15.32M

Category:

electronics

Общие сведения о передаче информации в канале связи. Лекция № 2

1.

Дисциплина «Радиотехнические системы»
Лекция № 2. Общие
сведения о передаче
информации в
канале связи
Читает лекцию доцент кафедры
инженерной криптографии
к.т.н., проф.
Гурский Сергей Михайлович
тел.+79313983868
[email protected]
1

2.

Целевая установка
Учебные цели:
1. Раскрыть структуру цифровой РТС передачи
информации.
2. Дать основные закономерности и виды каналов связи,
их основные характеристики
Воспитательные цели – формирование и развитие у
обучающихся качеств и отношений гражданинапатриота, военного профессионала и
высоконравственной разносторонне развитой
личности
2

3.

Учебные вопросы:
1. Структура цифровой системы
передачи информации (СПИ)
2. Канал связи. Виды каналов связи и их
основные характеристики
3

4.

Первый учебный вопрос:
1.Структура цифровой системы
передачи информации (СПИ)
4

5.

Цифровая система передачи информации
Система передачи информации,
предназначенная для передачи дискретных
сообщений, называется дискретной или
цифровой системой передачи информации
(ЦСПИ).
С помощью ЦСПИ можно передавать и
непрерывные сообщения, осуществив
предварительно дискретизацию сообщения
по времени и амплитуде.
5

6.

Преимущества передачи информации в цифровой форме по
сравнению с аналоговыми методами передачи
простота и эффективность объединения многих
независимых сигналов в «пакеты» для удобства
коммутации;
относительная нечувствительность цифровых
каналов к эффекту накопления искажений при
ретрансляциях;
потенциальная возможность получения очень малых
вероятностей ошибок передачи переданных сообщений
путем обнаружения и исправления ошибок;
6

7.

Преимущества передачи информации в цифровой форме по
сравнению с аналоговыми методами передачи
защищенность связи;
гибкость реализации цифровой аппаратуры,
допускающая использование микропроцессоров,
цифровую коммутацию и применение микросхем с
большей степенью интеграции компонентов (БИС);
возможность уменьшить аппаратурные искажения
сообщений при умеренных требованиях к точности и
стабильности элементов.
7

8.

Структурная схема ЦСПИ
Источник
Кодер
источника
Декодер
источника
Получатель
Кодовое слово
Оценка кодового
источника
слова источника
КОДЕК
Декодер
Кодер канала
канала
Кодовое слово
канала
Модулятор
Принятое
слово
МОДЕМ
Демодулятор
Канал
(линия) связи
Система связи
Шум
8

9.

Особенности структуры ЦСПИ
Особенность состоит в том, что в ЦСПИ различают две
группы относительно самостоятельных устройств:
кодеки и модемы.
Кодеком называется совокупность кодера и декодера,
которые при двусторонней связи объединены в одно
устройство.
Модемом называется конструктивно совмещенная
совокупность модулятора и демодулятора.
9

10.

Особенности структуры ЦСПИ
Преобразование дискретного сообщения в сигнал,
удобный для передачи по каналу связи начинается в
кодере источника.
Кодирование представляет собой преобразование
сообщения в последовательность чисел или кодовых
символов источника, осуществляя согласование
системы радиосвязи с источником.
Совокупность кодовых символов называется кодовой
комбинацией.
10

11.

Особенности структуры ЦСПИ
Совокупность всех возможных кодовых
комбинаций, обозначающих дискретные
сообщения, образует код.
Правило кодирования может быть выражено
кодовой таблицей, в которой приводятся
алфавит кодируемых сообщений и
соответствующие им кодовые комбинации.
11

12.

Особенности структуры ЦСПИ
Множество возможных кодовых символов называется
кодовым алфавитом или алфавитом источника, а их
количество m - основанием кода, или объемом этого
алфавита.
В общем случае при основании кода m правила
кодирования N элементов сообщения сводятся к
правилам записи N различных чисел в m–ичной
системе счисления.
12

13.

Особенности структуры ЦСПИ
Число разрядов п, образующих кодовую комбинацию,
называется значностью кода, или длиной кодовой
комбинации.
В зависимости от системы счисления, используемой
при кодировании, различают двоичные и т-ичные
(недвоичные) коды.
Если m = 2, то алфавит является двоичным, а если m > 2
– то многозначным или m–ичным. Соответственно при
m = 2 символы al называются двоичными, а при m > 2 –
m–ичными.
13

14.

Особенности структуры ЦСПИ
Так как число элементов в алфавите конечно, то их
можно пронумеровать и тем самым свести передачу
сообщения к передаче последовательности чисел.
Например, для передачи букв русского алфавита (их 32
без «ё») необходимо передать числа от 1 до 32.
Для передачи любого числа, записанного в десятичной
форме, требуется передача десяти цифр - от 0 до 9.
Практически для этого нужны десять сигналов,
соответствующих различным цифрам.
14

15.

Коды
Коды, у которых все комбинации имеют одинаковую
длину называют равномерными. Для равномерного
кода число возможных комбинаций равно mn.
Примером такого кода является пятизначный код Бодо,
содержащий пять двоичных элементов (m=2, п=5).
15

16.

Кодовые комбинации
Число возможных кодовых комбинаций равно 25 = 32,
что достаточно для кодирования всех букв алфавита.
Применение равномерных кодов упрощает построение
автоматических буквопечатающих устройств и не
требует передачи разделительных символов между
кодовыми комбинациями.
16

17.

Неравномерные коды
Неравномерные коды характерны тем, что у них
кодовые комбинации отличаются друг от друга не
только взаимным расположением символов, но и их
количеством. Это приводит к тому, что различные
комбинации имеют различную длительность.
Типичным примером неравномерных кодов является
код Морзе, в котором символы 0 и 1 используются
только в двух сочетаниях - как одиночные (1 и 0) или
как тройные (111 и 000).
17

18.

Сигналы «1» и «0»
Сигнал, соответствующий одной единице, называется
точкой, трем единицам - тире.
Символ 0 используется как знак, отделяющий точку от
тире, точку от точки и тире от тире. Совокупность 000
используется как разделительный знак между кодовыми
комбинациями.
18

19.

Двоичные коды
В технике ЦСПИ наибольшее распространение
получили коды с основанием 2. Такие коды часто
называют двоичными, или бинарными.
Основными причинами широкого использования
двоичных кодов являются простота реализации,
надежность элементов двоичной логики, малая
чувствительность к действию внешних помех и т. д.
19

20.

Пример двоичного кода МТК-2
Примером двоичного кода является Международный
телеграфный код № 2 (МТК-2), в котором каждому
переданному символу соответствует пятиэлементная
кодовая комбинация.
Используя пятиэлементные комбинации, можно
организовать передачу только 32 символов. Вспомним,
что русский алфавит состоит из 33 букв, кроме того,
имеются цифры и желательно обеспечить передачу
латинских букв, знаков препинания и т. п.
20

21.

Пример двоичного кода МТК-2
Поэтому в коде МТК-2 одна и та же пятиэлементная
кодовая комбинация используется до трех раз в
зависимости от режима передачи, который
определяется так называемым регистром.
В коде МТК-2 три регистра: русский, латинский и
цифровой. Прежде чем вести передачу конкретных
знаков, передатчик сообщает приемнику с помощью
специального служебного знака тот регистр, в котором
будет вестись последующая передача.
21

22.

Пятиэлементная кодовая комбинация
Тогда в зависимости от регистра каждая
пятиэлементная кодовая комбинация, поступившая от
ИС, может иметь одно из трех значений.
Так, комбинация 11101 в русском регистре означает
букву Я, в цифровом - 1, в латинском – Q.
Такой подход позволяет значительно расширить объем
передаваемых символов при том же числе элементов в
кодовой комбинации
22

23.

Набор символов в МТК-2
(в рассмотренном примере за счет использования трех
регистров число различных передаваемых символов
возрастает примерно в три раза).
Набор символов, предусмотренный кодом МТК-2,
является достаточным для написания телеграмм, а в
некоторых случаях даже для передачи данных. Как
правило, для передачи данных требуется использовать
больше символов.
23

24.

Семиэлементный код МТК-5
В связи с этим был разработан семиэлементный код
МТК-5, рекомендованный ITU-T. Он получил название
стандартного кода передачи данных. Код имеет два
регистра.
Коды МТК-2 и МТК-5 в технике ЦСПИ называются
первичными кодами.
24

25.

Сообщение
Сообщение, поступающее от ИС, в ряде случаев
содержит избыточность. Последнее обусловлено тем,
что символы аi A, составляющие сообщение, могут
быть статистически зависимы.
Это позволяет часть сообщения не передавать,
восстанавливая его на приеме по известной
статистической связи.
31

26.

Избыточность сообщения
Так, кстати, поступают при передаче телеграмм,
исключая из текста союзы, предлоги, знаки
препинания, поскольку они легко восстанавливаются
при чтении телеграммы на основании известных
правил построения фраз и слов.
Конечно, избыточность в принимаемой телеграмме
позволяет легко исправить часть искаженных слов
(правильно их прочитать).
26

27.

Кодер и декодер источника
Однако избыточность приводит к тому, что за
заданный промежуток времени будет передано меньше
сообщений и, следовательно, менее эффективно будет
использоваться канал ЦСПИ.
Задачу устранения избыточности на передаче в
системе ЦСПИ выполняет кодер источника, а
восстановление принятого сообщения – декодер
источника.
Часто кодер и декодер источника включают в состав ИС
и ПС.
27

28.

Простые коды
По помехоустойчивости коды делят на простые
(примитивные) и корректирующие.
Коды, у которых все возможные кодовые комбинации
используются для передачи информации, называются
простыми, или кодами без избыточности.
В простых равномерных кодах превращение одного
символа комбинации в другой, например 1 в 0 или 0 в 1,
приводит к появлению новой комбинации, т. е. к
ошибке.
28

29.

Корректирующие коды
Корректирующие коды строятся так, что для передачи
сообщения используются не все кодовые комбинации, а
лишь некоторая часть их.
Тем самым создается возможность обнаружения и
исправления ошибки при неправильном
воспроизведении некоторого числа символов.
Корректирующие свойства кодов достигаются
введением в кодовые комбинации дополнительных
(избыточных) символов.
29

30.

Кодер канала
После кодера источника данные обрабатываются
кодером канала, преобразующим последовательность
символов кодового слова источника в другую
последовательность символов, называемую кодовым
словом канала.
Кодовое слово канала представляет собой новую, более
длинную последовательность с большей, чем у
кодового источника, избыточностью. Каждый символ
кодового слова канала может быть представлен битом
или, возможно, группой битов.
30

31.

Модулятор
Кодер преобразует N–ичный алфавит источника в М–
ичный алфавит, т.е. заменяет символы al символами br.
Совокупность символов br, где r = [0,(1),M–1], называется
алфавитом кодера, а М – объемом этого алфавита.
Отметим, что в общем случае M не равно N.
Модулятор каждый символ br однозначно преобразует в
сигнал ur, т.е. осуществляет процесс модуляции. Таким
образом М является также и объемом алфавита сигналов.
С помощью кодирования и модуляции источник
сообщений согласуется с каналом.
31

32.

Преобразование сообщения в сигнал
В соответствии с приведенной структурной схемой в
ЦСПИ сигнал на выходе модулятора представляет
собой последовательность элементов
Процесс преобразования дискретного сообщения в
сигнал и обратного преобразования сигнала в
сообщение представлен на рисунке
а). Преобразование дискретного сообщения в сигнал
Сообщение
a
Код
Первичный сигнал
Вторичный (модулированный) сигнал
u (t )
01101
b(t )
32

33.

Преобразование сигнала а сообщение
б). Преобразование сигнала в дискретное сообщение
Принятый
сигнал
(колебание)
z (t )
Принятый
первичный
сигнал
Регенерированный
сигнал
Код
bˆ(t )
01101
Сообщение
â
Далее модулятор преобразует каждый символ
кодового слова канала в соответствующий
аналоговый символ из конечного множества
допустимых аналоговых символов.
33

34.

Принцип модуляции
Общий принцип модуляции состоит в
изменении одного или нескольких
параметров несущего колебания
(переносчика) f(a, b, ..., t) в соответствии с
передаваемым сообщением. Так, например,
если в качестве переносчика выбрано
гармоническое колебание
f(t)=u0cos( 0t+ ), то можно образовать три
вида модуляции: амплитудную (AM),
частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).
34

35.

Демодулятор
Длительность посылки первичного сигнала b(t)
при дискретной передаче определяет скорость
передачи посылок (техническую скорость или
скорость телеграфирования). Демодулятор
преобразует каждый полученный на выходе
канала сигнал в последовательность символов
одного из кодовых слов канала.
Каждый принятый символ является лучшей
оценкой переданного символа, но из-за шума в
канале демодулятор делает ошибки.
35

36.

Ошибки на выходе демодулятора
Демодулятор преобразует каждый
полученный на выходе канала сигнал в
последовательность символов одного из
кодовых слов канала.
Каждый принятый символ является лучшей
оценкой переданного символа, но из-за
шума в канале демодулятор делает ошибки.
36

37.

Принятое слово
Демодулированная последовательность
символов называется принятым словом.
Из-за ошибок символы принятого слова не
всегда соответствуют символам кодового
слова канала.
37

38.

Декодер канала
Декодер канала использует избыточность кодового
слова канала для того, чтобы исправить ошибки в
принятом слове, и затем выдает оценку кодового слова
источника.
Если все ошибки исправлены, то оценка кодового слова
источника совпадает с исходным кодовым словом
источника.
Декодер источника выполняет операцию, обратную
операции кодера источника, результат которой
поступает к получателю.
38

39.

Дискретные и непрерывные каналы
Канал от входа модулятора и до выхода
демодулятора является дискретным, а от
выхода модулятора до входа демодулятора непрерывным.
Дискретность и непрерывность канала не
связаны с характером передаваемого
сообщения.
Можно передавать дискретные сообщения по
непрерывному каналу и непрерывные – по
дискретному.
39

40.

Синхронный дискретный канал
В синхронных дискретных каналах – каждый
единичный элемент вводится в строго определенные
моменты времени, при этом длительность посылки
кратна длительности элементарного сигнала.
По асинхронному каналу можно передавать любые
сигналы.
Поэтому такие каналы получили название прозрачных,
или кодонезависимых.
40

41.

Второй учебный вопрос:
Канал связи. Виды и основные
характеристики каналов связи
2.
41

42.

Понятие канала связи
Каналом связи называется совокупность средств,
обеспечивающих передачу сигнала от некоторой точки
А системы до точки В.
Точки А и В могут быть выбраны произвольно, лишь бы
между ними проходил сигнал.
Часть системы связи, расположенная до точки А,
является источником сигнала для этого канала.
42

43.

Дискретные и непрерывные каналы
Если сигналы, поступающие на вход канала
и снимаются с его выхода, являются
дискретными (по состояниям), то канал
называется дискретным.
Если входные и выходные сигналы канала
являются непрерывными, то и канал
называется непрерывным.
43

44.

Дискретно-непрерывные каналы
Встречаются также дискретно-непрерывные
и непрерывно-дискретные каналы, на вход
которых поступают дискретные сигналы, а с
выхода снимаются непрерывные, или
наоборот.
канал может быть дискретным или
непрерывным независимо от характера
передаваемых сообщений.
44

45.

Характеристики непрерывного канала связи
Непрерывный канал связи можно
характеризовать так же, как и сигнал, тремя
параметрами:
временем Тк, в течение которого по каналу
ведется передача,
динамическим диапазоном Dк и
полосой пропускания канала Fк .
45

46.

Динамический диапазон канала
Под динамическим диапазоном канала
понимают отношение допустимой мощности
передаваемого сигнала к мощности, неизбежно
присутствующей в канале помехи, выраженное в
децибелах.
46

47.

Динамический диапазон канала
47

48.

Общие признаки непрерывных каналов
Большинство каналов можно считать линейными.
В таких каналах выходной сигнал является суммой входных
сигналов и помех (применим принцип суперпозиции);
на выходе канала даже в отсутствие полезного сигнала
всегда имеются помехи;
сигнал при передаче по каналу претерпевает задержку по
времени и затухание по уровню.
В реальных каналах всегда имеют место искажения сигнала,
обусловленные несовершенством характеристик канала и,
нередко, изменениями параметров канала во времени.
48

49.

Ёмкость (объём) непрерывного канала
Vк = Tк FкDк
где Тк - время, в течение которого по каналу ведется
передача;
Dк - динамический диапазон канала;
Fк - полоса пропускания канала.
49

50.

Необходимое условие неискаженной передачи по каналу
Vс Vк
Согласование сигнала с каналом в простейшем случае
Tс Tк; Fс Fк; Dс Dк
50

51.

Основные характеристики сигналов
Т с tоконч.сигн. tнач.сигн. Nдвоичн.симв.Tодног .двоич.симв.
Fc f max f min
Pmax
Dc 10 lg
Pmin
51

52.

Распределение времени по видам обучения
– 8 семестр
трудоё
мкость
180
Контак лекции Практи Экзам.
тная
ческие
работа
занят.
с преп.
102
48
48
6
Самост
оятель
ная
работа
78
Все виды занятий: 07 февраля - 06 июля;
Экзамены:
07 июля 2022 г. – 682/11 учебной группы
08 июля 2022 г. 682/12 учебной группы
52

53.

Основные учебники и учебные пособия
1.Семенов К.В., Карасев В.Т., Гурский С.М. Радиотехнические
системы: курс лекций. – Часть 1. – / К.В. Семенов, В.Т. Карасев,
С.М. Гурский. – СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2016. – 195
с.
2.Семенов К.В., Карасев В.Т., Гурский С.М. Радиотехнические
системы: Курс лекций. Часть 2. – / К.В. Семенов, В.Т. Карасев,
С.М. Гурский. – СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2016. – 141
с.
3.Бережной И.В., Гурский С.М., Сазонов К.В. Радиотехнические
системы: Сборник заданий на практические занятия / И.В.
Бережной, С.М. Гурский, К.В. Сазонов. – СПб.: ВКА имени А.Ф.
Можайского, 2016. – 243 с.
53

54.

Дополнительные учебники
10.https://sites.google.com/site/elt
echdigicom/course_materials
Сергиенко А.Б. Цифровая связь:
материалы курса «Цифровая
связь» для магистрантов СПбГЭТУ
«ЛЭТИ», в том числе учебные
пособия, презентации и
видеолекции
54

55.

https://sites.google.com/site/eltechdigicom/
55

56.

Дополнительные учебники
11.Информационные
технологии в
радиотехнических
системах: Учебное пособие /
В.А.Васин, И.Б.Власов,
Ю.М.Егоров и др.; Под ред.
И.Б.Федорова. – М.: Изд-во
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. –
672 с. – (Сер. Информатика в
техническом университете)
56

57.

Дополнительные учебники
18.Прокис Джон. Цифровая связь/Пер.с
англ. под ред. Д.Д. Кловского.-М.: Радио
и связь, 2000. - 800 с.
19.Скляр Бернард. Цифровая связь.
Теоретические основы и практическое
применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. –
М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. –
2016. – 1104 с.
57

58.

Одна из последних работ Ширмана Я.Д.
Радиоэлектронные
системы: основы
построения и теория.
Справочник / Ширман Я.Д.,
Лосев Ю.И., Минервин
Н.Н. и др. / Под ред.
Я.Д.Ширмана. – М.: ЗАО
«МАКВИС», 1998. – 828 с.
58

59.

Одна из последних работ Финка Л.М.
Теория передачи сигналов:
Учебник для вузов /
А.Г.Зюко, Д.Д.Кловский,
М.В.Назаров, Л.М.Финк. –
2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1986. –
304 с. – Тираж 22000 экз. –
Цена 1 рубль
59

60.

Реферативный журнал (РЖ) ВИНИТИ РАН
издаваемый с 1952 г., – периодическое научноинформационное издание, в котором публикуются
рефераты, аннотации и библиографические описания
отечественных и зарубежных публикаций в области
естественных, точных и технических наук.
РЖ охватывает следующие области науки и техники:
Автоматика и вычислительная техника. Радиотехника.
Связь. Электроника
60

61.

Реферативный журнал (РЖ) ВИНИТИ РАН
61

62.

Реферативный журнал (РЖ) ВИНИТИ РАН
61

63.

Реферативный журнал (РЖ) ВИНИТИ РАН
61

64.

ВАК-журнал Военная мысль 310 лет ВКА
61

65.

Примеры периодических изданий
62

66.

Журнал Электросвязь
63

67.

Журнал Электросвязь: содержание
64

68.

Успехи современной радиоэлектроники
64

69.

Труды ВКА имени А.Ф.Можайского
64

70.

ВНР на 62 кафедре
•Разработана ВНР курсантом 5-го курса
Полубенцевым
•Основные результаты указанной ВНР
опубликованы в рецензируемом издании – ВАКжурнале «Современные наукоёмкие технологии»
№1 2022 г.
64

71.

ВНР на 62 кафедре
Гурский С.М., Полубенцев В.А. Информационная
безопасность в информационнотелекоммуникационной сети «интернет» //
Современные наукоемкие технологии. – 2022. – №
1. – С. 25-31;
URL: https://toptechnologies.ru/ru/article/view?id=39005 (дата
обращения: 04.02.2022). – DOI 10.17513/snt.39005.
64