double arrow

Основные параметры и характеристики системы ПДС


Упрощенная структурная схема аппаратуры ПДС.

На рис.1.6 представлена упрощённая структурная схема аппаратуры передачи данных, являющейся типичным представителем аппаратуры передачи дискретных сообщений. Приведенные на рисунке функциональные узлы аппаратуры соответствуют ГОСТ 17657-72 и полностью отображают традиционно сложившееся и закрепленное в нормативных документах содержание изучаемой дисциплины.

ОУД ОУД

ООД АПД АПД ООД

УЗО УПС Канал связи УПС УЗО

Деко-дер
Полу-чатель дан-ных
РУ
Демодулятор
Моду-лятор
Ко-дер

                       
 
   
     
   
     
УСП
     
УОНС
 
 
 
 
 


Преобразователь код-аналог
УЦС

Канал постоянного тока

Дискретный канал

 
 


Канал передачи данных


Рис.1.6

На рис.1.6 приняты следующие обозначения:

ОУД – оконечная установка данных,

АПД – аппаратура передачи данных,

ООД – оконечное оборудование данных,

УЗО – устройство защиты от ошибок,

УПС – устройство преобразования сигналов,




РУ - регистрирующее устройство,

УОНС – устройство оценки надежности сигнала,

УСП – устройство синхронизации по элементам,

УЦС – устройство цикловой синхронизации.

Оконечное оборудование данных (ООД) представляет собой совокупность устройств ввода и вывода данных. Эти устройства на рис.1.6 представлены источником и получателем сообщений данных. Как правило, это технические средства. Источник формирует сообщение для его дальнейшей передачи, а приемник отображает сообщение в виде, адекватном его содержанию, для представления пользователю. Сообщения данных по своей природе имеют вид, о котором говорилось выше.

В случае аналоговых сообщений они подвергаются дополнительной обработке с помощью преобразователей «аналог – код» на передающей стороне и «код – аналог» - на приемной.

Обычно ввод сообщения от источника данных управляется со стороны АПД, а вывод к получателю – принудительный по мере поступления сообщений.

Аппаратура передачи данных (АПД) – совокупность средств, указанных на рис.1.6. К ним могут быть добавлены вспомогательные устройства, например, контрольно-измерительные устройства, устройства автоматического вызова и ответа и т.д.

Оконечная установка данных (ОУД) – совокупность оконечного оборудования данных и аппаратуры передачи данных, объединенных общим для них устройством управления (на рисунке не представлено).

Устройство защиты от ошибок (УЗО) предназначено для уменьшения числа ошибок, появляющихся в сообщении данных под воздействием помех в канале связи. УЗО включает в свой состав устройства для помехоустойчивого кодирования и декодирования сообщений (кодер, декодер) и устройство цикловой синхронизации (УЦС). Кодер преобразует простой код, в котором сообщение поступает в АПД из ООД, в помехоустойчивый, а декодер выделяет из кодовых комбинаций помехоустойчивого кода, пришедших из канала связи, сообщение источника, устраняя при этом часть ошибок, появившихся при передаче сообщения по каналу связи в результате воздействия помех.



Устройство цикловой синхронизации (УЦС) устанавливает и поддерживает требуемые фазовые соотношения между циклами обработки передаваемых сообщений в кодере и декодере.

Устройство преобразования сигналов (УПС) предназначено для приведения сигнала сообщения, сформированного в ОУД, к виду, обеспечивающему ему передачу по каналу электросвязи. Основной состав УПС представлен на рис.1.6.

Модулятор – устройство, осуществляющее модуляцию. Демодулятор осуществляет обратное преобразование. Совокупность модулятора и демодулятора образует модем.

Регистрирующее устройство (РУ) осуществляет определение и запоминание значащей позиции принятого сигнала в пределах каждого единичного интервала, т.е. в двоичном случае определяет и запоминает значение каждого принятого бита.

Устройство оценки надежности сигнала (УОНС) – устройство, измеряющее один или несколько параметров принятого сигнала и вырабатывающее специальный сигнал, указывающий на возможные ошибки. Здесь и далее под ошибкой будем понимать событие, состоящее в том, что воспроизводимая приемником АПД последовательность сигналов не соответствует исходной. Ошибочный единичный элемент появляется на выходе РУ как результат неправильного решения РУ о значении принятого единичного элемента, ошибочная кодовая комбинация – на выходе декодера как результат неправильного решения декодера о соответствии принятой кодовой комбинации переданной. УОНС призван сократить число ошибок на выходе приемника АПД. Это достигается обработкой – стиранием единичного элемента на выходе РУ или отказом от декодирования – стиранием кодовой комбинации. Эти решения принимаются в том числе и на основе результатов работы УОНС.



Устройство синхронизации по элементам (или поэлементной синхронизации) (УСП) обеспечивает синхронизацию переданного и принятого сигналов, при которой устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами переданных и принятых единичных элементов этих сигналов.

Кратко опишем процесс передачи информации в рассматриваемой системе.

Источник вырабатывает сообщение. Если это сообщение имеет дискретную природу (буквы, цифры и т.п.), то оно на выходе источника представляется в виде комбинаций простого кода. Обычно для этой цели используются пятиэлементные коды или семиэлементные коды, называемые первичными. Если вырабатываемое сообщение является аналоговым (изменение температуры, уровня радиации, освещенности и т.п.), то с помощью цифро-аналогового преобразователя («аналог – код») оно приводится к дискретной форме и затем представляется в виде последовательности комбинаций первичного кода.

По команде от АПД сообщения от источника данных вводятся в кодер. Здесь ℓ-элементная комбинация первичного кода преобразуется в n-элементную комбинацию избыточного кода, где n> ℓ. В комбинации избыточного кода помимо элементов, несущих информацию источника сообщений (информационные элементы), вводятся по определенному правилу избыточные элементы, обеспечивающие коду помехоустойчивые свойства. Далее побитно n-элементная комбинация вводится в виде сигналов постоянного тока в модулятор, где сигналы постоянного тока преобразуются к виду, согласованному с используемым каналом, и с помощью каналообразующей аппаратуры через среду распространения поступают на вход демодулятора, где осуществляется обратное преобразование модулированного сигнала в сигналы постоянного тока. При прохождении электрического сигнала по каналу связи на него воздействуют различного рода помехи, которые проявляются в виде искажений длительности сигналов постоянного тока на выходе демодулятора.

УСП определяет ожидаемые значащие моменты поступающих на вход РУ импульсов постоянного тока, и РУ восстанавливает значащие позиции принятых сигналов на значащих интервалах.

С выхода РУ принятое сообщение побитно поступает в декодер. С помощью УЦС определяется начало принятых n-элементных комбинаций. Декодер на основе связей между информационными и избыточными элементами выделяет информационные элементы, и УЗО принудительно выводит их к получателю данных в виде -элементных комбинаций. Принятые сообщения в зависимости от их первоначальной формы выдаются получателю либо в дискретной форме (комбинации первичного кода), либо с помощью цифро-аналогового преобразователя («код – аналог») в непрерывной форме.

Для обеспечения целевого назначения рассматриваемой системы к ней предъявляются определенные требования.

Так как система связи является сложной системой, то для предъявления требований к ней она декомпозируется на составные части.

На рис.1.6 в рассматриваемой системе связи выделяются три составные части:

  • канал постоянного тока,
  • дискретный канал,
  • канал передачи данных.

Канал постоянного тока, как это видно из рис.1.6, представляет собой часть системы связи от входа модулятора до выхода демодулятора. Сигналы на входе и выходе этого канала являются импульсами постоянного тока, к которым предъявляются требования по величине искажений, т.е. канал постоянного тока нормируется по величине искажений длительности передаваемых и принимаемых сигналов.

Дискретный канал – часть системы связи от выхода кодера до входа декодера. На входе и выходе этого канала сигналы имеют вид последовательностей кодовых символов; в двоичном случае – последовательностей двоичных единиц. Выход этого канала – выход РУ, который характеризуется возможностью появления ошибок в результате превышения допустимой величины искажения длительности сигналов на входе РУ. Дискретный канал вводится для задания требований, т.е. нормирования вероятности появления ошибок в кодовой последовательности на входе декодера УЗО.

Канал передачи данных - часть системы связи от входа кодера до выхода декодера. На входе и выходе этого канала передаваемые сообщения имеют вид кодовых комбинаций первичного кода. Этот канал служит для задания требований, т.е. нормирования потока комбинаций первичного кода по вероятности искажения кодовой комбинации первичного кода. Реализация этих требований позволяет снизить вероятность ошибки в комбинации первичного кода, поступающей к получателю, до заданной величины. Поэтому канал передачи данных называют защищенным от ошибок каналом.

Основными параметрами системы ПДС являются достоверность, скоростьи надежностьпередачи дискретных сообщений.

Достоверность определяется следующими характеристиками:

  • вероятностью ошибочного приема кодовых символов в результате неправильного решения РУ при искажениях длительности единичных элементов;

для этой вероятности принято обозначение p;

для существующих дискретных каналов p=10-4÷10-2;

  • вероятностью искажения кодовых комбинаций первичного кода, поступающих на вход канала передачи данных и выдаваемых получателю сообщений с ошибками в результате наличия ошибок в кодовых символах;

для этой вероятности принято обозначение p(≥1,ℓ), что означает наличие хотя бы одной ошибки в комбинации первичного кода длины ;

для существующих каналов передачи требуемыми значениями являются p(≥1,ℓ)≤10-9÷10-6.

Для определения скорости передачи дискретных сообщений существует два подхода.

Первый подход – информационный. Он требует умения измерять количество информации в сообщениях на выходе канала передачи данных относительно входных сообщений. При этом скорость передачи информации определяется как отнесенное к единице времени количество информации об ансамбле входных сообщений, содержащееся в выходных сообщениях.

Максимальную скорость передачи информации при заданных характеристиках канала, когда максимум берется по всем возможным вероятностным характеристикам сигнала, подаваемого на его вход, называют пропускной способностью канала или системы связи.

Второй подход – структурный. Он основан на подсчете структурных единиц сообщения, поступающих в приемник в некоторые временные интервалы.

Находят применение следующие характеристики скорости передачи дискретных сообщений:

  • скорость передачи единичных элементов (Rе) – величина, обратная единичному интервалу, измеряемому в секундах.

Единицей измерения этой скорости является с-1;

  • скорость передачи битов данных (Rб) – количество битов, переданных за единицу времени. Единицей измерения этой скорости является бит/с. Определяется по формуле:

Rб = Rе·log2m,

где m – число значащих позиций на длине единичного элемента;

  • относительная скорость передачи данных (Rо) – отношение числа битов данных, выданных получателю данных к общему числу переданных битов;
  • эффективная скорость передачи данных (Rэ) – отношение числа битов данных, выданных получателю данных к общему времени передачи:

Rэ=Rо·Rб.

  • Одной из наиболее часто используемых характеристик надежности передачи дискретных сообщений является надежность своевременной доставки сообщений, или вероятностно-временная характеристика доведения(доставки) сообщения. Она определяется следующим образом:

Р(tдов≤Тзад)≥Рдоп,

что означает: вероятность доведения(доставки) сообщения за время tдов, не превышающее некоторое заданное время Тзад, должна быть не меньше допустимой вероятности Рдоп.