Codarea semnalului digital. Codare fizică

Conversia semnalului

Erori de cuantizare și zgomot.

Cuantificare pe nivel, cuantizare uniformă și neuniformă.

Conversia semnalului.

Canal există o totalitate mijloace tehniceîntre sursa mesajului și consumator. Dispozitive tehnice, incluse în canal, sunt concepute pentru a se asigura că mesajele ajung la consumator în cel mai bun mod posibil - în acest scop, semnalele sunt convertite. Astfel de transformări utile ale semnalului sunt modularea, discutată mai devreme, și conversia semnalelor continue în cele discrete. În consecință, canalele sunt clasificate în funcție de stat - continuuȘi discret.

Semnalele care transportă informații despre starea unui obiect sau proces sunt de natură continuă, la fel cum procesele în sine sunt continue. Prin urmare, astfel de semnale se numesc analogice, deoarece sunt un analog al procesului sau stărilor obiectului pe care le reprezintă. Numărul de valori pe care le poate lua semnal analog, la nesfârșit. În consecință, canalele prin care sunt transmise aceste semnale sunt și ele analogice.

Într-o centrală telefonică automată, sarcina se reduce adesea la distingerea unui număr finit de stări ale unui obiect, de exemplu, dacă circuitul de cale este ocupat sau liber. Pentru a transmite acest număr de stări, este suficient să comparăm semnalul primit cu un semnal de referință. Dacă este mai mare decât cea de referință, obiectul se află într-o stare, dacă este mai mică - în alta. Cum număr mai mare stările obiectului, cu atât ar trebui să existe mai multe niveluri de referință.

Pe de altă parte, este suficient ca consumatorul să primească informații despre starea obiectului nu în mod continuu în timp, ci periodic, iar dacă perioada de anchetă este legată de rata de schimbare a stării obiectului, atunci consumatorul nu va avea nicio pierdere de informații.

Ca urmare a transformării semnal continuu, numit cuantizarea Și prelevarea de probe obține mostre de semnal, considerate ca numere într-unul sau altul sistem numeric. Aceste mostre sunt semnale discrete. Aceste numere sunt convertite în combinații de coduri semnale electrice, care sunt transmise prin linia de comunicație ca continuu. Când este utilizat ca purtător de stare constantă, se obține o secvență de impulsuri video. Dacă este necesar, această secvență este modulată oscilație armonicăși să primească o secvență de impulsuri radio.

Codarea înseamnă transformare semnale discreteîntr-o succesiune sau combinație a unor simboluri. Simbolul codului este un semnal elementar , diferit de un alt caracter prin cod . Numărul de valori ale caracteristicilor codului se numește baza de cod - m. Numărul de caractere din combinația de cod P determină lungimea codului. Dacă lungimea codului este constantă pentru toate combinațiile, codul se numește uniform. Cele mai frecvent utilizate sunt binare uniforme ( m=2) coduri. Numărul maxim de combinații de coduri pentru codare uniformă: N= mn.

Se numește reprezentarea semnalelor continue prin eșantioane și eșantioanele printr-un set de simboluri forme digitale modulare. Dintre acestea, cele mai frecvente sunt modularea codului de impuls(ICM) și modulație delta(DM).

Să luăm în considerare PCM. Să presupunem că trebuie să transmitem un semnal continuu cu un interval de la zero la 15 volți. Credem că este suficient să transmitem 16 niveluri, adică. N= 16. Prin urmare, dacă m= 2, atunci n= 4. Codăm: 0 V – 0000, 1 V – 0001, 2 V – 0010, 3 V – 0011 etc. Aceste numere, sub formă de impulsuri și pauze, intră pe linia de comunicație, sunt apoi decodificate în receptor și, dacă este necesar, sunt convertite înapoi într-un semnal continuu. Conversia unui semnal continuu într-unul discret se realizează în dispozitivele numite convertoare analog-digitale (ADC), transformări inverse– în dispozitive conversie digital-analogic(DAC).

1.1 CONCEPTE DE BAZĂ

Codificare– transformarea elementelor de mesaj discrete în secvențe de simboluri de cod. Conversie inversă - decodare.

Dispozitivele care efectuează automat aceste operații sunt apelate corespunzător codificatorȘi decodor. Codec– un dispozitiv care combină un encoder și un decodor.

Cod– algoritm (regula) prin care se realizează codarea.

Combinație de coduri (cuvânt)– o secvență de simboluri de cod corespunzătoare unui element dintr-un mesaj discret.

Alfabetul codului– întregul set de simboluri de cod.

Baza codm– numărul de caractere din alfabetul codului. Dacă m=2 se apelează codul binar, m>2 – multi-poziție (non-binară).

Descarcare– poziţia semnificativă a cuvântului cod.

Mărimea biților (valoarea) coduluin – numărul de caractere din combinația de coduri. Dacă n=const, atunci codul este apelat uniformă, n≠const – neuniformă.

Codificatoarele și decodoarele sunt mai ușor de realizat pentru coduri binare uniforme.

1.2 SISTEM DE MESAJE DISCRETE

Figura 1.1 – Schema bloc a sistemului de transmisie a mesajelor discrete.

Sursa emite un mesaj discret. Pentru a forma un mesaj discret dintr-unul continuu, se utilizează eșantionarea după timp și nivel.

Codarea sursă (comprimarea datelor) este utilizată pentru a reduce costurile tehnice pentru stocarea și transmiterea informațiilor.

Codificarea criptografică (criptarea) este utilizată pentru a preveni accesul neautorizat la informații.

Codarea canalului (codare rezistentă la zgomot) este utilizată pentru a crește fiabilitatea transmiterii informațiilor pe un canal zgomotos.

1.3 COMPRESIA DATELOR

Compresia este posibilă deoarece datele de la ieșirea sursă conțin informații redundante și/sau greu de distins.

Informații slab vizibile- informatii care nu afecteaza receptorul acesteia. Astfel de informații sunt scurtate sau eliminate atunci când sunt utilizate compresie cu pierderi. În acest caz, entropia informațiilor originale scade. Compresia cu pierderi se aplică la comprimare imagini digitaleși sunet digitalizat.

Tehnici utilizate în algoritmii de compresie cu pierderi:

Utilizarea unui model – selectarea parametrilor modelului și transferul doar a unor parametri;

Predicție – predicția următorului element și transmiterea valorii erorii;

Codarea diferențială este transferul modificărilor într-un element ulterior în comparație cu cel anterior.

Informații redundante– informații care nu adaugă cunoștințe despre subiect. Redundanța poate fi redusă sau eliminată folosind compresie fără pierderi (codare eficientă). În același timp, entropia datelor rămâne neschimbată. Compresia fără pierderi este utilizată în sistemele de transmisie a datelor.

Tehnici utilizate în algoritmii de compresie fără pierderi:

Codificarea lungimii secvenței – transmiterea numărului de elemente repetate;

Codificarea dicționarului - folosind referințe la secvențe transmise anterior, mai degrabă decât repetarea acestora;

Codare neuniformă - caracterelor mai probabil li se atribuie cuvinte de cod mai scurte.

1.4 CODIFICAREA DICȚIONARULUI

Vă permite să reduceți redundanța cauzată de dependențele dintre simboluri. Ideea codificării dicționarului este de a înlocui secvențele de caractere care apar frecvent cu referințe la modele stocate într-un tabel (dicționar) special creat. Această abordare se bazează pe algoritmul LZ, descris în lucrările cercetătorilor israelieni Ziv și Lempel.

1.5 CODARE NEUNILA

Vă permite să reduceți redundanța cauzată de probabilitatea inegală a simbolurilor. Ideea codificării neuniforme este de a folosi scurt cuvinte de cod pentru personajele care apar frecvent și cele lungi pentru cele care apar rar. Această abordare se bazează pe algoritmii Shannon-Fano și Huffman.

Codurile Shannon-Fano și Huffman sunt coduri de prefix. Cod prefix– un cod care are proprietatea că niciun cuvânt mai scurt nu este începutul (prefixul) al altuia mai lung cuvânt lung. Un astfel de cod este întotdeauna decodabil fără ambiguitate. Reversul nu este adevărat.

Codul Shannon-Fano este construit după cum urmează. Simbolurile sursei sunt scrise în ordinea descrescătoare a probabilităților (frecvențelor) de apariție a acestora. Aceste simboluri sunt apoi împărțite în două părți, superioară și inferioară, astfel încât probabilitățile totale ale acestor părți să fie cât mai egale posibil. Pentru caracterele din partea superioară, 1 este folosit ca prim caracter al cuvântului de cod, iar pentru partea inferioară este folosit 0. Fiecare dintre aceste părți este apoi împărțită din nou în jumătate și al doilea caracter al cuvântului de cod este scris. Procesul se repetă până când rămâne un simbol în fiecare dintre părțile rezultate.

Exemplul 1.1:

Tabelul 1.1 – Construcția codului Shannon-Fano.

Algoritmul Shannon-Fano nu duce întotdeauna la construirea unui cod unic cu lungimea medie a cuvântului de cod cea mai mică. Algoritmul Huffman este lipsit de deficiențele observate.

Codul Huffman este construit după cum urmează. Simbolurile sursă sunt aranjate în ordinea descrescătoare a probabilității (frecvenței) apariției lor. Cele mai recente două simboluri sunt combinate într-un simbol auxiliar, căruia i se atribuie o probabilitate totală. Simbolurile rezultate sunt din nou aranjate în ordinea descrescătoare a probabilităților, iar ultimele două sunt combinate. Procesul continuă până când rămâne un singur simbol auxiliar cu probabilitatea 1. Pentru a găsi combinații de coduri, se construiește un arbore de cod. Din punctul corespunzător probabilității 1 se trimit două ramuri. O ramură cu o probabilitate mai mare i se atribuie simbolul 1, iar unei ramuri cu o probabilitate mai mică i se atribuie 0. Această ramificare continuă până când se atinge probabilitatea fiecărui simbol. Trecând peste arborele de coduri de sus în jos, notează o combinație de cod pentru fiecare caracter.

Exemplul 1.2:

Tabelul 1.2 - Construcția codului Huffman.

Figura 1.2 – Arborele codului pentru codul Huffman.

1.5 Codarea semnalului

1.5.1 Principalele tipuri și metode de prelucrare

și codificarea datelor

Etapa de pregătire a informațiilor este asociată cu procesul de formare a structurii fluxului de informații. O astfel de structură ar trebui să asigure posibilitatea transmiterii informațiilor de la un obiect către un subiect (de la sursă la consumator) prin canale de comunicare prin anumite semnale sau semne, precum și posibilitatea înțelegerii fără ambiguitate a acestor semnale și asigurarea înregistrării lor pe medii de stocare adecvate. Pentru a face acest lucru, semnalele sunt codificate.

Codarea informațiilor este unul dintre subiectele de bază ale cursului fundamente teoretice informatică, reflectând nevoia fundamentală de a prezenta informațiile într-o anumită formă. În același timp, cuvântul „codificare” este înțeles nu într-un sens restrâns - ca o modalitate de a face un mesaj de neînțeles pentru oricine nu deține cheia de cod, ci într-un sens larg - ca prezentare a informațiilor sub forma a unui mesaj în orice limbă. Într-un canal de comunicare, un mesaj compus din simboluri (litere) ale unui alfabet poate fi transformat într-un mesaj format din simboluri (litere) unui alt alfabet.

Codul este o regulă (algoritm) care se potrivește cu fiecare mesaj specific(informare) cu stricte o anumită combinație diferite simboluri (sau semnalele lor corespunzătoare).

Codarea este procesul de conversie a unui mesaj (informație) într-o combinație de diferite simboluri sau semnale corespunzătoare, efectuat în momentul în care mesajul ajunge de la sursă în canalul de comunicare.

Un cuvânt cod este o secvență de simboluri care, în timpul procesului de codificare, este atribuită fiecăruia dintre seturile de mesaje transmise.

Decodarea este procesul de reconstrucție a conținutului unui mesaj din acest cod.

O condiție necesară decodarea este o corespondență unu-la-unu între cuvintele cod din alfabetul secundar și simbolurile codificate din alfabetul primar.

Dispozitivul care oferă codificare se numește codificator.

Sistemul de codare - un set de reguli pentru codificarea obiectelor - este folosit pentru a înlocui numele unui obiect cu simbol(cod) pentru a oferi convenabil și mai mult prelucrare eficientă informații, adică codarea este afișarea informațiilor folosind o anumită limbă. Orice limbă constă dintr-un alfabet, inclusiv litere, numere și alte simboluri, precum și reguli de compunere a cuvintelor și expresiilor (reguli de sintaxă).

Alfabetul principal sunt simbolurile cu care este scris mesaj transmis; secundar - simboluri cu ajutorul cărora mesajul este transformat în cod.

Codul se caracterizează prin lungime (numărul de poziții din cod) și structură (ordinea caracterelor utilizate pentru a indica atributul de clasificare).

Codurile inegale (incomplete) sunt coduri cu care mesajele sunt codificate în combinații cu un număr inegal de caractere; uniform (complet) – coduri cu care mesajele sunt reprezentate în combinații cu un număr egal de caractere.

5) Informațiile sunt codificate pentru stocare într-un computer. Atunci când au ales o limbă, creatorii au fost ghidați de următoarele considerații:

Literele alfabetului trebuie recunoscute în mod fiabil (o literă nu poate fi confundată cu alta);

Alfabetul ar trebui să fie cât mai simplu posibil, adică să conțină mai puține litere;

Sintaxa limbajului (regulile de construire a cuvintelor și frazelor) trebuie să fie strictă, lipsită de ambiguitate și să nu permită ambiguitatea.

6) Teoriile matematice au această proprietate; totul în ele este strict definit.

7) 1.5.2 Codificarea textului

Nu există probleme la codificarea informațiilor reprezentate folosind un set limitat de simboluri - alfabetul. Este suficient să numerotați toate caracterele acestui alfabet și apoi să le scrieți în memoria computerului și să procesați numerele corespunzătoare. Cel mai simplu alfabet este cel cu doar două litere și două simboluri.

La codificarea textului, fiecărui caracter i se alocă de obicei 1 octet. Din acest motiv, o celulă de memorie dintr-un computer este realizată în așa fel încât să poată stoca opt biți (1 octet) deodată, adică un caracter întreg. Acest lucru vă permite să utilizați 2 8 = 256 de caractere diferite, deoarece toate literele trebuie să fie codificate în computer: engleză - 52 de litere (majuscule și minuscule), rusă - 66 de litere, 10 numere, semne de punctuație, operatii aritmeticeși așa mai departe.:

9) Se vede clar că, dacă un număr are o adâncime de biți de n, atunci numărul de numere de n biți este egal cu 2 n:

13) Pentru a codifica aproximativ 256 de litere și simboluri, trebuie să utilizați numere de 8 biți.

Corespondența dintre un simbol și codul său poate fi aleasă complet arbitrar. Cu toate acestea, în practică, este necesar să se poată citi textul creat pe altul pe un computer, așa că se fac eforturi pentru standardizarea tabelelor de codificare. Aproape toate tabelele utilizate în prezent se bazează pe „american” cod standard schimb de informații" ASCII. Definește valorile pentru jumătatea inferioară a tabelului de coduri - primele 127 de coduri (32 de coduri de control, punctuație de bază și simboluri aritmetice, cifre și scrisori). Ca rezultat, aceste caractere sunt afișate corect, indiferent de codificarea folosită pe un anumit computer. Situația este mai gravă cu simbolurile naționale și semnele de punctuație tipografice. Și mai ales ghinionist pentru limbile care folosesc alfabetul chirilic (rusă, ucraineană, belarusă, bulgară etc.).

De exemplu, pentru limba rusă sunt acum utilizate pe scară largă cinci tabele de codificare:

CP866 (DOS alternativ) – pe computere compatibile cu PC atunci când lucrați cu sisteme de operare DOS și OS/2, precum și în amatori retea internationala Fido (Fidonet);

CP1251 (codare Windows) – pe computere compatibile cu PC când rulează Windows 3.1 și Windows 95;

KOI-8r este cea mai veche codificare încă în uz. Folosit pe computere care rulează UNIX, este standardul de facto pentru textele rusești în rețele de internet;

Macintosh Cyrillic – conceput pentru a funcționa cu toate limbile chirilice pe Macintosh.

ISO-8859. Această codificare a fost concepută ca standard international pentru alfabetul chirilic, dar practic nu este folosit în Rusia.

14) Acum că capacitatea de memorie a computerelor a crescut enorm, nu mai este nevoie să „salvați” foarte mult la codificarea textului. Vă puteți permite luxul de a „cheltui” de două ori mai mult pentru a stoca text mai multa memorie(aocând nu 1, ci 2 octeți pentru fiecare caracter). În acest caz, devine posibil să fie plasat tabelul de coduri- fiecare la locul său - nu numai literele alfabetelor europene (latină, chirilică, greacă), ci și literele arabă, georgiană și multe alte limbi, și chiar majoritatea caracterelor japoneze și chineze, deoarece doi octeți pot stoca un număr de la 0 la 65 535. Internațional cu doi octeți Codificare Unicode, dezvoltat cu câțiva ani în urmă, începe acum să fie implementat în practică. Într-un computer, toate componentele sunt conectate între ele folosind o magistrală (coloana vertebrală), adică un mănunchi de fire.

15) Acum ar trebui să înțelegem de ce autobuzul conține 8, 16 sau 32 de fire. Dacă magistrala are 8 fire, atunci 8 biți pot fi transmisi simultan, adică 1 octet (1 caracter) de informații. Un astfel de computer se numește pe opt biți (primul calculatoare personale IBM).

16) Dacă magistrala are 16 fire, atunci se pot transmite simultan 2 octeți de informații; dacă 32 fire – 4 octeți, dacă 64 fire – 8 octeți.

18) 1.5.3. Două metode de codificare a imaginilor

Imaginea de pe ecranul unui computer (sau atunci când este imprimată cu o imprimantă) este formată din puncte mici - pixeli. Sunt atât de multe și sunt atât de mici încât ochiul uman percepe imaginea ca fiind continuă. În consecință, calitatea imaginii va fi mai mare, cu cât pixelii sunt localizați mai denși (adică, rezoluție mai mare dispozitive de ieșire) și culoarea fiecăruia dintre ele este codificată mai precis.

În cel mai simplu caz, fiecare pixel poate fi fie negru, fie alb. Aceasta înseamnă că un bit este suficient pentru a-l codifica. Cu toate acestea, în acest caz, semitonurile trebuie imitate prin alternarea pixelilor alb-negru (rețineți că aproximativ așa se formează o imagine semitonală pe imprimante și în timpul imprimării). Pentru a obține semitonuri reale, fiecare pixel trebuie să fie alocat cantitate mare evacuări. În acest caz, negrul va fi în continuare reprezentat de zero, iar albul va fi în continuare reprezentat de numărul maxim posibil. De exemplu, cu codificarea pe opt biți va fi 256 sensuri diferite luminozitate – 256 semitonuri.

Situația este mai complicată cu imaginile color, deoarece aici trebuie să codificați nu numai luminozitatea, ci și nuanța pixelului. Imaginea de pe monitor este formată prin adăugarea a trei culori primare în diferite proporții: roșu, verde și albastru. Aceasta înseamnă că trebuie doar să stocăm informații despre luminozitatea fiecăreia dintre aceste componente.

Pentru obtinerea cea mai mare precizie pentru redarea culorilor, este suficient să aveți 256 de valori pentru fiecare dintre culorile primare (împreună, aceasta dă 256 3 - mai mult de 16 milioane de nuanțe). În multe cazuri, vă puteți descurca cu o precizie ceva mai mică a culorii. Dacă folosiți 5 biți pentru a reprezenta fiecare componentă (atunci nu veți avea nevoie de 3, ci de 2 octeți pentru a stoca datele pixelilor), veți putea codifica 32.768 de nuanțe.

În practică, există (și adesea sunt) situații în care ceea ce este mult mai important nu este acuratețea ideală, ci dimensiunea minimă a fișierului: există imagini în care inițial se utilizează un număr mic de culori. În aceste cazuri, ei fac asta: adună toate nuanțele necesare într-un tabel și le numerotează, după care nu le mai depozitează. cod complet culorile fiecărui pixel și numerele (indicii) culorilor din tabel. Cele mai utilizate sunt tabelele cu 256 de culori. ÎN diferite calculatoare pot fi acceptate diferite mese standard flori, deci este posibil ca la deschidere cel primit de la cineva fisier grafic, puteți vedea o imagine complet de neimaginat.

Când imprimați pe hârtie, un pic diferit model de culoare: Dacă monitorul emite lumină, atunci nuanța este obținută ca urmare a adăugării de culori, iar culorile absorb lumina - culorile sunt scăzute. Prin urmare, vopselele albastre, liliac și galbene sunt folosite ca principale. În plus, din cauza imperfecțiunii coloranților, li se adaugă de obicei un al patrulea colorant - negru. Pentru a stoca informații despre fiecare vopsea, cel mai des este folosit 1 octet.

Imaginile raster transmit foarte bine imagini reale. Sunt grozave pentru fotografii, picturi și în cazurile în care este necesară „naturalitate” maximă. Astfel de imagini sunt ușor de afișat pe un monitor sau imprimantă, deoarece aceste dispozitive se bazează și pe principiul raster. Cu toate acestea, au și o serie de dezavantaje. Imagine raster Calitate superioară(Cu Rezoluție înaltăși adâncime mare de culoare) poate ocupa zeci și chiar sute de megaocteți de memorie. Pentru a le procesa aveți nevoie calculatoare puternice, dar adesea „gândesc” zeci de minute. Orice modificare a dimensiunii duce inevitabil la o deteriorare a calității: atunci când sunt măriți, pixelii nu pot apărea „din nimic”; atunci când sunt redusi, unii dintre pixeli vor fi pur și simplu aruncați.

Există o altă modalitate de a reprezenta imagini – grafica obiect (vectorală). În acest caz, nu desenul în sine este stocat în memorie, ci regulile pentru construcția sa, adică, de exemplu, nu toți pixelii unui cerc, ci comanda „construiește un cerc cu o rază de 30 cu o centrați într-un punct cu coordonatele (50, 135) și pictați-l în roșu". Performanţă calculatoare moderne Este suficient ca redesenarea să apară aproape instantaneu.

La prima vedere, lucrurile devin mult mai complicate. De ce este necesar acest lucru? În primul rând, și acesta este cel mai important lucru, o imagine vectorială poate fi scalată după dorință, afișată pe dispozitive cu orice rezoluție - iar rezultatul va fi întotdeauna cel mai mare pentru a acestui aparat calitate, deoarece imaginea este „desenată” din nou de fiecare dată, folosind cât mai mulți pixeli.

În al doilea rând, în imagine vectorială toate părțile (așa-numitele „primitive”) pot fi schimbate independent una de cealaltă: oricare dintre ele poate fi mărită, rotită, deformată, recolorată, chiar ștearsă, dar acest lucru nu va afecta în niciun caz restul obiectelor.

În al treilea rând, chiar și desenele vectoriale foarte complexe care conțin mii de obiecte rareori ocupă mai mult de câteva sute de kiloocteți, adică zeci, sute sau chiar de mii de ori mai puțin decât unul raster similar.

Dar de ce, dacă totul este atât de bine, grafica vectorială nu a înlocuit grafica raster? Însuși principiul formării sale implică utilizarea unor obiecte cu limite extrem de netede, clare, iar acest lucru dezvăluie imediat artificialitatea lor, astfel încât domeniul de aplicare grafica vectoriala este destul de limitat - acestea sunt desene, diagrame, desene stilizate, embleme și alte imagini similare.

Tehnologia informatică, precum și principiile de funcționare a acestor instrumente și metodele de gestionare a acestora. Din această definiție reiese clar că informatica este foarte aproape de tehnologie, așa că subiectul ei este adesea numit tehnologia de informație. Materia informatică este formată din următoarele concepte: a) Hardware fonduri tehnologia calculatoarelor; b) software facilitati informatice...

... „(Zero Administration Initiative), care va fi implementat în toate versiunile viitoare de Windows. Server de gestionare a sistemelor SMS SMS are două obiective - de a centraliza managementul rețelei și de a simplifica distribuția software-ului și upgrade-urile pe sistemele client. SMS este potrivit atât pentru rețelele mici, cât și pentru cele mari - este un instrument de gestionare a rețelei bazat pe Windows NT care utilizează eficient...

Codarea semnalelor de cerere și răspuns este caracteristică importantă sisteme de identificare, care determină principiile construcției și funcționării acestora. Nevoia de codificare a semnalului în sistemele SAZO se datorează din următoarele motive:

1) Codurile semnalelor de solicitare conțin cerințe privind natura informațiilor emise de transpondere, iar codurile semnalelor de răspuns conțin informații despre parametrii obiectului aerian;

2) Codarea semnalelor de solicitare crește fiabilitatea liniilor de identificare, deoarece reduce probabilitatea lansare eronată intervenții la interferență;

3) Codarea semnalelor de cerere și răspuns crește imitabilitatea sistemului de identificare.

Pentru a adapta forma informaţiei la linia SAZO ca canal de comunicare, informaţia este prezentată sub formă de mesaje construite conform o anumită regulă(la cod). Mesajul este format din unul sau mai multe cuvinte. Fiecare cuvânt este o secvență finită de caractere de cod (simboluri). Un semn de cod este înțeles ca un simbol pentru un semnal elementar care are anumiți parametri. Numărul de simboluri diferite care sunt utilizate în cuvintele unui cod dat se numește bază de cod.

Semnalele elementare se formează prin modificarea unor parametri precum frecvența purtătoarei, parametrii de amplitudine, frecvența sau modulația de fază, numărul și poziția temporală a semnalelor etc.

Alegerea unui cod sau altuia depinde de numărul de mesaje diferite N, care trebuie transmis prin linia de comunicație. Când se bazează codul nși dimensiunile cuvintelor l număr maxim diverse mesaje N este determinată de expresia .

Cu cât baza este mai mare n cod, cu atât pot fi transmise mai multe mesaje diferite cu dimensiunea l. Dar, cu o bază de cod mare, discernibilitatea semnalelor sale elementare se deteriorează, iar construcția dispozitivelor de codificare și decodare devine mai complicată. Prin urmare, în multe domenii ale tehnologiei, codurile cu baza doi, care sunt numite coduri binare, sunt cele mai răspândite. În SAZO, împreună cu codul binar și varietățile acestuia (codul puls-timp (PTC) și codul timp-frecvență (PTC)), este utilizat un cod de puls modulat în amplitudine (AMP).

ÎN cod binar fiecare caracter de cuvânt reprezintă o cifră număr binar, care ia valoarea zero sau unu. Impulsurile radio cu o anumită frecvență purtătoare sunt utilizate ca semnale elementare în legăturile radio SAZO. Prezența unui semnal elementar la o poziție dată înseamnă transmiterea unui unu în acest bit, iar absența unui semnal înseamnă transmiterea unui zero (Fig. 1.16, a). Când se utilizează un cod cu o pauză activă, se folosesc două poziții pentru a transmite o cifră: una pentru transmiterea unei unități, a doua pentru transmiterea unui zero (Fig. 1.16, b). Un cod cu o pauză activă are redundanță, dar o fiabilitate mai bună a transferului de informații.

Maparea canalelor logice la canalele fizice se realizează prin procesele de codificare și criptare a mesajelor transmise.

Pentru a proteja canalele logice de erorile care apar în timpul transmisiei, se folosesc trei tipuri de codare: bloc - pentru detectarea rapidă a erorilor în timpul recepției; ultra-precise - pentru corectarea erorilor individuale; intercalare - pentru a converti rafale de erori în erori individuale.

Pentru a proteja canalele de interceptări, criptarea este utilizată în canalele de comunicare și control.

Schimbarea frecvenței gaussiene (GMSK) este utilizată pentru a transmite mesaje pe canale fizice.

Modularea semnalului radio

ÎN Standard GSM gaussian eficient din punct de vedere spectral tastare cu deplasare de frecvență cu deplasare minimă a frecvenței (GMSK). Manipularea se numește „gaussian” deoarece succesiunea de biți de informație înaintea modulatorului trece printr-un filtru low-pass (LPF) cu o caracteristică gaussiană, ceea ce are ca rezultat o reducere semnificativă a benzii de frecvență a semnalului radio emis. Formarea unui semnal radio GMSK se realizează astfel încât în ​​intervalul unui bit de informație faza purtătoarei se schimbă cu 90°. Aceasta este cea mai mică schimbare de fază posibilă detectabilă cu un anumit tip de modulație. Schimbarea continuă a fazei unui semnal sinusoidal are ca rezultat modularea frecvenței cu o modificare discretă a frecvenței. Utilizarea unui filtru gaussian permite obținerea de „tranziții netede” cu o schimbare discretă a frecvenței. Standardul GSM utilizează modulația GMSK cu o lățime de bandă normalizată VT - 0,3, unde B este lățimea de bandă a filtrului la minus 3 dB, T este durata unui bit dintr-un mesaj digital. Baza modelului de semnal GMSK este un modulator în cuadratura (1/Q). Circuitul este format din doi multiplicatori și un sumator. Scopul acestui circuit este de a oferi continuu, foarte precis modularea fazei. Un multiplicator modifică amplitudinea unei oscilații sinusoidale, iar al doilea schimbă amplitudinea unei oscilații cosinus. Semnalul de intrare înaintea multiplicatorului este împărțit în două componente în cuadratura. Descompunerea are loc în două blocuri denumite „sin” și „cos”.

Modulația GMSK se distinge prin următoarele proprietăți care sunt preferate pentru comunicațiile mobile:

anvelopă de nivel constant, care permite utilizarea dispozitivelor de transmisie eficiente cu amplificatoare de putere în modul clasa C;

spectru compact la ieșirea amplificatorului de putere al dispozitivului de transmisie, furnizând nivel scăzut radiații în afara benzii;

caracteristici bune de imunitate la zgomot ale canalului de comunicare.

CODARE ȘI INTERTERNARE ÎN CANALE DE COMUNICARE ȘI CONTROL GSM

Schema bloc generală a codării și intercalării în standardul GSM

Pentru a se proteja împotriva erorilor, canalele radio mobile GSM PLMN folosesc codare convoluțională și bloc intercalată. Intercalarea asigură că exploziile de eroare sunt convertite în erori individuale. Codarea convoluțională este un instrument puternic pentru combaterea erorilor singleton. Codarea bloc este folosită în principal pentru a detecta erorile necorectate.

Codul bloc (n, k, t) convertește k simboluri de informații în n simboluri prin adăugarea de simboluri de paritate (n-k) și poate corecta, de asemenea, erorile t simbol.

Codurile convoluționale (CC) aparțin clasei de coduri continue rezistente la erori. Una dintre principalele caracteristici ale CS este valoarea K, care se numește lungimea constrângerii de cod și arată numărul maxim de simboluri de ieșire afectate de un simbol de informație dat. Având în vedere complexitatea decodării codului folosind cel mai avantajos, din punct de vedere al implementării, algoritmul Viterbi crește exponențial odată cu creșterea lungimii constrângerii codului, valorile tipice ale lui K sunt mici și se situează în intervalul 3-10. Un alt dezavantaj al CS este că nu pot detecta erori. Prin urmare, standardul GSM utilizează un cod bloc bazat pe un cod convoluțional (2, 1, 5) cu o rată de r=1/2 pentru detectarea erorilor externe. IC oferă cel mai mare câștig numai cu erori unice (aleatorie) în canal.

În canalele de decolorare, așa cum se întâmplă în GSM PLMN, este necesar să se folosească CS împreună cu intercalarea.

În GSM PLMN, proprietățile de bază ale canalelor vocale și ale canalelor de control diferă semnificativ unele de altele. Canalele de voce necesită comunicare în timp real cu întârzieri scurte cu cerințe relativ scăzute pentru probabilitatea de eroare a canalului. Canalele de control necesită integritate absolută a datelor și detectarea erorilor, dar mai mult perioadă lungă de timp transmisii și întârzieri.

În conformitate cu structura generală a cadrelor din standardul GSM, transmiterea mesajelor de informații și a semnalelor de control se realizează în intervalul de timp normal (NB) al cadrului TDMA. Structura NB (două pachete a câte 57 de biți de informație fiecare) necesită ca numărul de biți codați să fie m, corespunzător la n - biți necodați în schema generala codificarea și intercalarea ar fi un multiplu întreg de 19. Acești biți sunt apoi criptați și combinați în grupuri I. Numărul de biți din aceste grupuri trebuie să fie de asemenea 19, grupurile I intră în intervale de timp I. Numărul I se numește grad de intercalare.

Diferitele canale logice folosesc coduri convoluționale diferite, deoarece ratele de transmisie și cerințele de protecție împotriva erorilor sunt, de asemenea, diferite. Pentru a simplifica mecanismele de codificare și decodare, sunt folosite doar câteva polinoame pentru a genera coduri. Acest lucru permite utilizarea unui cod convoluțional cu o rată unică r=1/2. Cu toate acestea, pentru a îndeplini cerințele pentru formarea unui canal de comunicație cu viteză maximă, precum și pentru a aduce structura de plasare a biților în conformitate cu structura cadrului, este necesară viteza r = 244/456 = 0,535. Pentru a egaliza viteza în canalul de vorbire la r = 1/2, se utilizează decimarea, adică sărirea periodică a unor simboluri codificate. Această operație se numește perforare, iar codurile generate în acest fel se numesc perforate. La recepție, decodorul, cunoscând algoritmul de decimare, interpolează datele primite.

La transmiterea canalului logic de control partajat rapid FACCH nu se utilizează nicio perforare.

Codare convoluțională și intercalare într-un canal de vorbire cu viteză maximă

Codecul de vorbire transmite la fiecare 260 de biți de secvență de informații cu o rată de 13 kbit/s către circuitul de codificare a canalului. Primii 182 de biți ai acestui cadru, numiți biți de clasă 1 în standardul GSM, sunt protejați folosind cod de bloc pentru a detecta erori la receptor.

Codificarea se realizează după cum urmează: biții de clasa 1 sunt împărțiți în continuare în verificări de paritate. Codul bloc este un sistem scurtat de 50 de biți din clasa 1a și 132 de biți din clasa 1b. Biții din clasa 1a sunt completați de trei biți de cod ciclic (53, 50).

În conformitate cu regula acceptată pentru formarea unui cod sistematic, cheia Sw este închisă pentru primele cinci până la zece impulsuri de ceas, iar biții de informații care ajung la intrarea dispozitivului de codificare ajung simultan la blocul pentru reordonare și generare de paritate. biți de verificare. După cincizeci de impulsuri de ceas, comutatorul Sw este acționat și biții de paritate sunt primiți de la encoder. În această etapă, se efectuează primul pas de intercalare. Biții de index pare sunt colectați în prima parte a cuvântului de informare, urmați de trei biți de paritate. Biții cu indici impari sunt apoi stocați în memoria tampon și rearanjați. Urmează patru biți zero, care sunt necesari pentru funcționarea codificatorului, care generează un cod care corectează erorile aleatorii din canal. Apoi 189 de biți din clasa 1 sunt codificați cu un cod convoluțional (2,1,5) la o rată r=1/2.

După codificarea convoluțională, lungimea totală a cadrului este de 2x189+78=456 biți. Cadrul de 456 de biți este apoi împărțit în opt subblocuri de 57 de biți, care sunt intercalate în diagonală și intra-cadru. Mai precis, subblocurile B0 și B4 sunt formate în pachete de 114 biți, care sunt rezultatul intercalării diagonale a blocurilor (DI/B). Biții B0 și B4 ai subblocurilor sunt intercalați în perechi pentru a forma un proces de intercalare intra-biți (IBI/B). Pachetul rezultat include două semnalizatoare înainte h1, h0, care sunt folosite pentru a clasifica diferite pachete de transmisie.

Codificare și intercalare într-un canal cu ritm complet

transmiterea datelor

Pentru a îmbunătăți eficiența codării convoluționale în canalele de date cu viteză completă, este necesară o perioadă lungă de intercalare. În aceste canale, intercalarea intracadru (IBI/B) este implementată pentru gradul de intercalare I=19, ceea ce duce la o întârziere de transmisie a datelor de 19x116=2204 biți. Dacă biții primului pachet (interval de timp) înainte de intercalare sunt desemnați ca C (Km), m=1...116, atunci schema de intercalare, adică pozițiile biților după intercalare, sunt determinate de următoarele formulă:

I (K + j,j + 19t) = C (K, t) pentru toate K j = m mod 19, t = m mod 6.