2. Обобщенная структура систем связи

Современные системы передачи информации (СПИ) представляют собой сложные комплексы, состоящие из различных функционально взаимосвязанных элементов. Эти системы характеризуются не только большим числом элементов, но и иерархичностью структуры, избыточностью, наличием между элементами прямых, обратных и перекрестных связей.

В теории информации широко используют обобщенную модель СПИ (рис. 1.5).

Рис.1.5. Обобщенная модель СПИ

Здесь под передатчиком понимается устройство, преобразующее сообщения источникаАв сигналы S, наиболее соответствующие характеристикам данного канала. Операции, выполняемые передатчиком, могут включать в себя формирование первичного сигнала, модуляцию, кодирование, сжатие данных и т. д.

Приемник производит обработку сигналов X(t)=S(t)+ξ(t) на выходе канала с целью наилучшего воспроизведения (восстановления) переданных сообщенийАна приемном конце.

Канал (в узком смысле) — это среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику. Источник сообщений моделируется последовательностью реализаций сообщенияА={Ai}ⁿ_i=1, которые могут быть либо дискретными, либо непрерывными.

Практически при изучении СПИ удобно операции кодирования и модуляции (соответственно декодирования и демодуляции) разделить и представить модель СПИ в виде развернутой схемы (рис. 1.6). Эта модель также является достаточно общей и может быть использована для представления системы передачи как дискретных, так и непрерывных сообщений.

Рис.1.6. Развернутая обобщенная модель СПИ

Кодек источника, включающий в себя кодер и декодер, преобразует сообщение в код (кодирование) и код в сообщение (декодирование). В простейшем случае это преобразование заключается в том, что сообщение, вырабатываемое источником, заменяется последовательностью кодовых (обычно двоичных) символов. В более общем случае кодирование осуществляется с учетом статистических свойств передаваемых сообщений с целью уменьшения избыточности источника («сжатия» данных).

Кодек канала, как и кодек источника, содержит устройства кодирования и декодирования. Его назначение – за счет вводимой избыточности уменьшить ошибки, которые возникают при передаче двоичных символов по каналу. Кодек должен согласовывать источник и получатель сообщений с дискретным каналом как по объему алфавита, так и по избыточности. Дискретный канал образуется из непрерывного канала путем включения в него модема. Непрерывный (аналоговый) канал включает в себя линию связи (канал в узком смысле) и высокочастотные блоки передатчика и приемника. В модеме происходят формирование и обработка сигналов, передаваемых по непрерывному каналу, т. е. преобразование кода в сигнал и обратно. Формирование сигнала обычно осуществляется с помощью модуляции. В СПИ, в которых, используются мощные коды с избыточностью, основным назначением модуляции (модема) является создание наилучшего канала для системы кодирования, в современных СПИ наметилась тенденция к слиянию модема и кодека на основе наиболее эффективного приема сигналов «в целом», т. е. тенденция комплексного решения задачи оптимального преобразования сообщения в сигнал и обратно. В общем случае кодирование и модуляцию необходимо рассматривать как единый процесс формирования наилучшего сигнала, а процесс демодуляции и декодирования — как процесс наилучшего приема сигналов.

Кодеки, и модемы в СПИ выполняют задачу согласования (в информационном отношение) источника сообщений с непрерывным каналом связи. Поэтому при проектировании СПИ их необходимо рассматривать в совокупности как взаимосвязанные подсистемы. Цель состоит в том, чтобы обеспечить наиболее эффективную передачу сообщений от источника к получателю.

Современные СПИ обычно являются многоканальными или системами с многими доступами (многими пользователями). Структурная схема таких систем приведена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Структурная схема СПИ с многими доступами

Сообщения от писточников а₁а₂, ..., а_ппреобразуются (в общем случае с помощью кодирования и модуляции) в канальные сигналы u₁(t),u₂(t),…,u_n(t). Эти сигналы сначала передаются по отдельным индивидуальным каналам (ИК), а затем смешиваются, образуя групповой сигнал U(t), который передается по общему каналу (ОК). В состав ОК может входить один или несколько ретрансляторов. На приемной стороне с помощью устройств разделения выделяются сигналы по которым восстанавливаются соответствующие им сообщения.

Канальные сигналы выбирают так, чтобы их можно было разделить на приеме. Необходимым и достаточным условием разделения сигналов, как известно, является условие их линейной независимости. Достаточным является условие их ортогональности. В СПИ широко используют три способа разделения сигналов: по частоте, по времени и по форме. В первом случае каждому сигналу предоставляется отдельная полоса частот и спектры канальных сигналов не перекрываются. Во втором случае сигналы не перекрываются по времени. В третьем случае сигналы отличаются по форме. Они занимают общую полосу частот и передаются одновременно.

Понятия «системы с многими доступами» и «многоканальные системы» аналогичны, хотя и не совпадают. Понятие «многодоступность» является более общим, так как оно охватывает не только процедуру разделения сигналов, но и порядок включения передатчиков. Примерами систем с многими доступами могут служить традиционные многоканальные телефонные и телеграфные системы связи, а также асинхронно-адресные системы. В последнем случае канальные сигналы содержат информацию не только о передаваемом сообщении, но и о номере источника сообщений (адрес источника). Система с многими доступами, которая представлена на рис. 1.7, соответствует случаю, когда источники сообщений значительно удалены друг от друга. Групповой сигнал здесь формируется в два этапа. Сначала в каждом из передатчиков формируются канальные сигналы, а затем происходит их суммирование.

Если источники сообщений расположены близко друг к другу, то сообщения от отдельных источников можно подать на общий передатчик и сразу сформировать групповой сигнал. Такая система имеет много общего с передачей сообщений от одного источника.