Основы передачи дискреных сообщений. Основные термины и определения. Коммутация каналов. Структурная схема системы ПДС. Системы пдс с ос классификация и принцип работы систем с обратной связью

ИС – источник сообщений;

Н 1 – накопитель передатчика;

УУ 1 – устройство управления передатчика;

УАС – устройство анализа сигналов решения;

ПДК – прямой дискретный канал;

ОДК – обратный дискретный канал;

Н 2 – накопитель приемника;

УУ 2 – устройство управления приемника;

УФС – устройство формирования сигналов решения;

ПС – получатель сообщений.

ИС Н 1 Кодер ПДК Декодер Н 2 ПС

УУ 1 УАС ОДК УФС УУ 2

Передатчик дискретный приемник

Рис. 5.5 Структурная схема системы с РОС – ОЖ.

Работа схемы происходит следующим образом. По команде от устройства управления передатчика (УУ) источник сообщений (ИС) выдает кодовые комбинации, которые записываются в накопитель передатчика (Н 1), где формируется блок для передачи. Далее блок поступает в кодер, где осуществляется введение избыточности, т.е. кодирование кодом, позволяющим обнаруживать ошибки. Затем закодированный блок поступает в прямой дискретный канал. В приемнике декодер определяет произошла ли ошибка при передаче блока по прямому каналу. Кроме того, принятый блок записывается в накопитель приемника (Н 2). Если в блоке ошибка не обнаружена, то устройство управления приемника выдает команду в устройство формирования сигналов решения (УФС) на формирование команды «подтверждение». УФС формирует команду и отправляет ее по обратному дискретному каналу. Кроме того, УУ 2 выдает команду на Н 2 , и принятый блок передается получателю сообщений. Если в принятом блоке обнаружена ошибка, то УУ 2 выдает команду в Н 2 на стирание принятого блока, а также команду в УФС на формирование команды «переспрос». Передатчик, приняв по обратному дискретному каналу сигнал обратной связи, анализирует сигнал в блоке анализа сигналов решения. Если получен сигнал подтверждения, то УУ 1 посылает команду в источник сообщений для выдачи следующих кодовых комбинаций и цикл передачи повторяется. Если УАС дешифририует сигнал «переспрос», то УУ 1 выдает команду на Н 1 для повторения предыдущего блока. Так повторяется до правильного приема блока приемником.

Изобразим временную диаграмму работы системы с РОС – ОЖ.

nτ 0 t p t аб t с t p t p

в пдк 1 2 2 3 t

t p t p t ас t ас

ПРМ 1 2 2 3 t

из пдк t аб t аб t аб

ПРД П 3 П t

τ с РОС – ОЖ τ с τ с

Рис. 5.6 Временная диаграмма РОС – ОЖ

На временной диаграмме обозначено:

t р – время распространения сигнала по дискретному каналу связи

t аб – время анализа блока в приемнике (декодирование)

t с – длительность сигнала в обратном дискретном канале

t ас – время анализа сигнала-решения из ОДК

t ож – время ожидания, т.е. время простоя прямого дискретного канала

С – время цикла работы системы ПДС

Непосредственно из временной диаграммы можно записать следующее соотношение:

t ож = t р + t аб + t с + t р + t ас =2 t р + t с + t аб + t ас

Синхронизация - это процедура установления и поддержания определенных временных соотношений между двумя и более процессами.

Различают поэлементную, групповую и цикловую синхронизацию.

При поэлементной синхронизации устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами переданных и принятых единичных элементов цифровых сигналов данных. Поэлементная синхронизация позволяет на приеме правильно отделить один единичный элемент от другого и обеспечить наилучшие условия для его регистрации.

Групповая синхронизация - обеспечивает правильное разделение принятой последовательности на кодовые комбинации.

Цикловая синхронизация - обеспечивает правильное разделение циклов временного объединения.

Устройства синхронизации с добавлением и вычитанием импульсов

Устройство относится к классу без непосредственного воздействия на частоту генератора и является 3-х позиционным.

При работающей системе синхронизации возможны три случая:

Импульсы генератора без изменения проходят на вход делителя частоты.

К последовательности импульсов добавляется 1 импульс.

Из последовательности импульсов вычитается 1 импульс.

Задающий генератор вырабатывает относительно высокочастотную последовательность импульсов. Данная последовательность проходит через делитель с заданным коэффициентом деления. Тактовые импульсы с выхода делителя обеспечивают работу блоков системы передачи и также поступают в фазовый дискриминатор для ставнения.

Фазовый дискриминатор определяет знак расхождения по фазе ЗМ и ТИ задающего генератора.

Если частота ЗГ приема больше, то ФД формирует сигнал вычитания импульса для УДВИ, по которому запрещается прохождение одного импульса.

Если частота ЗГ приема меньше, то импульс добавляется.

В результате тактовая последовательность на выходе D k сдвигается на.

Следующий рисунок иллюстрирует изменение положения тактового импульса в результате добавления и исключения импульсов.

ТИ2 - в результате добавления, ТИ3 - в результате вычитания.

Роль реверсивного счетчика:

В реальной ситуации принимаемые элементы имеют краевые искажения, которые изменяются случайным образом положение значащих моментов в разные стороны от идеального ЗМ. Это может вызвать ложную подстройку синхронизации.

При действии КИ смещения ЗМ как в сторону опережения, так и в сторону отставания равновероятны.

При смещении ЗМ по вине устройства синхронизации фаза стабильно смещается в одну сторону.

Поэтому для уменьшения влияния КИ на погрешность синхронизации ставят реверсивный счетчик емкости S. Если подряд придет S сигналов на добавление импульса, говорящих об отставании генератора приема, то импульс добавится и следующий ТИ появится раньше на.

Если сначала придет S-1 сигнал об опережении, потом S-1 об отставании, то добавления и вычитания не будет.

Дискретные сообщения, поступающие от источника и предназначенные для передачи удаленному получателю, подвергаются в системах ПДС различным преобразованиям. Эти преобразования могут быть как специально предусмотренными и направленными на достижение определенных результатов, так и нежелательными, приводящими к искажениям и ошибкам.

Последовательность основных преобразований в системах ПДС может быть представлена схемой, изображенной на рис.1.2 и отображающей три группы преобразований:

преобразования в передатчике,

преобразования в приёмнике,

преобразования в непрерывном канале связи (НКС).

Цель обработки в передатчике заключается в преобразовании передаваемого сообщения α(t) в электрический сигнал S(t), максимально приспособленный для передачи по НКС. Сигнал S(t) подвергается в НКС действию помех и искажений и поэтому на вход приёмника поступает сигнал S * (t), отличающийся от S(t). Задача приёмника заключается в преобразованиях сигнала S * (t), обеспечивающих получение сообщения α * (t) с минимальными ошибками относительно передаваемого сообщения α(t).

Рис.1.2. Структура преобразований в системе ПДС

Условные обозначения:

ИС – источник дискретных сообщений;

КИ – кодер источника;

М – модулятор;

КК – кодер канала;

ПРД – передатчик;

НКС – непрерывный канал связи;

ДМ – демодулятор;

ДКП – декодер получателя;

ДКК – декодер канала;

ПС – получатель сообщений;

ПРМ – приёмник.

Сообщение, поступающее от источника ИС, в некоторых случаях содержит избыточность, обусловленную статистической связью символов. В ряде случаев избыточность источника играет положительную роль, например, в телеграфии при исправлении части искаженных слов в телеграмме. Однако, из-за наличия избыточности уменьшается скорость передачи информации, поэтому один из путей повышения скорости передачи информации связан с устранением избыточности источника. Задачу устранения избыточности на передаче в системе ПДС выполняет кодер источника КИ, а восстановление принятого сообщения – декодер получателя ДКП. Часто КИ и ДКП включаются в состав ИС и ПС. Один из способов устранения избыточности связан с применением эффективного (экономного) кодирования , основы которого рассматриваются в 3.1.

Для повышения верности передачи применяется помехоустойчивое кодирование, предполагающее внесение избыточности в предаваемые кодовые комбинации. На передаче для этой цели используется кодер канала КК, а на приёмной стороне – декодер канала ДКК, выполняющий обратное преобразование.

Для согласования кодера и декодера канала с непрерывным каналом связи на передаче используется модулятор М, а на приёме – демодулятор.

Рассмотренные преобразования ориентированы на симплексный режим работы, но легко могут быть обобщены на полудуплексный и дуплексный режимы. Для этой цели каждую из взаимодействующих сторон нужно обеспечить приёмной и передающей аппаратурой.

1.4. Структурная схема системы пдс

В современной аппаратуре связи основные этапы преобразований сообщения выполняются соответствующими аппаратными или программными средствами. В большинстве случаев эти средства выполняются в виде автономных блоков. Взаимодействие этих блоков иллюстрируется структурной схемой системы ПДС., которая представлена на рис. 1.3.

Рис 1.3. Структурная схема системы ПДС

Условные обозначения:

ИПС – источник-получатель сообщений;

ОУ – оконечное устройство;

УВВ – устройство ввода/вывода;

УС – устройство согласования;

УЗО – устройство защиты от ошибок;

УПС – устройство преобразования сигналов;

АКД – аппаратура окончания канала данных;

ООД – оконечное оборудование данных;

АПД – аппаратура передачи данных;

АП – абонентский пункт.

Рассмотрим предназначение основных блоков, позволяющих реализовать двухстороннюю передачу (полудуплексный и дуплексный режимы).

В качестве источника-получателя сообщения ИПС может быть какое-либо устройство ввода-вывода, например, терминал, дисплей, телеграфный аппарат, ПЭВМ. Обычно ИПС преобразует символы первичного алфавита в кодовые комбинации вторичного алфавита. Устройство согласования (сопряжения) УС обеспечивает согласование ИПС с последующей аппаратурой, например, преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот. Конструктивное объединение ИПС и УС называется оконечным оборудованием данных ООД. Устройство защиты от ошибок УЗО предназначено для повышения верности передачи дискретных сообщений, в большинство случаев, методами помехоустойчивого кодирования. Иногда УЗО включается в состав ООД, особенно при программной реализации помехоустойчивого кодирования. По рекомендации Х.92 МСЭ-Т ООД называется DTE (Data Terminal Equipment) и условно обозначается

Наряду с функцией помехоустойчивого кодирования / декодирования УЗО обеспечивает задание формата сообщений и режимов работы с обратной связью или без нее. Устройство преобразования сигналов УПС обеспечивает согласование дискретных сигналов с каналом связи. В ряде случаев используется конструктивное объединение УПС и УЗО, которое называется аппаратурой передачи данных АПД. По рекомендации Х.92 МСЭ-Т АПД называется DCE (Data Circuit Terminating Equipment) и условно обозначается

Назначение DCE заключается в обеспечении передачи сообщений между двумя или большим числом DTE по каналу определенного типа. Для этого DCE должен обеспечивать с одной стороны сопряжение с DTE, а с другой стороны – сопряжение с каналом передачи. В частности DCE выполняет функции модулятора и демодулятора (модема), если используется непрерывный (аналоговый) канал связи. При использовании цифрового канала E1 / T1 или ISDN в качестве DCE применяется устройство обслуживания канала / данных (CSU / DSU – Channel Service Unit / Data Service Unit).

В современных системах ПДС защита от ошибок возлагается на ООД, а УПС предназначен для сопряжения ООД с каналом связи, который в терминах МСЭ-Т называют аппаратурой окончания канала данных АКД. Оборудование связи, расположенное у пользователя и предназначенное для организации системы ПДС, называется абонентским пунктом АП. Под системой ПДС понимается совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих передачу дискретных сообщений от источника к получателю с соблюдением заданных требований по времени доставки, верности и надежности.

УПС совместно с каналом связи образуют дискретный канал ДК, т.е. канал предназначенный для передачи только дискретных сигналов.(цифровых сигналов данных). Различают синхронные и асинхронные дискретные каналы. В синхронных дискретных каналах единичные элементы вводятся в строго определенные моменты времени. Эти каналы называются кодозависимыми или непрозрачными и предназначены для передачи только изохронных сигналов. К синхронным каналам относятся, в частности, каналы, образованные методами временного разделения каналов ВРК. По асинхронным дискретным каналам можно передавать любые сигналы: изохронные и анизохронные. Поэтому такие каналы получили название прозрачных или кодонезависимых . К ним относятся каналы, образованные методами частотного разделения каналов ЧРК.

Дискретный канал в совокупности с УЗО называется каналом передачи данных КПД. В /1/ этот канал предлагается называть расширенным дискретным каналом РДК.

В системах с ОС ввод в передаваемую информацию избыточности производится с учетом состояния дискретного канала. С ухудшением состояния канала вводимая избыточность увеличивается, и наоборот, по мере улучшения состояния канала она уменьшается.

В зависимости от назначения ОС различают системы:

с решающей обратной связью (РОС)

информационной обратной связью (ИОС)

с комбинированной обратной связью (КОС)

Рисунок 21 – Схема системы ПДС с РОС.

Рисунок 22 – Схема системы ПДС с ИОС.

В системе с РОС приемник, приняв кодовую комбинацию и проанализировав ее на наличие ошибок, принимает окончательное решение о выдаче комбинации потребителю информации или о ее стирании и посылке по обратному каналу сигнала о повторной передаче этой кодовой комбинации. Поэтому системы с РОС часто называют системами с переспросом, или системами с автоматическим запросом ошибок (АЗО).В случае принятия кодовой комбинации без ошибок приемник формирует и направляет в канал ОС сигнал подтверждения, получив который, передатчик ПКпер передает следующую кодовую комбинацию. Таким образом, в системах с РОС активная роль принадлежит приемнику, а по обратному каналу передаются вырабатываемые им сигналы решения.

В системах с ИОС по обратному каналу передаются сведения о поступающих на приемник кодовых комбинациях до их окончательной обработки и принятия заключительных решений. Частным случаем ИОС является полная ретрансляция поступающих на приемную строку КК или их элементов. Эти системы получили название ретрансляционных. Если количество информации, передаваемое по каналу ОС, равно количеству информации в сообщении, передаваемому по прямому каналу, то ИОС называется полной. Если содержащаяся в квитанции информация отражает лишь некоторые признаки сообщения, то ИОС называется укороченной. Таким образом, по каналу ОС передается или вся полезная информация, или информация о ее отличительных признаках, поэтому такая ОС называется информационной.

Полученная по каналу ОС информация анализируется передатчиком, и по результатам анализа передатчик принимает решение о передаче следующей КК или о повторении ранее переданных. После этого передатчик передает служебные сигналы о принятых решениях, а затем соответствующие КК. Приемник ПКпр или выдает накопленную кодовую комбинацию получателю, или стирает ее и запоминает вновь переданную. В системах с укороченной ИОС меньше загрузка обратного канала, но больше вероятность появления ошибок по сравнению с полной ИОС.

В системах с КОС решение о выдаче КК получателю информации или о повторной передаче может приниматься и в приемнике, и в передатчике системы ПДС, а канал ОС используется для передачи, как квитанций, так и решений.

Системы ОС:

с ограниченным числом повторений (КК повторяется не более L раз)

с неограниченным числом повторений(КК повторяется до тех пор, пока приемник или передатчик не примет решение о выдаче этой комбинации потребителю).

Системы с ОС могут отбрасывать либо использовать информацию, содержащуюся в забракованных КК, с целью принятия более правильного решения. Система первого типа называется системой без памяти, а второго- с памятью.

Системы с ОС являются адаптивными: темп передачи информации по каналам связи автоматически приводится в соответствие с конкретными условиями прохождения сигналов.

Исследования показали, что при заданной верности передачи оптимальная длина кода в системах с ИОС несколько меньше, чем в системах с РОС, что удешевляет реализацию устройств кодирования и декодирования. Однако общая сложность реализации систем с ИОС больше, чем систем с РОС. Поэтому системы с РОС нашли более широкое применение. Системы с ИОС применяются в тех случаях, когда обратный канал может быть без ущерба для других целей эффективно использован для передачи квитанций.