Передача данных по линиям связи

Итак, данные хранятся в памяти в виде последовательности нулей и единиц. Но, помимо хранения, их нужно уметь перемещать, например, с одного диска на другой. В таком случае данные передаются в виде сигналов (чаще всего - электрических). Представление данных в виде сигналов называется кодированием.

Внутри компьютера применяется цифровое кодирование, например, потенциальное или импульсное. В потенциальном сигнале (рис. 1) единице соответствует один уровень напряжения (или сила тока), нулю - другой. В импульсном сигнале (рис. 2) применяются импульсы, например, для единицы импульс есть, а для нуля - нет.

Рис. 1. Потенциальный сигнал. Рис. 2. Импульсный сигнал.

Совершенно другая ситуация возникает, когда данные нужно передать между компьютерами, расположенными далеко друг от друга. Здесь уже нет корпуса, который бы защищал линии связи от внешних электромагнитных помех, а сами линии гораздо длиннее, что способствует ослабеванию сигнала. Поэтому, если по такой линии связи послать цифровой сигнал, он претерпит значительные искажения. На рис. 3 показано, что для принимающей стороны содержание третьего бита данных так и останется загадкой (0 или 1 ?).

Рис. 3. Искажение сигнала.

Аналоговый сигнал обладает гораздо большей стойкостью к искажению, чем цифровой. Поэтому при передаче данных на большие расстояния применяется аналоговое кодирование сигнала. Таким образом, цифровой (прямоугольный) сигнал становится аналоговым (синусоидальным). Это преобразование называется модуляцией. Она бывает трех основных видов: амплитудная, частотная и фазовая, а также комбинированная (например, амплитудно-фазовая). Соответственно, единица и ноль будут различаться амплитудой, частотой или (и) фазой сигнала (фаза - стадия, на которой находится колебание).

Рис. 4. Амплитудная модуляция. Рис. 5. Частотная модуляция.

Рис. 6. Фазовая модуляция.

Теперь мы можем составить классификацию способов кодирования данных сигналами:

· цифровое

- потенциальное

- импульсное

- и др.

· аналоговое (модуляция)

- амплитудное

- частотное

- фазовое

- и их комбинации

Общая картина передачи данных с применением модуляции показана на рис. 7. При этом модуляцию (на пункте отправки) и демодуляцию (на пункте приема) выполняют модемы (отсюда и произошло название "модем").

Рис. 7. Общая картина.

Как мы уже знаем, сигнал при передаче по каналам связи претерпевает искажение. Это происходит как при цифровом, так и при аналоговом кодировании (модуляция, хотя и уменьшает вероятность искажения, не гарантирует его полное отсутствие). Как проверить правильность передачи данных? Есть много способов, самый простой из них - проверка четности. Вместе с последовательностью единиц и нулей посылается контрольная сумма этой последовательности. Эта сумма равна нулю, если количество единиц четно, в противном случае она равна единице. На приемном пункте контрольная сумма вычисляется заново и сравнивается с контрольной суммой, пришедшей по каналу связи вместе с последовательностью. Их несовпадение означает, что в процессе передачи данные были искажены, и их нужно передать еще раз.

Рис. 8. Проверка четности.

Каждый из перечисленных выше видов модуляции и манипуляции имеет свои разновидности, зависящие как от вида первичного сигнала, так и от способа формирования. В настоящее время по рекомендации Международного консультативного комитета по радиосвязи и радиовещанию (МККР) все вид сигналов (излучений) принято классифицировать специальными двух или трехзначными индексами (буквенными и цифровыми).

Первый (буквенный) индекс определяет вид модуляции (манипуляции) :

А - амплитудная;

F - частотная;

Р - импульсная;

Второй (цифровой) индекс определяет вид первичного (модулирующего) сигнала:

0 - отсутствие модулирующего сигнала;

1 - модулирующий сигнал в виде импульсов постоянного тока;

2- модулирующий сигнал в виде импульсов звуковой (тональной)

частоты или "отрезков" синусоид;

3 - непрерывный сигнал и т.д.

Третий (буквенный) индекс определяет дополнительные характеристики сигнала, связанные с его спектром:

А - одна боковая полоса частот с ослабленной несущей;

J - одна боковая полоса частот с подавленной несущей

Н - одна боковая полоса частот с полной несущей;

В - две независимые боковые полосы частот и т.д.

В таблице 1 приведены основные классы сигналов (излучений) в соответствии с указанной системой классификации

Таблица 1

Класс излучения	Характеристика излучаемого сигнала по признаку управления высокочастотными колебаниями
А 0	Немодулированное высокочастотное колебание - несущая
А 1	Амплитудная телеграфия, амплитудная модуляция
А 2	Амплитудная тональная телеграфия, амплитудная манипуляция
А 3	Телефония, две боковые полосы частот, амплитудная модуляция
АЗА	Телефония, одна боковая полоса частот с ослабленной несущей
А 3 Н	Телефония, одно боковая полоса частот с полной несущей
А 3 J	Телефония, одна боковая полоса частот с подавленной несущей
А 3 В	Телефония, две независимые полосы частот
F 1	Частотная телеграфия, частотные манипуляции
F 2	Частотная тональная телеграфия, частотная манипуляция
F 3	Телефония, частотная модуляция
F 6	Двойное частотное телеграфирование
F 9	Другие виды частотной модуляции (манипуляции) не вошедшие в предыдущие классы излучений

2-е питання - Поняття про лінію і канали зв’язку.

Обмен информацией по техническим средствам связи в наибольшей степени обеспечивает выполнение всех требований к управлению – устойчивости, непрерывности, оперативности и скрытности.

Военные связисты в своей профессиональной деятельности применяют следующее определение ''канала связи''.

Канал связи – совокупность линейных, каналообразующих, коммутационных, специальных средств связи и среды распространения, обеспечивающая передачу сигналов электросвязи между узлами (пунктами) связи в определенной полосе частот и с определенной скоростью передачи.

Примером канала связи может служить направление проводной связи на рис. 1.

Рисунок 1 – Структура канала проводной связи

Источник и получатель сообщения, аппаратура, обеспечивающая передачу сообщения, а также среда в которой распространяются радиоволны составляют тракт связи.

Рисунок 1 – Тракт связи

Тракт радиосвязи в котором реализуются заданные принципы преобразования сообщения в сигнал и принятого сигнала в сообщение называется системой радиосвязи.

В общем случае под каналом можно понимать некую часть тракта радиосвязи, в которой проходит сигнал.

Среда распространения радиоволн и совокупность части технических устройств, обеспечивающих прохождение сигналов в тракте радиосвязи называется каналом радиосвязи.

Какая именно часть технических устройств входит в понятие канала не определяют и считают что канал начинается с элемента на вход которого подается первичный электрический сигнал, поступающий от источника сообщения, а заканчивается элементом с выхода которого снимается первичный электрический сигнал, преобразуемый в сообщение уже вне канала.

Канал радиосвязи:

1. Полоса частот, выделенная для данной передачи.

2. Канал связи, состоящий из радиопередатчика, линии радиосвязи и радиоприемника.

Примером радиоканала связи может служить радионаправление между двумя радиостанциями Р-159М на рис.3.

Рисунок 1 – Структура канала радиосвязи

Радиоканал (канал радиосвязи) представляет собой совокупность технических средств и среды распространения радиоволн, обеспечивающих передачу сигналов от источника к приемнику информации. В качестве технических средств в радиоканале используют радиостанции. Радиоканал, обеспечивающий радиосвязь в одном азимутальном направлении, называют радиолинией, а совокупность радиолиний, работающих на одной, общей для всех абонентов, частоте или группе частот – радиосетью.

Рисунок 1 – Правила функционирования

В зависимости от функционального назначения источником сообщений в радиосистемах может быть как непрерывный, так и дискретный источник, но в том и другом случае он содержит преобразователь неэлектрической величины в электрическую x(t). Передающее устройство в общем случае выполняет операции кодирования и модуляции, т.е. преобразует x(t) в сигнал S(t), который можно представить в виде преобразования

S(t) = F[x(t), f(t)],

где f(t) – сигнал-переносчик (сигнал на частоте несущей).

Сигнал на входе приемника обычно представляют в виде

U(t) = V[s(t),n(t)],

где n(t) характеризует влияние помех как аппаратурных, так и действующих в линии связи.

Приемное устройство предназначено для выделения оценки передаваемого сообщения x' (t) из принятого сигнала U(t) и его действие описывает оператор

x'(t)=А[U(t)].

Выделение оценки передаваемого сообщения в приемнике в общем случае осуществляется выполнением операций демодуляции и декодирования (демодулятором и декодером).

Как правило, современные радиосистемы передачи информации (РСПИ) помимо прямого канала содержат обратный канал, что позволяет не только обеспечивать двухсторонний обмен информацией, но и повышать достоверность передаваемой информации за счет формирования специальных информационных и управляющих команд. Такие РСПИ называются системами с обратной связью, причем отдельно различают системы с управляющей обратной связью и системы с информационной обратной связью. В первом случае решающая схема приемника выносит решение о переданном сообщении и направляет его получателю либо, если сообщение кажется сомнительным, принимает решение повторить его и информирует об этом передающую сторону. Во втором случае приемная сторона извещает передающую по обратному каналу о том, какое сообщение принято, а передающая сторона, сравнивая эти сообщения, повторяет переданное при наличии существенных отличий.

Двухстороннюю радиосвязь, при которой передача и прием на каждой радиостанции осуществляется поочередно, называется симплексной, если передача и прием на каждой радиостанции ведется одновременно, то такая связь – дуплексной.

Большинство современных систем являются системами множественного доступа. Это означает, что по одной линии можно осуществлять одновременную передачу нескольких сообщений. В этом случае формируется групповой сигнал Sгр, являющийся функцией различных источников сообщений xi(t)

Sгр=S{S1(t), S2(t),…, Si(t)}.

Системы множественного доступа, в свою очередь, разделяют на многоканальные и многостанционные.

Система радиосвязи называется многоканальной, если ей принадлежат несколько одновременно действующих каналов, по которым передаются сигналы, отображающие различные (иногда одинаковые) сообщения.

Что такое многоканальная система радиосвязи?