Виды и способы передачи информации. Способы и средства передачи информации

Для передачи и распространения электронных данных используются различные средства и системы связи и телекоммуникации.

Приведем виды связи и используемые в них виды информации. Это:

почтовая (буквенно-цифровая и графическая информация),
телефонная (передача речи (включая буквенно-цифровые данные),
телеграфная (буквенно-цифровые сообщения),
факсимильная (буквенно-цифровая и графическая информация),
радио и радиорелейная (речевая, буквенно-цифровая и графическая информация),
спутниковая связь (тоже и видио информация).

Связь в организации подразделяется на:
проводную и беспроводную,
внутреннюю (местную) и внешнюю,
симплексную, дуплексную и полудуплексную.

Дуплексный режим – это когда можно одновременно говорить и слышать собеседника.
Полудуплексная передача (Half-Duplex) — метод двунаправленной передачи данных (в двух направлениях по одному каналу), при котором в каждый момент времени информация может передаваться только в одну сторону. Это двухчастотный симплекс, или полудуплекс. С точки зрения конечного пользователя он эквивалентен симплексу.
Симплексный режим – это когда абоненты говорят между собой по очереди.

Линия связи – физические провода или кабели, соединяющие пункты (узлы) связи между собой, а абонентов – с ближайшими узлами.

Каналы связи образуется различным образом.
Канал может создаваться на время соединения двух абонентов телефонной или радиосвязи и проведения между ними сеанса голосовой связи. В радиосвязи этот канал может представлять среду передачи данных, в которой одновременно может работать несколько абонентов, а также в ней может одновременно осуществляться несколько сеансов связи.

При этом:
1) проводная связь включает: телефонную, телеграфную связь и системы передачи данных;
2) беспроводная связь включает:
а) подвижную радиосвязь (радиостанции, сотовая и транковая связь и др.);
б) стационарную радиосвязь (радио-релейная и космическая (спутниковая) связь);
3) оптическая неподвижная связь по воздуху и волоконно-оптическим кабелям связи.

Кабели связи

Витая пара – изолированные проводники, попарно свитые между собой для уменьшения наводок между ними. Существует пять категорий витых пар: первая и вторая используются при низкоскоростной передаче данных; третья, четвертая и пятая – при скоростях передачи, до 16, 25 и 155 Мбит/с.

Коаксиальный кабель – медный проводник внутри цилиндрической экранирующей защитной оболочки свитой из тонких медных проводников, изолирован-ной от проводника диэлектриком. Скорость передачи до 300 Мбит/с. Значительная стоимость и сложность прокладки ограничивают его использование.
Волновое сопротивление кабеля (отношение между амплитудами падающих волн напряжения и тока) составляет 50 Ом.

Оптоволоконный кабель состоит из прозрачных волокон оптически прозрачного материала (пластик, стекло, кварц) диаметром в несколько микрон, окружённых твердым заполнителем и помещённых в защитную оболочку. Коэффициент преломления этих материалов изменяется по диаметру таким образом, чтобы отклонившийся к краю луч возвращался обратно к центру.
Передача информации осуществляется преобразованием электрических сигналов в световые с помощью, например, светодиода. При этом обеспечивается устойчивость к электромагнитным помехам и дальность до 40 км.

Телефонная связь – самый распространённый вид оперативно-управленческой связи.
Официально появилась 14 февраля 1876 г., когда Александр Белл (США) запатентовал изобретение первого телефонного аппарата.
Диапазон передаваемых звуковых сигналов по отечественным телефонным каналам составляет полосу частот 300 Гц–3,4 кГц.

Автоматическая телефонная связь образуется с помощью узлов коммутации, роль которых выполняют автоматические телефонные станции (АТС), и соединяющих эти узлы каналов (линий) связи.
В совокупности с абонентскими линиями (телефонная линия от абонента к ближайшей АТС) она составляет телефонную сеть. Телефонная сеть имеет иерархическую структуру – оконечные (внутриучрежденческие, местные, районные и т.п.), городские, региональные (областные, краевые, республиканские), государственные и международные АТС. АТС соединяются между собой с помощью соединительных линий.

Телефонная станция (АТС) – здание с комплексом технических средств, предназначенных для коммутации телефонных каналов.
На АТС производится соединение телефонных каналов абонентов на время их переговоров, а затем, по окончании пере-говоров, их разъединение. Современные ТС являются автоматическими техническими устройствами (в том числе – компьютерными).

Учрежденческие АТС , как правило, обеспечивают не только внутреннюю связь подразделений между собой с возможностью выхода во внешние сети, но и различные виды производственной связи (диспетчерскую, технологическую, громкоговорящую и директорскую) для связи директора с подчинёнными, проведения совещаний и конференций, а также функционирование систем охранной и пожарной сигнализации.
Особенность современных АТС заключается в возможности использования компьютерных техники и технологии; организации соединения с радиотелефонами и пейджерами. В учреждениях для преодоления высоких уровней электромагнитных полей и перегородок используются радиотелефоны, образующие инфракрасные каналы связи.

Местные, внутриучрежденческие или офисные телефонные системы (УАТС или ЭАТС) широко применяются в организациях. Кроме большого набора сервисных возможностей они позволяют значительно сократить количество городских телефонных номеров, а также не загружать городские линии и АТС для ведения местных переговоров. Всё чаще находят себе применение мини- и микроофисные АТС.

Беспроводные каналы связи

Выделяют три основных типа беспроводных сетей:

радиосети свободного радиочастотного диапазона (сигнал передаётся сразу по нескольким частотам);
микроволновые сети (дальняя и спутниковая связь);
инфракрасные сети (лазерные, передаваемые когерентными пучками света).

Современные беспроводные сети включают:

радиорелейную связь;
пейджинговую связь;
сотовую и ячеистую связь;
транковую связь;
спутниковую связь;
телевидение и др.

Радиорелейная связь образуется путём строительства протяжённых линий с приёмо-передающими станциями и антеннами.
Она обеспечивает узкополосную высокочастотную передачу данных на расстоянии между ближайшими антеннами в пределах прямой видимости (примерно 50 км). Скорость передачи данных в такой сети достигает 155 Мбит/с.

Транкинговая (англ. «trunking») или транковая (англ. «trunked») связь – (ствол, канал связи) — организуемый между двумя станциями или узлами сети канал связи для передачи информации группы пользователей в одном радиостволе (до 50 и более абонентов) с радиусом действия от 20 до 35, 70 и 100 км.
Это профессиональная мобильная радиосвязь (ПМР) с автоматическим распределением ограниченного количества свободных каналов среди большого числа подвижных абонентов, позволяющая эффективно использовать частотные каналы, существенно повышая пропускную способность системы.

Сотовая радиотелефонная связь (сотовая подвижная связь, СПС) появилась в конце 1970-х годов. Её также называют мобильной. Промышленно системы СПС начинают эксплуатироваться в США с 1983 года, а в России – с 1993 года.
Принцип организации СПС заключается в создании сети равноудалённых антенн с собственным радиооборудованием, каждая из которых обеспечивает вокруг себя зону устойчивой радиосвязи (англ. «cell» – сота).

В СПС используются методы разделения каналов по частоте (FDMA), времени (TDMA) и коду (CDMA).
FDMA – частотное разделение, TDMA – мультидоступ с временным разделением каналов (используется в мобильные системах стандарта GSM), CDMA – кодовое разделение каналов (сигналы других пользователей воспринимаются абонентом такой сети как «белый шум», не мешающий работе приёмного устройства).

Другим способом беспроводной связи являются оптические линии связи (лазерная или оптическая связь), использующие топологию «точка–точка».
Метод передачи звука с помощью модулированного пучка света предложен в начале XX в., а первые коммерческие устройства появились в середине 1980-х г. Эта связь имеет высокую пропускную способность и помехозащищенность, не требует разрешения на использование радиочастотного диапазона и др.
Такие лазерные системы поддерживают любые протоколы передачи данных. Исходный сигнал модулируется оптическим лазерным излучателем и в виде узкого светового луча передатчиком и оптической системой линз передается в атмосферу.

На приемной стороне этот пучок света возбуждает фотодиод, регенерирующий модулированный сигнал.

Распространяясь в атмосфере лазерный луч подвергается воздействию микроскопических частиц пыли, паров и капель жидкости (в т.ч. осадков), температуры и др. Эти воздействия снижают дальность связи, составляющую от единиц, до 10–15 км. Расстояние зависит также и от мощности передающих устройств, которая колеблется от десятков до сотен мВт и обусловлена потребностью обеспечения устойчивой связи. Система обеспечивает достоверность связи более чем на 99,9%.

Спутниковая связь

Она образуется между специальными наземными станциями спутниковой связи и спутником с антеннами и приёмо-передающим оборудованием.

Она используется с целью циркулярного информационного обеспечения большого числа абонентов, как система широкополосного вещания (телевидение, звуковое вещание, передача газет), для организации виртуальных магистральных линий связи большой протяженности и др. Спутниковая связь позволяет охватить территории со слабо развитой инфраструктурой связи, расширить сферу и набор услуг, в т.ч. мультимедийных, радионавигационных и др.

Спутники располагаются на одной из трех орбит.
Спутник, использующий геостационарную орбиту (англ. «Geostationary Earth Orbit», GEO ), находится на высоте 36 тыс. км от Земли, и является неподвижным для наблюдателя. Он охватывает значительные области (территории) планеты.
Средние орбиты (англ. «Mean Earth Orbit», MEO ) обитания спутников характеризуются высотой 5–15 тыс. км, а на низких орбитах (англ. «Low Earth Orbit», LEO ) высота размещения спутников не превышает 1,5 тыс. км. В этом случае они охватывают небольшие, локальные территории.

Станции спутниковой связи делятся на: стационарные, переносные (перевозимые) и портативные.

По видам передаваемых сигналов средства связи делят на аналоговые и цифровые или дискретные.
К аналоговым относят непрерывные сигналы (электрические колебания), как правило, плавно меняющие амплитуду своих значений в течение сеанса передачи информации, например, речь в телефонном канале.
При передаче любых сведений по сетям передачи данных их преобразуют в цифровую форму. Например, по телеграфу передаются закодированные последовательности импульсов. То же происходит при передаче информации между компьютерами по любым телекоммуникациям. Такие сигналы называются дискретными (цифровыми) .
При передаче информации из ЭВМ в качестве кода используют восьми разрядный двоичный код.

Способы передачи данных по коммуникационным сетям

В настоящее время существует большое количество способов передачи данных. Но во всех способах передача данных происходит по принципу электрических сигналов. Электрические сигналы – это, переводя на компьютерный язык, биты , которые представляют собой цифровые, либо аналоговые сигналы, переходящие в электрические импульсы.

Совокупность всех видов передачи данных называется канал передачи данных . В него входят такие средства передачи данных, как: интернет сети, стационарные линии, точки приёма и передачи данных. Каналы передачи данных разделяют на два вида: аналоговые и дискретные.
Основное различие заключается в том, что аналоговый тип представляет собой непрерывный сигнал, а дискретный , в свою очередь, представляет собой прерывистый поток данных.

Для обеспечения наилучшей производительности все устройства производят работу с устройствами в дискретном виде. В дискретном виде применяются цифровые коды, которые преобразовываются в электрические сигналы. А для передачи дискретных данных с помощью аналогового сигнала требуется модуляция дискретного сигнала.

При использовании информации на устройстве происходит обратное преобразование сигнала. Обратное преобразование сигнала называется демодуляцией . Таким образом, существует два процесса преобразования сигнала: модуляция и демодуляция. В процессе модуляции информация представляет собой синусоидальный сигнал с определённой частотой.

Для преобразования данных используются такие способы модуляции :

Амплитудная модуляция данных;
Частотная модуляция данных;
Фазовая модуляция данных.

Для передачи данных дискретного типа по цифровому каналу используется система кодирования . В основном, различают два типа кодирования.

Потенциальное кодирование;
Импульсное кодирование.

Стоит отметить то, что, представленные выше, методы кодирования используются на каналах высокого качества передачи информации. А к модуляции разумнее прибегать только тогда, когда при передачи данных возникает искажение сигнала.

В большинстве случаев, модуляцию используют в работе с крупными информационными сетями. Так как основная часть информации передаётся по аналоговой линии . Это связанно с тем, что данные линии были разработаны задолго до появления цифровых сигналов.

Также каждый вид канала имеет свой способ синхронизации данных . Выделяют два главных вида синхронизации данных: асинхронный и синхронный . Синхронизация используется для того, чтобы произвести точную передачу данных от источника к потребителю.

Синхронизация требует дополнительное оборудование. Например, для выполнения процесса синхронизации необходима дополнительная линия для передачи синхронизирующих импульсов в канал связи. С помощью синхронизации производиться беспрерывная и четкая передача данных. Процесс передачи данных начинается с появления синхронизирующих импульсов.

Главной особенностью асинхронной передачи данных является то, что дополнительный канал связи не требуется. В данном типе при передаче используются байты, которые сопровождают передаваемый байт информации.

Симплексная (однонаправленная);
Полудуплексная;
Дуплексная (двунаправленная).

Перед тем, как отправить информацию в вычислительную сеть, отправитель разделяет информацию на маленькие блоки, которые чаще всего называют пакетами данных . На конечном пункте отправки все пакеты собираются в единый последовательный список. Затем происходит процесс преобразования всех частей в единый исходный материал.

Для правильной работы, с пакетом данных должна быть указана такая информация, как:

Передаваемые файлы;
Ссылки на файл, информация о файле;
Коды управления файлом. Представляют собой список сведений о файле.

Дополнительные операции по увеличению эффективности коммуникационного канала.
Существуют три типа коммутации вычислительной системы :

Коммутация каналов;
Коммутация пакетов;
Коммутация сообщений.

Коммутация каналов служит для создания непрерывного канала из последовательно соединённых линий. После того как данный канал образовался, вся информация и файлы могут передаваться на высокой скорости.
Коммутация сообщений служит для работы с почтовыми файлами и серверами. Эта операция включает в себя ряд возможностей таких как: передача, приём, хранение. Большое количество сообщений, как правило, передаётся блоками. При отправке группы сообщений блок переходит от одного коммуникационного узла к другому и в конечном итоге доходит до адресата. Если произошла ошибка передачи блока (сбой связи, технические неполадки и т.д.), то весь блок сообщений начнёт передаваться заново. До того момента пока весь блок сообщений не достигнет получателя, будет невозможно совершить новую передачу.

Процесс передачи пакетов сообщений полностью идентичен процессу передачи сообщений. Благодаря меньшему размеру, пакет с информацией быстро проходит коммуникационные узлы. Поэтому канал занят только при передаче пакетных данных, а после завершения освобождается для дальнейших загрузок. Подобный тип передачи данных является признанным стандартом для сети Интернет.

Современные коммуникационные сети обладают технологией цифровой передачи данных, что позволят передавать любой тип информации по данному каналу. А новейшие современные материалы и высокое качество установки позволяют добиться высоких скоростей соединения.

Чтобы передать информацию из одного пункта и получить ее в другом, телекоммуникационной системе нужно выполнить некоторые операции, которые главным образом скрыты от пользователей. Прежде чем телекоммуникационная система передаст информацию, ей необходимо установить соединение между передающей (sender) и принимающей (receiver) сторонами, рассчитать оптимальный маршрут передачи данных, выполнить первичную обработку передаваемой информации и преобразовать скорость передачи компьютера или иного цифрового устройства системы в скорость, поддерживаемую линией связи. Наконец, телекоммуникационная система управляет потоком передаваемой информации (трафиком).

Рисунок 1.2- Структурная схема простейшей системы передачи информации

Основными элементами такой системы являются:

Источник сообщения (ИС);

Кодирующее устройство (КУ) формирует из сообщения «А» сигнал;

Передатчик-модулятор (ПМ) нужен для преобразования сигнала в вид, удобный для передачи по линии связи;

Линия связи (ЛС) – физическая среда, по которой передаются сигналы;

Приёмник-демодулятор (ПД) – преобразует принятый сигнал в первоначальный вид;

Декодирующее устройство (ДУ), которое формирует из полученного сигнала первоначальное сообщение;

Формирователь сигнала реализации (ФСР) необходим для формирования сигнала управления в зависимости от принятого сигнала;

Исполнительное устройство.

Системы передачи информации бывают одноканальные и многоканальные . На рис. 1.2 приведена одноканальная система. Многоканальная система показана на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Многоканальная система связи

В многоканальной системе реализация сообщений каждого источника

а 1 (t), а 2 (t),...,а N (t) с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) М 1 , М 2 , ..., М N преобразуются в соответствующие канальные сигналы s 1 (t), s 2 (t),...,s N (t). Совокупность канальных сигналов на выходе суммирующего устройства S образует групповой сигнал s(t ). Наконец, в групповом передатчике М сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал s Л (t), который и поступает в линию связи ЛС .

Допустим, что линия пропускает сигнал практически без искажений и не вносит шумов. Тогда на приемном конце линии связи линейный сигнал s Л (t) с помощью группового приемника П может быть вновь преобразован в групповой сигнал s(t). Канальными или индивидуальными приемниками П 1 , П 2 , ..., П N из группового сигнала s(t) выделяются соответствующие канальные сигналы s 1 (t), s 2 (t), ...,s N (t) и затем преобразуются в предназначенные получателям сообщения а 1 (t), a 2 (t), ..., a N (t).

Канальные передатчики вместе с суммирующим устройством образуют аппаратуру объединения. Групповой передатчик М , линия связи ЛС и групповой приемник П составляют групповой канал связи (тракт передачи), который вместе с аппаратурой объединения и индивидуальными приемниками составляет систему многоканальной связи.

Индивидуальные приемники системы многоканальной связи ПK наряду с выполнением обычной операции преобразования сигналов s K (t) в соответствующие сообщения а K (t) должны обеспечить выделение сигналов s K (t ) из группового сигнала s(t ). Иначе говоря, в составе технических устройств на передающей стороне многоканальной системы должна быть предусмотрена аппаратура объединения, а на приемной стороне - аппаратура разделения.

В общем случае групповой сигнал может формироваться не только простейшим суммированием канальных сигналов, но также и определенной логической обработкой, в результате которой каждый элемент группового сигнала несет информацию о сообщениях источников. Это так называемые системы с комбинационным разделением.

Чтобы разделяющие устройства были в состоянии различать сигналы отдельных каналов, должны существовать определенные признаки, присущие только данному сигналу. Такими признаками в общем случае могут быть параметры переносчика, например амплитуда, частота или фаза в случае непрерывной модуляции гармонического переносчика. При дискретных видах модуляции различающим признаком может служить и форма сигналов. Соответственно различаются и способы разделения сигналов: частотный, временной, фазовый и др. Об этом мы будем подробнее говорить позже.

Классификация систем электросвязи весьма разнообразна. В основном тип (вид) системы определяется каналом связи . Если система связи построена на однотипных каналах связи, то ее название определяется типовым названием каналов. В противном случае используется детализация классификационных признаков.

Примеры типов связи

Радиосвязь - для передачи используются радиоволны.

ДВ -, СВ -, КВ - и УКВ - радиосвязь связь без применения ретрансляторов

Спутниковая связь - связь с применением космического ретранслятора (ов)

Радиорелейная связь - связь с применением наземного ретранслятора (ов)

Сотовая связь - связь с использованием сети наземных базовых станций

Волоконно-оптическая связь

Любой сигнал занимает определенную полосу частот, существует некоторое время, обладает ограниченной энергией и распространяется в определенной области пространства. В соответствии с этим выделяют четыре вида ресурса канала: частотный, временной, энергетический и пространственный.

Проблема эффективного использования ресурса общего канала особенно обострилась из-за необходимости организации оперативного обмена данными и обеспечения связи с объектами в информационных системах различного назначения в условиях неравномерности и непредсказуемости запросов потребителей во времени. При решении проблемы распределения ресурса общего канала применяются методы мультиплексирования и множественного доступа (multiple access). Понятия «мультиплексирование» и «множественного доступа» сходны тем, что они предполагают распределение ресурса между пользователями. В то же время между ними есть и существенные различия. Так при мультиплексировании ресурс канала связи распределяется через общее оконечное оборудование, формирующие групповой сигнал . При множественном доступе, образуется в результате сложения сигналов пользователей непосредственно в канале (рис. 8.1, где ИС – источник сообщения, ПРД - передатчик, ПРМ - приемник, ПС – получатель сообщения). Множественный доступ характерен для спутниковых каналов, радиоканалов, каналов мобильной связи .

Принято считать, что мультиплексирование основано на общем аппаратурном обеспечении, в то время как множественный доступ (МД) использует определенные процедуры (протоколы), реализуемые с помощью программного обеспечения, хранящегося в памяти каждого терминала.

На рис. 8.2 представлены методы мультиплексирования.

Рис. 8.2. Методы мультиплексирования

В большинстве случаев для осуществления операции уплотнения канала источнику сообщений выделяется специальный сигнал, называемый канальным. Промодулированные сообщениями канальные сигналы объединяются, в результате чего образуется групповой сигнал . Если операция объединения линейна, то будет линейным групповым сигналом. Он, как правило, образуется линейным суммированием промодулированных канальных сигналов.

В системах так называемого комбинационного уплотнения групповой сигнал формируется посредством определенной логической (нелинейной) обработки, в результате которой каждый элемент сформированного сигнала отображает информацию (комбинацию символов) от всех ИС. Классическим примером такой системы является система двукратного частотного телеграфирования. Для передачи четырех комбинаций символов двух каналов используется четыре частоты: .

Устройство разделения линейного группового сигнала представляет собой набор линейных избирательных цепей, каждая из которых выделяет только свой канальный сигнал и в идеальном случае совсем не реагирует на другие канальные сигналы. Для осуществления подобного идеального разделения необходимо и достаточно, чтобы промодулированные канальные сигналы составляли ансамбль линейно независимых сигналов. В качестве таких сигналов обычно используют ансамбли ортогональных сигналов.

В классе линейного уплотнения по виду отличительного признака канального сигнала различают временное разделение каналов (ВРК), частотное (ЧРК) и разделение каналов по форме сигналов, называемое кодовым разделением каналов (КРК). Вместо термина «разделение» применяют и термин «уплотнение». При ЧРК полоса частот общего канала разделяется на несколько более узких полос , каждая из которых образует канал ИС. При ВРК вся полоса предоставляется поочередно через определенные интервалы времени различным источникам для передачи сообщений. При КРК нет деления общего канала между ИС ни по частоте, ни по времени. Канальные сигналы различных ИС, перекрываясь по времени и частоте, остаются ортогональными за счет различия формы, что и обеспечивает их разделение.

Возможны варианты комбинирования указанных методов. Так, в мобильной связи в качестве метода МД широко используются комбинации ЧРК и ВРК, ВРК и КРК. В первой комбинации каждый частотный канал предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени. При второй комбинации в полосе частот формируют каналы с временным разделением, которые предоставляются нескольким пользователям на принципах КРК.

При организации многоканальной передачи информации, применяемые для уплотнения канальные сигналы могут быть заранее определенным образом распределены между источниками сообщений. Такое уплотнение называется уплотнением с закрепленными каналами. Соответствующая ему многоканальная система передачи также будет называться системой с закрепленными каналами. Возможна и такая организация многоканальной передачи информации, когда канальные сигналы не распределяются заранее между источниками, а выделяются каждому источнику по мере необходимости. Такое уплотнение называется уплотнением с незакрепленными каналами. Очевидно, для правильного разделения каналов в системах с незакрепленными каналами необходимо каким-либо образом передать на приемную сторону адресную информацию.

Основные понятия и определения, введенные для многоканальных систем, применимы и для систем МД. К настоящему времени изучено и предложено большое число разнообразных методов МД. Они различаются способом распределения коллективного ресурса канала (фиксированный или динамический), природой процессов принятия решения (централизованные или распределенные), а также степенью адаптации режима доступа к изменяющимся условиям.

Множественный доступ характерен для спутниковых каналов (в этом случае применяют термин «многостанционный доступ»), радиоканалов (пакетная радиосвязь), каналов мобильной связи, а также для многоточечных телефонных линий, локальных сетей.

Все существующие методы МД можно сгруппировать и выбрать в качестве основания классификации способ управления распределением ресурса общего канала (рис.8.3).

Рис. 8.3. Методы множественного доступа

Протоколы случайного доступа.При случайном МД весь ресурс канала связи представляется как один канал, доступ в который происходит случайно, в результате чего возможно столкновение пакетов передаваемой информации. Корреспондентам предлагается совершить определенную последовательность действий с целью разрешения конфликта. Каждый пользователь при необходимости может передавать данные в канал, не выполняя явного согласования с другими пользователями. Наличие обратной связи позволяет взаимодействующим корреспондентам контролировать прохождение передаваемой информации.

Возможны два варианта реализации стратегии случайного доступа: без контроля несущей и с контролем несущей.

Случайный доступ без контроля несущей состоит в том, что при необходимости передать данные, терминал пользователя сразу начинает передачу пакетов. Поскольку пакеты передаются без синхронизации между собой, возможно их наложение, что вызывает взаимные помехи. При возникновении такого конфликта, подтвержденного сигналом обратной связи, терминалы повторяют передачу искаженных пакетов. Во избежании повторения конфликтов промежутки времени до начала повторной передачи на каждом терминале выбираются случайно.

Случайный доступ с контролем несущей предполагает возможность контролировать наличие передачи информации другими корреспондентами. В случае отсутствия передачи данных незанятые временные промежутки имеются для передачи своей информации. В случае столкновения пользователи задерживают передачу пакетов на интервал времени . В настоящее время существуют две разновидности протокола: настойчивый и ненастойчивый. Различие заключается в том, что в первом случае пользователи подвижных объектов, обнаруживая столкновения, начинают передачу сразу, а при втором через определенный интервал времени.

Протоколы фиксированного закрепления ресурса канала обеспечивают статическое распределение ресурса канала между пользователями. Наиболее типичными представителями протоколов данного типа являются многостанционный доступ с частотным разделением (FDMA), многостанционный доступ с временным разделением (TDMA), многостанционный доступ с кодовым разделением (CDMA).

Фиксированное закрепление ресурса канала не может обеспечить динамически изменяющиеся требования пользователей сети, т.е. имеет жесткое управление.

Методы назначения ресурса по требованию позволяют избавиться от недостатков, присущих вышеперечисленным методам, но предполагают подробную и четкую информацию о требованиях пользователей сети.

По природе процессов принятия решения методы назначения ресурса по требованию подразделяют на централизованные и распределенные.

Централизованные методы назначения ресурса по требованию, характеризуются наличием запросов на передачу со стороны терминалов источника сообщения. Принятие решения о предоставлении ресурса осуществляется центральной станцией.

Соответствующие протоколы отличаются наличием жестко закрепленных за каждым подвижным объектом каналов резервирования и наличием центральной станции управления. Протоколы характеризуются высоким значением коэффициента использования пропускной способности базовой станции, однако критичны к нарушениям функционирования системы управления.

По способу резервирования, определяющему действия центральной станции пользователей сети, существует два метода назначения ресурса по требованию с централизованным управлением.

Распределенные методы назначения ресурса по требованию отличаются тем, что все пользователи производят одни и те же операции, не прибегая к помощи центральной станции, и используют дополнительную служебную информацию, которой обмениваются друг с другом. Все алгоритмы с распределенным управлением требуют обмена управляющей информацией между пользователями. Протоколы характеризуются жестким закреплением каналов резервирования за подвижным объектом. При этом на каждом объекте имеется таблица закрепления запросных каналов, следовательно, любой подвижный объект в любой момент времени имеет информацию о состоянии всей сети.

Комбинированные методыпредставляют собой комбинации предыдущих методов распределения ресурса, и реализуют стратегии, в которых выбор метода является адаптивным для различных пользователей с целью получения характеристик используемого ресурса канала, близких к оптимальным. В качестве критерия оптимальности, как правило, принимается коэффициент использования пропускной способности канала. На основе протоколов данного типа осуществляется подстройка параметров под конкретную обстановку в сети.

Таким образом, каждый из рассмотренных способов распределения ресурса обладает достоинствами и недостатками. На практике целесообразно иметь всю совокупность методов и осуществлять адаптивный переход от одного метода к другому при определенных изменениях рабочих условий.

Системы передачи информации (СПИ) служат для передачи сообщений от одного абонента к другому. Сообщения могут быть дискретными и непрерывными. Дискретные сообщения представляют собой последовательности символов, причем число различных символов конечно. Примерами дискретных сообщений могут служить телеграфные сообщения, телекодовые и т. д. Источники информации, которые создают дискретные сообщения, называются дискретными. Непрерывные сообщения представляют собой непрерывные функции времени. Источники информации, которые создают непрерывные сообщения, называются непрерывными. Примерами непрерывных сообщений могут служить речь, музыка, значения некоторого параметра, изменяющегося во времени, и т. д.

СПИ, предназначенные для передачи дискретных сообщений, называются дискретными или цифровыми, а СПИ, предназначенные для передачи непрерывных сообщений, - непрерывными или аналоговыми.

Каналы, в которых передаются дискретные сообщения, называются дискретными, а каналы, в которых передаются непрерывные сообщения - непрерывными. Передача непрерывных сообщений возможна и в дискретном виде. Для этого необходимо непрерывные сообщения источника непрерывной информации превратить в дискретные и по каналу будут передаваться дискретные сообщения, т. е. канал будет дискретным.

Замена непрерывных сообщений дискретными всегда производится с заданной точностью. Для этого следует разложить непрерывное сообщение в ряд (1.8) по ортогональным функциям, т. е. представить сообщение в следующем виде:

где коэффициенты разложения, ортогональные функции, образующие систему ортогональных функций. Две функции (или два сигнала) называются ортогональными, если они удовлетворяют интегральному соотношению (1.9)

Здесь энергия функции (сигнала) Определение (2.2) справедливо для любых систем ортогональных функций, как

ограниченных по времени (финитных), так и для имеющих бесконечную протяженность. Коэффициенты разложения находятся согласно равенству (1.10)

Если система ортогональных функций состоит из комплексных функций то разложение записывается, как и при вещественных функциях, в виде (2.1), а условие ортогональности и коэффициенты разложения определяются так:

Сравнивая (2.3), (2.5) с определением корреляционных функций, например, с (1.21), можно видеть, что коэффициенты разложения являются коэффициентами корреляции между сообщением и функциями Ряд (2.1) в общем случае содержит бесконечное число членов. Задаваясь требуемой точностью, всегда можно оставить конечное число членов разложения, отбросив те, которые мало влияют на (2.1). При этом получаем

определяется отброшенными членами разложения (2.1). Выбором можно обеспечить, чтобы езад, где езад - заданное значение среднеквадратической ошибки.

Представление (2.6) означает, что сообщение с заданной степенью точности полностью определяется конечным набором коэффициентов разложения Затем необходимо заменить конечный набор коэффициентов разложения конечным набором символов, которые необходимо передавать по дискретному каналу.

Выбор системы ортогональных функций и метода перевода коэффициентов разложения в символы определяется свойствами

сообщения и требуемой точностью его воспроизведения. Например; если спектр сообщения ограничен по ширине то целесообразно с практической точки зрения представлять его в виде ряда Котел ьникова, в котором

Функцию называют функцией отсчетов, При этом сообщение заменяется последовательностью отсчетов которые следуют друг за другом с интервалом Производя квантование отсчетов по амплитуде, получаем конечное число различных значений При квантовании по амплитуде возникает ошибка квантования, которая тем меньше, чем больше уровней квантования. Исходя из требуемой точности воспроизведения сообщения можно найти необходимое число уровней квантования. После квантования получаем, что сообщение определяется конечным набором квантованных отсчетов. Заменяя тот или иной квантованный отсчет своим символом, получаем возможность передавать непрерывное сообщение в виде дискретного.

При иных свойствах сообщения может оказаться более целесообразным с практической точки зрения другое разложение по ортогональным функциям. Например, если разбить сообщение на отрезки длительностью то на каждом отрезке сообщение можно представить в виде ряда Фурье, в котором

Экспонента (2.9) является периодической функцией с периодом Кроме упомянутых, известно большое число других систем ортогональных функций, многие из которых нашли применение в СПИ.

Следует отметить, что системы ортогональных функций широко используются в математике для решения различных задач. Ортогональные функции, используемые в СПИ для передачи сообщений будем называть ортогональными сигналами. Соответственно совокупности таких сигналов являются системами ортогональных сигналов. Применение систем ортогональных сигналов для представления непрерывных сообщений в виде рядов является одним из примеров применения систем сигналов в СПИ. Из (2.2), (2.4) следует, что сигналы таких систем должны удовлетворять единственному условию, ортогональности.

Многоканальные системы передачи информации. Необходимость, обмена информацией между многими абонентами привела к построению многоканальных систем передачи информации. Каждая многоканальная СПИ работает в своем диапазоне частот, который определяется ее назначением. Абоненты, входящие в многоканальную» СПИ, работают в общей полосе частот, в пределах которой каждому из них предоставляется канал для передачи информации.

Образование многоканальной СПИ из многих абонентов может быть осуществлено двумя методами объединения абонентов. Один.

из них назовем централизованным объединением, а другой - автономным. При централизованном объединении обмен информацией между двумя абонентами производится через центральные станции на рис. 2.1, а и б). При передаче информации на большие расстояния от абонентов одной зоны она сначала объединяется в собственной центральной станции и на рис. 2.1, а), затем посылается по линии в ЦС другой зоны, после чего разделяется по абонентам этой зоны. На рис. 2.1, а стрелками показан путь прохождения информации между абонентами Назовем подобные многоканальные СПИ многоканальными централизованными линейными системами (МЦЛС). К МЦЛС относятся радиорелейные линии, радиотелеметрические системы и др.

Централизованное объединение абонентов может быть использовано и для обмена информацией между абонентами внутри одной зоны (рис. 2.1, б). При этом требуется одна ЦС. Стрелками на рис. 2.1, б изображен путь! прохождения; информации между абонентами Из рис. 2.1, б видно, что передача информации осуществляется по радиусам-векторам, выходящим и входящим в центральную станцию. По этой причине подобные многоканальные СПИ можно назвать многоканальными централизованными радиальными системами (МЦРС). Примерами МЦРС являются системы радиосвязи гражданских служб, системы управления воздушным движением, системы командного радиоуправления и др.

В тех случаях, когда не будет отмечаться линейность или радиальность, многоканальные СПИ с централизованным уплотнением будем называть многоканальными централизованными системами (МЦС).

Другим методом объединения абонентов является автономный, при котором абоненты обмениваются информацией непосредственно друг с другом (рис. 2.1, в). При этом нет необходимости в центральной станции. Подобные СПИ назовем многоканальными автономными системами (MAC). Примерами MAC являются системы низовой радиосвязи (войсковой, сельской), системы командного радиоуправления и др.

МЦС позволяет устанавливать более эффективный обмен информацией между многими абонентами, лучше использовать отведенные полосы частот и время. Однако наличие ЦС делает МЦС более уязвимыми по сравнению с MAC, так как выход из строя ЦС

приводит к выходу из строя всей МЦС. Наличие ЦС во многих случаях усложняет СПИ в целом и увеличивает ее стоимость. Кроме того, в некоторых случаях в соответствии с тактико-техническими требованиями применение ЦС просто невозможно. По этим причинам МЦС и MAC будут органически дополнять друг друга при создании Единой автоматизированной системы связи (ЕАСС).

Следует отметить, что в некоторых случаях многоканальные СПИ могут быть построены как с централизованным объединением абонентов, так и с автономным. В таких случаях метод объединения должен осуществляться с учетом тактико-технических и экономических требований. Кроме того, возможно совместное применение и централизованного, и автономного объединения.

Методы уплотнения и разделения каналов и абонентов. В зависимости от назначения, каждой СПИ выделяется некоторый диапазон частот, который в дальнейшем называется общей полосой частот (общей для всех абонентов). Использование общей полосы частот абонентами определяется методами уплотнения (размещение спектров сигналов всех абонентов в общей полосе) и разделения (выделение сигналов абонента). Поскольку тот или иной метод уплотнения однозначно определяет метод разделения (обратное также справедливо), то в дальнейшем будем классифицировать методы уплотнения и разделения по методам разделения.

Возможны три метода разделения информации различных абонентов, передаваемой по выделенным для них каналам. Метод частотного разделения (ЧР) (см., например, ) заключается в том, что каждому, абоненту отводится своя абонентская полоса частот (частотный канал) в пределах общей полосы частот системы. При этом абонентские полосы частот не перекрываются, но сигналы абонентов перекрываются во времени. Метод временного разделения (BP) заключается в том, что каждый абонент работает в свой абонентский интервал времени (временной канал), в течение которого другие абоненты информацию не передают. Спектры абонентов занимают всю общую полосу частот и полностью перекрываются. Метод кодового разделения (КР) заключается в том, что разделение осуществляется по форме сигналов, которые использует тот или иной абонент, причем абоненты работают в общей полосе частот в одно время.

Первым нашло применение частотное разделение, так как оно было известно раньше других методов и достаточно просто реализовалось практически. Развитие импульсных методов модуляции привело к появлению временного разделения. Внимание к кодовому разделению было привлечено работой Костаса в 1959 г. . Однако следует отметить, что основы разделения информации по форме сигналов (основы линейной селекции) были развиты Д.В. Агеевым в 1935 г. .

СПИ с частотным и временным разделением исследованы весьма обстоятельно. Созданы методы расчета и проектирования таких СПИ, хотя до настоящего времени проводятся исследования по их

усовершенствованию. Иное положение имеет место в случае СПИ с кодовым разделением. Поскольку кодовое разделение основано на различии сигналов, то построение таких СПИ и их характеристики определяются выбором сигналов и их свойствами. Обычно число абонентов достаточно велико, поэтому выбор сигналов для СПИ с КР сводится к определению систем сигналов с заданными свойствами. Развитие СПИ с КР и привело к исследованиям в области теории систем сигналов, основные результаты которой будут изложены в дальнейшем.

СПИ с КР являются адресными системами, так как сигналы абонента выполняют роль его адреса. Адресные СПИ можно разделить на два класса - синхронные адресные системы (САС) (см., например, ) и асинхронные адресные системы (ААС) (см, например, ). Первые используются в основном при централизованном объединении абонентов, а вторые - при автономном.

В САС передачи информации осуществляется таким образом, что переносчики информации удовлетворяют условию ортогональности (2.2), т. е. если абоненты используют сигналы со спектрами то при имеют место равенства

Отметим, что условия ортогональности (2.10), (2.11) являются частными случаями линейной независимости сигналов. Если соблюдается равенство (2.10), то выполняется и (2.11). Если сигналы линейно-независимы, то они разделяются без взаимных помех. На практике обычно используются ортогональные сигналы.

Поскольку при временных смещениях ортогональность нарушается, то для обеспечения ортогональности необходимо иметь синхронизацию по времени. Таким образом, в САС передача информации различными абонентами осуществляется ортогональными сигналами при условии временной синхронизации между ними. Наличие синхронизации приводит к тому, что в САС взаимные помехи не возникают.

Следует отметить, что в СПИ с ЧР взаимные помехи принципиально существуют всегда, так как сигналы с конечной длительностью имеют бесконечно протяженные спектры, а разделительные фильтры пропускают с конечным ослаблением все частоты. По этим двум причинам часть энергии сигнала произвольного канала в СПИ с ЧР попадает в любой канал, создавая взаимную помеху. Выбором сигналов (уменьшением «внеполосных» излучений) и фильтров (повышением ослабления вне полосы пропускания), размещением каналов по частоте можно уменьшить взаимные помехи до допустимого

В ААС равенства (2.10), (2.11) не имеют места, поэтому в таких системах существуют взаимные помехи между абонентами, которые иногда называются «шумами неортогональности» . Из-за взаимных помех число одновременно работающих абонентов в ААС при той же помехоустойчивости будет меньше, чем в синхронных. Но при построении ААС нет необходимости в обеспечении синхронизации абонентов по времени и по частоте. Это является существенным преимуществом ААС перед синхронными системами, особенно в тех случаях, когда невозможно обеспечить временную синхронизацию абонентов, разбросанных на большой территории, по этой причине ААС и получили развитие.

В САС и ААС для обеспечения работы большого числа абонентов необходимо иметь, по крайней мере, такое же число различных сигналов. Поскольку сигналы нельзя выбирать произвольно, то для таких СПИ необходимо использовать системы сигналов с определенными свойствами. Выбору систем сигналов и посвящен в основном дальнейший материал. Решение вопросов выбора систем сигналов во многом определяется назначением СПИ и ее характеристиками. Основными характеристиками СПИ являются помехоустойчивость и эффективность. Под помехоустойчивостью СПИ подразумеваем ее способность противостоять помехам, а под эффективностью - использование общей полосы частот, времени и мощности передатчика.

Поскольку любые СПИ состоят из каналов (в предельном случае из одного), то сначала необходимо рассмотреть помехоустойчивость и эффективность одного канала, т. е. одноканальной СПИ. Сделаем это на примере дискретной СПИ, предназначенной для передачи дискретных сообщений.

По виду передаваемых сообщений различают:

1) телеграфию (передача текста),

2) телефонию (передача речи),

3) фототелеграфию (передача неподвижных изображений),

4) телевидение (передача подвижных изображений),

5) телеметрию (передача результатов измерений),

6) телеуправление (передача управляющих команд),

7) передачу данных (в вычислительных системах и АСУ).

По диапазону частот – в соответствии с декадным делением диапазонов электромагнитных волн от мириаметровых (3÷30) кГц до децимиллиметровых (300÷3000) ГГц.

По назначению – вещательные (высококачественная передача речи, музыки, видео от малого числа источников сообщений большому количеству их получателей) и профессиональные (связные), в которых число источников и получателей сообщений одного порядка.

Различают следующие режимы работы СС:

1) симплексный (передача сигналов в одном направлении),

2) дуплексный (одновременная передача сигналов в прямом и обратном направлениях),

3) полудуплексный (поочередная передача сигналов в прямом и обратном направлениях).

Каналом связи называется комплекс радиотехнических устройств, при помощи которых передается и принимается информация, плюс среда между ними. В зависимости от вида сигналов на входе и выходе различают каналы: непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные; непрерывно-дискретные.

Каналы связи можно характеризовать по аналогии с сигналами следующими тремя параметрами:

– временем доступа Тк,

– шириной полосы пропускания ΔFк,

– динамическим диапазоном [дБ],

где Pк.доп. – максимально допустимая мощность сигнала в канале,

Pш – мощность собственных шумов канала.

Обобщенным параметром канала является его емкость

Очевидным необходимым условием согласования сигнала и канала является выполнение неравенства Vc

Вы также можете найти интересующую информацию в научном поисковике Otvety.Online. Воспользуйтесь формой поиска:

Еще по теме 1.3. Классификация систем связи:

Белоус И.А.. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ СВЯЗИ. Практикум, 2016
22.7. Пропускная способность каналов радиотехнической системы связи
22.1. Тактико-технические параметры радиотехнической системы связи
Исследование связи синусового узла с вегетативной нервной системой
22.4. Количество информации при приёме дискретных сигналов радиотехнической системы связи
Правовые системы и теоретические проблемы их классификации § 1. Правовая система общества: понятие, элементы, функции