2. Кодирование сообщений в системах связи

Связь– техническая база, обеспечивающая передачу и прием информации между удаленными абонентами.

Система связи– совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений. Система связи обеспечивает соединение источника данных с получателем данных посредством канала связи.

Передатчик, линия связи и приемник образуют канал связи– совокупность технических устройств и среды распространения, обеспечивающих передачу сигналов на расстояние. Линии связи могут быть построены на основе различных физических проводников сигнала. В зависимости от используемого проводника сигнала, на передаваемый сигнал накладывается так называемая помеха, которая в свою очередь может исказить или же вовсе разрушить передаваемую по каналу связи информацию.

Обобщенная структурная схема канала связи представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Структурная схема канала связи

Данные, поступающие от источника данных, прежде всего, обрабатываются кодером источника, который осуществляет необходимую предварительную подготовку данных, структурирование, сжатии и т.д. Цель кодера источника – представление данных в наиболее компактном виде. Полученное промежуточное представление данных разбивается на слова, которые называются кодовыми словами источника. Эти слова обрабатываются кодером канала, который преобразует полученную на вход последовательность в новую, называемую кодовым словом канала. Кодовое слово канала образуется от кодового слова источника и представляет собой соответствующую ей новую последовательность с большей избыточностью. Далее кодовое слово посимвольно преобразуется модулятором в аналоговую форму, удобную для передачи в виде сигнала по физическому каналу связи.

В большинстве случаев физический канал связи не является идеальной средой, и вносит свои искажения в передаваемый сигнал. В результате сигнал S(t) отправленный в канал связи отличается от сигналаR(t) пришедшего на приемник. Причинами искажения сигнала являются различные шумы и помехи в канале связи.

В реальном канале связи сигнал при передаче искажается и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной таких ошибок являются искажения, вносимые самим каналом, и помехи, воздействующие на сигнал. Частотные и временные характеристики канала связи определяют так называемые линейные искажения. Кроме того, канал может вносить и нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных звеньев канала.

Если эти линейные и нелинейные искажения обусловлены известными характеристиками канала, то их в принципе можно устранить путем соответствующей коррекции. Помехи в отличие от искажений имеют случайный характер, они заранее неизвестны и поэтому не могут быть полностью устранены. Под помехойпонимается любое воздействие на полезный сигнал, затрудняющее его прием.

Помехи весьма разнообразны по своему происхождению и физическим свойствам. Это могут быть атмосферные помехи, обусловленные электрическими процессами в атмосфере (грозовые разряды и другие), которые в наибольшей степени влияют на сигналы в радиоканалах. Энергия этих помех сосредоточена в основном в области длинных и средних волн. Имеют место также индустриальные помехи, возникающие из-за резких изменений тока в электрических цепях различных электрических устройств промышленного назначения (электротранспорт, системы зажигания двигателей, медицинские установки и т.д.). Существуют помехи от посторонних радиостанций и каналов, обусловленные нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабильностью этих частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала.

В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывания связи. Появление импульсных шумов часто обуславливается автоматической коммутацией и перекрестными наводками. Прерывание связи это явление, при котором сигнал в линии резко затухает или совсем исчезает. Основной их причиной являются нарушения контактов в реле.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в различных элементах аппаратуры. Эти помехи особенно сказываются при радиосвязи в диапазоне ультракоротких волн. В этом диапазоне имеют место и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами на Солнце, звездах.

Для количественной оценки степени влияния шума n(t) на сигналS(t) используют отношение сигнал/шум. Данное отношение выражается в децибелах:

, гдеP_С– мощность сигнала,P_Ш– мощность шума.

Пришедший на приемник сигнал R(t) подвергается процедуре демодуляции – восстановлению цифровых данных. В идеальных условиях, принятое кодовое слово после демодуляции должно совпадать с отправленным кодовым словом. Однако, ввиду наличия помехиn(t) в канале связи принятое кодовое слово зачастую содержит ошибки в своих битовых отчетах. Именно для их устранения (минимизации) служит декодер канала, который старается восстановить переданное по каналу кодовое слово источника.

После декодера восстановленное кодовое слово подается на вход декодера источника и дальше результат его работы предоставляется получателю в виде принятого сообщения.