractere discrete (numere intregi) ce apartin unui alfabet finit, si apoi reprezentarea acestei secvente printr-un semnal electric (semnalul secundar). La aceasta modulatie, purtatoarea este semnalul de tact, iar parametrul controlat este codul utilizat.

Fig. 1.6 Principiul modulatiei numerice.