Методи частотного та часового ущільнення даних для передавання через моноканал

 

Основними способами передавання сигналів є послідовний і паралель­ний. При послідовній передачі елементи проходять у каналі почергово. При паралельній передачі одиничні елементи дискретних сигналів об’єднують у групи. Елементи груп передають одночасно (зазвичай у різних смугах частот) по окремих каналах. При заданій швидкості передавання послідовні системи (одночастотні) мають ряд перевах у порівнянні з паралельними (багаточастотними): краще використання потужності передавача, некритичність до нелінійності каналу, простота реалізації і т.п.

Дискретні сигнали передають синхронним або асинхронним методами. При синхронному передаванні дискретного сигналу його значущі моменти (ЗМ) повинні бути у певному фазовому співвідношенні зі ЗМ довільного іншого сигналу повідомлення, яке передають. При асинхронному – ЗМ сигналів можуть бути у довільних фазових співвідношеннях.

На прийомі пристрій перетворення сигналів (ППС) визначає вид елемента («0» чи «1»), потім з елементів формуються кодові комбінації (КК), декодування яких дозволяє визначити символи переданого повідомлення. Такий метод приймання називають поелементним. Щоб визначити вид переданого елемента, його зіставляють з еталоном. Найчастіше в якості еталонів вибирають сигнали, якиі співпадаєть по формі з переданими. Для двійкових сигналів достатньо мати один або два еталони.

Кодова комбінація складається з елементарних двійкових сигналів. Іноді такий складений сигнал на прийомі обробляють у цілому, порівнюючи його з усіма еталонами. Проте тут кількість еталонів велика – відповідно числу можливих (дозволених) КК. Прийом у цілому забезпечує більшу вірність, але складніший у реалізації.

Для правильного приймання кодових комбінацій недостатньо забезпечити вірне приймання одиничних елементів. Необхідно правильно відділити одну КК від іншої, що здійснюють методами групової синхронізації. Використовують стартстоповий метод, який відноситься до асинхронних (розглянемо у подальших лекціях).

Більшість систем зв'язку багатоканальні і важливою операцією при формуванні сигналу є ущільнення каналів. Використання різних методів ущільнення каналів та видів модуляції сигналів дають низку варіантів побудови багатоканальних систем передавання повідомлень.

Для одночасного передавання повідомлень від декількох джерел по одній лінії зв’язку здійснюють об'єднання сигналів на передачі і розділення їх на прийомі. Найчастіше використовують методи частотного і часового об’єднання (розділення) сигналів.

6.2. Об’єднання і розділення сигналів
6.2.1. Метод частотного розділення сигналів.

Нехай є канал зв'язку (неперервний) зі смугою пропускання Δ F_k і задано спектр сигналу Δ F_c, який переносить повідомлення. Якщо Δ F_k > > Δ F_c, то можна організувати N каналів

N < Δ F_k /Δ F_c.

По цих каналах можна передати повідомлення від N джерел.

Перенос спектру сигналу джерела у відведений йому діапазон частот (рис.1.10) здійснюють пристрої перетворення сигналу (ППС) передавача.

Рис.6.1. Розміщення сигналів від N джерел у каналі зв'язку при частотному розділенні (F РК)

Рис.6.2. Організація передавання повідомлень при частотному розділенні каналів (F РК):

ДП - джерело і ОП - отримувач повідомлення (ИС і ПС);

ППС – пристрої (УПС) перетворення сигналу (передавача і приймача).
6.2.2. Часове розділення сигналів для передавання по дискретному каналу.

У склад дискретного каналу входить неперервний канал зв'язку зі смугою пропускання Δ F_k. Тривалість елементів, які можна передавати у дискретному каналу обмежена Δ t_k = Δ t_k (Δ F_k).

Нехай від джерела поступають одиничні елементи з тривалістю Δ t_c > > Δ t_k. Тоді. розділюючи інтервал часу Δ t_c на N частин, де N < Δ t_c / Δ t_k, виділимо для кожного джерела свій часовий інтервал. Принцип часового розділення каналів ілюструє рис.1.12.

Рис.1.12. Розміщення сигналів, що передаються від N джерел по дискретному каналу

з часовим розділенням (Т РК)

Рис.1.13. Організація передачі дискретних повідомлень при часовому розділенні каналів

Об'єднання сигналів, що поступають від джерел, здійснює розподільник передавача Р _пер, а їх розділення - розподільник приймача Р _пр.

На прийомі при часовому розділенні сигналів необхідно правильно розподілити одиничні елементи між отримувачами повідомлень; це забезпечують пристроями циклової (групової) синхронізації.
6.3. Принцип ущільнення каналів

Суть операції ущільнення каналів пояснимо за рис.4.16. Повідомлення x_i (t) від N незалежних джерел треба перетворити в єдине коливання - багатоканальне (групове) повідомлення u (t). Для цього потрібно N допоміжних коливань φ _i (t), i = 1,..., N. Бажано, щоб ці коливання були ортогональними. Найчастіше використовують гармонічні коливання або періодичні послідовності (гармонічні та імпульсні піднесучі). Їх створює спеціальний генератор допоміжних коливань.

Рис.4.16. Загальна схема ущільнення каналів

Канальні модулятори (КМ) змінюють параметри піднесучих згідно повідомленням x_i (t), отримуємо канальні сигнали s_i (t). Ця операція нелінійна і спричинює появу побічних спектральних складових за смугою спектру модульованої піднесучої. Фільтри Ф_і пропускають спектри модульованих піднесучих і усувають побічні продукти модуляції. Об'єднання канальних сигналів дає груповий сигнал - багатоканальне повідомлення u_Б (t), яке кодують і подають на вхід загального модулятора багатоканальної системи зв'язку.

Можливі 2 методи об'єднання: лінійне і нелінійне ущільнення каналів. Лінійне – просте сумування канальних сигналів з допомогою суматора

. (4.51)

Нелінійне (мажоритарне) ущільнення базується на використанні функції Уолша; іноді застосовують при передачі цифрові інформації, напр. у телеметрії.

Допоміжні коливання φ _i (t) повинні мати властивість розділюваності, щоб розділяти прийняте багатоканальне повідомлення на окремі канальні сигнали.

Із теорії розділення сигналів (яка базується на теорії функціонального аналізу) відомо, що необхідною і достатньою умовою розділимості функцій φ _i (t) є їх лінійна незалежність. Це значить, що ні одну із функцій не можна отримати лінійною комбінацію інших функцій цього класу.

Анагогічно: вектори (множина) лінійно незалежні, якщо лише при , і залежні – коли виражаються лінійною комбінацією.

Щоб функції φ _i (t) (i = 1, 2,..., N) були лінійно незалежні, необхідно і достатньо, щоб визначник матриці з елементами був нерівний нулю (теорема Грама).

Частинним (але дуже важливим) випадком лінійно-незалежних функцій є ортогональні функції. При ущільненні каналів за допоміжні, як правило, застосовують ортогональні коливання, а параметри модуляції канальних сигналів s_i (t) вибирають так, щоб ці сигнали залишались також ортогональними.
Відомо, що система ортонормованих (на періоді Т) коливань (функцій) має властивість

.

Практично виконати цю умову вдається не завжди, тобто

, (4.53)

де ^ P _s – потужність піднесучої з номером і; P _ε – взаємна потужність піднесучих.

Для кращої розділюваності каналів бажано забезпечувати умову P _ε < < P _s. Фізичний зміст умови: частка потужності, що проникає на вихід каналу з іншого каналу, повинна бути набагато меншою, ніж потужність промодульованої піднесучої (канального сигналу s_i (t)).

Отримане ущільнене багатоканальне повідомлення u_Б (t) модулює носія. При цьому, в загальному випадку, формують спеціальні службові коливання для синхронізації передаючої і приймальної частин системи зв'язку.

При ущільненні каналів застосовують ортогональні коливання наступних видів: гармонічні, імпульсні та кодові послідовності; отримують три основні види ущільнення: частотне, часове і кодове (ущільнення по формі).
Частотне ущільнення каналів базується на частотному перетворенні спектрів повідомлень окремих джерел на передаючій стороні СПІ.

Використовують набір гармонічних піднесучих s_0i (t) з частотами f _n1, f _n2, …, f _nN. Модулюючи (дискретну модуляцію наз. маніпуляція) піднесучі отримують N канальних сигналів s_i (t), кожний з яких займає смугу частот Δ F_i, яка залежить від ширини спектру початкового повідомлення x_i (t) виду модуляції.

Для зменшення впливу сусідніх каналів та полегшення їх розділення вводять захисні частотні проміжки (смуги) Δ F_Зi. Повна смуга частот кожного каналу

Δ F_Кi = Δ F_i + Δ F_Зi = , (4.54)

де γ _3i – захисний коефіцієнт смуги (вибирають γ _3i = 1, 2 –1, 3).

Рис.4.17. Спектр багатоканального повідомлення при частотному ущільненні каналів

(утворюється лінійним додаванням спектрів сигналів)

Багатоканальне повідомлення при частотному ущільненні утворюється лінійним додаванням канальних сигналів, а його спектр визначається сумою спектрів цих сигналів. Як видно з рис.4.17, верхня гранична частота багатоканального повідомлення

. (4.55)

Якщо число каналів і смуги їх частот відомі, то

. (4.56)

Частоту нижньої піднесучої вибирають не менше , де Δ F ₁ – ширина спектру модульованої нижньої піднесучої. При такому виборі частоти виділення і демодуляція нижньої піднесучої у приймальній частині системи зв'язку не має ускладнень.
Часове ущільнення каналів

Часове ущільнення каналів базується на дискретизації неперервних повідомлень по часу. Використовують набір імпульсних піднесучих, що не перекриваються у часі (рис.4.18, а). Кожна піднесуча модулюється своїм неперервним повідомленням у відповідному канальному модуляторі (КМ). Частота повторення імпульсів піднесучих повинна задовольняти умові для всіх каналів (i =1, 2, …).

Багатоканальне повідомлення (БКП) утворюють лінійним об'єднанням (сумуванням) модульованих імпульсів піднесучих (рис.4.18, б). Ширина спектру БКП F_ВБ однозначно визначається тривалістю τ імпульсів піднесучих і приблизно дорівнює F_ВБ ≈ 1/ τ (тобто ширині першої пелюстки спектру послідовності імпульсної піднесучої, див.Т4).

Рис.4.18. Принцип формування багатоканального повідомлення при часовому ущільненні каналів

Часове ущільнення здійснюють у синхронному режимі. Формують синхроімпульси з періодом T_n =1/ F_n. У кожному циклі (періоді Т_п) спочатку передають синхроімпульс тривалістю τ _сх, а потім почергово імпульси усіх N каналів.

Для кожного каналу в інтервалі Т_п відводять час

Δ T_ki = Δ T_i + Δ T_3i = Δ T_i (1+ Δ T_3i / Δ T_i)= γ _3i Δ T_i (4.57)

де γ _3i – захисний коефіцієнт канального проміжку (вибирають 1, 5-2, 0).

Δ T_i – інтервал зайнятий каналом з врахуванням модуляції (див.Т4): при АІМ Δ T_i = τ, при ШІМ Δ T_i = τ + Δ τ _m, при ЧІМ Δ T_i = τ + 2Δ τ _m.

Число каналів, які можна отримати при часовому ущільненні N _BPK=(T_n – τ _сх)/Δ T_k, пропорційне шпаруватості імпульсів Q. Оскільки вибір T_n визначається максимальною шириною спектру повідомлення , то для збільшення числа каналів необхідно зменшувати тривалість імпульсів, тобто розширювати смугу частот БКП.
Про інші види ущільнення

Частотне і часове – основні види ущільнення у сучасних системах зв’язку. Їх використовують при багатоканальному передаванні як неперервних так і дискретних повідомлень.

 

3. Програмуання операцій з файлами різними мовами Visual Basic та Visual C#

 

Ну, учимся работать с текстовыми файлами. Это даст нам возможность прочитать существующий файл, изменить его, или создать свой, не прибегая к текстовым редакторам. Кроме того, в текстовом файле удобно хранить служебные данные собственной программы, например установки пользователя, результаты обработки данных и т.п.
Текстовой файл, собственно по названию, содержит в себе текстовые символы, ну и символы типа возврат каретки или перевод строки. Традиционно они имеют расширение .txt для текста, .dat для данных, .bat для исполняемых (командных) файлов, ну Windows еще использует .ini, .log, .inf. Читать и записывать их надо последовательно, символ за символом, начиная с первого.

Итак, чтобы что-нибудь сделать с файлом, прежде всего, его надо открыть.
При открытии файла для последовательного доступа нельзя считать какой-то один, к примеру, знак из середины файла, для этого есть другие способы доступа, но об этом не сегодня.

Для открытия файла используется оператор Open. Синтаксис его такой:

Open путь For режим As #номер файла

Примечание: для открытия файлов прямого доступа, или двоичных файлов оператор Open содержит еще кое-какие аргументы, но сейчас мы их не используем и опускаем.

Все указанные аргументы должны обязательно присутствовать:
путь - это полный путь к открываемому файлу - (строковое выражение) пишется в кавычках, может состоять из нескольких строк, соединенных знаком конкатенации &. (Например " c: \MyText\referat.txt" или " c: \Mytext\" & " referat.txt")
режим - способ открытия файла и представляет собой ключевые слова. В этой главе му будем использовать Input для считывания данных из файла, Output - для записи данных в файл, и Append - для добавления данных в файл. В режиме Input можно еще раз открыть уже открытый файл под другим номером, не закрывая его, в режимах Output и Append надо сначала закрыть файл, а потом открыть его снова.
#номер файла - это всего лишь номер, по которому VB индентефицирает открытый файл. Он может быть любой от #1 до #255. Однако, лучше всего использовать функцию FreeFile (см. в примере), которая сразу возвратит свободный номер в переменную, и тебе нет нужды искать по своему коду, открыт ли у тебя файл под номером, например #3.

Кстати сказать, после того, как передача или прием данных в (из) файл(а) будут закончены, его надо закрыть, делается это оператором Close. Если этот оператор написать без всяких аргументов, он закроет все открытые файлы. Если же нам надо закрыть файл, скажем номер 2, то пишем Close #2. Попробуем работать с файлами на примерах: