УДК

ББК

Ч

Рецензенты:

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры системного анализа и управления института САУ Международного университета природы, общества и человека «Дубна» А. Н. Бугров;

доктор технических наук, профессор кафедры распределенных информационно-вычислительных систем института САУ Международного университета природы, общества и человека «Дубна» В. В. Кореньков

Чернягин, Д. В.

Ч Методы кодирования в тракте передачи данных : учеб. пособие / Д. В. Чернягин, Ю. А. Крюков, А.В. Гребенников — Дубна : Междунар. университета природы, общества и человека «Дубна», 2013. — 58, [2] с.

ISBN

В лабораторном практикуме приведены описания лабораторных работ по курсу «Современные перспективные технологии телекоммуникаций», включающие разделы «Импульсно-кодовая модуляция», «Кодирование данных» и «Спектр сигнала». В каждом описании рассматриваются основные понятия и закономерности, методика и порядок выполнения работы, контрольные вопросы.

Пособие предназначено для студентов с целью приобретения базовых знаний о принципах кодирования в компьютерных сетях. Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям: «Информатика и вычислительная техника», «Приклабная информатика», «Фундаментальная информатика и информационные технологии».

ISBN 978-5-89847-???-? © Междунар. ун-т природы, о-ва и человека «Дубна», 2013

© Чернягин Д. В., Крюков Ю. А., Гребенников А.В. 2013

Введение

OSI (Open System Interconnections) reference model — эталонная модель взаимодействия открытых систем. Эта модель была разработана международной организацией по стандартизации в 1984 г., и она позволяет универсальным образом описать логику информационного обмена между взаимосвязанными системами и абонентами. Эталонная модель содержит семь уровней. На самом нижнем (физическом) уровне этой модели между терминалом и сетевым оборудованием обеспечивается связь, а на самом верхнем (прикладном) — обслуживание средств пользователей.

Уровни 1—3 называются нижними, а уровни 5—7 верхними. Уровень 4 является транспортной средой между нижними и верхними уровнями. Два нижних уровня модели могут реализоваться как аппаратно, так и программно, а верхние — преимущественно программно. Основная идея модели состоит в том, что одни и те же уровни разных систем взаимодействуют по идентичным протоколам и предоставляют сервис для вышестоящих уровней. При переходе от одного уровня к другому к полезной информации добавляются заголовки, содержащие служебные данные, необходимые другим уровням. Для реализации системы связи не обязательно использовать все семь уровней модели OSI. Так, обмен данными в радиосетях может быть описан с помощью трех нижних уровней, что резко уменьшает число межуровневых связей, а, следовательно, упрощает модель.

На рис. 1 сравнивается модель OSI с моделью TCP/IP и их протоколами.

Исторически так сложилось, что развитию цифровых сетей передачи данных предшествовало развитие телефонных сетей. Инженерами внедрялись различные технологи для повышения качества передачи человеческой речи по телефонным каналам связи. Однако аналоговая передача сигналов приводила к существенной проблеме — накопление искажений и шумов в процессе ретрансляции этих сигналов. Для устранения этой проблемы Алек Ривс в 1937 г. впервые применил импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ) для голосового сигнала с частотой дискретизации 8 кГц при 8-битовом аналого-цифровом преобразовании (АЦП). Но в то время еще не существовало эффективных технологических средств для реализации такой схемы.

Рис. 1. Сравнение между моделями OSI и TCP/IP

Цифровая связь берет свое начало в 70-х гг. XX в. Именно в это время начинается бурное развитие цифровой электроники и появляется возможность реализации схемы Алека Ривса. В основе аналого-цифрового преобразования лежит теорема Найквиста — Котельникова, в которой требуется, чтобы частота дискретизации сигнала всегда превосходила полосу обрабатываемого сигнала более чем в два раза. Для передачи голоса в аналоговой телефонии выбран частотный диапазон от 300 до 3400 Гц. В соответствие с теоремой Найквиста — Котельникова¹ для качественной передачи голоса в телефонных сетях достаточно выбрать частоту дискретизации 2  3400 = 6800 Гц. Однако для оцифровки голосового сигнала была выбрана частота дискретизации 8 кГц, обеспечивающая некоторый запас качества. Следующим шагом в цифровом преобразовании голосового сигнала является квантование амплитуды этого сигнала. В соответствие с принятыми стандартами во многих странах выбрано различное количество уровней квантования, в частности в Европейских странах выбран 8-битовый код, что обеспечивает 2⁸ = 256 уровней квантования, а в США и Японии 7-битовый код.

Как правило, аналого-цифровое преобразование осуществляется на прикладном уровне модели OSI.