Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
1.1. СООБЩЕНИЯ И СИГНАЛЫ ДАННЫХ
1.1.1. Сообщения данных
Любой вид документальной электросвязи предназначен для передачи информации от отправителя к получателю. В общем случае информация есть совокупность сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах.
Форма представления информации называется сообщением. При передаче данных и телеграфной связи сообщение представляет собой совокупность букв и цифра при факсимильной связи - изменение во времени цвета и яркости элементов неподвижного изображения.
Передача сообщений по системам электросвязи является общей задачей теории и практики связи.
Сообщения могут быть представлены множеством своих элементов. Если сообщение состоит из конечного числа элементов, например, из совокупности букв и цифр, то такое сообщение называется дискретным. При бесконечном числе элементов - сообщение является непрерывным. Примерами непрерывных сообщений могут служить речевое сообщение при телефонной связи и изменение яркости изображения при факсимильной связи.
Содержание сообщений для получателя всегда заранее неизвестно, в противном случае не было бы смысла в его передаче. При наличии множества (ансамбля) вариантов сообщения можем рассматривать как случайные события. Исключение составляет передача заранее установленного тестого сообщения, с помощью которого можно оценить качество передачи.
Введем в соответствии с ГОСТ более точные определения отправителя и получателя сообщения данных.
Человек и (или) устройство, осуществляющие выбор сообщения данных из ансамбля сообщений и формирование этого сообщения для последующей передачи, называется отправителем сообщения данных.
Человек и (или) устройство , для которого предназначено сообщение данных, называется получателем сообщения данных, В зависимости от режима обмена данными абоненты СОД являются поочередно или одновременно отправителями и получателями данных.
Важной особенностью СОД является то, что обмен осуществляется сообщениями данных установленной длины.
Для автоматизации процессов обработки, хранения» передачи и коммутации вводятся стандартные структуры сообщений - формата.
Формат сообщения данных включает в себя заголовок, собственно данные и признак конца сообщения (рис.I.I). В формате определяется порядок расположения данных, поз водящий распознавать их при приеме.
Так как сообщения данных могут иметь очень большие длины, то для обеспечения лучших условий их передачи в СОД применяют разбиение на пакеты данных (рис.I.I). Пакет - это часть сообщения данных определенного формата, которая может самостоятельно передаваться в СОД, но не может самостоятельно восприниматься получателем. В этом случае у получателя или в ближайшем центре коммутации вводится дополнительная процедура, сборки (сшивки) пакетов. Пакеты данных называют также кодограммами.
Наименьшей единицей измерения количества информации является бит. Бит - это такое количество информации, которое может быть передано двоичным символом, например I или 0 при двоичной системе счисления.
для удобства обработки используются упорядоченные последовательности символов в 2, 3, 4 и 6 бит, которые соответственно называются дибит, трибит, квадрибит и байт. Еще большие последовательности называют словами или блоками данных. Например, в ЕС ЭВМ стандартным является слово данных на 32 бит, или в 4 байта. Понятие блок данных по величине строго не определено.
1.1.2. Сигналы данных
В системах передачи данных, телеграфной и факсимильной связи передача сообщений осуществляется с помощью электрических сигналов.
Электрический сигнал является носителем сообщения. Изменение сообщения отображается в изменении одного из параметров сигнала. Любой электрический сигнал изменяется во времени, при этом может быть непрерывное и дискретное изменение как по значению сигнала (например, амплитуде), так и во времени.
На рис.1.2. приведены разновидности непрерывных (аналоговых) и дискретных сигналов:
- 1.2.a -- непрерывный по величине и во времени (речевой сигнал);
- 1.2.б - дискретный по величине и непрерывный во времени (сигнал телеметрии);
- 1.2.в - непрерывный по величине и дискретный во времени (сигнал амплитудно-импульсной модулями);
- 1.2.г - дискретный по величине и дискретный во времени (сигнал цифровой системы передачи. В рассматриваемом примере дискретизация по величине выполнена по шести позициям).
Рассмотрим формы сигналов, применяемые в технике документальной связи.
На рис.1.3.а приведен дискретный по величине (две позиции) и во времени сигнал - двухпозиционный сигнал. Традиционно в телеграфии его называют двухполюсным, так как для формирования необходимо было подключать два полюса источника электропитания.
Сигнал, представленный на рис.1.б, называют однополюсным.
В процессе "формирования сигналов в аппаратуре используют последовательности коротких импульсов (рис1.3.в), полярность которых" соответствует смене полярности сигнала, изображенного нa рис.1.З.а.
Для удобства обработки и передачи по каналам связи одни формы сигналов могут преобразовываться в другие без изменения содержащейся в них информации. Процесс преобразования сигналов называют модуляцией.
На рис.1.4 показаны примеры сигналов в форме отрезков синусоид, в которых информация заложена в изменении амплитуды (амплитудная модуляция рис.1.4а), частоты (частотная модуляция рис.1.4б), фазы (фазовая модуляция рис.1.4в).
Если сигнал является непрерывным, а передача должна осуществляться в дискретной форме, то производят так называемое аналого-цифровое преобразование. Обратный процесс называют цифро-аналоговым преобразованием.
В соответствии с ГОСТ рассмотрим сигнал данных, отображающий некоторое сообщение, представленное в виде символов данных. (рис.1.5).
Форма представления сообщения данных с помощью физической величины (тока, напряжения), изменение одного или нескольких параметров которой отображает его изменение, называется сигналом данных.
Параметр сигнала данных, изменение которого отображает изменение сообщения данных, является представляющим параметром сигнала данных.
Сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений, называется цифровым сигналом данных (ЦСД). Если будет h возможных состояний представляющего параметра, каждое из которых соответствует различным данным, то называют двоичный цифровой сигнал данных. Примером представляющего параметра сигнала данных, изображенного на рис.1.5а, является значение амплитуды сигнала + u и - u. Фиксируемое значение состояния представляющего параметра называют значащей позицией цифрового сигнала (+ u , - u). Момент изменения значащей позиции цифрового сигнала данных называется значащим моментом (t1,t2,t3,t4 на рис.1,5). Интервал времени между двумя значащими моментами называют значащим интервалом. В рассматриваемом примере это интервалы (t2, t1 ), ( t3, t2), (t4, ,t3). Минимальный интервал называют единичным значащим интервалом.
Введем понятие элемента цифрового сигнала данных. Это часть цифрового сигнала данных, отличающаяся значением одного из своих представляющих параметров. Единичный элемент имеет минимальный интервал Т0. Более распространено именовать единичный интервал телеграфной посылкой или просто посылкой. При этом различают двухполюсные, как показано на рис.1.5а, и однополюсные посылки, которые могут быть токовыми и бестоковыми (рис.1.56).
Если продолжительное время передаются сигналы одной полярности, то их называют "нажатие +" (при передаче положительной полярности) и "нажатие -" (при передаче отрицательной полярности). Последовательность единичных элементов цифрового сигнала данных со сменой полярности через каждый единичный значащий интервал называют сигнал "точки".
В зависимости от временных соотношений между сигналами используются следующие определения.
Сигналы в виде последовательности элементов одинаковой длительности с дискретными значениями значащих позиций называют изохронными (см.рис.1.3). Если сигналы не соответствуют этому условию, то они называются неизохронными. Имеются также неизохронные сигналы, которые в течение некоторого времени являются изохронными (например, сигналы при стартстопной передаче).
Между соответствующими значащими моментами двух изохронных сигналов с одинаковой последовательностью элементов могут существовать различные соотношений. Если соответствующие значащие моменты двух сигналов имеют определенное фазовое соотношение, то такие сигналы называются синхронными. При произвольном фазовом соотношении сигналы называют гомохронными.
Сигнал называется мезохронным, если его фазовые соотношения значащих моментов незначительно отличаются от строго определенных. Синхронные, гомохронные и мезохронные сигналы имеют одинаковую длительность единичных элементов ЦСД (тактовую частоту). Если тактовые частоты двух изохронных сигналов различны, то такие сигналы асинхронны по отношению друг к другу.