Практическое занятие №2

Первичные стандартные коды

1 Цель работы

Используя таблицу кодирования, закодировать требуемую информацию. Знать принцип кодирования, работу устройств преобразования сообщений в сигналы и обратно.

2 Теоретическая часть

Как известно, телеграфная связь и передача данных в отличие от других видов электросвязи предназначены для передачи дискретных сообщений, т. е. сообщения состоят из конечного числа знаков, наборов цифр, букв. Дискретный характер сообщений позволяет использовать в системах кодовый метод преобразования сообщения в сигнал и обратно. Сигналы в этих системах также имеют дискретный характер. Любые по объему дискретные сообщения представляют собой заранее известный набор знаков, комбинируемых определенным образом. Это обстоятельство позволяет упростить процесс передачи и приема подобных сообщений.

Так как все возможные знаки сообщений заранее известны на обоих концах системы электросвязи, то достаточно передавать на приемную сторону не сами знаки, а информацию о том, какой знак из набора следует использовать в каждом случае. Например, любой печатный текст состоит из конечного числа знаков (букв, цифр, знаков препинания), который, допустим для русского алфавита, составляет 32, а значит, вместо букв можно передавать их порядковые номера от 0 до 31. При этом каждому символу (букве) дискретного сообщения должно соответствовать определенное число (номер). Закон, по которому устанавливается нумерация, выбирается с учетом особенностей данного конкретного источника. Совокупность чисел составляет алфавит символов сигнала. Операция сопоставления (идентификации) элементов алфавита символов сообщений элементам символов сигнала называется кодированием. При этом алфавит символов сообщений называют первичным алфавитом, а соответствующие им элементы алфавита символов сигнала – первичным кодом. В дальнейшем первичный код может быть подвергнут дополнительному кодированию, в частности помехоустойчивому. Первичный код по отношению к первичному алфавиту символов сообщения будет являться вторичным алфавитом.

Таким образом, кодированием называют преобразование дискретных сообщений в дискретные сигналы, представляемые в виде кодовых комбинаций, а декодированием – обратный процесс однозначного восстановления передаваемых дискретных сообщений.

Из информатики вам известно, что в современных дискретных видах связи используют, как правило, двоичное счисление, и системы называются двоичными.

Знаки сообщений при передаче заменяются их условными обозначениями, в частности порядковыми номерами, представляющими собой комбинации цифр 0 и 1. Эти комбинации принято назвать кодовыми комбинациями, а отдельные цифры, входящие в комбинации, – элементами комбинаций.

Однако нумерация знаков сообщений не единственный способ построения кодов. В настоящее время разработаны коды, которые обладают различными свойствами и возможностями. Они отличаются принципами построения, числом различных элементов, из которых составляются комбинации, числом элементов в комбинациях и числом возможных комбинаций.

Наибольшую известность и распространение получил код, предназначенный для передачи телеграфных сообщений, предложенный в 1837 г. американским изобретателем С. Морзе. Комбинации этого кода составляются из двух элементов, которые принято называть «точка» и «тире». При этом разные кодовые комбинации содержат разное число двоичных элементов. Так, комбинация буквы Е состоит из одного элемента – «точки»,а комбинация буквы С – из трех точек и т. д. Такой код называется неравномерным, т. е. его комбинации содержат различное число знаков. Элементы кодовых комбинаций «1» и «0» используются в двух сочетаниях: как одиночные (0 и 1) или как тройные (111 и 000). Сигнал, соответствующей одной единице, называется точкой, трем единицам – тире. Нуль используется как элемент, отделяющий один знак от другого. Совокупность трех нулей завершает каждую кодовую комбинацию, что позволяет отделить одну букву от другой. Таким образом «000» – это маркер, обеспечивающий фазирование по циклам. Неоптимальность, а следовательно, и избыточность кода Морзе заложена в самой структуре построения кода, в наличии маркера «000». Положительным свойством кода Морзе является высокая помехоустойчивость (за счет избыточности) и возможность приема на слух.

Для устранения недостатка, связанного с неравномерностью кода, французский инженер Ж. Бодо в 1874 г. предложил для телеграфной связи использовать двоичный равномерный пятиэлементный код. Равномерные коды могут быть построены из неравномерных путем добавления каких-то элементов к комбинациям, имеющим меньшее число элементов. Учитывая заслуги Ж. Бодо в области телеграфии, Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ) в 1927 г. постановил единицу скорости манипуляции называть в его честь бодом. Если в секунду передается один элементарный импульс, то скорость передачи равна 1 боду.

Поскольку пятиэлементный двоичный код позволяет получить только 32 кодовые комбинации (2⁵=32), а число необходимых кодовых комбинаций для передачи различных букв, цифр и знаков равно 56, то при использовании кода Бодо применяется двухрегистровый режим работы. При этом весь первичный алфавит (буквы, цифры, знаки) разделяется на две равные группы (два регистра), в каждой из которых оказывается по 28 символов алфавита. Каждому регистру приписывается специально выделяемая кодовая комбинация, которая является его признаком (адресом). При переходе от одного регистра к другому производится смена адреса, и те же самые кодовые комбинации используются теперь для передачи величин, входящих в состав второго регистра.

В тех случаях, когда структура передаваемых сообщений такова, что переходы с одного регистра на другой и обратно используются сравнительно редко, среднее время для передачи одного знака сообщения при пятиэлементных кодовых комбинациях, оказывается меньшим по сравнению с использованием непосредственно шестиэлементного кода (2⁶=64).

В конце ХIХ века американский инженер Д. Муррей предложил двоичный пятиэлементный код, который отличался от кода Бодо тем, что для наиболее часто встречающихся букв и знаков использовались кодовые комбинации с наименьшим числом ненулевых разрядов. Такой код позволил уменьшить нагрузку на телеграфную аппаратуру и повысить надежность ее работы.

В 1931 г. МККТТ принял стандартный код 1, в основу которого положен код Бодо. В 1932 г. был принят стандартный код 2, в основу которого положен код Муррея. Для телеграфных аппаратов с русско-латинским алфавитом был разработан вариант Международного телеграфного кода 2 (МТК-2). Таблица этого равномерного 5-тиэлементного кода составлена так, чтобы на регистрах «буквы латинские » и «цифры» она совпадала с Международным стандартом МККТТ. Для русского алфавита введен третий регистр, переход на который осуществляется передачей комбинации из пяти нулей. Разместить 31 русскую букву аналогично латинским не удается, поэтому 5 русских букв помещены в цифровом регистре.

Внедрение ЭВМ в системы управления потребовало передачи по каналам связи ряда вспомогательных служебных комбинаций, т. е. расширения первичного кода. В связи с этим был разработан и применяется в системах передачи данных семиэлементный равномерный код¸ названный стандартным кодом передачи данных (СКПД).

Скорость передачи информации.

При передаче информации в цифровой связи используются два понятия скорости передачи: техническую и информационную.

Техническая скорость характеризует быстродействие аппаратуры, входящей в состав передающей части системы связи. Она определяется количеством элементов дискретного сообщения, переданных в секунду и называется бодом. Техническая скорость определяется величиной, бод:

где τ₀ – длительность посылки одного элемента дискретного сообщения.

Техническую скорость передачи часто называют скоростью манипуляции (модуляции). При В= 1000 бод, τ₀= 1 мс; В=50 бод, τ₀= 20 мс.

Под информационной скоростью понимают количество информации, поступившее по линии связи от источника информации к получателю за одну секунду. Информационная скорость числом двоичных единиц (бит) в секунду.

Необходимо отметить отличие в понятиях пропускной способности канала (информационной скорости) и технической скорости (скорости манипуляции). Пропускная способность характеризует быстродействие канала с информационной точки зрения, а скорость манипуляции – технические возможности аппаратуры.

Устройства преобразования дискретных сообщений в сигналы

Преобразование происходит в три этапа: первый – кодирование, второй – распределение элементов комбинации во времени, третий – последовательное преобразование элементов комбинации в электрические импульсы и передача их в канал.

Процесс преобразования знака сообщения (буквы Ф) в сигнал показан на рисунке 1.

→

Рисунок 1. Последовательность преобразования знака сообщения в сигнал

В передатчиках каждый этап преобразования выполняется специальным устройством, поэтому передатчики дискретных систем имеют три основных и ряд вспомогательных элементов (рисунок 2).

Основными элементами передатчиков являются: кодирующее устройство, распределительное и выходное устройства. Кодирующее устройство обеспечивает преобразование знаков сообщения в кодовые комбинации (1 этап). В него вводится знак, а с выхода снимается соответствующая n-элементная комбинация.

Рисунок 2. Структурная схема передатчика дискретной системы связи

Поэтому устройство имеет n выходов. Элементы кодовой комбинации одновременно (параллельно) подаются на входы распределителя, который обеспечивает поочередную подачу их на выходное устройство (2 этап). Выходное устройство выполняет последовательное преобразование элементов комбинации в электрические импульсы (3 этап). К вспомогательным устройствам относятся: устройства ввода знаков, задающее, управления и др.

Устройства преобразования сигналов в сообщения

Выполняется специальным устройством, называемым приемником, который преобразует комбинации двоичных импульсов в знаки сообщения. Это преобразование выполняется в четыре этапа (рисунок 3).

Рисунок 3. Последовательность преобразования дискретного сигнала в знак сообщения

Н а первом этапе происходит последовательный поэлементный прием сигнала, в результате чего электрические импульсы преобразуются в элементы кодовой комбинации. На втором этапе происходит запоминание и накопление элементов комбинации на специальных двоичных устройствах. На третьем этапе эта комбинация декодируется. На четвертом – производится запись или печатание знака на бумаге. Приемники дискретных систем имеют четыре основных и несколько вспомогательных элементов (рисунок 4).

Рисунок 4. Структурная схема приемника

Входное устройство имеет один вход и один выход. Наборное устройство имеет n выходов, по которым одновременно подаются на декодирующее устройство элементы комбинации. Следовательно, декодирующее устройство имеет n входов, а число выходов равно числу возможных знаков. Однако каждый раз срабатывает только один выход, соответствующий принятой комбинации и связанный с устройством записи определенного знака. Вспомогательными элементами приемников являются: распределитель, задающее, управляющее и корректирующее устройства. Распределитель играет сложную функцию, заключающуюся в определении моментов срабатывания двоичных элементов наборного устройства. Выбор и установка оптимального момента срабатывания осуществляется с помощью специального корректирующего устройства, позволяющего добиться наиболее устойчивой работы наборного устройства. Скорость работы распределителя определяется задающим устройством, а режим его работы – управляющим устройством.

В современных цифровых системах связи кодированные сообщения передаются по каналам связи с постоянной скоростью и представляют собой непрерывную последовательность «1» и «0». Поэтому необходима синхронизация отсчетов времени в передатчике и приемнике для верного декодирования как отдельных сигналов, так и кодовых слов.

Длительность и последовательность передачи посылок комбинации определяются распределителем передачи, а последовательность и скорость работы элементов приемника – распределителем приема. Значит необходима синхронная и синфазная работа распределителей оконечных аппаратов.