Структурная схема системы ПДС и методы обмена сообщениями

Структурная схема системы ПДС и методы обмена сообщениями Система ПДС по структуре ничем не отличается от общей структуры любой другой системы связи. Передаваемое сообщение преобразуется в электрический сигнал передатчиком, переносится по электромагнитной направляющей системе в присутствии помех через некоторое пространство, и принятый сигнал преобразуется в сообщение приемником. Это общая процедура. Общим в этом процессе является еще и то, что на выходе системы получается всегда копия сообщения, которая из-за действия мешающих факторов (эл/м помех) может отличаться от оригинала. Специфичным для любого вида связи является то, как выполняется прямое (сообщение – в сигнал) и обратное (сигнал – в сообщение) преобразование, как действуют помехи на сигнал и как устроены приемо-передающие устройства. В системе ПДС эта специфика выражается в следующем (рис. 1.3): - преобразование сообщения в сигнал и обратное преобразование происходит в два этапа; - дискретный электрический сигнал из-за большей определенности по отношению к аналоговому менее подвержен действию помех; - на приеме все процедуры выполняются автоматически с нанесением принятого сообщения на технический носитель (бумага, перфолента, перфокарта, магнитный носитель). Представленная на рис. 1.3 структурная схема системы ПДС является однонаправленной (только слева направо) и одноканальной (в направляющей системе организован один информационный канал). В реальной ситуации почти всегда требуется двухсторонний обмен сообщениями. Кроме того, любой канал связи по своей природе может работать для передачи сигналов в обе стороны. Для осуществления этого режима на двух корреспондирующих станциях должны быть ПРД и ПРМ. При этом возможны следующие режимы обмена сообщениями (рис. 1.4). Симплекс (рис. 1.4, а) – передача одновременно по однонаправленным каналам, работающим в разные стороны независимо друг от друга. Полудуплекс (рис. 1.4, б) – передача по одному каналу поочередно в разные стороны («ИЛИ» в одну, «ИЛИ» в другую). Вариант диалоговой работы. Дуплекс (рис. 1.4, в) - передача по одному каналу навстречу друг другу («И» в одну, «И» в другую) одновременно. Последний случай является наиболее эффективным, так как полностью реализует имеющиеся возможности канала связи. Преобразование дискретного сообщения в информационный сигнал Кодирование. Основные понятия и определения. Кодирование является первой и весьма ответственной операцией по преобразованию дискретного сообщения в электрический сигнал. Эта операция не связана с электрической сетью, но в системах эл.связи является важной для экономной, удобной и почти безошибочной передачи сигналов на расстояние. В общем случае она представляет собой отображение (замену) конечного числа одних символов конечным числом других символов, в частности, замену графических символов одного алфавита на графические символы другого алфавита. Соотношение числа символов отображаемой системы n и отображающей системы m может быть произвольным. Возможны разные ситуации (рис.2.1): n = m; n < m; n > m. В 1-м случае проблем почти не возникает (рис.2.1, а). Нужно лишь определить, какой символ отображаемой системы будет заменен каким символом отображающей системы. Во 2-м случае (рис.2.1,б) нужно из всего множества символов отображающей системы отобрать рабочие символы, затем произвести замену символов, как в 1-м случае. 3-й случай наиболее сложный, т.к. нет однозначного соответствия между объемом алфавитов (символов отображающей системы не хватает для позначной замены символов отображаемой системы). Именно такое соотношение чаще всего встречается на практике. Приходится один графический символ отображаемой системы представлять группой символов отображающей системы. При этом возможны варианты, когда группы отображающей системы содержат одинаковое (рис.2.1,в) или разное число символов (рис.2.1,г). Графические символы м.б. знаковыми и числовыми. Знаковые символы в качестве элементов используют буквы того или иного алфавита (русские – 33 буквы, латинские – 26 букв, греческие – 24 буквы и др.) или условные символы (арифметические, грамматические знаки и пр.). Числовые символы более разнообразны, т.к. числа строятся с использованием разных оснований (двоичные, троичные, десятичные и др.). Числа в любой системе счисления строятся по одному и тому же закону, который определяет любое число Z как сумму произведения значащих цифр системы счисления на основание в степени от 0 до (n-1), т.е. где n – кол-во разрядов числа; А – значащие цифры системы счисления; а – основание системы счисления (i=0 ÷ (n-1)). Условные обозначения, основания и значащие цифры для двоичной (применяется в ТЛГ и ПД), десятичной (применяется в обычной жизни) и шестнадцатеричной (применяется в ЭВМ) систем счисления приведены в табл. Система счисления Основание, а Значащие цифры, А Двоичная (В) 2 0;1 Десятичная (D) 10 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 Шестнадцатеричная (H) 16 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; A; B; C; D; Е; F В качестве примера рассмотрим запись числа 398 в разных системах счисления: Двоичная система: 110001110 (В) = 1·28 + 1·27 + 0·26+ 0·25+ 0·24+ 1·23+ 1·22+ 1·21+ 0·20 . Десятичная система: 398 (D) = 3·102 +9·101 +8·100 . Шестнадцатеричная система: 18E (H): 1·162 + 8·161 + Е·160. Число значащих цифр конечно, но их разнообразие сильно зависит от выбранного основания. В десятичных цифах а=10, в троичных а=3, в двоичных а=2. Это очень существенно при кодировании в системах связи, т.к. влияет, как будет показано ниже, на помехоустойчивость и техническую реализацию оконечных устройств. Поэтому в системах ПДС предпочтение при кодировании отдают двоичным системам счисления. Кодирование – замена графических и функциональных символов сообщения двоичными цифрами. Основными понятиями в области кодирования являются: кодовая комбинация, элемент кодовой комбинации, код, кодовая таблица. Кодовая комбинация (кодовый вектор, кодовое число, кодовая группа, кодовое слово) – двоичное число, соответствующее одному графическому или функциональному символу передаваемого сообщения. Элемент кодовой комбинации – цифра (0 или 1) двоичного кодового числа, отображающего символ сообщения. Код – совокупность правил и условий, по которым формируются, передаются и обрабатываются кодовые комбинации. Кодовая таблица (алфавит кода) – таблица, устанавливающая графическое соответствие между символами передаваемого сообщения и двоичными числами. Кодовые таблицы могут быть простыми, когда передаваемый символ и соответствующее ему двоичное число записываются построчно, и перекрестными (матричными), когда передаваемый символ находится на пересечении строк и столбцов таблицы. Параметры и классификация кодов Для оценки свойств кодов и их классификации вводят следующие основные параметры. Множество кодовых комбинаций (слов, векторов) – Vk={v1, v2, v3, …}. Это весь набор кодовых комбинаций. Основание кода – а. Это число значений, которое может принять каждый элемент кодовой комбинации. Численно оно всегда равно основанию системы счисления, выбранной при кодировании. По этому параметру коды делятся на двоичные (а=2) и многоосновные (а>2). В системах передачи дискретных сообщений применяются исключительно двоичные коды. Длина кодовой комбинации – n. Это число элементов кодовой комбинации или число разрядов двоичного числа. В составе кодовой комбинации могут быть информационные элементы (k), проверочные (контрольные) элементы (r) и служебные элементы (s). Тогда n = k + r + s. По этому параметру коды делятся на равномерные (n=const) (рис. 2.1.,в) и неравномерные (n=var) (рис. 2.1.,г). Чаще применяются равномерные коды, т.к. оконечные аппараты, построенные на этих кодах, получаются проще. Для равномерных кодов общее число комбинаций в множестве So связано с основанием кода и длиной комбинации. Оно определяется следующим соотношением: So = an Для двоичных кодов это соотношение имеет вид: So = 2n Вес кодовой комбинации – w. Это число ненулевых элементов в кодовой комбинации. Для двоичных кодов – это число единиц в ней. Кодовое расстояние между двумя комбинациями – d(vi, vj). Это мера отличия одной комбинации от другой. Определяется числом элементов, в которых одна кодовая комбинация отличается от другой. Для двоичных кодов это вес суммы по mod2 сравниваемых комбинаций, т.е. d(vi, vj)=w(vi+ vj)mod2. (Результат сложения по mod2 только тогда равен 1, когда складываемые символы различаются. Число единиц в комбинации двоичного кода называют весом комбинации. Например, суммой по mod2 комбинаций V1= 1110 и V2= 0100 является комбинация V= 1010) Минимальное кодовое расстояние – dmin или кодовое расстояние по множеству комбинаций – d(Vk). Это характеристика всего множества кодовых комбинаций, определяющая их отличие друг от друга. Минимальное кодовое расстояние определяется для двоичных кодов как минимальный вес суммы по mod2 при попарном сравнении всех комбинаций кодового множества. dmin = d(Vk) = min w(vi+ vj)mod2, , vi ≠ vj. Этот параметр позволяет производить деление кодов на простые и корректирующие. Для простых кодов d(Vk) = 1, а для корректирующих - d(Vk) ≥ 2. В некоторых случаях двоичные кодовые комбинации представляются в виде полиномов (многочленов) некоторой фиктивной переменной x, заменяющей собой основание системы счисления. Тогда любая двоичная n-элементная комбинация может быть представлена полиномом степени не выше (n – 1) с числом членов, равным весу этой комбинации. Например, комбинация из восьми элементов м.б. представлена: 10011001 (В) = 1·x7 + 0·x6 +0·x5 +1·x4 +1·x3 +0·x2 +0·x1 +1·x0, и с учетом отсутствия нулевых членов и умножения остальных членов на единицу, м.б. записана след-м многочленом: А(х) = x7 + x4 + x3 +1. Число членов этого многочлена (четыре) равно весу исходной комбинации. Над представленными таким образом двоичными комбинациями можно выполнять различные операции, пользуясь законами двоичной алгебры. При этом следует помнить основные правила. (xi+ xj)mod2 = 0 xi · xj = xl, где l = (i+j)modn, xn = 1. Такое представление кодовых комбинаций очень часто используется в теории помехоустойчивого кодирования. Итак, шестнадцатеричная система счисления, как следует из названия, имеет в своём основании число 16. Почему так? Дело в том, что единица информации в информатике – это бит. Восемь бит образуют байт. Также информационной среде существует такое понятие, как машинное слово – это минимальная единица данных, представляющая собой шестнадцать бит, то есть два байта. Считается, что машинное слово – это минимальная величина разрядности регистров процессора, при которой можно работать с ЭВМ. Как перевести из десятичной системы в шестнадцатеричную Выше мы уже немного затронули процесс перевода чисел. Теперь мы рассмотрим его подробнее и на примерах. Но прежде чем начать, надо узнать одну очень важную особенность шестнадцатеричной системы. Так как система имеет своим основанием число 16, то, следовательно, всего в этой системе имеется 16 цифр, но если первые десять цифр (0-9) вполне привычные для нас, то остальные имеют вид не совсем цифровой, но, тем не менее, являются цифрами, а именно значения A, B, C, D, E, F, которые соответствуют нашим привычным числам с 10 до 15. Все цифры шестнадцатеричной системы и их «аналоги» в десятичной записаны в таблице ниже. Итак, допустим, у нас есть число 40 563 в десятичной системе счисления. Переведём его в шестнадцатеричную. 1. Сначала мы просто делим наше исходное число 40 563 на 16 в столбик. В частном у нас получилось 2 535, если умножить это число на 16, то получится 40 560, а в остатке 3. Эту тройку мы выделяем. 2. Теперь мы делим 2 535, и тоже на 16, и тоже абсолютно таким же образом. Частное – 158, 16*158 = 2 528, а в остатке 7. Остаток так же, как и в тот раз, выделяем. Делим полученные частные до тех пор, пока они не станут меньше 16, тогда деление заканчивается. Делим 158 на 16, и находим остаток от этого деления. Остаток от деления – 14, а частное, полученное при делении 158 на 16 равно 9. Так как 9 меньше 16, то процесс вычислений закончен, а 9 также выделяется. 4. Процесс преобразования десятичного числа в шестнадцатеричное почти окончен. Для того, чтобы получить его, надо всего лишь выписать выделенные числа справа налево (т.е. в данном случае от девятки к тройке), НО, как мы писали выше, у шестнадцатеричной системы свой особый «алфавит» с 10 по 15. И как раз один из наших «остатков» (число 14) вписывается в этот диапазон, поэтому надо посмотреть в таблице, либо просто самостоятельно посчитать, что в шестнадцатеричной системе 14 будет буквой Е. Итого весь процесс преобразования приведён на следующем изображении: Таким образом мы научились переводить числа из десятичной системы в шестнадцатеричную. Теперь давайте попробуем сделать обратное преобразование, но уже с другим числом. Как перевести из шестнадцатеричной системы в десятичную Перевести шестнадцатеричное число в привычное нам десятичное также совсем не сложно, более того, мы уже делали это в самом начале статьи, когда сравнивали двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счислений, теперь же разберём этот процесс более подробно. Давайте сразу приступим к примеру и переведём шестнадцатеричное число 1C3B3 в десятичную систему. По сути, процесс перевода можно разделить на 2 этапа: 1. Мы справа налево отделяем от числа все цифры и умножаем каждую из них на 16, и всё это складываем: Также обязательно необходимо перевести буквенные обозначения шестнадцатеричной системы в числовые, чтобы можно было посчитать их в десятичном виде, то есть, для данного случая, перевести B в 11 и C в 12. 2. После того, как мы сделали этот шаг, нам необходимо пронумеровать разряды чисел. Делается это просто – мы приписываем ко всем числам 16, на которые мы умножали наши исходные цифры, степени, начиная с нулевой: Теперь нам остаётся только перемножить и сложить всё это: Таким образом, мы превратили шестнадцатеричное число 1C3B3 в десятичное число 115 635.