Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Конспект'
Вот и заканчивается последний год пребывания наших детей в детском саду. Завершается этап развития, именуемый дошкольным детством. Скоро перед детьми ...полностью>>
'Отчет'
Выс + 5, выс. 1, низ. , низ. 5, выс. 13, сред. 4 И-1 + 04.0 - + учебн + Выс. Выс. + 5, выс. 0, низ. 1, низ. 1, низ. 7, низ. 5. К-3 - 08.0 - + учебн + ...полностью>>
'Документ'
The Bible says that the quality of faith is not measured by our attitude to God when things are good but when times are hard - I mean, when our fate s...полностью>>
'Документ'
Целевые рынки (география) и имеющиеся партнеры (характеристика потенциальных потребителей продукции, определение собственной доли рынка, описание осно...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

ПДИ

Часть 1

Лекции по ПДИ для заочников/вечерников

Лекции

Лабораторные работы

Курсовая работа

Экзамен

Курс делится на две части:

  1. Теоретическая;

  2. Аппараты и сети передачи данных.

ТЕМА 1

Система передачи дискретных сообщений и ее особенности

1.1. Краткая историческая справка

В начале XIX в. с развитием знаний по электричеству и магнетизму делались попытки создать телеграф на их основе. Однако первые проекты электростатического, электрохимического, электромагнитного телеграфов не имели широкого практического применения. Русскому ученому Шиллингу удалось создать первый в мире пригодный для использования телеграфный аппарат. Электромагнитный телеграфный аппарат, отличающийся высокой эффективностью, простотой конструкции и надежностью, был продемонстрирован им 9 октября 1832 г.

Опыты по применению электричества для передачи сообщений на расстояние велись и за границей. Наиболее удачными оказались работы американца С. Морзе, который в 1837 г. разработал пишущий аппарат, применив оригинальный код, который впоследствии стал первым стандартом в области кодирования.

Дальнейшее развитие телеграфного дела в России связано с именем Якоби, который в период с 1838 г. по 1852 г. разработал несколько оригинальных конструкций телеграфных аппаратов. В их числе и первый буквопечатающий аппарат, в котором были заложены основные принципы (равномерный код, распределители, синхронизация) телеграфного аппаратостроения. На железных дорогах телеграфная связь как средство регулирования движения поездов появилась в 1845 г.

В 1859 г. был предложен метод одновременной встречной работы (дуплекс), что позволило в 2 раза увеличить пропускную способность линий. В 1874 г. был разработан многократный синхронный аппарат, положивший начало применению временного разделения каналов (мультиплексирование).

Изобретение в 1895 г. радио А.С. Поповым открыло новую область применения телеграфа - радиотелеграф для связи с подвижными объектами.

В начале XX в. одним из основных направлений работ в области развития телеграфной техники было создание удобных в эксплуатации, надежных и малогабаритных аппаратов с клавиатурой типа пишущей машинки. Первый стартстопный аппарат был разработан в Америке в 1915 г.

Наряду с разработкой и совершенствованием оконечной аппаратуры велись работы по созданию аппаратуры частотного уплотнения линий связи. На ее основе в 1937 г. в Ленинграде были изготовлены первые отечественные системы тонального телеграфирования.

В начале 50-х годов XX в. начинается новый этап в развитии средств передачи дискретных сообщений. Наряду с дальнейшим совершенствованием телеграфной техники появляется новый вид связи - передача данных. Область применения этого вида связи очень широка. Это - управление перевозочным процессом на железнодорожном и других видах транспорта, централизованный учет почтовых операций, банковское и биржевое дело, управление материально-техническим обеспечением. На железнодорожном транспорте системы ПД составляют техническую основу автоматизированной системы управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ), которая способствует совершенствованию системы управления эксплуатационной работой, увеличению пропускной способности станций и участков, повышению производительности труда.

В общей системе электросвязи МПС телеграфная связь и передача данных выступают как в роли общетехнологической связи (приказы, распоряжения, справочные и информационные системы, обращение к базам данных), так и в роли оперативно-технологической связи (предупреждения, телеграммы о розыске грузов, наличии свободных мест в пассажирских поездах и др.).

1.2. Особенности систем дискретной связи

Классическими представителями систем передачи дискретных сообщений являются такие виды электрической связи как телеграф и передача данных.

Телеграфная связь – служит для передачи коротких буквенно-цифровых, смысловых документов между людьми. Передача данных появилась в начале 50-х годов XXв. в США, как связь между ЭВМ в системах управления военными объектами. Она имеет дело с передачей формализованных цифровых данных между вычислительными машинами.

Сущность передаваемых документов, а также различие в применении сообщений накладывают отпечаток на основные характеристики этих систем связи.

1. Скорость передачи дискретных сигналов. Для телеграфной связи она составляет 50, 100, 200 импульсов/с. Скорость ввода и вывода информации при этом составляет от 400 до 1600 знаков/мин, что соответствует физиологическим возможностям человека по восприятию информации. В системах передачи данных скорость передачи сигналов достигает значений в десятки и сотни тысяч импульсов в секунду, что приближается к скоростям ввода и вывода информации в ЭВМ.

2. Требования к точности приема дискретных сообщений, определяемые допустимым значением вероятности ошибочного приема символов. В телеграфной связи допускается наличие трех ошибок на 100 тыс. принятых знаков. В большинстве случаев эти ошибки могут быть исправлены человеком благодаря смысловой избыточности языка. В передаче данных нормы по вероятности ошибочного приема знака значительно жестче и составляют от одной ошибки на 100 тыс. символов до одной ошибки на 100 млн. символов. Столь жесткие требования объясняются тем, что любая последовательность цифр, принимаемая ЭВМ, имеет смысл. Замена любой из них приводит к неверным результатам расчетов и, как следствие, к ошибочным решениям.

Несмотря на функциональные различия и разные требования по скорости и точности передачи, и телеграф, и передача данных имеют много общего. Это и терминология, и единый импульсно-кодовый метод передачи, и методы защиты от ошибок, и некоторые технические решения.

1.3. Структурная схема системы передачи дискретной информации

Как и любая система связи, система ПДИ включает в себя в общем виде передатчик, канал связи и приемник (рис.1.1). Передатчик обеспечивает преобразование сообщения-оригинала в сигнал, канал переносит этот сигнал из одной точки пространства в другую в помехоактивной среде, приемник выполняет обратное преобразование сигнала в сообщение-копию, выдавая его получателю сообщения.

Рис. 1.1

Вначале осуществляется кодирование кодирующим устройством КУ, а затем – дискретная модуляция модулятором М. На приеме вначале осуществляется регистрация регистрирующим устройством РУ, а затем декодирование декодирующим устройством ДУ. Таким образом, каждый элемент сообщения х сначала превращается в кодовую комбинацию р, а затем уже в электрический сигнал zпeр. Принятый электрический сигнал zпр превращается в кодовую комбинацию q, а затем – в элемент сообщения у. В системе ПДИ имеют место два взаимообратных процесса: кодирование-декодирование и дискретная модуляция-регистрация.

Принятый электрический сигнал zпр отличается от переданного сигнала zпер вследствие его ослабления при прохождении по среде передачи (провод, эфир, оптическое волокно), действия внешних и внутренних электромагнитных полей (помехи), запаздывания во времени. Поэтому приемник не всегда может точно выполнить обратное преобразование электрического сигнала в сообщение и принятая кодовая комбинация q может отличаться от переданной р. Отсюда и сообщение-копия может отличаться от сообщения-оригинала.

Необходимо так спроектировать, построить и эксплуатировать систему ПДИ, чтобы эти различия были минимальными, т.е. следует стремиться к выполнению условия

(у - х) min

C обеих сторон системы ПДИ должны быть передатчик и приемник (рис. 1.2) и обмен сообщениями надо осуществлять либо по двум разнонаправленным каналам (симплекс, рис. 1.2, а), либо по одному каналу поочередно в противоположных направлениях (полудуплекс, диалоговый режим работы, рис. 1.2, б), либо вести одновременную встречную передачу (дуплекс, двусторонний монолог, рис. 1.2, в).

Рис. 1.2

ТЕМА 2

Преобразование элементов дискретного сообщения в электрические сигналы

2.1. Кодирование. Основные понятия и определения

В общем случае под термином кодирование понимают замену символов одной графической системы символами другой графической системы. Графические системы могут быть знаковые и числовые. Знаковые системы в качестве элементов используют буквы или условные символы. Знаковым системам присуще определенное конечное количество символов, определяемое азбукой.

Числовые системы более разнообразны, так как числа могут иметь различные основания (десятичная, троичная и др.). Числовые системы строятся единообразно, по одному и тому же закону, который определяет любое число как сумму произведений значащих цифр системы счисления на основание в степени от 0 до (n-1), т.е.

где n - количество разрядов числа; А - значащие цифры системы счисления; а — основание системы счисления.

Условные обозначения, основание и значащие цифры двоичной, десятичной и шестнадцатеричной систем счисления приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Система счисления

Основание a

Значащие цифры A

Двоичная (B)

2

0; 1

Десятичная (D)

10

0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9

Шестнадцатеричная (H)

16

0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; A; B; C; D; E; F

Пример

Возьмем число 170 в десятичной системе счисления. В шестнадцатеричной системе это будет AA, а в двоичной 10101010. Т.е. 170D=AAH=10101010B.

170D=1102+7101+0100 ,

AAH=A161+A160 ,

10101010B=127+026+125+024+123+022+121+020.

Количество значащих цифр конечно, но их разнообразие сильно зависит от основания. В десятичных цифрах это 10, в троичных - 3, в двоичных - 2. Это очень существенно для кодирования в системах связи потому, что разнообразие значений информационного параметра сигнала определяется основанием выбранной числовой системы, что очень влияет на помехоустойчивость и техническую реализацию оконечных устройств.

С этих позиций в системах передачи дискретных сообщений при кодировании предпочтение отдают двоичным системам счисления. Теперь под кодированием будем понимать замену графических и функциональных символов сообщения двоичными числами.

Графические символы – это буквы той или иной азбуки, арифметические знаки, десятичные цифры, грамматические и коммерческие знаки.

Функциональные символы – это команды управления органами печати аппарата, разделители и указатели информации, символы расширения алфавита, символы-заполнители, синхросигналы и пр.

Основными понятиями в области кодирования являются: кодовая комбинация, элемент кодовой комбинации, код, кодовая таблица.

Кодовая комбинация (кодовое слово, кодовый вектор) – двоичное число, соответствующее одному графическому или функциональному символу (знаку) сообщения.

Код совокупность правил и условий, по которым формируются, передаются и обрабатываются кодовые комбинации.

Основу кода составляет кодовая таблица (алфавит кода), устанавливающая графическое соответствие между знаками передаваемого сообщения и двоичными числами. Они могут быть простыми, когда передаваемый символ и двоичное число записываются построчно, и перекрестными (матричными), когда передаваемый символ находится на пересечении строк и столбцов таблицы.

2.2. Классификация кодов и их параметры

Для оценки свойств кодов и их классификации вводят следующие основные параметры.

Множество кодовых комбинаций (слов, векторов) -Vk= { 1, 2, 3...}. Это весь набор возможных кодовых комбинаций.

Основание кода а — количество значений, которое может принять любой элемент кодовой комбинации. Численно оно всегда равно основанию выбранной системы счисления. По этому параметру коды делятся на двоичные, для которых а = 2, и многоосновные, для которых а > 2. В системах передачи дискретных сообщений применяют исключительно двоичные коды.

Длина кодовой комбинации п представляет собой количество элементов комбинации, количество разрядов двоичного числа. В составе комбинации могут быть информационные элементы k, проверочные (контрольные) элементы r и служебные s. Тогда п = k + r + s. По этому параметру коды делятся на равномерные (п = const) и неравномерные (п = var). Чаще применяются равномерные коды. Для них общее число комбинаций связано с основанием и длиной следующим соотношением: S0 = аn. Для двоичных кодов S0 = 2n.

Вес кодовой комбинации w - это число ненулевых элементов в комбинации, для двоичных кодов - число единиц в ней.

Кодовое расстояние между двумя комбинациями d(vi, vj) - количество элементов, в которых одна комбинация отличается от другой. Для двоичных кодов это вес суммы по mod2 двух сравниваемых комбинаций, т.е.

d(vi, vj) = w(vi, vj) mod2.

Кодовое расстояние определяет меру отличия одной кодовой комбинации от другой.

По минимальному значению этого параметра коды делятся на простые, для которых d = 1, и корректирующие, для которых d 2.

Для выполнения алгебраических операций над кодовыми комбинациями (сложение, умножение и др.) их представляют в виде многочленов (полиномов) некоторой фиктивной переменной х, заменяющей собой основание системы счисления. Тогда любая двоичная n-элементная комбинация может быть представлена в виде полинома степени не выше (n-1) с числом членов, равным весу этой комбинации. Например, комбинация 10011001 (В) представляется суммой 1x7 + 0x6 + 0x5 + 1x4 + 1x3 + 0x2 + 0x1 + 1x0 и с учетом отсутствия нулевых членов и умножения остальных членов на единицу может быть записана многочленом

A(x)= x7 + x4 + x3 + 1,

число членов которого (четыре) равно ее весу, т.е. w = 4.

2.3. Стандартные первичные коды

Пятиэлементные коды. Международный телеграфный код N2 (МТК-2) появился в 1932 г. и до сих пор используется для телеграфной передачи. Это двоичный (а = 2), простой [d = 1], равномерный (n = const), пятиэлементный (k = 5) код для передачи буквенно-цифровой информации.

Поскольку число комбинаций S0=25=32 недостаточно для этого, введены два регистра: буквы (регистр 1) и цифры (регистр 2). Это дает возможность расширения кода за счет того, что одна комбинация может применяться для передачи двух графических символов. Первые 26 позиций таблицы отданы под графические символы, что дает в двух регистрах возможность получить 52 знака.

Код МТК-2 удобен для телеграфной передачи. Однако в нем мало функциональных символов, отсутствует деление букв на прописные и строчные, не хватает некоторых арифметических и грамматических символов.

Семиэлементные коды. Недостатки кода МТК-2 были устранены удлинением кодовых комбинаций и, как следствие, увеличением их количества до 27 = 128. За основу был взят американский стандартный код для обмена информацией (ASCII). Это двоичный = 2), простой [d =1], равномерный (n = const), семиэлементный (k = 7) код, применяемый для телеграфной передачи и передачи данных. В нашей стране этот код с русским алфавитом известен как семиэлементный код для обработки информации КОИ-7.

Благодаря наличию большего количества комбинаций семиэлементные коды получили следующие преимущества по сравнению с пятиэлементными:

  • резко возросло количество функциональных символов (до 32) для управления печатающими устройствами и ЭВМ;

  • появились дополнительные арифметические и грамматические знаки;

  • десятичные цифры удалось упорядочить и представить четырехразрядными двоичными числами;

  • повысить качество текстовых документов введением строчных и прописных букв.

Рис. 2.1

Unicode (Universal code). Возник совсем недавно в системах передачи данных. Это шестнадцатиэлементный код, число кодовых комбинаций будет соответственно 216=65536. В таблицу этого кода включены:

  • буквы латинского алфавита;

  • буквы греческого алфавита;

  • буквы арабского алфавита;

  • иврит;

  • кириллица (русский алфавит);

  • знаки пунктуации;

  • технические знаки;

  • символы рамок;

  • цифры и арифметические знаки;

  • коммерческие знаки;

  • декоративные символы и др.

Рис. 2.2

2.4. Дискретная модуляция

Дискретная модуляция является второй операцией в цепочке преобразования дискретного сообщения в электрический сигнал.

Для формирования сигнала необходим некоторый переносчик, способный существовать и распространяться в линии связи. В системах связи это постоянный или переменный ток (аналоговые системы передачи), электромагнитное поле (радиосистемы), периодическая последовательность высокочастотных импульсов (коаксиальные и волоконно-оптические кабели) и др.

Под дискретной модуляцией понимают изменение во времени одного или нескольких квантованных параметров переносчика в соответствии со значениями элементов кодовой комбинации, отображающей символ сообщения.

В результате этой операции образуется дискретный электрический сигнал как дискретная функция дискретного времени. Это значит, что любому значению элемента кодовой комбинации соответствует определенное значение параметра сигнала, который сохраняется неизменным на определенном отрезке времени и изменяется через некоторые интервалы.

В теории ПДИ различают следующие понятия, связанные с дискретной модуляцией: значащая позиция, значащий момент, единичный интервал, значащий интервал. Первые два из них относятся к изменению значений параметра (ось ординат), а вторые два - к временным интервалам (ось абсцисс).

Значащая позиция (ЗнП) - определенное значение параметра сигнала, соответствующее одному из значений элемента кодовой комбинации. Количество значащих позиций всегда равно основанию кода. Различают понятия: значащая позиция модуляции (ЗнПМ) на передаче и значащая позиция восстановления (ЗнПВ) на приеме.

Значащий момент (ЗнМ) - мгновение времени, в которое происходит изменение значащей позиции. Как и в первом случае, различают ЗнММ на передаче и ЗнМВ на приеме.

Единичный интервал (ЕИ) - определенный отрезок времени, на котором параметр сигнала, соответствующий одной цифре кодового числа, остается неизменным. Это отрезок временной оси, принятый для конкретного случая за эталон.

Значащий интервал (ЗИ) - некоторый отрезок времени, взятый между смежными значащими моментами. В идеальном случае значащий интервал включает в себя целое число единичных интервалов.

Получившийся в результате дискретной модуляции электрический сигнал представляет собой набор импульсов напряжения или тока с определенным значением информационного параметра. Здесь вводят еще одно понятие - элементарный импульс t0, или элемент сигнала, под которым понимают импульс напряжения или тока длительностью в единичный интервал.

2.5. Виды дискретной модуляции

Используя в качестве переносчика постоянный и переменный ток и изменяя (модулируя) различные параметры переносчика, можно получить большое разнообразие видов дискретной модуляции. При этом различают параметрические и относительные виды модуляции.

Если значащие позиции любого импульса выбираются и оцениваются в соответствии с заранее обусловленными значениями параметра переносчика (амплитуда, частота, фаза и др.), то такие виды модуляции называют параметрическими.

Если значащая позиция i-го импульса выбирается и оценивается по отношению к значащей позиции предыдущего (i-l)-гo импульса, то такие виды модуляции называют относительными.

При постоянном токе модулируемыми параметрами могут быть значение и направление тока. В первом случае имеет место однополюсная модуляция (ОПМ), во втором - двухполюсная модуляция (ДПМ). При переменном токе модулируемыми параметрами могут быть амплитуда, частота и начальная фаза. В соответствии с этим различают амплитудную модуляцию (AM), частотную модуляцию (ЧМ) и фазовую модуляцию (ФМ).

На рис. 2.3 показаны сигналы, соответствующие названным выше параметрическим видам модуляции, при передаче комбинации 010110.

Рис.2.3

На рис. 2.3, а представлен сигнал при ОПМ. На рисунке обозначены значащие позиции, значащие моменты модуляции, единичные интервалы и значащие интервалы. То же самое показано для ДПМ на рис. 2.1, б. Как видно из сравнения этих рисунков, разница между значащими позициями в случае ДПМ в 2 раза больше, чем в случае ОПМ. Этим и объясняется большая помехоустойчивость сигналов ДПМ.

В табл. представлены значения параметра переносчика, соответствующие значащей позиции 1 и значащей позиции 0 для разных видов дискретной модуляции.

Рис. 2.4

При использовании переменного тока в качестве переносчика в параметрических видах модуляции за эталон берется определенное значение информационного параметра, и значащие позиции определяются сравнением истинного значения параметра с эталонным. При AM - это порог срабатывания входного устройства приемника, при ЧМ – это средняя частота канала, при ФМ - это опорная (эталонная) фаза в пределах элементарного импульса. На рис. 2.3, в, г, д показаны сигналы соответственно с AM, ЧМ и ФМ, а правила формирования значащих позиций для них даны в табл.

Дискретные сигналы с использованием в качестве переносчика переменного тока применяются для передачи информации по физическим цепям и каналам тональной частоты.

С точки зрения технической реализации модемов преимущество имеет AM, но помехоустойчивость ее сравнительно низкая. Лучшей в этом смысле является ФМ, но для ее реализации необходимо иметь высокостабильный генератор опорного колебания, что делает систему дороже. Поэтому оконечные устройства строят с применением ЧМ.



Похожие документы:

  1. Курс лекций Педагогическое общество России Москва 2001

    Документ
    ... для ус­пешной сдачи вступительных экзаменов в университет. Заодно многолетней ... катастрофы? Теоретически — да. Для этого достаточно взять жесткий курс на «безотходное» ... и здоровое по­томство. Остальные делятся на две части. Одни еще девственницы, не ...
  2. Курс лекций Издательство Томского политехнического университета Томск 2008

    Документ
    ... работы и подготовки к экзаменам. УДК 947(075.8) ... Грозного принято условно делить на две части, сильно отличающиеся ... банков и транспорта; 4) курс на уничтожение товарно-денежных отношений ... невиновности, послужил «теоретическим» обоснованием для применения ...
  3. Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры «Экономика труда» «20» марта 2008 г. (Протокол №8)

    Учебно-методический комплекс
    ... 8 6 Вид итогового контроля экзамен экзамен экзамен экзамен экзамен экзамен Часовая нагрузка по дисциплине « ... отвечать учебным задачам теоретического курса, быть увязана с ... том, что все затраты делятся на две части: на так называемые начально-конечные ...
  4. Лекционный курс 18-367 Тема Древнерусское государство и право (IX первая половина XII вв.) 18-32

    Рабочая программа
    ... дворцово-вотчинная система делилась на две части. Одну составляло управление ... образовании или сдачи экзаменов в объеме университетского курса. Вызвало недовольство ... 1886г.). Однако противоречия, боязнь теоретических обобщений сохранились и в этой ...
  5. Учебного курса «физическая культура» для 1 Х классов

    Пояснительная записка
    ... ». Рабочая программа учебного курса « физическая культура » ... материал делится на две части – базовую и вариативную. В базовую часть – ... Для прохождения теоретических сведений выделяется ... , определяемые вступительными экзаменами в профильные учреждения ...

Другие похожие документы..