книги из ГПНТБ / Коган В.С. Телеграфия и основы передачи данных учебник

тельность единичного элемента составит величину /о = 50 мс, т. е. ^'тлг~20 Бод.

Скорость телеграфирования, так же как и вообще скорость пе­ редачи информации, ограничивается шириной канала связи. Уве­ личение скорости передачи информации требует как увеличения ширины канала, так и изменения конструкции передающих и при­ емных устройств. Новейшая электронная аппаратура, предназна­ ченная для ввода и вывода дискретной информации в ЭВМ, имеет скорости передачи информации десятки и тысячи Бод.

мых для передачи данных в двоичной системе счисления (напри­ мер, «О» или «1»),

П р о п у с к н а я с п о с о б н о с т ь телеграфного аппарата Аг определяется числом слов, передаваемых за один час. Если счи­ тать, что в среднем для русского языка длина слова а = 8,5 знака, тс для телеграфного аппарата при У = 400 о'б/мин теоретическая пропускная способность равна

(1.3)

Э к с п л у а т а ц и о н н а я п р о п у с к н а я с п о с о б н о с т ь Аэ зависит от квалификации телеграфиста и от загрузки связи. Для буквопечатающих аппаратов при ручной работе Аэ= 1100-М600 слов/ч, а для аппарата Морзе — 500-4-550 слов/ч. Интересно сопо­ ставить эти данные со средней скоростью человеческой речи —

Для полной характеристики передаваемой дискретной инфор­ мации необходима и количественная оценка, особенно при переда­ че данных и использовании избыточных кодов, так как в этом слу­ чае важно найти правильное соотношение между скоростью теле­ графирования и передачей полезной информации. Единицей из­ мерения количества информации является бит. Количество по­ лезной информации в каждом передаваемом стартстопном теле­ графном аппаратом знаке при пятиэлементном коде равно 5 бит, так как две служебные стартстопные комбинации, передаваемые для каждого знака, полезной информации не содержат. Таким об­ разом можно сказать, что каждый единичный элемент, входящий в кодовую комбинацию, несет одну единицу информации. Скорость передачи полезной информации измеряется числом бит, переда­

где па— число переданных импульсов полезной информации; п0— общее число переданных импульсов.

20

Определим полезную пропускную способность телеграфной связи при у = 50 Бод (код пятиэлементный). Подставляя в ф-лу

(1.4) Пгг = 5 бит, /го = &= 7,5, to= 0,02 с, получим

Сопоставляя полученные данные скорости телеграфирования и полезной ‘пропускной способности, можно сделать вывод, что Ап всегда меньше скорости телеграфирования и для стартстопногометода передачи.

1.5. МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

Телеграфирование постоянным током

Телеграфирование при помощи источника постоянного тока мо­ жет производиться токами одного или двух направлений. Теле­ графирование токами одного направления называется о д н о п о ­ л ю с н ы м т е л е г р а ф и р о в а н и е м . Схема однополюсного те­ леграфирования приведена на рис. 1.3. При замкнутых контактах передатчика в линию поступают токовые сигналы, приразомкну­ тых —• бестоковые. Таким образом при однополюсном телеграфи­ ровании в линию поступают, чередуясь, токовые и бестоковые сиг­ налы. Телеграфирование токами двух направлений называется д в у х п о л ю с н ы м т е л е г р а ф и р о в а н и е м . При двухполюс­ ном телеграфировании в линию поступают, чередуясь, плюсовые и- минусовые сигналы. Схема двухполюсного телеграфирования пос­ тоянным током приводится на рис. 1.10. Так как передатчик теле-

Рис. 1.10. Схема двухполюсного телеграфирования на посто­ янном токе

графного аппарата может посылать в линию только однополюс­ ные сигналы, то для преобразования однополюсных сигналов в. двухполюсные на передаче и для обратного преобразования наприеме последовательно с телеграфным аппаратом в линию вклю­ чается переходное устройство ПУ. Схема ПУ в сторону телеграф­ ного аппарата посылает однополюсные сигналы (и принимает от него также однополюсные сигналы), а в сторону линии — двухпо­ люсные, поэтому к схеме ПУ подключаются оба полюса источника' постоянного тока.

Этот метод телеграфирования обеспечивает большую устойчи­ вость действия связи, чем однополюсный метод, и лучшую помехо­

21

защищенность, так как вместо интервала (паузы) в линию посту­ пает ток обратного направления, что уменьшает воздействие помех

на телеграфный сигнал.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим графики, приведенные на рис. 1.11. Телеграфные сигналы, приходящие на приемный аппа­ рат, имеют непрямоугольную форму, как это для простоты показа-

S)

Рис. 1.11. Изменение длины телепрафного сипнала:

а) при однополюсном телеграфировании; б) при двух­ полюсном телеграфировании

но на рис. 1.10, а вследствие наличия в цепи индуктивности и ем­ кости ток нарастает и спадает медленно. Сплошной линией на рис. 1.11 показана форма телеграфного сигнала на приемном кон­ це линии при нормальной величине изоляции, а пунктиром — при пониженном значении изоляции. В таких условиях при одно­ полюсном телеграфировании, как показано на рис. 1.11а, длитель­ ность единичного элемента изменяется от величины t'0 до t"0. Дли­ тельность телеграфного сигнала в приемнике аппарата определя­ ется от момента нарастания тока до величины i{ (при этом значе­ нии тока срабатывает электромагнит приемника телеграфного ап­ парата) и от момента спадания тока до величины г2 (якорь элек­ тромагнита отлипает). Таким образом для условий изменения ве­ личины изоляции продолжительность сигнала при однополюсном телеграфировании изменяется, т. е. t'o>t"o.

Для тех же условий при двухполюсном телеграфировании, как

графировании определяется моментами нарастания и спадания то­ ка до величины i0, при которой происходит срабатывание и отпус­ кание приемного устройства в ПУ.

Перечисленные выше преимущества двухполюсного телеграфи­ рования обеспечивают более устойчивую работу телеграфных свя­ зей на значительных расстояниях (до 550 км), в то время как од­ нополюсное телеграфирование невозможно на расстояние, большее 300 км. Однако при применении схем однополюсного телеграфи­ рования не требуется переходного устройства и двухполярного источника тока. Поэтому на коротких линиях связи применяется однополюсное телеграфирование.

22

Телеграфирование переменным током или частотное телеграфирование

При телеграфировании переменным током сигналы постоянно­ го тока, поступающие от телеграфного аппарата, преобразуются в сигналы переменного тока, которые и поступают в линию. Сигна­ лы преобразуются с помощью специального оборудования частот­ ного телеграфирования.

Принцип телеграфирования переменным током появляется на схеме рис. 1.12. Телеграфный аппарат через переходное устрой-

Рис. 1 12. Телеграфирование переменным током (частотное телеграфирование)

ство ПУ подключается к каналообразующему оборудованию ча­ стотного телеграфирования ЧТ. С помощью передатчика Пер обо­ рудования ЧТ сигналы постоянного тока, поступающие с передаю­ щего телеграфного аппарата, преобразуются в сигналы перемен­ ного тока. Существует несколько методов преобразования сигна­ лов в частотном телеграфировании (см. гл. 5). На приведенной схеме показан один из них— частотная модуляция, при которой отрицательные сигналы постоянного тока преобразуются в сигна­ лы переменного тока верхней частоты fB, а положительные — в сигналы переменного тока нижней частоты fu- Приемник Пр обо­ рудования ЧТ производит обратное преобразование: сигналы пе­ ременного тока fa и /в преобразуют соответственно в положитель­ ные и отрицательные сигналы постоянного тока, которые через ПУ передаются в приемный телеграфный аппарат.

Оборудование частотного телеграфирования дает возможность в одном стандартном телефонном канале (0,3-)-3,4 кГц) образовать несколько одновременно действующих телеграфных каналов. Ор­ ганизация большого числа — 6, 17, 24, 44 — одновременно дейст­ вующих телеграфных каналов является первым и основным преи­ муществом телеграфирования переменным током. Вторым преи­ муществом является то, что каналы частотного телеграфирования могут иметь протяженность, измеряемую десятками тысяч кило­ метров, обеспечивая при этом более устойчивую и надежную связь, чем каналы постоянного тока. Частотное телеграфирование в настоящее время находит самое широкое применение для пере­ дачи дискретной информации.

23

Симплексный и дуплексный методы передачи дискретной информации

При симплексном методе передачи чередуются передача и прием

.информации. Примером симплексного телеграфирования может служить схема, приведенная на рис. 1.3. При дуплексном методе происходят одновременно и передача и прием информации. При­ мером одного из возможных случаев применения дуплексного ме­

лов. Однако симплексные схемы более просты и поэтому также находят широкое применение как в телеграфии, так и в системе

•передачи данных.

В аппаратуре передачи данных чаще используется симплекс­ ный метод. Это объясняется тем, что потоки информации в систе­ ме передачи данных в основном односторонние: первоначально

•информация собирается от оконечных пунктов и направляется в вычислительный центр ВЦ для обработки электронно-вычислитель­ ной машиной ЭВМ. Затем образуется обратный поток информа-

.ции — к оконечным пунктам.

1.6. ИСКАЖЕНИЯ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

Изменение формы и длительности единичного элемента назы­ вается и с к а ж е н и е м . Рассмотрим причины искажений теле­ графных сигналов. Первым возможным источником искажений яв­ ляется передатчик телеграфного аппарата, если его контактная

•система неправильно отрегулирована. Кроме того, форма и дли­ тельность сигнала могут быть искажены в канале связи под воз­ действием на канал внешних помех или под влиянием процессов, происходящих в канале.

Если величина искажений превышает допустимое значение, то знаки, получаемые на приемном аппарате, 'будут отличаться от переданных.

На рис. 1.11 был показан один из видов искажений телеграф­ ных сигналов: токовый сигнал укорачивался, а бестоковый удли­ нялся. Значительное укорочение токового сигнала может привес­ ти к тому, что приемник не сработает от этого сигнала, т. е. вос­ примет токовый сигнал как бестоковый и отпечатает знак, отли- ’чающийся от переданного. В последнем легко убедиться на таком

24

примере: передавалась буква А, ее комбинация (см. табл. 1.1 ко­ да № 2) 11000, если вместо второго токового сигнала в приемник поступит бестоковый, то будет отпечатана буква Е.

Границы единичных элементов определяются значащими мо­ ментами и значащими интервалами. Несоответствие значащих мо­ ментов и значащих интервалов идеальным значащим моментам и>

часть, имеющая наибольшую амплитуду.

Смещения значащих моментов или значащих интервалов на одну и ту же величину по отношению к переданному сигналу не вызывают искажений на приеме.

На рис. 1.14 показаны телеграфные сигналы, переданные око­ нечным телеграфным аппаратом (рис. 1.14а) и принятые без.

т)

Рис. 1.14. Неискаженный и искаженный прием телеграфных сигналов

краевых искажений (рис. 1.146) и с краевыми искажениями (рищ 1.14«). Если телеграфный канал идеальный — не вносит искаже­ ний, — то переданные сигналы через некоторое время t\ достигают приемного устройства и фиксируются им. Если для всех значащих, моментов время распространения t\ одинаково, то продолжитель­ ность единичного элемента (0 не изменяется, сигнал не будет иска­ жен на приеме, а сместится лишь момент начала действия сигнала на приемник.

Смещение значащих моментов на различную величину объяс­ няется, главным образом, тем, что токи линейных помех, накладываясь на токи сигналов, могут вызывать преждевременное сраба­ тывание или запаздывание в работе приемного устройства. Вслед­

25'

ствие смещения значащих моментов одни единичные элементы уд­ линяются, а другие — укорачиваются. Если обозначить через 0 общий диапазон разброса значащих моментов, то величину отно­ сительных краевых искажений можно определить по формуле

Эта формула справедлива в тех случаях, когда разброс по отно­ шению к значащему моменту симметричен.

По своему характеру краевые искажения дискретных сигналов можно подразделить на три основных вида: преобладения, харак­ теристические и случайные искажения. Преобладания — это вид

лы воспринимает удлиненными to+At, а отрицательные — укоро­ ченными t0—At. Преобладания по времени чаще всего вызывают­ ся неправильной регулировкой контактов передатчика или теле­ графных реле.

Х а р а к т е р и с т и ч е с к и е и с к а ж е н и я обусловлены пере­ ходными процессами и возникают в том случае, когда при пере­ даче различных кодовых комбинаций единичные сигналы на при­ емном конце не достигают (или превышают) соответствующую значащую позицию. Как известно, крутизна нарастания тока и время переходного процесса определяются постоянной времени це­ пи т. Величина т зависит при телеграфировании по проводу от его километрических параметров (сопротивления, индуктивности, ем­ кости и проводимости изоляции) и длины, а при работе по кана­ лам частотного телеграфирования — от ширины канала. В общем случае можно сказать, что характеристические искажения появля­ ются в тех случаях, когда время нарастания тока в цепи несоиз­ меримо с длиной единичного элемента.

Необходимо также отметить, что характеристические искаже­ ния могут возникать не только на линии или в канале связи, но и в приемнике аппарата. Это возможно в тех случаях, когда маг­ нитный поток в электромагните приемника нарастает медленнее, чем ток. Так как якорь электромагнита управляется не входным

26

током, а магнитным потоком, то процесс его нарастания и спада определяет работу электромагнита. Для исключения характери­ стических искажений необходимо, чтобы скорость телеграфирова­ ния была согласована с параметрами цепи.

С л у ч а й н ы е и с к а ж е н и я обусловлены действием нерегу­ лярных мешающих факторов. Случайные искажения вызываются в основном помехами в каналах связи. Токи помех возникают в ка­ налах связи из-за влияния соседних линий связи, линий электро­ передач, атмосферных разрядов и т. д. Суммарный ток помех, из­ меняющийся без какой-либо закономерности, накладывается на теки дискретных сигналов. Если направление тока помех совпа­ дает с направлением входного тока, то дискретный сигнал будет воспроизведен с удлинением, если же направления этих токов бу­ дут противоположны, то — с укорочением. При сильных токах помех могут происходить дробления сигналов, т. е. разделение их на части.

Для определения величины и характера краевых искажений применяются специальные измерительные приборы: электронный измеритель сигналов ЭИС, измеритель краевых искажений ИКИ и другие (подробно эти приборы описываются в разд. 9.2).

1.7. ИСПРАВЛЯЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ

Наибольшему искажению в процессе передачи дискретных сиг­ налов подвергаются края единичных элементов, имеющие мини­ мальную амплитуду тока. Средняя часть сигналов, имеющая мак­ симальную амплитуду тока, искажается значительно в меньшей степени. Это свойство дискретных сигналов дает возможность так сконструировать и отрегулировать приемники, чтобы они сра­ батывали при приеме средней неискаженной части сигнала. Воз­ можность выбора приемником средней неискаженной части при­ нимаемого сигнала обеспечивает исправление искаженных сигна­ лов. Свойство приемников дискретных сигналов правильно отпеча­ тывать знаки на приеме при наличии искажений называется и с- п р а в л я ю щ е й с п о с о б н о с т ь ю .

Численно исправляющая способность измеряется той наиболь­ шей величиной искажений принимаемых сигналов, при которой еще возможно их правильное отпечатывание приемным устрой­ ством.

Различают теоретическую, номинальную и эффективную ис­ правляющую способности. Теоретическая исправляющая способ­ ность телеграфного аппарата может быть определена по формуле

где ^о — длительность единичного элемента; ta— длительность про­ цесса регистрации единичного элемента приемником телеграфного аппарата.

27

Если принять, что ta = 0, то получится максимальная возмож­ ная теоретическая исправляющая способность:

ит = — • 100 = 50 %.

2to

Такой величиной исправляющей способности не обладает ни один телеграфный аппарат. В реальных условиях эффективная исправ­ ляющая способность телеграфного аппарата снижается в основном из-за потерь времени, которые неизбежны для срабатывания элек­ тромагнита приемника и находится в пределах 35т-37%.

Эффективная исправляющая способность измеряется в реаль­ ных условиях работы приемника дискретных сигналов. Номиналь­ ная исправляющая способность приемника дискретных сигналов определяется минимальной величиной эффективной исправляющей способности.

1.8. ПОКАЗАТЕЛИ ДОСТОВЕРНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

Важнейшими показателями качества работы всего комплекса оборудования по передаче дискретной информации являются дос­ товерность и надежность. Д о с т о в е р н о с т ь Д определяет точ­ ность передачи сообщения и может быть выражена формулой

т. е. относится к числу неправильно принятых знаков. Если ошиб­ ки отсутствуют, то Д =1 . В реальных условиях обработки дискрет­ ной информации Д = 0,999999. Достоверность может быть опреде­ лена как разность между 1 и отношением ошибочно принятых знаков пот к общему числу переданных знаков п0бщ■Так как опе­ рировать с большим числом девяток неудобно, то чаще применяет­

Современные вычислительные машины обеспечивают точность обработки поступающей информации с вероятностью ошибок Р в пределах 10_6-f-10-8, т. е. допускается появление одной ошибки на 1000 000 переданных знаков, а в некоторых случаях — одной ошиб­ ки на 100 миллионов знаков. Для телеграфной связи допускается Р - 1 0 - 4.

Вероятность возникновения ошибок при передаче дискретной информации по стандартным телефонным и телеграфным каналам связи находится в пределах il0~4-i-10~5. Поэтому точность полу­

28

ченной информации при использовании каналов связи для переда­ чи данных может быть достигнута специальными мерами, повыша­ ющими достоверность передачи информации на 2—3 порядка.

Простейшим способом повышения достоверности информации является исправление ошибок на приеме оператором. Но высокие скорости обработки информации в современных условиях требуют применения автоматических устройств повышения достоверности. Одним из таких способов является применение избыточных кодов. Если приемная станция обнаружила ошибку, то автоматически по­ ступает запрос о повторении неправильно принятой комбинации. Сейчас уже находят применение и такие избыточные коды, кото­ рые позволяют не только обнаружить ошибку, но и исправить ее. Правда, избыточность исправляющего кода больше, чем обнару­ живающего. Рассмотренные способы повышения достоверности приема информации эффективны, но снижают пропускную способность. Поэтому наряду с этими методами применяются также и ме­ тоды по защите передаваемой информации от помех.

Н а д е ж н о с т ь аппаратуры или всего комплекса оборудова­ ния передачи дискретной информации — это свойство сохранять работоспособность в течение заданного промежутка времени и с определенным качеством. Надежность характеризуется средним временем наработки на один отказ Тн и средним временем восста­ новления действия после отказа Тв. О т к а з о м называется такая неисправность, при которой невозможно дальнейшее действие свя­ зи. Наработкой на отказ называется время нормального действия связи между смежными случаями отказа. Наиболее простым и удобным критерием надежности является Тп, которое можно опре­ делить по формуле

Комплекс всего оборудования и каналов по передаче дискрет­ ной информации, как и любая другая сложная техническая систе­ ма, не может работать безотказно бесконечно долгое время. Одна­ ко принятие таких мер, как замена механических элементов элек­ тронными и создание полностью бесконтактного тракта, а также наличие резервного оборудования, каналов и аппаратуры и т. д. могут привести к значительному увеличению надежности.

29