основы передачи. Основы передачи дискретных сообщений
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
Основы передачи дискретных сообщений (ЛЕКЦИИ) 1. Основные понятия и определения 2. Структура системы передачи дискретных сообщений 3. Каналы, выделяемые в системе ПДС 3.1. Непрерывный канал связи 3.2. Дискретный канал непрерывного времени 3.3. Методы регистрации сигналов 3.4. Дискретный канал 3.5. Расширенный дискретный канал 4. Эффективное (статистическое) кодирование 5. Защита от ошибок в системах связи 5.1. Понятие о корректирующих кодах 5.2. Циклические коды 5.3. Выбор образующего полинома циклического кода 6. Устройства преобразования сигнала 6.1. Перекодирование 6.2. Методы преобразования спектра с использованием несущей 7. Синхронизация в системах ПДС 7.1. Синхронизация по элементам 7.2. Групповая и цикловая синхронизация 8. Адаптация в системах ПДС 9. Методы коммутации в сетях ПДС 10. Сети и службы ДЭС 11. Архитектура взаимодействия открытых систем 12. Сети передачи данных, компьютерные сети 12.1. Классификация компьютерных сетей 12.2. Локальные вычислительные сети 12.3. Типы компьютерных сетей 12.4. Топология сети 12.5. Сетевые кабели 1. Основные понятия и определения Информация, сообщения, сигналы Под термином “информация” понимают различные сведения, которые поступают к получателю. В более строгой форме определение информации следующее: Информация - это сведения, являющиеся объектом передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования. В дальнейшем нас будут интересовать лишь вопросы, связанные с информацией как объектом передачи. Сообщение является формой представления информации. Одно и то же сведение может быть представлено в различной форме. Например, сведение о моменте начала наступления может быть передано по телефону или телеграфом или тремя зелеными ракетами. В первом случае мы имеем дело с информацией, представленной в непрерывном виде (непрерывное сообщение). Будем считать, что это сообщение вырабатывается источником непрерывных сообщений. Во втором и в третьем случае - с информацией, представленной в дискретном виде (дискретное сообщение). Это сообщение вырабатывается источником дискретных сообщений. Основное отличие дискретного и непрерывного источников состоит в следующем. Множество всех различных сообщений, вырабатываемых дискретным источником всегда конечно. Поэтому на конечном отрезке времени количество символов дискретного источника так же является конечным. В то же время число возможных различных значений звукового давления (или напряжения в телефонной линии), измеренное при разговоре, даже на конечном отрезке времени, будет бесконечным. В нашем курсе мы будем рассматривать вопросы передачи именно дискретных сообщений. При этом в случае телефонной связи под сообщением будем понимать некоторую последовательность отсчетов квантованного аналогового сигнала, передаваемую в канале связи в виде последовательности кодовых комбинаций. Информация, содержащаяся в сообщении, передается от источника сообщений к получателю по каналу передачи дискретных сообщений (ПДС) (рис.1.).  Рис.1. Тракт передачи дискретных сообщений Характеристики источника дискретных сообщений Сообщение поступает от источника дискретных сообщений, который характеризуется алфавитом передаваемых сообщений  .Алфавит – есть совокупность всех возможных (различных) сообщений (знаков) данного источника. Объем алфавита – число различных символов алфавита К. Каждое сообщение алфавита появляется с некоторой вероятностью. Вероятность выдачи символа (сообщения)  –  .Количество информации в сообщении(символе) определяется вероятностью его появления. Чем меньше вероятность появления того или иного сообщения, тем большее количество информации мы извлекаем при его получении. В 1928г. Хартли предложил определять количество информации, которое приходится на одно сообщение  , выражением .Энтропия. Среднее количество информации Н(А), которое приходится на одно сообщение, поступающее от источника без памяти, получим, применяя операцию усреднения по всему объему алфавита  , (1)Выражение (1) известно как формула Шеннона для энтропии источника дискретных сообщений. Энтропия - мера неопределенности в поведении источника дискретных сообщений. Энтропия равна нулю, если с вероятностью единица источником выдается всегда одно и то же сообщение (в этом случае неопределенность в поведении источника сообщений отсутствует). Энтропия максимальна, если символы источника появляются независимо и с одинаковой вероятностью. Один бит - это количество информации, которое переносит один символ источника дискретных сообщений в том случае, когда алфавит источника состоит из двух равновероятных символов. Среднее количество информации, выдаваемое источником в единицу времени, называют производительностью источника  , [бит/с], (2)где  - среднее время, отводимое на передачу одного символа (сообщения).Среднее время может быть определено выражением  .Основные характеристики канала ПДС Для каналов передачи дискретных сообщений вводят аналогичную характеристику - скорость передачи информации по каналу R. Она определяется количеством бит, передаваемых в секунду. Максимально возможное значение скорости передачи информации по каналу называется пропускной способностью канала и обозначается С. Пропускная способность непрерывного канала с белым гауссовским шумом определяется известной формулой Шеннона  .Как видно из выражения данная величина определяется шириной полосы пропускания и соотношением сигнал-шум. Сигналы – форма сообщения для передачи по каналу связи Любая система связи обеспечивает передачу именно сигналов, а не сообщений. Поэтому сообщение, поступающее от источника, предварительно должно быть преобразовано в сигнал определенной природы (электрический, оптический …), который является его переносчиком в данной системе связи. Виды сигналов. Различают четыре вида сигналов: непрерывный непрерывного времени, непрерывный дискретного времени, дискретный непрерывного времени и дискретный дискретного времени. Непрерывные сигналы непрерывного времени называют сокращенно непрерывными (аналоговыми) сигналами. Они могут изменяться в произвольные моменты, принимая любые значения из непрерывного множества возможных значений (рис.2). К таким сигналам относится и известная всем синусоида. 
Непрерывные сигналы дискретного времени могут принимать произвольные значения, но изменяться только в определенные, наперед заданные (дискретные) моменты t1, t2, t3, ... (рис.3). Дискретные сигналы непрерывного времени отличаются тем, что они могут изменяться в произвольные моменты, но их величины принимают только разрешенные (дискретные) значения (рис.4). Дискретные сигналы дискретного времени(сокращенно дискретные) (рис.5) в дискретные моменты времени могут принимать только разрешенные (дискретные) значения. 
Сигналы, формируемые на выходе преобразователя дискретного сообщения в сигнал, как правило, являются по информационному параметру дискретными, то есть описываются функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений. В технике передачи данных такие сигналы называют цифровыми сигналами данных (ЦСД). Рассмотрим далее основные определения, относящиеся к ЦСД. Представляющий (информационный) параметр сигнала данных - параметр сигнала данных, изменение которого отображает изменение сообщения. На рис.6. изображен ЦСД, представляющим параметром которого является амплитуда, а множество возможных значений представляющего параметра равно двум (U=U1 и U=0).  Рис.6. Цифровой сигнал данных Элемент ЦСД - часть цифрового сигнала данных, отличающаяся от остальных частей значением одного из своих представляющих параметров. Значащая позиция - фиксируемое значение состояния представляющего параметра сигнала. Значащим моментом (ЗМ) - момент, в который происходит смена значащей позиции сигнала. Значащим интервалом времени - интервал времени между двумя соседними значащими моментами сигнала. Единичный интервал- минимальный интервал времени, которому равны значащие интервалы времени сигнала, (интервалы а-б, б-в и другие на рис.6). Единичный элемент (е.э.) - элемент сигнала, имеющий длительность, равную единичному интервалу времени. Различают изохронные и анизохронные сигналы данных. Изохронные сигналы это сигналы для которых любой значащий интервал времени равен единичному интервалу или их целому числу. Анизохронными называются сигналы, элементы которых могут иметь любую длительность, но не менее чем  . Кроме того, анизохронные сигналы могут отстоять друг от друга на произвольном расстоянии.Вопросы по теме: Дайте определение понятиям “Информация” и “сообщение”. Перечислите основные характеристики источника дискретных сообщений. Чем определяется количество информации с дискретном сообщении. Что такое энтропия источника и как она определяется. Как определить производительность дискретного источника. Дайте определение основным параметрам цифровых сигналов данных. Какие сигналы называются изохронными и анизохронными. 2. Структура системы передачи дискретных сообщений Структурная схема системы ПДС изображена на рис.1 Источник и получатель сообщений вместе с преобразователем сообщения в сигнал в состав системы ПДС не входят.  Рисунок 1. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений Кодер источника. Сообщение, поступающее от источника сообщений, в ряде случаев содержит избыточность. Это обусловлено тем, что символы  , входящие в сообщение, могут быть статистически связаны. Это позволяет часть сообщения не передавать, восстанавливая его на приеме по известной статистической связи.Избыточность приводит к тому, что за заданный промежуток времени будет передано меньше сообщений, и, следовательно, менее эффективно будет использоваться канал передачи дискретных сообщений. Задачу устранения избыточности на передаче в СПДС выполняет кодер источника. Кодер канала. С целью повышения верности передачи используется избыточное кодирование, позволяющее на приеме обнаруживать или даже исправлять ошибки. В процессе кодирования осуществляется преобразование исходной кодовой комбинации в другую кодовую комбинацию с избыточностью. На приемном конце декодер канала осуществляет обратное преобразование (декодирование), в результате которого получаем комбинацию исходного кода. Часто кодер и декодер канала называют устройствами защиты от ошибок (УЗО). Устройство преобразования сигнала. С целью согласования кодера канала и декодера канала с непрерывным каналом связи используются на передаче и приеме устройства преобразования сигналов (УПС). В частном случае это модулятор и демодулятор. Каналы Непрерывный канал. Это канал связи предназначенный для передачи непрерывных (аналоговых) сигналов. Например, абонентская телефонная линия, канал ТЧ. Дискретный канал. Совместно с каналом связи УПС образуют дискретный канал, то есть канал, предназначенный для передачи только дискретных сигналов (цифровых сигналов данных). Различают синхронные и асинхронные дискретные каналы. В синхронных дискретных каналах ввод каждого единичного элемента производится в строго определенные моменты времени и они предназначены для передачи только изохронных сигналов. По асинхронному каналу можно передавать любые сигналы - изохронные, анизохронные. Расширенный канал. Дискретный канал в совокупности с кодером и декодером канала (УЗО) называется расширенным дискретным каналом (РДК). В технике передачи данных РДК называют каналом передачи данных. Полунепрерывный канал (дискретный канал непрерывного времени). В системе ПДС иногда выделяют дискретный канал непрерывного времени. Для определения выхода данного канала необходимо более детально рассмотреть УПС приема. Он состоит из демодулятора, порогового устройства и регенератора. Выход ПУ одновременно является и выходом дискретного канала непрерывного времени. Если на выходе дискретного канала имеем сигнал, являющийся дискретной функцией дискретного времени, то на выходе полунепрерывного канала сигнал является дискретной функцией непрерывного времени. (Он же канал постоянного тока). Контрольные вопросы по теме: 1. Нарисуйте структурную схему системы передачи дискретных сообщений. 2. Поясните назначение и основные функции каждого блока структурной схемы. 3. Перечислите какие каналы выделяются в составе общей структурной 3. Каналы, выделяемые в системе ПДС 3.1. Непрерывный канал связи (НКС) На входе и выходе НКС – непрерывный сигнал, непрерывного времени. НКС – это канал ТЧ, стандартный широкополосный канал (60-108 кГц), физическая линия (кабель, волокно, воздушная линия и т. п.). НКС может описывается :  - импульсной характеристикой или  - комплексной частотной характеристикой, которые связаны через преобразование Фурье где  ;  Вместо ФЧХ обычно измеряется групповое время прохождения (ГВП), которое является производной от ФЧХ.   Одной из основных характеристик непрерывного канала является его пропускная способность  . |