Вопросы по дисциплине "Устройства связи и передачи информации"

1. Устройства связи и передачи информации. Общие положения, Виды сигналов, среда передачи.

2. Основные параметры сигналов и каналов связи. Информац объем сигнала и канала. Условие согласования.

3. Структурные схемы линий связи. Основные режимы связи.

4. Основные типы линий связи. Параметры линий связи. "Длинные" ли­нии связи.

5. Режимы работы (согласования) линий связи.

6. Пропускная способность каналов связи. Соотношения Шеннона и Найквиста.

7. Кодирование и модуляция. Общие положения.

8. Дискретизация и квантование.

9. Непрерывная и дискретная модуляция. Общие сведения.

10. Типы аналоговой модуляции.

11. Импульсная модуляция сигналов.

12. Декодирование и демодуляция. Общие положения.

13. Передача аналоговых сигналов в цифровой форме. Интерполяция.

14. Физическое кодирование. Характеристика кодов NRZ, AMI.

15. Физическое кодирование. Код Манчестер, бифазный код.

16. Логическое кодирование. Применение избыточных кодов. Скремблирование.

17. Исправление ошибок. Код Хемминга (7,4). Исправление ошибок мето­дом чередования.

18. Интерфейсы. Общие понятия. Классификация интерфейсов по струк­туре соединения ФБ.

19. Полносвязный и последовательн (линия) типы интерфейсов. Струк­турн схема, параметры, особенности.

20. Топология "Шина". Структурная схема, параметры, особенности.

21. Топология "Кольцо". Структурная схема, параметры, особенности.

22. Топология "Звезда". Структурная схема, параметры, особенности

23. Классификация интерфейсов по способу передачи.

24. Интерфейсы с синхронной и асинхронной передачей данных

25. Основные способы передачи данных. Обмен в режиме прерывании программы.

26. Программно-управляемая передача данных.

27. Режим прямого доступа к памяти.

28. Частотное уплотнение в информационных сетях.

29. Временное уплотнение в информационных сетях.

30. Системы связи с разделением каналов по коду.

31. Форматы информационных пакетов. Сети с коммутацией пакетов.

32. Управление обменом в информационных сетях. Методы с детермини­рованным доступом.

33. Управление обменом в информационных сетях. Методы со случайным доступом.

34. Управление обменом в сетях типа "звезда".

35. Управление обменом в сетях типа "шина". Критерий одновременности событий.

36. Управление обменом в сетях типа "кольцо".

37. Основные параметры интерфейсных интегральных схем. Типы выход­ных каскадов.

38. Защита от импульсных перегрузок. Схемотехника защиты входных цепей интерфейсных интегральн схем.

39. Шинные формирователи. Порты ввода-вывода.

40. Параллельный и последовательный интерфейсы. Общие сведения.

41. Стандартные интерфейсы устройств связи и передачи информации. Интерфейс VME.

42. Стандартные интерфейсы. Интерфейс Multibus.

43. Стандартные интерфейсы. Интерфейс Futurebus.

44. Шина сопряжения стандарта GPIB.

45. Последовательные интерфейсы. Интерфейсы типа RS-xxx.

46. Последовательный интерфейс RS-232.

47. Последовательные интерфейсы RS-422 и RS-485.

48. Последовательная шина I²С.

49. Последовательный интерфейс SPI.

50. Универсальная последовательная шина USB.

51. Однопроводная шина 1-Wire. Паразитное питание.

52. Интерфейс CAN. Побитовый арбитраж.

53. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Энергетический баланс канала связи с ВОЛС.

54. Локальные вычислительные сети. Общие понятия. Компоненты ло­кальной сети.

55. Топологии локальных вычислительных сетей.

56. Способы повышения надежности систем связи. Кластерные системы.

57. Типовой состав оборудования локальной сети.

58. Спутниковые системы передачи информации. Принцип работы CPS.

1

информация и сообщение – общие понятия, которые часто употребляются. Но их сложно определить через более простые. Информация – разъяснение, ознакомление, осведомлённость. Обычно под информацией понимают совокупность сведений, данных о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Всё, что мы видим, слышим, помним, знаем, переживаем, – различные формы информации. Совокупность сведений становится знанием лишь после их интерпретации с учётом ценности и содержания этих сведений.

Для передачи или хранения информации используют различные знаки (символы), позволяющие представить её в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова в человеческой речи, жесты и рисунки, формы колебаний, математические знаки и т.п. Совокупность знаков, отображающих информацию, называют сообщением. Так, при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющий собой последовательность отдельных знаков – букв и цифр. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающее не только содержание, но и интонацию, тембр, ритм, иные свойства речи. При передаче движущихся изображений в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости в различных участках спектра элементов изображения. Отметим, что сообщения кроме информационной части содержат и служебную информацию: адрес получателя, сведения для соединения и разъединения тракта передачи и т.д.

Сигнал – процесс, отражающий изменения состояния некоторой системы

Измерительный сигнал – сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной в определенном диапазоне значений с заданной точностью.

Передача информации осуществляется с помощью материального носителя (бумаги, магнитной ленты, энергии электромагнитной волны и т.д.) путем направленного изменения параметров различных физических процессов. Такие операции называются модуляцией. При модуляции мгновенное значение первичного сигнала управляет одним или несколькими параметрами вспомогательного несущего сигнала.

Если сигнал представляет собой функцию x(t), принимающую только определённые дискретные значения х (например, 1 и 0), то его называют дискретным или дискретным по уровню (амплитуде) – квантованным. Если же сигнал (или сообщение) может принимать любые уровни в некотором интервале, то они называются непрерывными или аналоговыми.

Если сообщение или сигнал задают не на всей оси времени, а в определённые моменты, то такие сообщения (сигналы) называют дискретными по времени в отличие от непрерывных, заданных на всей оси t. Например, речь является сообщением непрерывным как по уровню, так и по времени, а датчик температуры, выдающий её значения через каждые 5 мин, служит источником сообщений, непрерывных по величине, но дискретных по времени. Если уровни сигнала с конечным числом дискретных уровней пронумеровать числами, то сигнал называют цифровым.

Сообщение "а" с помощью датчиков преобразуется в электрическую величину b(t) – первичный сигнал. При передаче речи такое преобразование выполняет микрофон, при передаче изображения – телевизионная камера. В большинстве случаев первичный сигнал является низкочастотным колебанием, которое отображает передаваемое сообщение.

В некоторых случаях первичный сигнал непосредственно передают по линии, например, в обычной городской телефонной связи, или в пределах печатной платы, функционального блока. Для передачи на большие расстояния или при многоканальной передаче первичный сигнал преобразуют в высокочастотный.(Энергетические соотношения непосредственной передачи "низкочастотных" сигналов через физическую среду очень невыгодны).

передача заранее известных сообщений, т.е. детерминированных, осуществлялась бы с полной достоверностью, но не имела бы смысла. Детерминированный сигнал не может быть носителем информации (его полная копия уже есть у получателя). Его используют лишь для испытаний системы связи или её элементов. Поэтому сообщения следует рассматривать как случайные события (или случайные величины, случайные функции). Другими словами, существует некоторое множество вариантов сообщения (например, множество различных значений температуры, выдаваемых датчиком), из которых реализуется с определённой вероятностью одно. Приемник принимает и декодирует именно это значение, с вероятностью несколько меньшей той, которая определена первичным преобразователем. Поэтому и сигнал является случайной функцией. Случайный характер сообщений, сигналов и помех обусловил важнейшее значение теории вероятностей в теории связи.количество передаваемой информации и её потери определяются вероятностными свойствами сигналов, сообщений и среды, в которой передаётся сигнал.

2

Описанием конкретного сигнала может быть функция времени x(t). Строгое описание требует определения функции времени x(t) на интервале от 0 до . На практике достаточно общего описания сигнала несколькими основными параметрами.

При транспортировке сигнала по каналу связи основнымипараметрами служат:длительность сигнала Т_С,динамический диапазон D_С, ширина спектра F_С.

Всякий сигнал, как временной процесс, имеет начало и конец. Поэтому длительность сигнала Т – его естественный параметр, определяющий интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

Динамический диапазон - отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Обычно выражается в децибелах.

Динамический диапазон речи диктора, например, равен 25...30 дБ, вокального ансамбля 45...65 дБ, симфонического оркестра 70...95 дБ. Во избежание перегрузок канала в радиовещании динамический диапазон часто сокращают до 35...45 дБ.

ширина спектра сигнала F даёт представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Спектр ограниченного во времени сигнала теоретически неограничен. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала. В технике связи спектр сигнала часто сознательно сокращают. Это обусловлено тем, что аппаратура и линия связи имеют ограниченную полосу пропускаемых частот.

Информационные сообщения часто имеют очень широкий спектр. На практике производится сокращение спектра исходя из допустимых искажений сигнала. Например, при телефонной связи требуется, чтобы речь была разборчива, и чтобы корреспонденты могли узнать друг друга по голосу. Для выполнения этих условий достаточно полосы от 300 до 3400 Гц, хотя человеческая речь имеет гораздо более широкий диапазон (40 – 16000 Гц). Передача более широкого спектра речи в этом случае нецелесообразна, так как ведёт к увеличению затрат. Аналогично необходимая ширина спектра телевизионного сигнала определяется требуемой чёткостью изображения. При стандарте в 625 строк верхняя частота сигнала достигает 6 МГц. Ширина спектра импульсно модулированного сигнала обычно принимается равной 5…7 гармоникам частоты импульсов синхронизации. Ширина спектра телеграфного сигнала зависит от скорости передачи и обычно принимается равной F1,5v, где v — скорость передачи (телеграфирования) в Бодах, т.е. число символов, передаваемых в секунду. Так, при телетайпной передаче v ≈ 50 Бод и F75 Гц. Спектр модулированного сигнала шире спектра передаваемого сообщения (первичного сигнала) и зависит от вида модуляции.

Наиболее обобщенная характеристика сигнала – объём сигнала:V_c=T_сF_сD_с

Чем больше объём сигнала, тем больше информации можно "вложить" в этот объём и тем труднее передать такой сигнал по каналу связи с требуемым качеством.

Канал связи так же, как и сигнал, характеризуется тремя обобщенными параметрами:временем Тк, в течение которого по каналу возможна передача,динамическим диапазоном Dк, полосой пропускания канала F_К.Под динамическим диапазоном канала понимают отношение допустимой мощности передаваемого сигнала к мощности неизбежно присутствующей в канале помехи, выраженное в децибелах.

Полоса пропускания канала - диапазон частот, в пределах которого значение нормированной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) канала больше уровня, равного 0,707 (Рис).

Для неискаженной передачи сигнала по каналу связи необходимо, чтобы объем сигнала был меньше или, по крайней мере, равен объему канала: V_CV_K. Это условие согласования сигнала с каналом.

3

Канал связи - совокупность средств, обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки А системы до точки Б. Точки А и Б могут быть выбраны произвольно. Часть системы связи, расположенная до точки А, является источником сигнала для этого канала; после точки Б – приемником. Совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю называется системой связи. Этими средствами являются передающее устройство, линия связи и приёмное устройство. Иногда в понятие система связи включается источник и потребитель сообщений.Линия связи -физическая среда и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приёмнику.

Состав и назначение отдельных элементов схемы. Источником сообщений и получателем может быть человек или устройство (автомат, вычислительная машина и т.д.). Устройство, преобразующее сообщение в сигнал, называют передающим, а устройство, преобразующее принятый сигнал в сообщение, - приёмным. С помощью первичного преобразователя в передающем устройстве сообщение а, которое может иметь любую физическую природу (изображение, звуковое колебание и т.п.), преобразуется в первичный электрический сигнал b(t). В телефонии эта операция сводится к превращению акустических колебаний в пропорционально изменяющееся электрическое напряжение на выходе микрофона. В передатчике первичный сигнал b(t) (обычно низкочастотный) превращается во вторичный (высокочастотный) сигнал u(t), пригодный для передачи по используемому физическому каналу. Это осуществляется посредством модуляции.

В симплексном режиме только один из двух абонентов системы связи может вести передачу по интерфейсу.

При полудуплексном режиме любой из двух абонентов может начать передачу другому, если линия связи свободна. Передача может вестись в двух направлениях, но поочередно.

В дуплексном режиме каждый абонент может начать передачу информации другому в произвольный момент времени. Возможна одновременная передача.

Мультиплексный режим – в каждый момент времени связь может быть осуществлена между выбранной парой абонентов в любом, но в единственном направлении.

многоканальная система связи обеспечивает передачу нескольких сообщений по одной общей линии связи.

по линии связипередаётся групповой сигнал u(t). Приёмник из принятого колебания z(t) = s(t) + n(t) с помощью устройства разделения (фильтров Ф) выделяет индивидуальные сигналы s_i(t), преобразуемые посредством демодуляторов (детекторов) Д в первичные сигналы. Для разделения сигналов на приёмном конце необходимо, чтобы они различались между собой по некоторому признаку. В многоканальной связи обычно применяют частотный и временной способы разделения.

4

Линии связи – один из компонентов интерфейсов. Их параметры определяют многие характеристики устройств связи: быстродействие, условия согласования, помехоустойчивость, габаритные размеры линий и соединителей, надежность.

Коаксиальный кабель (КК)
свитая (витая) пара(СП)
проводник над заземленной пластиной (общей шиной) (ПОШ)
микрополосковая линия (МПЛ)
многожильный ленточный кабель(МЛК)
многоканальный ленточный трехпроводный кабель (МЛТК)

КК широко используется в интерфейсах устройств ввода-вывода. Обычно используются КК с Zо = 50, 75, 93,100, 125 Ом.

Свитая пара может быть изготовлена из обычного монтажного провода, свитого с определенным шагом. Zо зависит от параметров провода и шага свивки. Широко исп-ся для передачи парафазных сигналов. В кабелях с несколькими витыми парами в соседних парах применяют противоположное направление свивки для уменьшения паразитных емкостных связей между соседними линиями.Проводник над общей шиной чаще всего используется при макетировании и для монтажа на задней или боковой панели конструкций РЭА.

МПЛ широко применяется при проектировании и в конструкциях печатных плат. Номинальное значение Zо МПЛ может быть обеспечено с высокой точностью. Полосковая линия - по параметрам близка к микрополосковой, лучше защищена от помех, но конструктивно более сложна.

Ленточные кабели характеризуются большим многообразием, технологичностью, широко применяются для формирования интерфейсов, характеризующихся большим числом параллельных линий связи. Для уменьшения перекрестных помех между сигнальными линиями располагают линии, соединенные с общей шиной. Zо от 70 до 100 Ом, удельное время задержки 4,7…5,4 нс/м.