1. Цель работы

Изучение основных понятий: непрерывность и дискретность, символы, кодовые признаки. Изучение видов телеграфии. Представление отсчетов в различных системах счисления.

2. Сведения из теории

Основные понятия, с которыми знакомятся студенты при изучении теории передачи сигналов, есть информация (т.е. необходимые сведения об объектах, субъектах), сообщение и сигнал. Информация абстрактна, она может быть представлена в виде команд, сообщений. Сообщение в свою очередь может быть передано только с помощью сигналов, являющихся физическими процессами, в параметрах которых отображено это сообщение.

Каналом передачи информации называется совокупность технических средств между источником информации и ее получателем. Линия связи это физическая среда, по которой транспортируется сигнал, она входит в состав канала. Линия связи может быть одна на несколько каналов. Ее обычно считают одним из основных мест, где сосредоточены помехи. Помеха – это всякое нежелательное воздействие на сигнал, затрудняющее его прием.

Понятие о непрерывности и дискретности имеет очень большое значение в теории связи. Дискретной величиной называется величина, принимающая только определенное число значений. Величина, которая может принимать бессчетное множество значений, называется непрерывной. Например, число вагонов в составе – дискретная величина, а вес вагона – непрерывная, т.к. этот вес может быть любым в пределах суммы грузоподъемности вагона и его собственного веса.

Сигнал по определению есть физический процесс, т. е. некоторая зависимость от времени. Т.к. время непрерывно, сигнал также непрерывен во времени. Если не углубляться до квантовых уровней – сигнал непрерывен и по множеству, он может принимать любое значение внутри некоторого диапазона.

Констатируем – всякий сигнал непрерывен. Все, что мы видим на осциллографе – непрерывные сигналы. Существует, однако, понятие – дискретный сигнал. Дискретный сигнал это совокупность цифр, букв, например, напечатанный текст. Как только этот текст зазвучал, т. е. превратился в сигнал, он стал непрерывным.

Что же касается сообщений, то они практически всегда дискретны. В автоматике это команды, например, включить-выключить. Существуют и источники аналоговых сообщений, например, датчики температуры, давления, скорости. Передача в линию связи напряжения, пропорционального измеренному параметру и контроль этого напряжения в точке приема с помощью вольтметра есть аналоговая система передачи информации. Если нет необходимости передавать все мгновенные значения параметра, можно передавать отдельные отсчеты.

Отсчет – это число без размерностей. Оно может быть нормировано. Например, диапазон напряжений от –50 до +50 В может быть условно представлен в диапазоне от 0 до 1 В или от 0 до 100 В. Чем шире диапазон, тем точнее может быть передано значение параметра. Передача отсчетов осуществляется в дискретном канале.

Преобразование непрерывного сигнала в дискретный и наоборот является одним из основных преобразований в теории передачи сигналов.

Сегодня преимущества дискретных систем связи перед непрерывными несомненны. Наша задача понять, почему это так, и ответить на множество вопросов, связанных с разработкой дискретных систем передачи информации.

Один из них – выбор системы счисления, т. е. основания кода.

Кодированием называется представление сообщения в виде совокупности символов. Под символом понимают элементарный сигнал, отличающийся от другого символа кодовым признаком.

В настоящее время наибольшее распространение в технике связи получила двоичная система счисления (0, 1), при которой отличить один символ от другого очень просто, например, есть или нет какая либо посылка. При основании кода m=10 один символ от другого отличить значительно сложнее, однако, число, записанное в этой системе счисления, будет существенно короче, чем при основании m=2. Так, тремя десятичными символами можно записать число 999, тогда как для записи этого же числа двоичными символами потребуется десять символов.

При основании кода m=4 длина кодовой комбинации n=5; сигнал, соответствующий символам 0,1,2,3, является четырехпозиционным.

Сравнивая три способа записи и, следовательно, передачи данного числа, мы видим, что при m=10 скорость передачи может быть больше, а при m=2 возрастут надежность или качество. При разработке любой системы передачи информации всегда возникает альтернативная ситуация: скорость или качество, увеличение одного приводит к снижению другого.

Основание системы счисления, в которой записано число, обычно обозначается нижним индексом. Например, 555₇ – число, записанное в семеричной системе счисления. Если число записано в десятичной системе, то основание, как правило, не указывается. Основание системы – это тоже число, и его мы будем указывать в обычной десятичной системе. Вообще, число x может быть представлено в системе с основанием p, как , где a_n, ..., a₀ – цифры в представлении данного числа. Так, например,

;

.

Для того чтобы нормально оперировать с числами, записанными в системах счисления, отличных от десятичной, важно понимать, что принципиально они ничем не отличаются от привычной нам десятичной. Сложение, вычитание, умножение в них осуществляется по одной и той же схеме.

Самая замечательная система счисления – двоичная. В ней используются только две цифры: 0 и 1. И значит, имеется только два однозначных числа. Конечно, в двоичной системе запись числа будет, как правило, длиннее, чем в десятичной. Вот как выглядит запись первых шестнадцати чисел в десятичной и двоичной системах счисления:

Таблица 1

Десятичная система	Двоичная система	Десятичная система	Двоичная система
1	1	9	1001
2	10	10	1010
3	11	11	1011
4	100	12	1100
5	101	13	1101
6	110	14	1110
7	111	15	1111
8	1000	16	10000

В системах передачи информации используют код с основанием m=2 потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами.

• для ее реализации используются технические элементы с двумя возможными состояниями (есть ток – нет тока, намагничен – не намагничен), а, например, не с десятью, как в десятичной, что намного проще;

• представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;

• возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;

• двоичная арифметика проще десятичной;

• двоичные таблицы сложения и умножения предельно просты.

В этой системе всего две цифры. Каждая цифра называется двоичной (от английского binary digit – двоичная цифра). Сокращение этого выражения привело к появлению термина бит, ставшего названием разряда двоичного числа. Веса разрядов в двоичной системе изменяются по степеням двойки. Поскольку вес каждого разряда умножается либо на 0, либо на 1, то в результате значение числа определяется как сумма соответствующих значений степеней двойки.

Ниже в табл. 2 показаны значения весов для 8-pазpядного числа (1 байт):

Таблица 2

Номер разряда	7	6	5	4	3	2	1	0
Степень двойки	27	26	25	24	23	22	21	20
Значение позиции	128	64	32	16	8	4	2	1

Если какой-либо разряд двоичного числа равен 1, то он называется значащим разрядом. Ниже (табл. 3) показан пример накопления суммарного значения числа за счет значащих битов:

Таблица 3

Значение числа	145
Значение позиции	128	64	32	16	8	4	2	1
Значение, входящее в сумму	128			16				1
Двоичное число	1	0	0	1	0	0	0	1

Нетрудно догадаться, что максимальное значение двоичного числа ограничено числом его разрядов и определяется по формуле M = 2ⁿ–1, где n – число разрядов. В вычислительной технике эти числа имеют фиксированные значения 4, 8, 16, 32, а соответствующие им числа будут иметь следующие максимальные значения (табл. 4):

Таблица 4

Число разрядов	Максимальное значение числа
4	15 (полубайт)
8	255 (байт)
16	65535 (слово)
32	4294967295 (двойное слово)