Общие сведения о цифровых системах передачи информации

Основные критерии и показатели качества работы ЦСПИ

Достаточность и скорость передачи информации.

Термин информация происходит от латинского information, что означает разъяснение, осведомление, изложение. С позиции материалистической философии информация есть отражение реального мира с помощью сведений (сообщений). Сообщение – это форма представления информации в виде текста, речи, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т.д. в широком смысле информация – это общенаучное понятие, включающая в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой. Для измерения информации используются специальные единицы: бит, байт, килобайт, мегабайт, гигабайт. Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения состава (набор показателей). Понятие полноты информации связна с ее смысловым содержанием (семантикой) и прагматикой. Как не полная т.е. недостаточная для принятия правильного решения, так и избыточная информация снижает эффективность принимаемых пользователем решений. При исследовании вопросов передачи цифровой информации приходится сталкиваться с двумя различными понятиями (скорость и передачи) скорость и передачи технической и информационной. Техническая скорость характеризует быстродействие аппаратуры, входящие в состав передающей части системы связи. Она определяется количеством элементов дискретного сообщения, переданных в секунду. Эта характеристика была предложена в телеграфии около 100 лет назад французским инженером Жаном Бодо. В его честь единица технической скорости была названа Бодо. Техническая скорость передачи определяется величиной: R=1/τ₀ [бод], где τ₀ – это длительность посылки, соответствующий передачи одного элемента дискретного сообщения. В литературе техническую скорость передачи иногда называют скоростью манипуляции. В связи с появлением и быстрым развитием теории информации и ее многочисленных приложений возникла необходимость в широком применении понятия информационной скорости передачи. Под этой скоростью понимают количество информации поступившее по линии связи от источника информации к получателю за одну секунду. Информационная скорость измеряется числом двоичных единиц (бит) в секунду. Она зависит от ряда факторов: технической скорости передачи, статистических свойств источника, типа канала связи, применяемых сигналов и помех, действующих в этом канале.

Техническую скорость передачи нельзя путать с информационной скоростью, а термин (бод) использовать как синоним термина бит/с. Количественно эти скорости совпадают только для бинарных симметричных линий связи с высокой достоверностью информации. Только в этом единственном случае можно принять, что 1 бод = 1бит/с. В общем случае информационная скорость не совпадает с технической и может быть, как больше так и меньшее ее. Конкретные значения вероятности ошибки и скорости передачи цифровой информации существенно зависят от типа канала связи, вида сигналов и его энергии, уровня помех в канале.

Достоверность передачи информации

Передача информации по линиям связи всегда сопровождается неизбежным действием помех и искажений. Это приводит к тому, что принятое сообщение может в какой-то мере отличаться от переданного. Естественно, что при проектировании и создании линий связи всегда стремятся обеспечить такие условия работы чтобы указанное различие было невелико и не превышало некоторые недопустимые величины. Достоверностью передачи информации принято называть степень соответствия принятого сообщения к переданному. Для количественной оценки этого соответствия в случае передачи цифровой информации целесообразно пользоваться отношением числа ошибочно принятых элементов M_ош к общему числу переданных элементов M_общ. 

R­_ош=M_ош/M_общ– это отношение называется частотой ошибок (или коэффициентом ошибок).

 

Построение систем передачи информации с временным разделением каналов

Кодеры поразрядного сравнения

Общие сведения о цифровых системах передачи информации

Любая информация передается через физическую среду с помощью технических устройств. Такой средой может быть кабель, радиорелейные кабели, оптический кабель, воздушные линии. Наибольшее распространение получили кабельные и радиорелейные линии, а в последнее время начал использоваться оптический кабель. Относительно высокая стоимость линейных сооружений и кабели обуславливает необходимость их наиболее эффективного использования, что осуществляется с помощью систем передачи. Систем передачи обеспечивают высококачественную и надежную передачу по одной линии большое числа однородных или разнородных (телефонных, телеграфных, измерительных сигналов, сигналов дискретной информации, телеуправления в автоматизированных системах управления). Использования методов многоканальной электросвязи при построении систем передачи позволяет организовать большое число одновременно действующих каналов передачи, практически независимых друг от друга, по которым можно передавать информацию самого различного вида. Суть этих методов состоит в том, что сообщение от различных источников информации объединяются образуя групповой сигнал, который передается по линии связи. В приемники групповой сигнал разделяется на индивидуальные сигналы, поступающие в получателю сообщений.

В настоящее время в технике телефонной связи широко применяется многоканальная аппаратура, основанная на разделении абонентских сигналов по частотному и временному признаку. При частотном группа образования каждых исходный сигнал путем модуляции сдвигается по частоте с целью получения совокупности сигналов, непересекающихся в частотной области. При временном группа образований сигналы дискредитируются с целю получения совокупности сигналов разнесенных во времени. При частотном разделении каждому каналу системы предоставляется определенный участок частотного диапазона. По линии связи все разнесенные по частоте абонентские сигналы передаются одновременно. Системы, использующие принцип одновременной передачи сигналов, занимающих не перекрывающиеся полосы частот, получили название систем частотного уплотнения или систем с частотным делением каналов. В многоканальных системах с временным делением каналовосуществляется поочередная передача сигналов по линии связи от различных источников сообщений. Сообщение для передачи которых предназначены системы связи, делятся непрерывные и дискретные. К непрерывным относятся например речевые, музыкальные, телевизионные сигнал. Непрерывные сообщения характеризуетсябесчисленных множества возможных значений. В отличии от непрерывных дискретными называют такие сообщения, множества различных значений которых конечна или по крайне мере счётна. Примерами дискретных сообщений служат буквенные и цифровые тексты, данные телеконтроля. Передача информации всегда осуществляется с помощью модуляции, т.е. управления одним или несколькими параметрами переносчика информации. Переносчик информации может быть непрерывным во времени (например, гармонические колебания несущей частоты) или дискретным (например, последовательность импульсов). Если переносчик информации непрерывен во времени, а его модулируемый параметр изменяется непрерывно в соответствии с характером передаваемого сообщения, то такой метод модуляции называют аналоговым, а системы передачи непрерывных сообщений – аналоговой.

Если система передачи используют дискретный переносчик информации (импульсную несущую), а модулируемый параметр изменяется непрерывно, то ее называют импульсно-аналоговой. Например, в системах с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) амплитуда импульсов изменяется непрерывно, в соответствии с изменением модулирующего воздействия.

В последнее время для передачи непрерывных сообщений широко используется метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Речевые и другие непрерывные сигналы в аппаратуре с ИКМ преобразуются в дискретные. При этом, во первых осуществляется дискретизация сигналов по времени т.е. непрерывный сигнал заменяется совокупностью дискретных отсчетов. Во вторых непрерывное множество значений сигнала заменяется дискретным множеством значений разрешенных для передачи. Это операция называется квантованием или дискретизации по уровню, а разрешенные значения сигналов – уровнями квантования. В третьих полученные уровни квантования кодируются. Под кодированием понимается процесс преобразования квантованных по уровню отсчетов сигнала в последовательность кодовых групп. Кодовая группа приставляет собой совокупность импульсных посылок, выражающих некоторое число, например порядковый номер уровня квантования, в определенной системе счисления. Закон по которому осуществляется кодирование называют цифровым кодом. Таким образов, в системах связи с ИКМ, непрерывный сигнал от источника информации для передачи по линии связи преобразуется в цифровую последовательность. На приемной станции производится обратная цифро-аналоговая преобразования сигналов. Систему связи с ИКМ можно назвать цифровой системой передачи непрерывных сообщений. Аппаратура цифровых систем передачи состоит из оборудования формирования и приема цифровых сигналов, а так же аппаратуры линейного тракта. Цифровой сигнал формируется оконечном оборудовании куда поступают аналоговые и цифровые сигналы. В зависимости от вида сигнала в оконечное оборудование устанавливается аппаратура осуществляющая АЦП либо ЦАП. Структура ЦСП приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структура ЦСП.

ОЛТ оборудование линейного тракта

Аналоговые сигналы преобразуются в цифровые в оконечном оборудовании (ОК). На выходе ОК формируется цифровой поток для включения в первичный цифровой сигнал. В оборудовании временного группообразования ОВГ формируется первичный цифровой сигнал. Современные цифровые системы связи позволяют производить обработку потоков данных в различных узлах сетей связи (гибкие мультиплексоры). Существуют три основных способов применения гибких мультиплексоров: кросс мультиплексор, мультиплексор ввода/вывода и оконечный мультиплексор.

Кросс мультиплексорпредставляет собой устройство, предназначенная для перераспределения цифровых каналов нижней ступени иерархии между двумя потоками верхней ступени иерархии. Например, выделить из потока 2048 кбит в секунду поток в 64 кбит в секунду и включить его в другой поток 2048 кбит в секунду. Мультиплексор ввода/вывода позволяет осуществлять ввод/вывод отдельных каналов передачи данных из группового сигнала на промежуточных пунктах линии передачи, а не в узлах сети связи. Оконечный мультиплексор предназначен для выполнения функций индивидуального и группового оборудования (аналого-цифрового, цифро-аналогового преобразования, кодирования-декодирования и формирования-разделение группового сигнала). Это аппаратура может так же использоваться в качестве канала образующий для цифровых систем передачи более высоких порядков.