Балтийский федеральный университет имени И. Канта

Физико-технический факультет

Утверждаю

Заведующий кафедры

к.т.н., доцент

А. Шпилевой

«___»_________ 200__ г.

Л е к ц и я № 3

Тема: «Преобразование дискретных и непрерывных сообщений в сигналы»

Текст лекции по дисциплине: «Теория электрической связи»

Обсуждена и одобрена на заседании кафедры

протокол №___ от «___»___________200__г.

Г. Калининград 2012 г.

Текст лекции № 3

по дисциплине: «Теория электрической связи»

«Основные понятия теории электрической связи»

по дисциплине: «Теория электрической связи»

«Преобразование дискретных и непрерывных сообщений в сигналы»

Введение

Во всех современных системах связи используется стандартный набор операций, которые проводятся над сообщениями для передачи их по каналам. Наиболее значимыми из них являются кодирование и модуляция.

Кодированию подвергается источник сообщений. Полученный код является первичным. Затем кодовые комбинации этого кода подвергаются вторичному кодированию сложным помехоустойчивым кодом.

Для согласования, полученного в результате кодирования сигнала с линией связи, применяют модуляцию.

Для современных систем связи характерен переход на цифровые методы передачи непрерывных сообщений. Поэтому необходимо рассмотреть основные операции, которые производят над сигналом при преобразовании его в цифровую форму.

Данный материал необходим для дальнейшего изучения всех специальных дисциплин. Знания указанных вопросов помогут вам сформировать современное техническое мировоззрение.

1. Кодирование и модуляция.

Преобразование дискретного сообщения в сигнал обычно осуществляется с помощью двух операций – кодирование и модуляция.

Кодирование представляет собой преобразование сообщения в последовательность кодовых символов, а модуляция – преобразование этих символов в сигналы, пригодные для передачи по каналу. С помощью кодирования и модуляции источник согласуется с каналом.

Для передачи букв русского алфавита необходимо передать числа от 0 до 31. Для передачи любого числа, записанного в десятичной форме, требуется передача десяти цифр – от 0 до 9. На практике для этого нужны десять сигналов, которые соответствуют различным цифрам. Систему передачи дискретных сообщений можно упростить, если воспользоваться при кодировании двоичной системой счисления. Известно, что в качестве основания счисления можно принять любое целое число . Поэтому любое число N можно представить в следующем виде:

				(1.1)
где		–	коэффициенты, принимающие значения от 0 до (m-1).

Задаваясь величиной можно построить любую систему счисления.

При получается двоичная система, в которой числа записываются с помощью двух цифр «1» и «0». Например, число 12 в двоичной системе записывается 1100, что соответствует выражению Сложение в двоичной системе осуществляется путём поразрядного сложения без переноса в старший разряд («сложение по модулю два»). Правила этого сложения следующие: 0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=0.

Если преобразовать последовательность элементов сообщения в последовательность двоичных чисел, то для передачи последних по каналу связи достаточно передать всего лишь два различимых сигнала. Например, символы «0» и «1» могут передаваться колебаниями с различными частотами или импульсами тока разной полярности. Благодаря своей простоте двоичная система счисления широко применяется при кодировании дискретных сообщений.

Процесс кодирования заключается в преобразовании элементов сообщения в соответствующие им числа (кодовые символы). В результате этой операции каждому элементу сообщения присваивается определённая совокупность кодовых символов, которая называется кодовой комбинацией. Совокупность кодовых комбинаций, отображающих дискретные сообщения, образует код. Множество возможных кодовых символов называется кодовым алфавитом, а их количество m – основанием кода. Число разрядов n, образующих кодовую комбинацию, называется разрядностью кода или длиной кодовой комбинации. В зависимости от системы счисления, используемой при кодировании, различают двоичные и m-ичные коды.

Коды, у которых все комбинации имеют одинаковую длину, называют равномерными. Для равномерного кода число возможных комбинаций равно . Примером такого кода является код Бодо, который содержит пять двоичных элементов (m=2, n=5). Число возможных комбинаций равно 2⁵=32, что достаточно для кодирования всех букв русского алфавита. Однако этого недостаточно для передачи сообщений, содержащих буквы, цифры, различные условные знаки. Поэтому в настоящее время широко используется «Международный код №2» (МТК-2). В этом коде применён регистровый принцип, согласно которому одна и та же пятиэлементная кодовая комбинация может использоваться до трёх раз в зависимости от положения регистра: русский, латинский, цифровой. Общее число различных знаков при этом равно 84, что вполне достаточно для кодирования телеграммы.

Для передачи данных рекомендован семиэлементный код МТК-5. Коды МТК-2 и МТК-5 являются первичными (простыми). Данные коды не позволяют обнаруживать и исправлять ошибки, которые могут возникнуть в канале связи под влиянием помех. Основным признаком, по которому можно отнести код к простому является отсутствие проверочных символов в кодовых комбинациях. Основными параметрами кодов являются: основание кода m, длина кодовой комбинации n, расстояние между кодовыми комбинациями d, вес кодовой комбинации. Расстояние характеризует различие между двумя кодовыми комбинациями и определяется в пространстве Хэмминга. Число ненулевых элементов в кодовой комбинации определяет её вес. В настоящее время равномерные коды находят широкое применение, так упрощают построение автоматических буквопечатающих устройств и не требуют передачи разделительных символов между кодовыми комбинациями.

Неравномерные коды характеризуются тем, что у них кодовые комбинации отличаются друг от друга не только взаимным расположением символов, но их количеством. Это приводит к тому, что различные комбинации имеют различную длительность. Неравномерные коды требуют либо специальных разделительных знаков, указывающих конец одной и начало другой кодовой комбинации, либо должны строиться так, чтобы никакая кодовая комбинация не являлась началом другой. Коды, удовлетворяющие этому условию, называют неприводимыми или префиксными. Типичным примером неравномерных кодов является код Морзе, в котором символы 0 и 1 используются в двух сочетаниях – как одиночные (1 и 0) или как тройные (111 и 000). Сигнал, соответствующий одной единице, называется точкой, трём единицам – тире. Символ 0 используется как знак, отделяющий точку от тире, точку от точки и тире от тире. Совокупность 000 используется как разделительный знак между кодовыми комбинациями.

По корректирующей способности коды делятся на примитивные (первичные) и корректирующие. Коды, у которых все возможные кодовые комбинации используются для передачи информации, называют простыми или кодами без избыточности (примитивными). В простых равномерных кодах превращение одного символа комбинации в другой (0→1 или 1→0), приводит появлению новой разрешённой кодовой комбинации, т. е. к появлению ошибки. Корректирующие коды строятся так, что для передачи сообщения используются не все кодовые комбинации, а лишь некоторая их часть (разрешённые кодовые комбинации). С помощью этой операции создаётся возможность обнаружения и исправления ошибки при неправильном воспроизведении некоторого числа символов. Корректирующие свойства кодов достигаются введением в кодовые комбинации избыточности.

Декодирование состоит в восстановлении сообщения по принятым символам. Устройства, осуществляющие кодирование и декодирование называются соответственно кодером и декодером. Как правило, это логические устройства.

В системах передачи дискретных сообщений принято различать две группы самостоятельных устройств: кодеки и модемы.

Кодеком называют устройства, преобразующие сообщение в код (кодер) и код в сообщение (декодер), а модемом – устройство, преобразующее код в сигнал (модулятор) и сигнал в код (демодулятор).