Телеграфные сигналы и их характеристики



Nbsp; 2. Телеграфная связь и построение первых телекоммуникационных сетей [1]  

Телеграфные сообщения и их характеристики

В предыдущей лекции упоминалось, что информация для передачи по сети электросвязи должна быть представлена в виде сообщения. Сообщения обычно делятся на два основных класса: аналоговые (непрерывные) и дискретные. Аналоговые сообщения представимы функциями , которые непрерывны. Характерный пример – передача речи в тот период, когда абонент говорит. Дискретные сообщения представляют собой набор элементов, образующих конечное множество. Типичным примером дискретных сообщений может служить телеграмма, состоящая из набора букв, цифр и служебных символов.

Количество информации, которое содержится в сообщении , принято оценивать по вероятности его появления – . Тогда весьма вероятное сообщение содержит незначительный объем новых сведений. Существенный объем новых данных присущ маловероятным сообщениям. Принято оценивать количество информации –  логарифмом величины, обратной вероятности :

.                                                                          (2.1)

Величина , основание логарифма, служит мерой того способа представления информации, который используется для обмена сообщениями. Чаще всего предполагается, что :

.                                                                                             (2.2)

Двоичная единица информации, которая может принимать только два значения (например, ноль или единица), называется битом. Если вероятности появления этих значения равны – 0,5 и 0,5 – то . Это означает, что количество информации равно одному биту. Если , то количество информации всегда равно нулю – .

Количество информации, содержащейся в нескольких независимых друг от друга сообщениях, равно сумме количества информации в каждом их них. Это правило основано на интуитивных представлениях об увеличении количества информации при получении нескольких сообщений.  

В качестве примера оценим количество информации в слове из семи букв при условии, что алфавит содержит 32 буквы. Будем считать, что все вероятности появления каждой буквы одинаковы. Тогда:

.                                                            (2.3)

Для решения ряда задач необходимо оценивать информационные свойства источника сообщений в целом. В качестве такой оценки используется среднее значение количества информации, связанное с одним сообщением. Оно называется энтропией источника сообщений.

В тексте частота появления разных букв отличается весьма существенно. Поэтому для всех значений  определяются вероятности  и соответствующие оценки . Энтропия источника  сообщений определяется как математическое ожидание количества информации:

.                                                                                         (2.4)

Соотношение (2.4) основано на предположении, что все сообщения источника информации независимы. Источнику зависимых сообщений свойственна избыточность. Если в последовательности сообщений существует статистическая связь, то некоторую часть информации можно не передавать. Она восстанавливается на приеме благодаря известной статистической связи. Характерный пример – исключение из телеграмм союзов, предлогов и знаков препинания. Они восстанавливаются за счет известных правил построения слов и фраз, которые – в данном случае – служат примером статистической связи. Одно из важных направлений в развитии теории и практики электросвязи – сокращение избыточности сообщений.

Важной характеристикой источника сообщений считается его производительность. Она выражается средним значением количества информации, создаваемым источником в единицу времени. Самая большая производительность свойственна источнику сообщений с максимальной энтропией.

 

Телеграфные сигналы и их характеристики

Сообщения для передачи через сеть электросвязи должны преобразовываться в сигналы. Последовательность преобразования сообщений и передачи сигналов показана на рисунке 2.1.

 

 

Рис. 2.1. Передача сообщений через сеть электросвязи

 

На выходе источника сообщений создается сообщение . В зависимости от природы сообщений функция  может быть аналоговой или дискретной. Преобразователь трансформирует сообщение  в электрический сигнал . Сигнал, вне зависимости от формы сообщения, может быть как аналоговым, так и дискретным. Вид сигнала определяется свойствами преобразователя.

В процессе передачи через сеть электросвязи на сигнал влияют шумы и помехи, происходит его искажение и вследствие других причин. Их влияние названо "Суммарными воздействиями на сигнал" – . В результате на вход преобразователя, который формирует сообщение, поступает сигнал . Функции  и  не совпадают. Это означает, что сообщения  и  также будут различны. Степень соответствия функций  и  называется верностью передачи информации.

Устройства преобразования сообщений, передаваемых в сетях телеграфной связи, в электрический сигнал представляют каждый знак (в основном, буквы и цифры) уникальной комбинацией импульсов и пауз одинаковой длительности. Импульс соответствует наличию напряжения на выходе преобразователя, а пауза – его отсутствию. Таблица, которая связывает комбинации импульсов и пауз с буквами, цифрами и служебными символами, определяет телеграфный код. Международный телеграфный код МТК-2 позволяет представить букву "А" в таком виде: 11000. В данном случае символ "1" указывает на передачу импульса, а "0" – на наличие паузы. Позднее был разработан семиэлементный телеграфный код – МТК-5. Он позволил расширить функциональные возможности телеграфной связи.

Устройство преобразования сигналов в сообщение позволяет получить совокупность букв и цифр, которая воспроизводится на печатающем устройстве или на экране монитора. Скорость телеграфирования  обратно пропорциональна длине импульса :

.                                                                                                                 (2.5)

Скорость передачи в телеграфии принято измерять в Бодах. Это название – признание заслуг французского изобретателя Жана Бодо, внесшего существенный вклад в развитие электросвязи. Стандартная скорость для телеграфного аппарата составляет 50 Бод. Это означает, что длина импульса составляет 20 мс.

Первые системы телеграфной связи передавали в линии импульсы постоянного тока, которые – в идеале – имели прямоугольную форму. Спектр таких сигналов состоит из бесконечного числа гармоник. Это означает, что для отсутствия искажения переданных сигналов необходима бесконечно широкая полоса частот. С практической точки зрения для корректного приема сигнала следует определить: знак переданного сигнала при его двухполярном представлении или наличие (отсутствие) сигнала при однополярной трансляции. Тогда требования к необходимой полосе частот меняются весьма существенно. В частности, для скорости телеграфирования 50 Бод достаточна полоса передачи в 50 Гц. В любом случае исходный сигнал принимал два состояния – "1" или "0".

В дальнейшем для систем телеграфной связи стали использоваться каналы тональной частоты (ТЧ) с полосой пропускания 300 – 3400 Гц. По мере появления цифровых систем передачи (ЦСП) для организации телеграфной связи были задействованы ресурсы основного цифрового канала (ОЦК), скорость которого равна 64000 бит/с. При использовании канала ТЧ импульсы модулировались. Чаще всего применялась частотная модуляция. Например, импульс "1" представляется частотой , а импульс "0" – частотой . Для варианта применения ОЦК были разработаны различные способы "укладки" импульсов "0" и "1" в канальные интервалы ЦСП.

 

Сети телеграфной связи

Сети телеграфной связи могут классифицироваться различными способами. С точки зрения Оператора связи чаще всего используется такая классификация:

  • телеграфная сеть общего пользования (ТГОП);
  • абонентское телеграфирование.

ТГОП предназначена для передачи телеграмм, принимаемых от физических и юридических лиц в отделениях связи или по телефону. В последнем случае речь идет об одной из дополнительных услуг телеграфной связи. В данном случае слово "передача" необходимо трактовать шире, нежели процесс трансляции сообщения. Подразумевается, что телеграммы должны быть доставлены адресату. Следует подчеркнуть, что телеграмма имеет статус документа (в отличие, например, от телефонного разговора). Телеграфирование, по этой причине, обычно рассматривают как один из видов документальной электросвязи.

Абонентское телеграфирование (АТ) основано на установке терминала телеграфной связи у юридического лица. Быстрота доставки (оперативность) – одно из важных свойств абонентского телеграфирования. Кроме того, возникает возможность диалога – телеграфных переговоров. Международная сеть абонентского телеграфирования получила название ТЕЛЕКС.

Структура ТГОП, реализованная в России (точнее – в бывшем СССР), показана на рисунке 2.2. Она представляет собой сложный граф, в котором на разных уровнях иерархии используются различные конфигурации связи между смежными вершинами.

 

Рис. 2.2. Структура телеграфной сети общего пользования

 

Главные узлы (ГУ) размещаются в крупных административных центрах, для которых характерен большой транзитный телеграфный обмен. Все ГУ связаны между собой по принципу "каждый с каждым". Один ГУ обслуживает зону нумерации. Остальные узлы ТГОП изображены только для первой зоны. Ее номер отражен в виде первого знака каждого узла.

Областной узел (ОУ) устанавливается в каждом субъекте Федерации. Он обязательно соединяется с ближайшим ГУ. Кроме того, при большом трафике могут организовываться и другие связи. На рисунке 2.2 пунктирной линией показана возможная линия связи между ОУ11 и ОУ12.

Нижний уровень иерархии ТГОП образуют районные узлы (РУ). Они обычно соединяются только с одним ОУ. Оконечные пункты (ОП) могут включаться во все виды узлов, что показано на рисунке 2.2. Это означает, что все виды узлов ТГОП выполняют функции оконечно-транзитной связи. Обычно коммутационное оборудование ТГОП и АТ совмещается в едином аппаратно-программном комплексе. Более того, на начальном этапе развития передачи данных (ПД) эти комплексы поддерживали возможность обмена всеми видами дискретной информации (но с низкими скоростями).

Для систем АТ терминальное оборудование телеграфной связи снабжалось устройствами, которые обеспечивали установление соединений, ответ (при отсутствии оператора-телеграфиста) и ряд дополнительных функций. Структура сети, показанная на рисунке 2.2, практически не зависит от вида коммутации, который используется в ТГОП. В сети АТ используется закрытая шестизначная система нумерации. Номер записывается в таком виде: ABCabc. Первые три символа определяют номер узла. Следующие три символа идентифицируют терминал в сети АТ.

 

Коммутация в телеграфии

 

Первые сети телеграфной связи использовали передачу сообщений с переприемами, что очень напоминало метод коммутации сообщений. Затем началась автоматизация ТГОП, которая использовала технологию "коммутация каналов". Для телеграфии такой способ распределения информации малоэффективен. Тем не менее, методы коммутации пакетов еще не нашли практического воплощения.

В последней четверти XX века началось радикальное изменение технологии коммутации в телеграфной сети. Сначала были использованы новые методы коммутации сообщений. Затем стало очевидным, что лучше всего ориентироваться на коммутацию пакетов. Для ТГОП и АТ такой подход оказался важным еще по одной причине. Телеграфия стала "вытесняться" другими видами связи. С другой стороны, данный вид коммуникаций оставался очень важным как средство документальной связи. По этим причинам целесообразно максимально интегрировать сети телеграфной связи в единую телекоммуникационную систему.

Подробнее аспекты выбора технологии коммутации будут изложены в следующей лекции.

 

Время доставки сообщений

 

Ранее выделялись следующие виды телеграмм: вне категории, внеочередные, высшие правительственные, правительственные, срочные, обыкновенные. Обыкновенная телеграмма должна быть передана получателю за 10 часов, а срочная – в два раза быстрее. В пределах города эти сроки укорачиваются до четырех и двух часов соответственно. Если адресат проживает в местности, где нет телеграфной связи, допускается задержка в доставке сообщения до 20 часов.

При выборе времени доставки сообщений учитывается множество факторов, которые связаны с техническими и экономическими соображениями. Важна также роль ценности информации. Термин "ценность информации" определить не так просто. С формальной точки зрения можно поступить следующим образом. Определяются две вероятности: достижения цели до ( ) и после получения информации ( ). Предполагается, что  . Тогда ценность информации , учитывая соотношение (2.2), можно определить следующей разностью:

.                                                                                            (2.6)

Так как , ценность информации будет неотрицательной величиной. Другое определение ценности информации основано на двух значениях энтропии  и , также определяемых до и после получения информации. Если можно задать соответствующие функции риска  и , то ценность информации будет вычисляться по такой формуле:

.                                                                                            (2.7)

Преимущество соотношения (2.7) объясняется тем, что функция риска может быть определена в денежных единицах. Это означает, что ценность информации также вычисляется в денежных единицах.

Ценность информации как функция времени обычно определяется интуитивными представлениями пользователей (абонентов). На рисунке 2.3 приведены типичные кривые, позволяющие судить об изменении ценности информации при варьировании времени доставки .

Рис. 2.3. Типичные кривые ценности информации

 

Безусловно, могут быть использованы и другие трактовки термина "ценность информации". Семейство кривых вида  включает также функции более сложной формы.

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 675;