Сигналы передачи данных и телеграфии

 

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ  И ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное образовательное  учреждение высшего профессионального образования

Забайкальский государственный университет

(ФГБОУ ВПО «ЗабГУ)

Факультет технологии, транспорта и  связи

(ФТТС)

Кафедра «Физики и  техники связи»

(ФиТС)

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

Тема: Сигналы  передачи данных и телеграфии

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. ТКВз-08

Юртаев Н.П.

Проверил:_______________

________________________

 

 

ЧИТА 2013

 

Содержание:

Введение                                                                                                      3

Основная часть                                                                                           4

Заключение                                                                                                  14

Список использованных источников                                                        16

 

Введение

Первый трансатлантический кабель для телеграфа был успешно проложен в 1858 году. Это был настолько большой прорыв в электросвязи начало международной передачи данных.

Каналы систем многоканальной связи предназначены для передачи различных сигналов: цифровых, соответствующих  телеграфным сообщениям и сигналам передачи данных; аналоговых, то есть речевых (телефонная связь и звуковое вещание); сигналов, формируемых при передаче неподвижных и подвижных изображений (факсимильная связь, телевидение, видеотелефон); телесигнализации и телемеханики; различных систем оповещения, ip-телефония, интернет и так далее.

Первичные сигналы, соответствующие  сообщениям различной природы, представляют собой случайные процессы. Поэтому  напомним некоторые понятия и  определения из теории случайных  процессов и теории информации, которые будут использованы в дальнейшем.

Случайным процессом  называется функция аргумента t, значения которой являются случайными величинами. Случайные процессы характеризуются n - мерными функциями распределения  вероятностей, причем тем полнее, чем  больше n. Однако многомерные функции распределения вероятностей практически могут быть поучены лишь в результате чрезвычайно сложной и трудоемкой обработки очень большого количества реализаций случайного процесса. Использование многомерных функций распределения для расчетов связано также с необходимостью выполнения сложных и громоздких выкладок. Вместе с тем ряд практически важных задач можно решить, зная более простые, хотя и менее полные, характеристики случайного процесса - числовые характеристики или средние значения (математические ожидания).

 

Основная часть

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. Примерами подобных каналов могут служить медные провода, оптическое волокно, беспроводные каналы связи или запоминающее устройство.

Передача данных может  быть аналоговой или цифровой (то есть поток двоичных сигналов), а также модулирован посредством аналоговой модуляции, либо посредством цифрового кодирования.

Хотя аналоговая связь  является передачей постоянно меняющегося  цифрового сигнала, цифровая связь  является непрерывной передачей  сообщений. Сообщения представляют собой либо последовательность импульсов, означающую линейный код (в полосе пропускания), 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.

Последовательная  и параллельная передача

В телекоммуникации, последовательная передача — это последовательность передачи элементов сигнала, представляющих символ или другой объекта данных. Цифровая последовательная передача — это последовательная отправка битов по одному проводу, частоте или оптическому пути. Так как это требует меньшей обработки сигнала и меньше вероятность ошибки, чем при параллельной передаче, то скорость передачи данных по каждому отдельному пути может быть быстрее. Этот механизм может использоваться на более дальних расстояниях, потому что легко может быть передана контрольная цифра или бит чётности.

Параллельной передачей в телекоммуникациях называется одновременная передача элементов сигнала одного символа или другого объекта данных. В цифровой связи параллельной передачей называется одновременная передача соответствующих элементов сигнала по двум или большему числу путям. Используя множество электрических проводов можно передавать несколько бит одновременно, что позволяет достичь более высоких скоростей передачи, чем при последовательной передаче. Этот метод применяется внутри компьютера, например, во внутренних шинах данных, а иногда и во внешних устройствах, таких, как принтеры. Основной проблемой при этом является «перекос», потому что провода при параллельной передаче имеют немного разные свойства (не специально), поэтому некоторые биты могут прибыть раньше других, что может повредить сообщение. Бит чётности может способствовать сокращению ошибок. Тем не менее электрический провод при параллельной передаче данных менее надёжен на больших расстояниях, поскольку передача нарушается с гораздо более высокой вероятностью.

Телеграфные сигналы и сигналы передачи данных

Первичные телеграфные сигналы  и сигналы передачи данных обычно имеют вид последовательностей  двухполярных (рисунок 1а) или однополярных (рисунок 1б) прямоугольных импульсов. Длительность импульсов определяется скоростью передачи В, измеряемой в бодах (импульсах в секунду). Введем понятие тактовой частоты F_т = 1/T_и , которая численно равна скорости передачи В. Величины F_т и В совпадают только в случае двоичных последовательностей. При переходе к многопозиционным кодам (например, к многоуровневым импульсам) это совпадение нарушается.

Вероятность появления положительных  р(+А) и отрицательных p(-А) импульсов, а также статистические связи  между импульсами определяются свойствами источника информации. Часто р(+А) = p(-А) = 0,5 и импульсы последовательности статистически независимы. Энергетический спектр такого сигнала определяется выражением:

         (1)

 
Рисунок 1 - Сигналы передачи данных и телеграфии

Подставляя в формулу (1) =2пf и T_и=1/F_т и обозначая нормированный спектр

, получим.

График нормированного энергетического  спектра телеграфного сигнала показан  на рисунке 1.

 
Рисунок 1 - Энергетический спектр двоичного сигнала.

Определим минимальную полосу частот F, необходимую для передачи телеграфного сигнала. Выражение (1) показывает, что для неискаженной передачи последовательности прямоугольных импульсов необходима бесконечно широкая полоса частот, так как спектральная плотность сигнала не равна нулю на всей оси частот. Следует, однако, иметь в виду, что при передаче двоичных сигналов в приемнике нет необходимости восстанавливать импульсы без искажений, то есть сохранять их форму; для восстановления информации достаточно зафиксировать только знак импульса при двухполярном сигнале, либо наличие или отсутствие импульса при одноплярном сигнале. Исходя из этих условий и будем решать задачу определения величины F.

 
Рисунок 2 - К расчету полосы частот.

Пусть на вход идеального фильтра  низкой частоты с частотной характеристикой 

       (2)

подается последовательность из двух прямоугольных импульсов, показанных на рисунке 2. Найдем сигнал на выходе фильтра при различных значениях частоты среза _c=2пf_c. Сигнал с(t) можно представить аналитически:

     (3)

где - единичный скачок (единичная функция):

        (4)

Известно, что сигнал на выходе идеального фильтра с частотной характеристикой при подаче на его вход единичного скачка определяется выражением

        (5)

где - интегральный синус. Используя принцип суперпозиции, из выражений 5 находим сигнал с2(t) на выходе идеального фильтра:

    (6)

Если частотные характеристики канала связи приближаются к характеристикам  идеального фильтра низкой частоты, то эффективная полоса частот двоичного  сигнала составляет (F = 0,5 Fт.

При наличии частотных  искажений в реальных каналах приходится несколько расширить полосу частот, отводимую для передачи импульсных сигналов. Часто принимают F = Fт = В.

ПРИНЦИПЫ ТЕЛЕГРАФНОЙ  СВЯЗИ

Телеграфией называется область электросвязи, занимающаяся передачей дискретных сообщений. Дискретные сообщения представляют собой последовательности символов (буквы, цифры, знаки и т.п.). Совокупность применяемых символов называют алфавитом сообщений. Для передачи символов по каналам связи используют дискретные электрические сигналы. Дискретным называется сигнал в котором регистрируется конечное число значений его параметров, например, напряжений. Каждому символу ставится в соответствие определенная комбинация сигналов. Систему соответствий между символами алфавита сообщений и дискретными сигналами называют кодом. Совокупность дискретных сигналов, соответствующих определенному символу, называется кодовой комбинацией. Символы алфавита могут быть пронумерованы натуральным рядом чисел, например, а =1, б = 2, в = 3.... б

Рисунок 3.

Каждое число удобно представить в двоичной форме, т.е. а - 001,

- 010, в - 011,... . Удобство  представления чисел в двоичной  форме состоит в том, что  логическим "1" и "0" легко  поставить в соответствие простые электрические сигналы. Из рис.3 видно, что "1" может быть поставлена в соответствие токовая (положительная) посылка", а "0" - бестоковая или отрицательная посылка.

Под посылкой понимается элементарный сигнал длительностью t. Сигналы, состоящие из однополярных, рис.1а, или двухполярных, рис.1б, посылок называются сигналами постоянного тока. Минимально необходимое число посылок в кодовой комбинации - n - определяется объемом алфавита - (количеством символов) - N . и находится с помощью выражения

n = log₂N           (6)

Например, для передачи 32 букв алфавита число n будет равно

n = log₂ 32 = 5. В современных телеграфных аппаратах, состоящих на вооружении войск связи, применен код, использующий однополярную последовательность посылок постоянного тока с числом импульсов в кодовой комбинации =5. Так, например, букве "Р" русского алфавита соответствует кодовая комбинация вида 01010, букве "Я" - 11101 и т.д.

В дискретных каналах  под скоростью передачи двоичной информации подразумевается количество двоичных импульсов, передаваемых за 1 сек. Различают скорость передачи информации R (информационную скорость) и скорость телеграфирования В.

В реальных условиях как  правило, в состав кодовой комбинации, кроме информационных посылок, т.е. тех, с помощью которых непосредственно  кодируются символы, входят также служебные  посылки, необходимые для обеспечения работы оконечных телеграфных устройств (ОТУ). Так, в старт-стопных телеграфных аппаратах это стартовая - бестоковая и стоповая - токовая посылки. Таким образом, в целом кодовая комбинация содержит семь двоичных импульсов, см. рис.4, из которых пять - информационных и два служебных.

Рисунок 4. Кодовая комбинация двоичных импульсов

За единицу информации принята одна двоичная посылка ("0"или"1"), называемая бит.

Скоростью телеграфирования (В) называется количество единичных элементов (информационных и служебных посылок) передаваемых за 1 сек. За единицу измерения величины В., принят 1 бод, предполагающий передачу 1 двоичного импульса за 1 сек.

Информационной скоростью (R) называется количество информационных посылок, передаваемых за 1 сек. За единицу измерения величины R принят 1 бит/с. Следовательно, если одна семиэлементная кодовая комбинация с выхода телеграфного аппарата, передается за 1 сек, то В = 7 бод, а R= 5 бит/с, если за 1 сек. передается, например, десять кодовых комбинаций, скорости передачи составляют соответственно 70 бод и 50 бит/с.

Скорость передачи однозначно связана с частотой следования двоичных импульсов - F . Как известно, если период одного полного синусоидального  колебания - Т составляет 1 сек. частота его F = 1Гц. На этом же периоде, см. рис 5, могут быть уложены два двоичных импульса (положительной и отрицательной полярностей) с длительностями, равными Т/2.

Рисунок 5.

Поэтому принято считать, что 1Гц = 1 бод(бит/с) или в общем  виде F=1/2 В.

Телеграфные коды

Дискретные сообщения состоят из определенного количества (N) различных знаков. Для передачи на расстояние знаки сообщения преобразуются в сигналы, представляющие собой электрический ток с переменными параметрами.

При использовании для  получения сигнала постоянного  тока информационным параметром может быть величина тока, при использовании переменного тока – амплитуда, частота или фаза колебания. Приемник таких сигналов должен в каждый момент определять, какой из возможных N значений информационного параметра передается. Задача эта в условиях действия помех весьма сложная. Поэтому системы, использующие такие сигналы, достаточно дорогие, имеют разветвленную структуру и поэтому неустойчивые в работе. Это обстоятельство заставляет применить кодовый метод преобразования сообщения в сигнал. При этом каждый знак сообщения предварительно представляется комбинацией из двух элементов, условно обозначаемых «0» и «1». В результате этой операции, называемой кодированием, сообщения, представляющие собой определенную последовательность N различных знаков, превращается в последовательность всего двух различных элементов (двоичных элементов). Очевидно, что при таком преобразовании для N знаков необходимо N комбинаций. Совокупность этих комбинаций составляет телеграфный код.