...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич (онлайн книги бесплатно полные .TXT) 📗
До сих пор речь шла о двоичном кодировании, т. е. о представлении цифровой информации числами двоичной системы счисления. Но можно применять системы счисления и с другими основаниями. Например, в ИКМ-аппаратуре успешно "работает" троичная система счисления, в которой используются три цифры: -1, 0 и +1. Цифре +1 соответствует импульс положительной полярности, цифре 0, как и ранее, - отсутствие импульса и, наконец, цифра -1 представляется импульсом отрицательной полярности. Поскольку цифровой поток первоначально состоял из чередования двоичных символов 0 и 1, то осуществляют переход от двоичной системы счисления к троичной. В зависимости от правила перехода получают различные коды.
Первый троичный код был изобретен в 1952 г. инженерами американской компании "Bell". Преобразование двоичных чисел в троичные происходило в нем по довольно простому алгоритму: 0 оставался без изменения, а 1 заменялась поочередно то на +1,то на -1. Например, цифровая двоичная последовательность 1100111001 приобретала после преобразования вид: +1 -100 +1 -1 +100 -1. Заметьте, данный алгоритм неудовлетворяет правилам перехода из двоичной системы счисления в троичную. Поэтому такой код называют квазитроичным ("квази" означает: как бы, почти). У него есть еще одно название - код с чередованием полярности импульсов (ЧПИ).
Достоинством кода оказалось то, что наличие в нем избыточности, заложенной не в добавочных символах, как это наблюдалось в двоичных кодах, а в большем основании кода, не требует снижения скорости передачи цифрового потока: какой она была, такой и осталась. В то же время структура кода позволяет обнаруживать ошибки и подсчитывать их вероятность. Действительно, допустим, в троичной последовательности, приведенной выше, был неверно принят четвертый символ: вместо 0 восстановлена 1. Таким образом, на выходе регенератора имеется последовательность +1 -10 +1 +1 -1 +100 -1. Вы обратили внимание, что нарушилось правило чередования полярностей импульсов? Ведь в соответствии с принятым алгоритмом формирования кода в нем не могут следовать подряд два импульса одной полярности. Значит, для определения вероятности ошибок на приемной станции следует подсчитать количество нарушений за время передачи чередования полярностей.
Изобретенный почти 50 лет назад этот простейший троичный код и по сей день является наиболее распространенным в ИКМ-системах передачи. В регенераторах таких систем добавляется еще один компаратор, который принимает решение о наличии или отсутствии отрицательного импульса, сравнивая его с отрицательным же порогом. Впрочем, можно без "переделки" использовать и регенераторы двоичных сигналов, поскольку троичный код очень легко превратить в двоичный с помощью обычного выпрямителя (например, точно такого же, какой стоит в наших телевизорах для получения постоянного тока из переменного осветительной сети). В подобном выпрямителе отрицательные импульсы "переворачиваются" и становятся положительными. Троичный код превращается в двоичный!
Добавим, что описанное преобразование двоичных цифр в троичные не является единственным. Ниже в таблице показано, как 4-разрядные слова двоичного алфавита (т. е. алфавита, состоящего всего из двух символов 0 и 1) можно закодировать 3-разрядными словами на основе алфавита с тремя символами -1, 0 и +1. Заметьте, теперь вместо каждых четырех импульсов нужно передавать в линию только три. Появляется возможность на месте каждого четвертого импульса цифрового потока передать дополнительные символы, т. е. увеличить объем передаваемой информации.
Мы ограничились рассмотрением лишь простейших кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки. Существует множество более сложных кодов, которые могут исправлять в принятой комбинации цифр не одну, а сразу несколько ошибок.
Разработкой таких помехоустойчивых кодов занимается математика. Для многих непосвященных людей теория чисел (мы привыкли называть ее арифметикой) ограничивается простейшими действиями над числами: сложением, вычитанием, умножением и делением. И вероятно, мало кто из читателей слышал о таких ее разделах, как "группы", "кольца", "поля", "пространства" и т. д. Поэтому дальнейшее знакомство с кодами требует серьезной математической подготовки. Но и тех примеров, которые мы привели в этой главе, достаточно, чтобы понять, насколько сложна и многогранна проблема повышения помехоустойчивости систем передачи цифровой информации.
"Битва" с помехами не окончена. В ней участвует большая армия ученых - математиков, физиков, электронщиков, химиков и др. Предпринимаются попытки создать электрические кабели из сверхпроводников, в которых полностью отсутствовали бы тепловые шумы и которые практически не ослабляли бы сигнал. Совершенствуется изоляция проводников, ищутся новые виды изоляционных материалов, способных надежно защитить проводники от влияния внешних помех. Синтезируются новые типы оптических волокон, и на их основе создаются новые оптические кабели - линии связи третьего тысячелетия. Возможно, кто-то из вас, молодых читателей, станет участником этого грандиозного, затянувшегося на века "сражения".
Заключение
Первый тост наш - за науку
И за юношей - второй!
Пусть горит им светоч знанья
Путеводною звездой! А.Н. Плещеев
Наши рассказы о цифровой связи подошли к концу. Но это вовсе не означает, что мы ознакомились со всеми ее направлениями и говорить больше не о чем. Напротив, за рамками книги осталась масса интереснейших вопросов. Вот только некоторые из них:
• цифровые сети связи;
• электронная коммутация цифровых потоков;
• цифровая голография и объемное цифровое телевидение;
• цифровая магнитная звукозапись;
• применение систем цифровой связи в биологии и медицине;
• использование микропроцессоров в цифровой связи;
• искусственный голос;
• цифровые синтезаторы человеческой речи.
Обо всем написать в одной книге просто невозможно. И мы надеемся, что новые книги, посвященные и электронной коммутации, и цифровой звукозаписи, и цифровому голографическому телевидению, и еще многим-многим другим проблемам цифровой связи, будут все же написаны и найдут своего массового читателя.
Научно-технический прогресс не "топчется” на месте, а стремительно рвется вперед. Пройдут годы, и мы станем свидетелями новых побед человеческого гения в области обмена информацией.
Рекомендуемая литература
Ван дер Варден Б.Л. Пробуждающаяся наука: Математика Древнего Египта, Вавилона и Греции / Пер. с год.; Под ред. И.Н. Веселовского. - М.: Физматгиз. 1959. -460 с.
Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. - Новосибирск: СП "Наука" РАН, 1998. - 536 с.
Оокоси Т. Оптоэлектроника и оптическая связь/ Пер. с япон. А.А. Генина; Под ред. М.И. Беловолова. - М.: Мир. 1988. - 96 с.
Партала О.Н. Цифровая электроника. - Спб.: Наука и техника, 2000. - 208 с.
Петрович Н.Т., Цуриков В.М. Путь к изобретению. - М.: Мол. гвардия. 1986. - 272 с.
Прокис Д.Д. Цифровая связь / Пер. с англ.; Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 2000. - 797 с.
Радунская И.Л. Люди и роботы. - М.: Сов. Россия, 1986. - 272 с.
Системы электросвязи / В.П. Шувалов, Г.П. Катунин, Б.И. Крук и др. - М.: Радио и связь. 1987. - 512 с.
Шарле Д.Л. По всему земному шару: Прошлое, настоящее и будущее кабелей связи. - М.: Радио и связь, 1985. - 320 с.
Электросвязь: Введение в специальность / В. Г. Дурнев, А.Ф.Зеневич, Б.И. Крук и др. - М.: Радио и связь, 1988. - 240 с.
