книги из ГПНТБ / Зелигер Н.Б. Основы передачи данных учеб. пособие

Н. Б. ЗЕЛИГЕР

О С Н О В Ы

ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Допущено Министерством связи СССР

в качестве учебного пособия для студентов электротехнических

институтов связи

ВВЕДЕНИЕ

Телеграфная связь принадлежит к наиболее старым отраслям электрической связи, но заложенные в ней идеи и принципы, к ко­ торым относятся передача символов алфавита в закодированной двоичной форме, регистрация элементов кода короткими импуль­ сами и интегральным методом, фазирование приемных устройств по границам кодовых посылок и некоторые другие, широко ис­ пользуются в современной технике передачи данных.

Передача данных, как и передача телеграфных сообщений, обычно осуществляется по телефонным и телеграфным каналам связи; закодированная дискретная информация поступает в вычи­ слительный центр, обрабатывается электронно-вычислительной ма­ шиной и направляется абонентам, расположенным в различных пунктах страны.

В низкоскоростных и среднескоростных системах передачи дан­ ных в качестве источников и потребителей информации использу­ ются автоматизированные телеграфные устройства— трансмитте­ ры, реперфораторы и буквопечатающие аппараты; последние вы­ полняют ряд логических операций по заранее составленной про­ грамме, запоминаемой на перфорированной ленте, т. е. обладают в зачаточном состоянии некоторыми свойствами цифровых вычис­ лительных машин.

Во многих случаях ранее используемые в классической телегра­ фии методы, не изменяясь по существу, переносились в технику передачи данных в новом схемном или конструктивном оформлении, отвечающем современному уровню техники. В то же время некото­ рые из методов, как, например, методы кодирования, получили в системах передачи данных новое стремительное развитие, являясь эффективным средством борьбы с помехами.

Следует отметить, что быстрое развитие систем передачи дан­ ных, в свою очередь, оказало большое влияние на прогресс теле­ графной техники. На современном этапе качество телеграфных со­ общений повышается на основе полной автоматизации процессов передачи и приема информации, широкого внедрения в новые раз­ работки электронной техники и создания новых методов измере­ ний, обеспечивающих профилактический контроль состояния аппа­ ратуры и каналов связи. Таким образом, телеграфную связь и тех-

4

нику передачи данных объединяет общность идей и преемствен­ ность методов.

Качество работы дискретных систем связи оценивается скоро­ стью передачи посылок и достоверностью информации. Для обычных телеграфных сообщений скорость передачи составляет 50—75 бод. Очевидно, что такие скорости слишком низки для непосредственно­ го ввода информации в электронно-вычислительную машину. Для того чтобы передать большие объемы информации за короткие про­ межутки времени, в некоторых системах передачи данных скорость достигает многих тысяч и даже миллионов двоичных единиц в се­ кунду.

К достоверности приема телеграфных сообщений предъявляют­ ся достаточно высокие требования. Согласно норме, рекомендуемой МККТТ (Международным Консультативным Комитетом по теле­ графии и телефонии), на каждые ІО3 передаваемых символов ал­ фавита допускается не более трех ошибок, т. е. вероятность ошиб­ ки составляет 3 -10-5. К достоверности передачи данных предъяв­ ляются значительно более высокие требования. Допустимая вероят­ ность ошибки символа при передаче данных достигает в некоторых случаях 10~s—10-9 и не должна быть выше 10-5.

Столь большое различие в требованиях к достоверности обус­ ловлено тем, что ошибка, возникшая в тексте обычной телеграм­ мы, в большинстве случаев легко обнаруживается по смыслу. Кро­ ме того, правилами телеграфной эксплуатации предусмотрены ме­ ры, способствующие повышению достоверности сообщений (счет слов в телеграммах, передача справок по поводу замеченных ис­ кажений в тексте, получение подтверждений — «квитанций» — о количестве переданных телеграмм за определенный промежуток времени и др.).

При передаче шифрованных сообщений требуемая достовер­ ность обеспечивается обратной проверкой: принятая информация возвращается на передающую станцию для контроля правильно­ сти приема и в случае необходимости повторяется; в некоторых случаях цифры передаются словами.

Эти формы повышения достоверности телеграфной информации достигли высокой степени совершенства в современных системах передачи данных с обратной связью.

Поступающая при передаче данных информация, как правило, не обладает логическим смыслом, и если она закодирована обыч­ ным (неизбыточным) кодом, то приемное устройство не может от­ личить правильный символ от ошибочного. В этом случае автома­ тический ввод информации в электронно-вычислительную машину становится неэффективным, так как даже при весьма высокой до­ стоверности приема редкие ошибки, появляющиеся в канале свя­ зи, могут исказить результат работы машины. Поэтому возникла необходимость в резком повышении достоверности информации, передаваемой по каналам связи от источника информации к элек­ тронно-вычислительной машине, а затем к потребителю информа­ ции. Необходимость в повышении достоверности в равной степе­

5

Г Л А В А 1

ИСКАЖЕНИЯ КОДОВЫХ ПОСЫЛОК ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

1.1. Общие сведения

Параметры систем передачи данных определяются характерис­ тиками каналов связи, по которым передается дискретная инфор­ мация. Характеристики каналов связи целесообразно разделить на первичные и вторичные.

П е р в и ч н ы е х а р а к т е р и с т и к и — помехи (шумы), ам­ плитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, скачки уро­

довых посылок, дробления сигналов, ошибки — позволяют по ре­ зультатам приема прямоугольных кодовых посылок непосредствен­ но судить о достоверности информации.

Причинами искажения кодовых посылок являются первичные характеристики канала связи (например, возникновение флуктуационных или импульсных помех, отклонение частотных характери­ стик от прямолинейности и др.), но зависимость между этими ха­ рактеристиками и достоверностью приема информации к настоя­ щему времени в полном объеме еще не установлена.

Наличие же данных о вторичных характеристиках канала свя­ зи, хотя и не позволяет выявить причины искажения кодовых по­ сылок, но обеспечивает возможность оценки достоверности приня­ той информации. Обратимся к рассмотрению вторичных статисти­ ческих характеристик каналов связи.

Качество кодовых посылок, передаваемых источником инфор­ мации по каналу связи, определяется точностью их воспроизведе­ ния входным приемным устройством. Если продолжительность вос­ произведенных посылок отличается от продолжительности пере­ данных — они укорочены или удлинены, то это означает, что ко­ довые посылки приняты с искажением. Таким образом, сущность искажения состоит в смещении границ (краев) между кодовыми посылками разной полярности относительно идеального их поло­ жения.

Если смещение границы в ту или иную сторону не превышает исправляющей способности ц приемника (О ^ц ^О .б), то искаже­ ние, вызываемое этим смещением, называется к р а е в ы м . Такое искажение может быть исправлено регистрирующим (регенератив­ ным) устройством приемника.

7

При смещении границ, большем, чем исправляющая способ­ ность приемника, возникает искажение, которое не может быть ис­ правлено регистрирующим устройством, и тогда в приемник посту­ пает посылка неправильной полярности. Такое искажение назы­ вается о ш и б к о й и может быть исправлено с помощью избыточ­ ных кодов.

Краевые искажения относятся к числу наиболее важных крите­ риев оценки качества системы связи. В условиях эксплуатации по результатам измерения краевых искажений судят о запасе устойчи­ вости канала связи и о качестве фазирования.

Наряду с краевыми искажениями кодовые посылки подвергают­ ся (искажению, вызываемому кратковременными изменениями их полярности в пределах правильно воспроизведенных границ. Этот вид искажений, называемый д р о б л е н и е м п о с ыл о к , преобла­ дает при передаче кодовой информации по каналам радиосвязи и по коммутируемым каналам электросвязи. Дробления, как и крае­ вые искажения, могут явиться причиной ошибок.

В качестве основных критериев для оценки правильности посту­ пившей кодовой информации приняты достоверность информации и вероятность ошибки при приеме кодовых посылок. Достовер­ ность информации Дш характеризуется отношением правильно (безошибочно) принятых символов текста /Ѵпр к общему количеству переданных символов /Ѵ0 при N0->~oo:

будем в дальнейшем пользоваться только одним из этих критери­ ев, а именно вероятностью ошибки.

К точности передачи кодовой информации предъявляются весь­ ма высокие требования. Согласно норме, рекомендуемой МККТТ, для междугородных телеграфных связей на каждые ІО5 передан­ ных символов допускается не более трех ошибок, т. е. Рот = 3-10-5, при этом каждая из составных частей системы связи (передатчик, канал связи, приемник) не должна вносить больше одной ошибки. При передаче данных для электронно-вычислительных машин

Изучение искажений кодовых посылок возможно как путем ус­ тановления закономерных зависимостей между первичными и вто­ ричными характеристиками канала связи, так и путем непосредст­ венного измерения вторичных характеристик (краевых искажений,

8

дроблений, ошибок). Найти аналитические зависимости между пер­ вичными и вторичными характеристиками весьма сложно, поэтому целесообразнее в качестве критериев для оценки качества связи ис­ пользовать выявленные экспериментальным путем вторичные ха­ рактеристики.

Искажения, вызываемые смещением границ между кодовыми посылками, могут быть разделены на три вида: случайные, от пре­

тичного преобладания выходного и входного релейных устройств,

вых посылок представлена на рис. 1.1. В результате суммарного действия случайных и систематических искажений кодовые посыл­ ки укорачиваются или удлиняются.

1.2. Случайные искажения

Поскольку смещения границ кодовых посылок обусловлены большим количеством взаимно независимых (или слабо зависи­ мых) случайных факторов (помех), действие каждого из которых по сравнению с суммарным их действием невелико, то согласно из­ вестной теореме А. М. Ляпунова закон распределения смещений границ лишь незначительно будет отличаться от нормального за­ кона. Многочисленные измерения подтверждают этот вывод.

Если не учитывать системэтические искажения (постоянные пре­ обладания и характеристические искажения), то плотность рас­ пределения смещений границ

9