книги из ГПНТБ / Шляпоберский В.И. Основы техники передачи дискретных сообщений
.pdfРазряд пли символ кода — одна двоичная цифра (О или 1), входящая в кодовое слово. Так, например,
кодовое |
слово |
символа |
as |
(1-8) |
состоит |
из четырех |
раз |
||||||||||||||
рядов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Символ |
сигнала |
|
или единичный |
|
|
элемент—Электри |
|||||||||||||||
ческий сигнал, передаваемый в течение |
определенного |
||||||||||||||||||||
отрезка |
|
времени |
и |
соответствующий |
|
одному |
разряду |
||||||||||||||
кодового слова. Длительность передачи символа |
сигна |
||||||||||||||||||||
ла 'или |
|
одного |
разряда |
называется |
единичным |
|
интерва |
||||||||||||||
лом |
и обозначается |
'буквой то. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
На рис. 1.4 в качестве примера приведено несколько |
|||||||||||||||||||||
пятиразрядных |
кодовых |
слов, |
в |
которых |
1 |
передается |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и м пул ьсо м |
|
пол ож'и тел ы i о й |
|||||||||
' |
То |
|
?о |
то |
|
Хо |
го |
|
|
полярности, |
|
а 0 — импуль |
|||||||||
|
|
|
|
сом |
|
отрицательной поляр |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М о д у л я ц и я . |
В |
совре |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
менных системах связи в ка |
|||||||||||
|
7 |
|
о |
0 |
|
0 |
О 1 |
честве |
переносчика |
сообще |
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
ний от передатчика |
к прием |
||||||||||
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
1 |
1 |
|
1 |
|
нику |
используется |
постоян |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
! |
П |
|
ный |
или |
переменный |
элек |
||||||||||
|
• < |
|
|
трический |
|
ток, |
|
имеющий |
|||||||||||||
|
i |
|
|
|
|
|
форму |
синусоидальных |
ко |
||||||||||||
|
|
|
|
1 |
1 |
|
1 |
|
лебаний, |
импульсной |
после |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
довательности |
и др. Под |
мо |
||||||||||
|
1 |
|
|
' |
М' ! |
' |
дуляцией |
|
|
понимается |
|
воз |
|||||||||
|
|
|
действие на один или нес |
||||||||||||||||||
|
1 |
0 |
|
||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
1 |
1 |
|
1 |
|
колько |
параметров |
перенос |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чика, |
в |
результате |
которого |
|||||||||
|
1 |
|
|
|
| |
п |
|
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
в изменениях этого |
парамет |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
о ; |
|
|
t |
ра |
(параметров) |
будет |
за |
||||||||
|
о |
о |
о |
|
1 |
|
|
||||||||||||||
|
|
1 |
|
ложено |
кодовое |
слово |
пере |
||||||||||||||
Рис. |
1.4. |
Различные |
комбина |
||||||||||||||||||
даваемого |
|
сообщения. |
Про |
||||||||||||||||||
ции импульсов |
положительной |
цесс |
|
выделения |
|
кодового |
|||||||||||||||
(1) |
и |
отрицательной |
(0) |
по |
|
|
|||||||||||||||
лярности, |
образующие |
пятираз |
слова |
из |
принятого |
модули |
|||||||||||||||
рядные кодовые |
слова |
|
|
рованного |
сигнала |
называ |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ется |
|
демодуляцией. |
|
|
|
||||||
Если в качестве переносчика выбран ток, имеющий |
|||||||||||||||||||||
форму |
|
синусоидального |
колебания f(t) |
— С sin (со^+<р), |
то можно воздействовать (модулировать) на следующие параметры: амплитуду С, частоту оз и начальную фазу ф, что приводит соответственно к амплитудной ( A M ) , ча стотной (Ч,М) и фазовой (ФМ) модуляциям.
20
Когда 'Переносчиком является периодическая после* довательность импульсов прямоугольной формы, то мо дулируемыми параметрами являются: амплитуда, ши рина, частота следования и фаза импульсов. Это позво ляет получить основные четыре вида импульсной моду ляции: амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), ши- ротно-импульсную модуляцию ( Ш И М ) , частотно-им пульсную модуляцию (ЧИМ) и фазо-импульсную ( Ф И М ) . При кодировании сообщения двоичным кодом модули руемый параметр* должен принимать лишь два значе ния: одно, соответствующее передаче нуля, другое — единицы.
На рис. 1.5 приведены структуры сигналов при пере даче кодового слова 10110 переменным током посредст вом амплитудной, частотной и фазовой модуляций.
т ' I 7 . 0
AM
U
М
U
<РМ\
Рис. 1.5. Форма сигнала при модуляции различных видов
Все виды модуляции используются для передачи дис кретных сообщений. Выбор вида модуляции обусловли вается типом информационного канала, используемого для передачи сообщений, требованиями, предъявляемы ми к помехоустойчивости системы связи, и технико-эко номическими соображениями (подробнее о видах моду ляции, способах формирования модулированных сигна лов и их демодуляции см. в гл. 4).
21
Рассмотрим процесс передачи сообщений, пользуясь структурной схемой дискретной системы связи, пред ставленной на рис. 1.6. Поступающий на вход кодирую щего устройства код сообщения преобразуется в код сиг нала (кодовое слово). Посредством электрического сиг-
Передотчик Приемник
|
г |
Модулятор |
Конин |
л |
|
Кодирующее |
Денойу/тторПстШишцее |
||||
уст -So |
Т |
|
Фзи |
1 |
уст -So |
|
|
|
J |
|
|
|
|
|
|
|
Рас. 1.6. Структурная схема дискретной системы связи
нала, формируемого модулятором, кодовое слово пере дается по каналу связи на приемную станцию. В резуль тате демодуляции из принятого сигнала выделяется пе реданное кодовое слово, которое декодирующим устрой ством преобразуется в код сообщения, выдаваемый по лучателю.
§ 1.3. ОСНОВНЫЕ |
Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И |
Д И С К Р Е Т Н Ы Х |
СИСТЕМ СВЯЗИ |
Д о с т о в е р н о с т ь . |
Известно, что система связи |
должна обладать помехоустойчивостью, т. е. способ ностью восстанавливать с достаточной верностью пере данное сообщение при приеме сигнала, искаженного по мехой. При передаче непрерывных сообщений, даже при отсутствии линейных помех, принятое сообщение, вслед ствие аппаратурных искажений, никогда точно не бу дет соответствовать переданному. Поэтому на практике непрерывное сообщение считается принятым правильно, если его амплитудные, частотные и фазовые отклонения не превышают установленных норм. -При передаче дис кретных сообщений на приеме регистрируется последо вательность импульсов, составляющая кодовое слово пе редаваемого символа. Если все разряды кодового слова регистрируются правильно, то после декодирования при нятое сообщение (символ) будет точно соответствовать переданному. Если же в результате воздействия помех принятое кодовое слово не будет соответствовать пере данному, то получателю с выхода декодирующего уст ройства при простом кодировании (см. гл. 6) выдается искаженное сообщение.
22
Для оценки качества передачи дискретных сообще ний (степени безыскаженного приема), обеспечиваемого системой связи, пользуются понятием достоверность, ко торая определяется (измеряется) отношением числа правильно принятых символов к общему числу передан ных символов за измеренный промежуток времени.
На практике чаще пользуются понятием потеря до стоверности г\ош, которая оценивается частостью оши бок, т. е. отношением числа неправильно принятых сим
волов |
иош |
к |
общему |
числу 'переданных символов |
/г0бщ |
||||
за сеанс измерений, |
т. |
е. т ] о ш = —— . Так |
как |
продол- |
|||||
|
|
|
|
|
|
побщ |
|
|
|
жительность |
сеансов |
измерений |
обычно |
невелика |
(от |
||||
10—15 |
мин до 1—2 ч), |
а состояние измеряемого |
канала |
||||||
непрерывно |
|
меняется, |
значения |
частости |
ошибок, |
вы |
|||
численные |
для малого |
числа 'сеансов измерений, могут |
|||||||
заметно отличаться друг от друга. При |
многократном |
||||||||
повторении |
измерений |
значение |
частости |
приближается |
с незначительными отклонениями к некоторой средней величине, которая при достаточно большом числе сеан сов и стационарности канала связи практически не от личается от вероятности появления ошибок в отдель ном сеансе. С учетом этого условия выражение для ве роятности ошибки можно записать в виде
Р 0 Ш |
= |
Ит |
|
|
|
"общ-"" "0 б Щ |
|
|
|
Следует различать |
достоверность, |
обеспечиваемую |
||
каналом связи (на разряд) |
и системой |
связи (на |
кодо |
|
вое слово или группу слов). |
|
|
|
|
Достоверность передачи |
информации |
является |
весь |
ма важной характеристикой дискретной системы связи, так как позволяет заранее определить ожидаемую час тость ошибок в принимаемых сообщениях, что особенно важно при проектировании систем передачи данных, со прягаемых с ЭВМ . Различные потребители предъявляют разные требования к достоверности дискретных сообще ний, передаваемых по каналам связи. Одних удовлетво ряет потеря достоверности (на разряд) не хуже 10~3, других — не хуже 10~8. Так как величина 'потери досто верности в значительной мере определяется характери стиками линии связи, по которой ведется передача сооб щений, то в аппаратуре передачи дискретных сообще нии, рассчитанной для работы по каналам связи с по-
23
вышенным |
уровнем |
помех пли |
предназначенной |
для |
||||||||
обеспечения |
|
весьма |
малой |
потери |
достоверности |
|||||||
( < 1 0 - 4 ) , создаются |
специальные |
устройства, |
обеспечи |
|||||||||
вающие требуемую величину |
достоверности. |
|
|
|
||||||||
С к о р о с т ь |
м о д у л я ц и и .и п е р е д а ч и |
|
д а н- |
|||||||||
н ы х. |
Для |
оценки быстродействия |
дискретных |
систем |
||||||||
связи |
пользуются понятием |
скорость |
модуляции. |
|
За еди |
|||||||
ницу |
скорости |
модуляции |
принята |
скорость, |
при |
кото |
рой в одну секунду передается единичный интервал. Та кая единица называется бодом. Измеряется скорость мо дуляции количеством единичных интервалов, передавае мых за 1 с, п обозначается буквой В. Так как продол жительность единичного интервала равна то, с, то В=1/то, бод. Зная продолжительность единичного интер
вала то, легко определить скорость |
модуляции |
В и нао |
борот. Так, при 5 = 1000 бод то=1 |
мс, или при |
то = 20 мс |
5 = 50 бод. |
|
|
Скорость модуляции В является весьма важным па раметром дискретной системы связи. Однако она не оп
ределяет объем передаваемой |
в канал связи |
инфор |
|
мации. |
|
|
|
Скорость передачи |
данных |
(производительность) |
— |
количество сведений, которое может быть передано по системе в единицу времени. Современная теория связи устанавливает универсальную меру для количества све дений, содержащихся в передаваемом сообщении, неза
висимо от вида связи. Если |
при |
двоичном кодировании |
на входе источника символы |
0 и |
1 появляются незави |
симо с вероятностями ро и pi соответственно, то коли
чество информации |
источника |
/ определяется |
выраже |
|||
нием |
/ = — (ро logzpo |
+ fh log2/?i), |
дв. ед. Если же |
вероят |
||
ности |
появления символов равны, т. е. p 0 |
= p i = p = l / 2 , |
то |
|||
/ = 1 дв. ед. Однако |
величина количества |
информации |
/ |
не может характеризовать объем передаваемой инфор мации по каналу связи, так как не учитывает 'структуры
используемого |
кода. Для |
определения |
объема |
сообще |
||||
ния, |
кодируемого |
равномерным |
кодом, воспользуемся |
|||||
числом |
возможных |
кодовых слов |
А: |
|
|
|||
|
|
|
|
A = rm, |
|
|
(1.9) |
|
где |
г — основание |
кода, |
m — число |
символов |
(разря |
|||
дов) |
кода. |
|
|
|
|
|
|
|
Объем сообщения / определяется как двоичный ло |
||||||||
гарифм |
числа |
возможных кодовых |
слов: / = l-og2 Л = |
24
^ to l-og2 г, т. е. / пропорционально числу |
разрядов |
кодО* |
вого слова. При двоичном кодировании |
г = 2 и, |
следо |
вательно, J = Ш. |
|
|
Таким образом, объемом сообщения называется ко личество двоичных символов, которыми описывается это сообщение при выбранном или типовом способе коди
рования. За единицу объема сообщения принят |
1 бит, |
т. е. 'одна двоичная единица. Производительность |
N дис |
кретных систем связи измеряется числом бит, передан ных за одну секунду. Если бы все единичные элементы, передаваемые системой за секунду, были информацион ными, то производительность системы в битах численно равнялось бы скорости модуляции в бодах. Однако в любой системе связи наряду с информационными пере даются и служебные элементы. Поэтому производитель ность в битах всегда меньше скорости модуляции в бодах.
Для оценки эффективности использования скорости модуляции различными дискретными системами связи пользуются 'коэффициентом Л, определяемым отноше
нием |
N к В: (k=iN/B. |
Для |
'большинства |
современных си |
стем |
передачи дискретных |
сообщении |
iA, = 0,7-f-0,9. |
|
Н а д е ж н о с т ь . |
Под надежностью |
понимается свой |
||
ство |
системы, обеспечивающее нормальное выполнение |
всех заданных функций. Надежность системы характери зуется средним временем наработки на отказ Тп и сред ним временем восстановления после отказа ТросПоня тие «отказ» системы связи включает не только прекра щение функционирования системы из-за выхода из строя ее отдельных элементов, но и наступление такого со стояния, при котором системой ие обеспечивается выпол нение ряда функций, например, невыполнение, хотя бы однократное, такого требования, как передача за любой интервал времени информации, содержащей бит.
Для обеспечения высоких требований, предъявляемых к системам передачи данных по надежности, необходимо при разработке аппаратуры применять надежные эле менты, а при проектировании систем резервировать ап паратуру и каналы связи.
Рассмотрим некоторые варианты построения систем передачи дискретных сообщений. В наиболее общем ви де структурная схема системы передачи дискретных со общений (СПДС) представлена на рис. 1.7. В качестве источника, вырабатывающего предназначенные для пе редачи сообщения (ИС), могут использоваться телеграф-
25
|
АПДС |
_АПДС |
|
|
|
|
|
- g r | » } f ( £ H £ ] |
|||
|
Канал с§юи |
|
|
|
|
|
Дискретный |
канал сбти |
|
|
|
|
Канал передачи |
тыл сообщений |
|
|
|
Рис. 1.7. Структурная схема системы передачи |
|
||||
дискретных |
сообщений |
|
|
|
|
ные аппараты, |
автоматизированные |
датчики, |
электрон |
||
но-вычислительные машины (ЭВМ) и т. п. |
|
|
|||
Передача дискретных сообщений |
любой |
системой |
|||
связи возможна только в том |
случае, |
если |
подлежащие |
||
передаче сообщения на вход |
аппаратуры |
передачи дис |
кретных сообщений (АПДС) подаются сформированны ми определенным образом: в виде кодовых слов опреде ленной длины, вводимых поразрядно (последовательно) или пословно (параллельно) с установленной скоростью ввода. С целью обеспечения возможности передачи си стемой связи сообщений, формируемых различными ис точниками, на входе АПДС устанавливается аппаратура сопряжения (АС), которая является составной частью источника.
С выхода АС сообщения в виде кодовых слов опреде ленной длины и в соответствии с принятым для данной аппаратуры алгоритмом обмена поступают на вход пе редающей части устройства защиты от ошибок (УЗО) * ) . Требуемая величина достоверности передаваемой инфор мации обеспечивается совместной работой передающей и
приемной частей |
УЗО. Применяемые в системах |
переда |
||||||
чи дискретных сообщений УЗО |
отличаются друг |
от дру |
||||||
га иопользуемым |
способом |
повышения |
достоверности. |
|||||
В системах, к которым предъявляются |
.не столь высо |
|||||||
кие требования по достоверности |
передаваемой |
инфор |
||||||
мации, УЗО |
может |
отсутствовать. |
|
|
|
|||
Последовательность .импульсов, |
составляющих кодо |
|||||||
вые слова, с выхода |
УЗО поступает на устройство |
преоб |
||||||
разования |
сигналов |
(УПС), |
обеспечивающее преобразо- |
|||||
Ёание импульсов |
постоянного |
тока |
в |
модулированный |
сигнал и согласование выходных параметров передаю
щей части аппаратуры с параметрами |
канала связи. Не- |
|
') |
Иногда УЗО называют устроиствами |
повышения достовер- |
пости |
( У П Д ) . |
|
26
обходимость применения УПС обусловливается тем, что для передачи дискретных сообщений используются не только телеграфные каналы, ие требующие преобразова ния импульсов постоянного тока в модулированный сиг
нал, но и каналы ТЧ |
или |
более |
широкополосные |
ка |
|
налы. УПС |
отличаются друг от друга как используемым |
||||
•видом 'модуляции, так и скоростью |
передами информа |
||||
ции в канал связи. |
|
|
|
УЗО |
|
Совокупность устройств |
от входа |
передающего |
|||
до выхода |
приемного |
УЗО |
образует |
канал передачи дис |
|
кретных сообщений (канал |
П Д С ) . |
Он характеризуется |
|||
производительностью |
(бит/с) и обеспечиваемой досто |
верностью. При использовании для передачи сообщений
одного канала связи понятие канала |
ПДС |
совпадает с |
||||
понятием тракта. |
входом УПС |
|
|
|
||
Участок |
между |
на передающей стороне |
||||
и выходом |
УПС |
на |
приемной |
представляет |
собой дис |
|
кретный канал. |
Он |
характеризуется |
скоростью передачи |
в бодах и предназначен для передачи и приема дискрет ных сообщений.
Для обеспечения высоких требований по надежности,
предъявляемых |
к СПДС, |
применяется |
резервирование |
|
аппаратуры и каналов связи. На рис. |
1.8 представлена |
|||
|
канал |
ПДС |
|
|
|
Канал |
УАУПС |
|
|
I |
I |
связи |
|
|
|
|
ГУЫАС ПС |
||
ИСЫАС |
|
|
|
СПДС
Рис. 1.8. Структурная схема двухканального тракта передачи дискретных сообщений
структурная схема СПДС, в которой для повышения надежности используются два канала передачи дискрет ных сообщений, работающие параллельно. Передача и прием информации по двум или более параллельно рабо тающим каналам обеспечиваются с помощью группового устройства (ГУ). Передающая часть ГУ служит для пе редачи информации, поступающей от АС, параллельно по двум каналам ПДС . На приемной стороне ГУ анали-
з |
27 |
зирует сообщения, поступающие с каждого канала ПДС, сопоставляет друг с другом соответствующие кодовые слова, устанавливает совместно с УЗО наличие в них ошибочно принятых символов и выдает получателю или только правильно принятые сообщения, или принятые е искажениями, сопровождая последние выдачей сигнала «ошибка». Алгоритмы работы ГУ рассмотрены в гл. 8.
§ 1.4. К Л А С С И Ф И К А Ц И Я Д И С К Р Е Т Н Ы Х СИСТЕМ СВЯЗИ
В современных дискретных системах связи (ДСС) сообщения передаются по каналам связи с постоянной скоростью в бод. При этом последовательность переда ваемых УПС в канал связи символов (разрядов) форми руется передатчиком УЗО посредством циклически рабо тающего устройства, называемого распределителем. Чис ло разрядов сообщения, передаваемых за один цикл ра
боты распределителя, |
называется |
продолжительностью |
|
(длиной) |
цикла передачи. |
За один |
цикл можно переда |
вать как одно, так и несколько кодовых слов, поступаю щих от источника сообщений. Для правильного приема передаваемых за один цикл кодовых слов необходимо, во-первых, чтобы продолжительность циклов приема и
передачи была одинаковой |
и, |
во-вторых, |
чтобы обеспе |
||||||
чивалось определение начала цикла. |
|
|
|
|
|
||||
Системы |
связи, |
в которых |
определение начала |
цик |
|||||
ла приема, совпадающего |
с |
началом |
цикла |
передачи, |
|||||
осуществляется поддержанием |
определенного |
фазового |
|||||||
соотношения между непрерывно работающими |
передаю |
||||||||
щим и приемным |
распределителями, |
называются |
син |
||||||
хронными. |
Современные ДСС, |
как |
правило, |
являются |
|||||
синхронными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Непрерывная передача |
разрядов |
сообщений |
в |
канал |
|||||
связи синхронными ДСС возможна |
только |
при условии, |
|||||||
что поступающие от источника сообщения |
обрабатыва |
||||||||
ются в УЗО |
и УПС |
с такой же или |
большей скоростью, |
подготавливаются к передаче посредством фиксации в накопительных устройствах, а затем со скоростью моду ляции В бод подаются на вход канала связи. Непрерыв ность передачи символов в канал связи обеспечивается тем, что в течение л-го цикла передачи подготавливают ся все кодовые слова, подлежащие передаче в течение (п+\)-го цикла. В тех случаях, когда поступление сооб-
2э
щений от источника прекращается, в течение очередного цикла передается последовательность символов, характе ризующая режим покоя. На приеме эта последователь ность символов обрабатывается и используется для под держания фазы приемного распределителя, и потребите лю сообщений не выдается.
Сигналы, с помощью которых передаваемые (прини маемые) кодовые слова обрабатываются и преобразуют
ся в |
УЗО |
и УПС, |
называются |
тактовыми |
импульсами |
||||
(ТИ). |
Они |
характеризуются частотой следования |
(/ти |
) |
|||||
и фазой. |
В |
аппаратуре можно |
использовать |
несколько |
|||||
последовательностей |
тактовых |
.импульсов |
ТИ\, |
ТИ2 |
с |
||||
одинаковой |
частотой i/ти , каждая из которых |
смещена |
относительно другой на часть периода следования. Фор мирование тактовых импульсов, а также других сигна лов управления осуществляется генератором управляю щих импульсов ( Г У Н ) .
Таким образом, неотъемлемой частью аппаратуры лю бой синхронной ДСС, помимо модулятора и демодулято ра, являются генератор управляющих импульсов, распре делители и фазирующее устройство.
Дискретные системы связи можно классифицировать по следующим наиболее характерным признакам: виду передаваемых сообщений, скорости передачи, способу поддержания синфазности распределителей, числу кана лов ПДС и виду используемых элементов.
По виду передаваемых сообщений дискретные систе мы связи делятся на системы передачи данных и систе мы передачи текста. К первым относятся все системы пе редачи дискретных сообщений, в которых кодовые сло ва формируются как правило, автоматическим источни ком сообщений, а сообщения, вводимые в СПДС в виде блоков, содержащих определенное количество символов, обычно представляют собой совокупность нескольких ко довых слов. К системам передачи текста относятся все системы передачи дискретных сообщений, в которые .ин формация от источника поступает в виде т-разрядных кодовых слов, каждое из которых соответствует опреде ленному знаку алфавитно-цифрового текста.
По скорости передачи |
информации |
в канал |
дискрет |
ные системы связи делятся |
на низкоскоростные, |
средне- |
скоростные и высокоскоростные. К низкоскоростным от носятся системы, в которых передача информации, как
29