В этос случае составляющие частоты не являются серией дискретных
частот, а составляют непрерывный спектр. Амплитуда каждой состав-
ляющей частоты задается преобразованием Фурье единичного импульса.
Преобразование Фурье единичного импульса является кривой вида
sinx/x, как показано на рис.1.3. Эта кривая задает амплитуды всех
составляющих частот импульса. Заметьте, что для импульса с перио-
дом Т, некоторые частоты: f, 2f, 3f и т.д. имеют величину 0 (на-
помним f=1/Т).
Давайте представим, что мы будем иметь дело не с прямоугольным
импульсом, а с одной из кривых вида sinx/x.(рис. 1.4.а). Какие
будут составляющие частоты такого импульса? Здесь преобразование
Фурье импульса вида sinx/x даст спектр с конечной частотой, как
показано на рис.1.4.в. Так как наш канал передачи имеет всегда
конечную полосу, это кажется идеальным импульсом для избежания
искажений. В 1928 году Найквист показал, что максимальная ско-
рость повторения таких импульсов через идеальный канал составит
2f импульсов в секунду, где f это полоса канала в Гц. Период 1/2f,
который является временем между импульсами, известен, как интер-
вал Найквиста. Скорость сигнализации в 2f импульсов в секунду из-
вестна, как скорость Найквиста.
Хотя импульсы sinx/x идеальны в теории, существуют другие виды
кривых, которые практически достижимы в реальных системах переда-
чи. Одна из них основана на спектре, который называют поднятым
косинусным импульсом. Поднятый косинусный импульс изображен на
рис.1.5.a вместе со своим спектром (Преобразованием Фурье) на рис.
1.5.b. Импульс на основе спектра поднятого косинусного импульса
(рис.1.5.c) имеет Преобразование Фурье, как показано на рис.1.5.d.
Видна цена, которую приходиться платить за использование импуль-
са этого вида, по сравнению с импульсом вида sinx/x, удваивается
необходимая полоса. Однако, одной наиважнейшей особенностью этого
импульса является то, что уровень амплитуды на половине длитель-
ности импульса спадает вдвое и импульсы продолжительностью T можно
посылать с интервалом Т/2 секунд.
Рис.1.6. показывает, как набор бит 0110100 будет выглядеть в форме
спектра поднятого косинусного импульса, вместе со значащами отсче-
тами.
Такие, более подходящие кривые импульсов, нельзя увидеть на выходе
терминала данных, но они могут быть сгенерированы модемом или дру-
гим передающим оборудованием, к которому подключен терминал.
СИНХРОННАЯ И АСИНХРОННАЯ ПЕРЕДАЧА.
Данные генерируемые терминалом - это обычно знаки и на выходе они
имеют вид последовательной серии бит одинаковой протяженности.
Знаки могут либо генерироваться в случайные интервалы времени,
тогда метод передачи называют старт-стопным или асинхронным, или
только в определенные моменты, тогда метод называют синхронным
или,(более правильно) изохронным. В обоих случаях, сигнал называ-
ют широкополосным сигналом, потому что он содержит частоты вплоть
до постоянного тока.
СТАРТ-СТОПНАЯ ПЕРЕДАЧА.
В свободном состоянии старт-стопный терминал удерживает состояние
"МЕТКА" (MARK - бинарная 1) на линии связи. Любому передаваемому
знаку предшествует состояние ПРОБЕЛ (SPACE - бинарный 0) на про-
тяжении по крайней мере одного бита, для индикации начала знака.
Детекция этого "стартового" бита на приемнике запускает механизм
тайминга (временного отсчета), который показывает, когда нужно
брать отсчеты (стробировать) приходящий с линии сиг-
нал.(рис.1.7.а). Ясно, что механизм тайминга приемника должен
быть установлен на туже самую номинальную скорость сигнализации
что и передатчик, и приемник должен знать число бит в знаке.
Рисунки 1.7.b,c показывают, что произойдет при расхождении таймин-
га между приемником и передатчиком. Если тайминг приемника слишком
быстр, он будет стробировать один бит дважды, а если он слишком
медлителен пропустит один бит. Для правильного декодирования
приемник должен синхронизироваться под входящий сигнал на длитель-
ность знака.Стабильность механизма тайминга должна соответство-
вать максимальной длине знака. Общепринято, что телеграфные аппа-
раты используют 5-ти битовый код с одним стартовым и 1-2 стопо выми
битами . Бит, стоящий на конце знака позволяет сброситься механизму
тайминга, чтобы быть готовым к прему следующего знака. Современные
терминалы данных используют 8 или 9 битовые коды с 1, 1,5 , а
иногда и с 2-мя стоповыми битами.
Старт-стопная передача широко используется в низкоскоростных тер-
миналах. Такую передачу часто называют анизохронной работой (хотя,
строго говоря, анизохронная передача описывает сигналы данных
подобных факсимильным, где каждый элемент сигнала может иметь раз-
личную длину).
СИНХРОННАЯ РАБОТА.
Для высокоскоростных терминалов, стартовые и стоповые биты асинх-
ронного режима вводят непреемлемую избыточность, снижают произво-
дительность канала. При синхронном режиме работы знаки передаются
один за другим, постоянным потоком, без присутствия стартовых и
стоповых битов. Это называют изохронной передачей. Если нет данных
на передачу, то тогда передаются специальные знаки заполнения.
(В качестве альтернативы изохронный поток бит может быть ис-
пользован для переноса старт-стопных данных. Для этого режима
используют термин "изохронный старт-стоп").
Синхроимпульсы в синхронных терминалах обязаны быть высокоста-
бильными, так как они дают синхронизацию на множество знаков, а
не на один. Для поддержания синхронизма синхроимпульс приемника
отслеживает переходы во входных данных и корректирует сам себя,
путем добавления или удаления по необходимости интервалов отсче-
тов. Для уверенности того, что во входных данных будет достаточ-
но переходов,и для коррекции приемника,общепринято включать спе-
циальные знаки синхронизации через регулярные периоды в поток
бит.
Для синхронизации на уровне бита приемник также должен знать,где в по-
токе битов начинается знак. (Все знаки одной длины. И если извест-
но начало первого знака, то позицию остальных можно предугадать).
Синхронизм по знакам достигается путем посылки группы знаков
синхронизации в начале каждого блока знаков данных переносимых в
ходе передачи.
Определение последовательностей синхронизации, размера блоков,
служебных знаков и тому подобное составляет протокол. Протокол по
сути является согласованной процедурой, которая обеспечивает нор-
мальное прохождение данных. Взаимодействие между синхронными тер-
миналами требует соответствия общему протоколу. Логика, которая
необходима для внедрения этого протокола, вместе с другими цепями,
такими как буффер для передаваемых данных,делают синхронные
терминалы более дорогими, чем соответствующие асинхронные.
БИТЫ И БОДЫ.
Мы уже видели, что идеальный канал передачи полосой "В" Гц способен
передать 2В сигналов в секунду. Скорость сигнализации или скорость
модуляции измеряется в бодах; бод - это один сигнал в секунду.
Если мы будем использовать бинарный сигнал, подобный изображенному
на рис.1.2.,скорость в битах будет равна скорости в бодах. Предпо-
ложим, однако, что наши изначальные бинарные данные были закодиро-
ваны другим путем. Мы можем использовать 4 различных уровня для
сигнализации, скажем ё2 и ё1, вместо только двух уровней, как
это было раньше. Бинарные данные могут быть закодированы путем
разбивки их на пары бит и присвоения одного уровня каждой возмож-
ной паре бит, как показано в таблице 1/1.
комбинация бит уровень
00 +2
01 +1
10 -1
11 -2
табл.1/1
Тогда волна, подобная изображенной на рис.1.8. будет представлять
данные 0001101100 ( передача идет с наименее значащих бит). Хотя
скорость сигнализации таже самая, как и до этого,скорость данных
удвоилась и мы переносим теперь 2 бита на бод.Таким образом в 4-х
уровневой системе скорость в битах равна двойной скорости в бодах.
Вообще мы можем сказать:
скорость в битах = скорости в бодах х число бит на бод
Для кодировки 1 бита на бод нам необходим 2-уровневый сигнал,для
представления 0 и 1;для кодирования 2 бит на бод нам нужен 4-х
уровневый сигнал,для представления 00,01,11 и 10;и так далее.
Выражая все это математически - нам необходим сигнал с 2 в степени
"n" уровнями для кодирования "n" бит - или говоря наоборот,систе-
ма с "m" уровнями может кодировать log m бит (m = 2 в степени
"n").
Так как канал полосой В может переносить 2В сигналов/секунду,
емкость (максимальная скорость в битах) идеального канала передачи
с полосой "В",при использовании m-уровней,будет равна:
С = скорость в бодах х число бит/бод = 2Вlog m бит/сек.
Это равенство представляет только теоретический интерес,поскольку
не существует идеального канала связи.На реальном канале воз-
действует шум и Шенон показал,что емкость зашумленного канала
равна:
C = Blog (1+S/N)
Где S/N - отношение сигнал шум.Для типичного телефонного канала
с В = 3000 Гц,S/N = 1000:1 (30 dB)
С = 3000 х log (1+1000) = 30000 бит/сек
(dB - абвеатура для единицы децибел.Децибел представляет отношение
мощностей,и подсчитывается как 10lg(P1/P2) , где Р1 и Р2 два
уровня мощностей кторые сравнивают.Если Р2 = 1 милливатту то
используют абвеатуру dBm.
Пример: если мощность сигнала равна 1 млВт,а мощность шума равна
1 мкВт,тогда отношение сигнал/шум равно 1000:1 или 10lg1000/1 =
= 30 dB.Мощность шума также можно выразить -30dBm,а мощность
сигнала как 0dBm.
2 УСЛУГИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ
СЕТЬ СВЯЗИ ВЕЛИКОБРИТАНИИ
Связь в Великобритании,как и во всех других странах мира,
направляется потребностями телефонных услуг.Единственным следом
телеграфных систем,с которых все началось,осталась сеть телекс,
которая хотя и отделена функционально от телефонной службы в
Великобритании,тем не менее делит с ней некоторое каналообразующее
оборудование.Еще совсем недавно телекс был единственной цифровой
системой передачи,но его скорость и ограниченный код припятство-
вали его широкому использованию для передачи данных.И напротив
требования по возможностям передачи данных должны были найти
решение в "общирных" возможностях,которые обеспечивает телефония.
Телефонная система достаточна гибка,чтобы позволить такое расши-
рение и достаточно хорошо отвечает требованиям,которые предъявля-
ет к ней передача данных.
Сегодня большинство развитых стран мира имеют или планируют иметь
выделенные сети передачи данных используя цифровую передачу и
коммутацию,многие рассматривают это как первый шаг к интегриро-
ванной цифровой сети,которая обеспечит полный набор телекоммуни-
кационных услуг,включая голос,данные,факсимиле и многое другое.
Однако полезно знать,что в настоящее время в Великобритании на
1 соединение для передачи данных приходится 100 телефонных соеди-
нений,и понятно,что в обозримом будущем телефонный трафик будет
