Состав и назначение элементов тракта СПИ.

 

Система передачи информации (СПИ) представляет собой совокупность технических средств, предназначенных для передачи информации от источника (отправителя) к получателю. Источником и получателем сообщений могут быть человек, ЭВМ и другие устройства.

Информацию выраженную в определенной форме и предназначенную для передачи от источника к получателю называют сообщением. Очень часто термины «связь», «передача информации» и «передача сообщений» считаются эквивалентными.

Для получателя информации передача какого-либо частного сообщения всегда представляет собой случайный выбор из некоторого заданного множества сообщений подобно тому, как если бы получатель имел дело с некоторой случайной величиной, закон распределения которой совпадает с законом распределения сообщений.

Основу СПИ составляет канал связи. Канал связи – совокупность технических устройств и линии связи, обеспечивающая передачу одного вида сообщений от источника к получателю. На входе канала связи размещён преобразователь сообщения в электрический сигнал.

Одна из возможных структурных схем одноканальной односторонней системы передачи информации приведена на рис.1.

 

Рисунок 1. Структурная схема СПИ

 

Преобразователь сообщения в сигнал предназначен для преобразования сообщения a(t) любой физической природы в первичный электрический сигнал b(t). Сигнал – это физический процесс (явление), являющийся переносчиком сообщения. По существу, сигнал является своеобразным «транспортом» для сообщения. Конкретный тип преобразователя зависит от вида преобразуемого сообщения. Им может быть микрофон или ларингофон при передаче речи в телефонной системе (они преобразуют звуковое давление при передаче речевых сообщений в электрическое напряжение), фотоэлемент – при передаче неподвижных изображений в факсимильной системе, передающая электронно-лучевая трубка – при передаче изображений движущихся объектов в телевизионной системе.

Первичные электрические сигналы, соответствующие непрерывным сообщениям, называются аналоговыми (рис.2 а). Дискретное сообщение, например текст телеграммы, преобразуется в первичный электрический сигнал с помощью телеграфного аппарата. При этом отдельные знаки дискретного сообщения (буквы, цифры, знаки препинания) заменяются последовательностью кодовых символов (например, 0 и 1), которая затем преобразуется в последовательность электрических импульсов постоянного тока. Первичные электрические сигналы, соответствующие дискретным сообщениям называют цифровыми (рис.2 б). В настоящее время многие виды непрерывных сообщений также передают в цифровой форме, поскольку это позволяет существенно повысить качество передачи и эффективность использования линий связи.

Преобразование дискретного сообщения в первичный сигнал в системе передачи дискретной информации обычно осуществляется с помощью двух операций – кодирования и модуляции. Кодирование преобразует сообщение в последовательность кодовых символов, а модуляция преобразует эти символы в сигналы, пригодные для передачи по каналу. Например, в телеграфии в результате кодирования последовательность элементов сообщения (букв) заменяется последовательностью кодовых символов (0, 1), которая затем преобразуется в последовательность электрических импульсов постоянного тока. При приёме осуществляются обратные преобразования – декодирование и демодуляция. Кодирование выполняется в кодере, декодирование – в декодере. Совокупность кодера и декодера называют кодеком. Модуляция выполняется в модуляторе, демодуляция в демодуляторе. Совокупность модулятора и демодулятора называют модемом.

По своей форме сигнал  является обычно низкочастотным и, как правило, для непосредственной передачи на большие расстояния непригоден. Поэтому в передатчике первичный сигнал  посредством модуляции превращается во вторичный – высокочастотный сигнал s(t). Модуляция заключается в изменении какого-либо параметра высокочастотного несущего колебания по закону первичного сигнала b(t). Например, при амплитудной модуляции таким параметром является амплитуда. В этом случае модулированный высокочастотный радиосигнал записывается математически так

, где m – коэффициент амплитудной модуляции.

Осциллограмма амплитудно модулированного радиосигнала при гармоническом модулирующем первичном сигналепредставлена на рис. 3. В этом случае .

 

Рисунок 3. Радиосигнал с амплитудной модуляцией.

 

Модуляцию несущего колебания первичным цифровым сигналом называют манипуляцией.

Модулированный радиосигнал, как и первичный, представляет собой преобразованное сообщение. Главное требование при этих преобразованиях состоит в том, чтобы обеспечить однозначное соответствие между сигналом и сообщением.

Из вышесказанного следует, что модуляция может осуществляться дважды – в преобразователе сообщения и в передатчике. Также в два этапа может осуществляться и кодирование – сначала описанное выше, затем избыточное помехоустойчивое кодирование, позволяющее при приёме исправлять возникающие при передаче ошибки.

Возможны и более сложные варианты модуляции и кодирования. Так например, широко применяются СПИ, в которых по закону первичного сигнала b(t) изменяется один из параметров поднесущего (тонального) колебания сравнительно низкой частоты . А уже модулированное поднесущее колебание используется для модуляции несущего колебания высокой частоты .

Линия связи - это совокупность технических устройств и физической среды, обеспечивающая передачу вторичных сигналов. В системах проводной связи в качестве физической среды используется электрический кабель, в волоконно-оптических системах – оптический кабель, в радиосистемах передачи информации РСПИ – область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны радиодиапазона от передатчика к приемнику. В линию связи включаются все промежуточные вспомогательные устройства, например, ретрансляционные станции. Линия связи является составной частью канала связи. При уплотнении линия связи одновременно принадлежит нескольким каналам – это характерно для многоканальных систем передачи информации.

Постоянным спутником систем связи являются помехи: внутренние и внешние. В структурной схеме на рис.1 помехи условно представлены одним блоком. При аддитивной помехе n (t) на вход приемника воздействует колебание z (t)= s (t)+ n (t). Обработав это колебание, приемник восстанавливает по нему сообщение , которое с некоторой погрешностью отражает переданное сообщение . Восстановленное сообщение  называют оценкой сообщения.

Прием сигналов сводится к выполнению ряда операций над колебанием x(t) – здесь использовано другое часто встречающееся обозначение колебания на входе приёмника, - в результате которых на выходе приемного устройства должна быть сформирована оценка сообщения , соответствующая переданному сообщению a(t). В силу воздействия помех и искажений оценка сообщения будет в той или иной степени отличаться от переданного сообщения. К приемному устройству предъявляется основное требование - выделение переданного сообщения из принятого колебания x(t) с минимальной погрешностью. Поэтому приемное устройство является одним из наиболее ответственных и сложных элементов системы связи.

Приемное устройство, состоит из приемника и преобразователя сигнала в сообщение. Конкретный тип преобразователя сигнала в сообщение определяется видом последнего. В телефонных системах связи в качестве преобразователя сигнала в сообщение используется громкоговоритель или головные телефоны, в телеграфных системах связи - печатающее устройство, в телевизионных системах связи - приемная электронно-лучевая трубка (кинескоп).

Часто в одном конструктивном блоке осуществляется объединение приемного и передающего устройств. Эта комбинация называется радиостанцией. Применение радиостанций особенно характерно для мобильных РСПИ.

 

 

Первичные коды.

 

Вместо знаков сообщений передают их условные обозначения, представляющие собой комбинации единичных элементов. Эти комбинации принято называть кодовыми комбинациями (N), а отдельные символы, входящие в комбинацию – элементами кода (m). Совокупность всех кодовых комбинаций и соответствующие им знаки сообщения образуют код.

Первичные коды (называют также: простые, обыкновенные) используются для первичного преобразования дискретных сообщений в сигналы и получаются на выходе кодера источника сообщения.

Простые коды делят на равномерные и неравномерные.

Равномерными называются такие коды, в которых все кодовые комбинации имеет одинаковую длину (n), т.е. имеют одинаковое число единичных элементов.

Неравномерными называют такие коды, кодовые комбинации которых могут отличаться одна от другой числом единичных элементов.

Оценка простых кодов производится по скорости передачи, помехоустойчивости и сложности технической реализации.

Равномерные простые коды

Максимальная скорость передачи равномерного простого двоичного кода будет тогда и только тогда, когда выполняются условия , где  и n - целое число. На практике, как правило, знаки сообщения не равновероятны. Поэтому равномерные коды имеют скорость всегда ниже максимально возможной.

Однако, тот факт, что каждая кодовая комбинация в равномерных кодах имеет одинаковое количество двоичных элементов, позволяет получать простые правила кодирования и декодирования и, соответственно, простую техническую реализация кодирующих и декодирующих устройств.

Кроме того, за счет простых способов определения на приемной стороне начала и конца каждой кодовой комбинации, что является необходимым условием однозначного декодирования, помехоустойчивость равномерных кодов достаточно высокая. Важным фактором является также то, что простые равномерные коды легко преобразуются в корректирующие коды для повышения достоверности информации. Все это привело к тому, что равномерные коды получили широкое применение на практике.

 

Основу двоичного пятизначного двухрегистрового простого равномерного телеграфного кода МТК№2 составляет код Муррея, в котором при двух регистрах двоичного пятизначного кода всего может быть (2!) вариантов.

 

№

Регистр