4. Основи телеграфного зв’язку та передачі даних

Телеграфний зв'язок і передача даних, на відміну від інших видів електрозв'язку, призначені для передачі на відстань дискретних повідомлень, що мають, як правило, індивідуальне призначення. Дискретний характер повідомлень дозволяє використовувати в системах, що реалізовують ці види зв'язку, кодовий метод перетворення повідомлення в сигнал і назад. Сигнали в цих системах також мають дискретний характер. При цьому їх інформаційний параметр приймає, як правило, всього два значення. Ця обставина дозволяє використовувати для реалізації складних дискретних систем зв'язку двійкові перемикаючі пристрої, відмінні простотою, стійкістю і довговічністю в роботі. Найпростішими двійковими перемикаючими пристроями є контакти або ключі, здатні знаходитися в одному з двох можливих стійких станів: замкнутому або розімкненому. Для управління станом контактів часто використовуються електромагнітні реле.

В дискретних системах зв'язку застосовуються також інші двійкові пристрої, відмінні за принципом роботи, можливостями і конструктивним виконанням.

Поняття про коди. Деякі документальні повідомлення є зображеннями, що складаються з окремих знаків. Наприклад, текстові повідомлення на будь-якій мові складаються з одного і того ж набору знаків: букв алфавіту і декількох розділових знаків. Дані, призначені для ЕОМ, є повідомленнями, що складаються з окремого набору цифр. Такі повідомлення, що складаються з кінцевого числа різних знаків, як відомо, називаються дискретними. Будь-які за об'ємом дискретні повідомлення є наперед відомим набором знаків, комбінованих певним чином. Ця обставина дозволяє значно спростити процес передачі і прийому подібних повідомлень. Оскільки всі можливі знаки повідомлень наперед відомі на обох кінцях системи електрозв'язку, то, очевидно, немає необхідності передавати на приймальну сторону самі знаки, а достатньо передати інформацію про те, який знак з цього набору потрібно використовувати в кожному випадку. Наприклад, якщо заздалегідь пронумерувати різні знаки повідомлення, то можна передавати замість знаків їх порядкові номери. Для цього всі можливі знаки повідомлень розташовують послідовно і нумерують. Якщо таблиці з нумерацією є на обох кінцях системи електрозв'язку, то від передавача до приймача достатньо передавати замість знаків їх порядкові номери. На приймальному кінці прийнятий порядковий номер дозволить визначити по таблиці відповідну букву. Таким чином, передача букв замінюється передачею їх умовних позначень, якими в даному випадку служать порядкові номери.

В сучасних дискретних видах зв'язку використовують, як правило, двійкове счислення.

Таким чином, знаки повідомлень при передачі замінюються їх умовними позначеннями, зокрема порядковими номерами, що є комбінаціями цифр 0 і 1. Ці комбінації прийнято називати кодовими комбінаціями, а окремі цифри, що входять в комбінації, — елементами комбінацій. Сукупність кодових комбінацій, замінюючих всі знаки повідомлення, складає телеграфний код, або просто код. Процес перетворення знаків повідомлення в кодові комбінації називається кодуванням.

Проте нумерація знаків повідомлень - не єдиний спосіб побудови кодів. На даний час розроблені і використовуються коди, що мають різні властивості і можливості. Вони відрізняються принципами побудови, кількістю різних елементів, з яких складаються комбінації, кількістю елементів в комбінаціях і кількістю можливих комбінацій.

Один з найвідоміших і найстаріших телеграфних кодів — код Морзе. Комбінації цього коду складаються з двох елементів, які прийнято називати «крапка» і «тире». Різні комбінації містять різну кількість двійкових елементів. Так, комбінація букви Е складається з одного елемента — «крапки», комбінація букви З — з трьох «крапок», букви Ш — з чотирьох «тире» і т.д. Такий код називається нерівномірним.

Набагато частіше в дискретних системах застосовуються коди, всі комбінації яких містять однакову кількість елементів. Такі коди називаються рівномірними. Рівномірні коди можуть бути побудовані з нерівномірних шляхом додавання якихось елементів до комбінацій, що мають меншу кількість елементів.

Кількість можливих комбінацій рівномірних кодів залежить від кількості елементів в кодових комбінаціях. Так, трьохелементних комбінацій може бути всього 8, чотирьохелементних — 16, п'ятиелементних — 32 і т.д.

Пристрої перетворення дискретних повідомлень в сигнали. Перетворення повідомлення в сигнал в будь-якій системі електрозв’язку виконується передавачем. В дискретних системах, як наголошувалося, використовується умовний, або, як його часто називають, кодовий метод перетворення, при якому знаки повідомлення перетворяться в комбінацію двійкових імпульсів. Це перетворення відбувається в три етапи: перший етап — кодування; другий — розподіл елементів комбінації в часі; третій — послідовне перетворення елементів комбінації в електричні імпульси (посилки) і передача їх в канал. Процес перетворення знака повідомлення (букви Ф) в сигнал показаний на рис. 7.7.

Рисунок 7.7 – Послідовність перетворення знака повідомлення (букви Ф) в сигнал

В передавачах кожний етап перетворення виконується спеціальним пристроєм, тому передавачі дискретних систем мають три основних і ряд допоміжних елементів (рис. 7.8). Основними елементами передавачів є: кодуючий, розподільний і вихідний пристрої.

Рисунок 7.8 – Структурна схема предавача дискретної системи зв’язку

Кодуючий пристрій забезпечує перетворення знаків повідомлень в кодові комбінації (I етап). В нього вводиться знак, а з виходу знімається відповідна n-елементна комбінація (на малюнку n=5). Тому пристрій має n виходів. Кодуючі пристрої можуть бути реалізовані на різних елементах. В апаратурі застосовуються механічні і електронно-механічні кодуючі пристрої залежно від типу двійкових елементів, що використовуються для формування кодових комбінацій.

Елементи кодової комбінації одночасно (паралельно) подаються на входи розподільника, який забезпечує послідовну (почергову) подачу їх на вихідний пристрій (II етап).

Вихідний пристрій виконує послідовне перетворення елементів комбінації в електричні імпульси (III етап).

До допоміжних елементів передавачів відносяться пристрої: введення знаків, задаючий, управління і ін.

Пристрої перетворення сигналів в повідомлення. Перетворення сигналу в повідомлення виконується спеціальним пристроєм, який називається приймачем. В дискретних системах зв'язку приймачі перетворюють комбінації двійкових імпульсів в знаки повідомлення. Це перетворення проводиться в чотири етапи (рис. 7.9). На першому етапі відбувається послідовний поелементний прийом сигналу, внаслідок чого електричні імпульси перетворюються в елементи кодової комбінації. Другий етап пов'язаний із запам'ятовуванням і накопиченням елементів комбінації на спеціальних двійкових пристроях. Далі, на третьому етапі, ця комбінація декодується, тобто визначається знак, відповідний прийнятій комбінації. На четвертому етапі проводиться запис або друкування знака на папері.

Рисунок 7.9 – Послідовність перетворення дискретного сигналу в знак повідомоення

Кожний етап перетворення виконується своїм спеціальним пристроєм, тому приймачі дискретних систем мають чотири основних і декілька допоміжних елементів (рис. 7.10). Основними елементами приймачів є пристрої: вхідний, набірний, декодуючий і записуючий, які виконують відповідно чотири етапи перетворення.

Вхідний пристрій має один вхід і один вихід. На його вхід з каналу зв'язку послідовно надходять елементи сигналу — імпульси. Тут вони перетворюються в елементи кодової комбінації у вигляді просторового положення певного механічного пристрою або стану якого-небудь двійкового перемикаючого пристрою.

Набірний пристрій має n виходів (на малюнку n = 5), по яких елементи комбінації одночасно (паралельно) подаються на декодуючий пристрій. Отже, декодуючий пристрій має n входів, а число виходів дорівнює числу можливих знаків. Проте кожного разу спрацьовує тільки один вихід, відповідний прийнятій комбінації і пов'язаний з пристроєм запису певного знака, тобто відбувається процес декодування. Це спрацьовування впливає на пристрій запису, який запише (віддрукує) прийнятий знак на папері.

Допоміжними елементами приймачів є розподільник, задаючий, управляючий і коригуючий пристрої. Розподільник виконує складну функцію, що полягає у визначенні моментів спрацьовування двійкових елементів набірного пристрою. Від того наскільки правильно вибраний цей момент, залежить правильність прийому повідомлення і стійкість роботи всього приймача. Вибір і встановлення оптимального моменту спрацьовування здійснюється за допомогою спеціального коригуючого пристрою, що дозволяє, зміщуючи в часі моменти спрацьовування відносно меж імпульсів, добитися найстійкішої роботи набірного пристрою. Швидкість роботи розподільника визначається задаючим пристроєм, а режим його роботи — управляючим пристроєм.

Рисунок 7. 10 – Структурна схема приймача дискретної системи зв’язку