Глава 8. Цифровые методы передачи непрерывных сообщении
8.1. Общие сведения о цифровой передаче непрерывных сообщении
Для передачи непрерывных сообщений можно воспользоваться дискретным каналом. При этом необходимо преобразовать непрерывное сообщение в цифровой сигнал, т. е. в последовательность символов, сохранив содержащуюся в сообщении существенную часть информации, определяемую его эпсилон-энтропией. Типичными примерами цифровых систем передачи непрерывных сообщений являются системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и дельта-модуляцией (ДМ).
Как отмечалось в § 1.6, для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму используются операции дискретизации и квантования. Полученная таким образом последовательность квантованных отсчетов кодируется и передается по дискретному каналу как всякое дискретное сообщение. На приемной стороне непрерывное сообщение после декодирования восстанавливается (с той или иной точностью).
Основное техническое преимущество цифровых систем передачи перед непрерывными системами состоит в их высокой помехоустойчивости. Это преимущество наиболее сильно проявляется в системах передачи с многократной ретрансляцией (переприемом) сигналов. Типичные системы подобного типа — кабельные и радиорелейные линии большой протяженности. В них сигналы передаются по цепи ретрансляторов, расположенных на таких расстояниях друг от друга, которые обеспечивают надежную связь. В таких системах помехи и искажения, возникающие в отдельных звеньях, как правило, накапливаются. Допустим для простоты, что сигнал в каждом ретрансляторе только усиливается. Тогда, если аддитивные помехи в каждом звене статистически независимы, их мощность на входе последнего звена равна сумме мощностей помех всех звеньев.
Если система состоит из k одинаковых звеньев, для обеспечения заданной верности связи необходимо обеспечить на входе каждого ретранслятора отношение сигнал-помеха в k раз больше, чем при передаче без ретрансляций. В реальных системах число ретрансляций k может достигать нескольких десятков, а иногда и сотен; накопление помех вдоль тракта передачи становится основным фактором, ограничивающим протяженность линии связи.
При цифровых системах передачи для ослабления эффекта накопления помех при передаче с ретрансляциями наряду с усилением применяют регенерацию импульсов, т. е. демодуляцию с восстановлением переданных кодовых символов и повторную модуляцию на переприемном пункте. При использовании регенерации аддитивная помеха со входа ретранслятора не поступает на его выход. Однако она вызывает ошибки при демодуляции. Ошибочно принятые в одном регенераторе символы в таком виде передаются и на следующие регенераторы, так что ошибки все же накапливаются. При использовании k регенераторов и допустимой вероятности ошибки р -5 , то в системе без переприема для этого необходимо иметь h 2 = -2 In(2р) = 21,64. При использовании k = 1000 регенераторов следует обеспечить на каждом из них p1 -8 , или h 2 = — 2 In(2p) -1 ≈ 35,45. Для этого достаточно поднять мощность сигнала в 1,64 раза, а не в 1000 раз.
При цифровой системе передачи непрерывных сообщений можно, кроме того, повысить верность применением помехоустойчивого кодирования. Высокая помехоустойчивость цифровых систем передачи позволяет осуществить практически неограниченную по дальности связь при использовании каналов сравнительно невысокого качества.
Другим существенным преимуществом цифровых систем передачи информации является широкое использование в аппаратуре преобразования сигналов современной элементной базы цифровой вычислительной техники и микропроцессоров. Совокупность устройств, выполняющих преобразования входных цифровых сигналов в выходные цифровые сигналы на основе заданного алгоритма цифрового преобразования, называют цифровыми фильтрами. По существу, цифровой фильтр является специализированной ЭВМ или микропроцессором * . Больше того, на цифровой основе могут быть объединены в единой системе сигналы передачи данных с сигналами передачи речи и телевидения. Возможность приведения всех видов передаваемой информации к цифровой форме позволит осуществить интеграцию систем передачи и систем коммутации. Простота сочленения цифрового канала с ЭВМ позволяет существенно расширить область использования вычислительной техники при построении аппаратуры связи и автоматизации управления сетями связи и ускорить тем самым решение проблемы построения ЕАСС страны.
* ( Теория и техника цифровой фильтрации и схемы цифровых фильтров на базе микропроцессоров рассматриваются в курсе к «Основы цифровой техники и микропроцессоры».)
Отмеченные и другие преимущества цифровых систем передачи непрерывных сообщений позволяют предположить, что в ближайшие годы эти системы найдут не менее широкое применение, чем непрерывные (аналоговые) системы связи.
Перейдем теперь к рассмотрению структурной схемы цифрового канала передачи непрерывных сообщений (рис. 8.1). В отличие от непрерывного канала передачи в составе цифрового канала предусмотрены устройства для преобразования непрерывного сообщения в цифровую форму — аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на передающей стороне и устройства преобразования цифрового сигнала в непрерывный — цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на приемной стороне.
Рис. 8.1. Структурная схема системы цифровой передачи непрерывных сообщений
Рис. 8.2. Преобразование непрерывного сообщения в последовательность двоичных импульсов
Преобразование аналог — цифра состоит из трех операций (рис. 8.2): сначала непрерывное сообщение подвергается дискретизации по времени через интервалы Δt (рис. 8.2,а); полученные отсчеты мгновенных значений b(kΔt) квантуются (рис. 8.2,6); наконец, полученная последовательность квантованных значений bKB(kΔt) передаваемого сообщения представляется посредством кодирования в виде последовательности m-ичных кодовых комбинаций (рис. 8.2,в). Такое преобразование называется импульснокодовой модуляцией. Чаще всего кодирование здесь сводится к записи номера уровня в двоичной системе счисления. В дальнейшем будем рассматривать цифровые системы, в которых непрерывное сообщение преобразовано в последовательность кодовых комбинаций, составленных из двоичных символов.
Полученный с выхода АЦП сигнал ИКМ поступает или непосредственно в линию связи или на вход передатчика (модулятора), где последовательность двоичных импульсов преобразуется в радиоимпульсы.
На приемной стороне линии связи последовательность импульсов после демодуляции и регенерации в приемнике поступает на цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, назначение которого1 состоит в обратном преобразовании (восстановлении) непрерывного сообщения по принятой последовательности кодовых комбинаций. В состав ЦАП входят декодирующее устройство, предназначенное для преобразования кодовых комбинаций в квантованную последовательность отсчетов, и сглаживающий фильтр, восстанавливающий непрерывное сообщение по квантованным значениям.
Преобразование непрерывных сообщений в цифровую форму в системах ИКМ, как отмечалось, сопровождается округлением мгновенных значений до ближайших разрешенных уровней квантования. Возникающая при этом погрешность представления является неустранимой, но контролируемой (так как не превышает половины шага квантования) (рис. 8.2,г). Выбрав малый шаг квантования, можно обеспечить эквивалентность по заданному ε-критерию (см. § 4.7) исходного и квантованного сообщений. Погрешность (ошибку) квантования, представляющую собой разность между исходным сообщением и сообщением, восстановленным по квантованным отсчетам, называют шумом квантования.
Источник
Аналоговый и цифровой способы передачи информации
Передача данных (обмен данными, цифровая передача, цифровая связь) — физический перенос данных (цифрового битового потока) в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу связи, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники.
Передача данных может быть аналоговой или цифровой (то есть поток двоичных сигналов).
Аналоговая связь является передачей постоянно меняющегося цифрового сигнала.
Цифровая связь является непрерывной передачей сообщений. Сообщения представляют собой либо последовательность импульсов, означающую линейный код, либо ограничивается набором непрерывно меняющейся формы волны, используя метод цифровой модуляции. Такой способ модуляции и соответствующая ему демодуляция осуществляются модемным оборудованием.
Передаваемые данные могут быть цифровыми сообщениями, идущими из источника данных, например, из компьютера или от клавиатуры. Это может быть и аналоговый сигнал — телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, используя импульсно-кодирующую модуляцию (PCM) или более расширенные схемы кодирования источника (аналого-цифровое преобразование и сжатие данных). Кодирование источника и декодирование осуществляется кодеком или кодирующим оборудованием.
Виды технических систем связи
Виды радиосвязи
Радиосвязь можно разделить на радиосвязь:
Без применения ретрансляторов по длинам волн:
КВ-связь земной (поверхностной) волной
КВ-связь ионосферной (пространственной) волной
УКВ связь прямой видимости
с отражением от Луны или метеоритов
С применением ретрансляторов:
Диапазоны частот, используемые в ОВД
Диапазон, выделенный для ОВД разбивается на три поддиапазона – А, Х, Б, соответственно ограниченных частотами 148 – 149, 171 – 172, 172 -173 МГц. Каждый из поддиапазонов разбит на 40 каналов с шагом 25 кГц.
При проведении оперативных мероприятий в городских условиях или на пересеченной местности следует обязательно учитывать свойства радиоволн, приводящих к уменьшению дальности радиосвязи и руководствуется следующими принципами:
— устанавливать радиосвязь вне помещений без окон, вне подвалов
— металл полностью экранирует радиоволны – радиосвязь внутри металлических конструкций может быть невозможна
— в помещении располагаться на более высоких этажах и ближе к окнам, обращенным в сторону других абонентов связи
— на пересеченной местности – располагаться на холме, гребне. На господствующих высотах можно устанавливать радиостанции-ретрансляторы, находящихся в пределах видимости всех абонентов связи
— при плохой связи принять меры по ее улучшению (сменить местоположение).
Спутниковая, пейджинговая, сотовая, транкинговая системы связи (принцип построения, достоинства и недостатки)
Спутниковая связь —один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов.
Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.
Достоинства
— большая пропускная способность, обусловленная работой спутников в широком диапазоне гигагерцовых частот. Спутник может поддерживать несколько тысяч речевых каналов связи;
— обеспечение связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможность обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках;
— независимость стоимости передачи информации от расстояния между взаимодействующими абонентами (стоимость зависит от продолжительности передачи или объема передаваемого трафика);
— возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах.
Недостатки
— необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных, на предотвращение возможности перехвата данных «чужими» станциями;
— наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией из-за больших расстояний между спутником и РТС. Это может вызвать проблемы, связанные с реализацией канальных протоколов, а также временем ответа;
— возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах;
— подверженность сигналов на участках Земля-спутник и спутник-Земля влиянию различных атмосферных явлений.
Пейджинговая связь —специализированный радиоприемник, предназначенный для приема звуковой (тональной) и/или буквенно-цифровой информации по специально выделенному радиоканалу.
Пейджинговые сетисвязи организованы по радиальному и сотовому принципам, могут быть односторонними и двухсторонними.
Принцип построения
— системы сбора информации,
— пейджинговый терминал (основной компонент),
Недостатки невозможность подтверждения абонентом получения сообщения
Сотовая связь —один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть.
Принцип построения
общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.
Достоинства
— полный набором услуг, предоставляемых телефонной сетью общего пользования (передача факсов, доступ в Интернет);
— возможностью определения местоположения абонента;
— высокое качество речевых сообщений;
— надежность и конфиденциальность связи, которые обеспечиваются защитой от несанкционированного доступа в сеть;
— малые габариты и вес телефонных аппаратов;
— современные модели имеют встроенные аккумуляторы, позволяющие работать длительное время без подзарядки.
Недостатки
— высокая стоимость минуты разговора;
— необходимость доступа к устройству для подзарядки (аккумулятор автомобиля, или электрическая сеть).
Транкинговые системы связи —система, использующая принцип выбора любого свободного канала.
Транкинг – это совокупность каналов связи, автоматически распределяемых между пользователями.
Принцип построения
В транкинговых системах вместо одного канала, к которому обращается несколько пользователей, содержится группа каналов (символ), доступных всем пользователям данной системы. Когда кто-либо из них захочет провести сеанс связи, он автоматически получает доступ к любому свободному каналу. По окончании соединения канал может быть автоматически предоставлен другому.
Достоинства
дешевое базовое и периферийное оборудование, простота установки и эксплуатации.
Недостатки
при увеличении количества каналов и загрузки системы существенно увеличивается время поиска свободного радиоканала для установления связи;
время установления связи больше, чем у других систем;
невозможность создания многозоновых систем;
сокращенный набор функций и сервиса.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Источник
