Пакеты прикладных программ финансового менеджмента
ППП финансового менеджмента (ППП ФМ) появились в связи с необходимостью финансового планирования и анализа деятельности фирм. Сегодняшний российский рынок ППП ФМ представлен в основном двумя классами программ: для финансового анализа предприятия и для оценки эффективности инвестиций. Программы финансового анализа предприятия ориентированы на комплексную оценку прошедшей и текущей деятельности и позволяют получить оценку общего финансового состояния, включая оценки финансовой устойчивости, ликвидности, эффективности использования капитала, оценки имущества и др. Источником информации для решения подобного рода задач служат документы бухгалтерской отчетности, которые составляются по единым формам независимо от типа собственности и включают собственно бухгалтерский баланс предприятия, отчет о финансовых результатах и их использовании, отчет о состоянии имущества, отчет о наличии и движении денежных средств. Среди ППП данного класса можно выделить ЭДИП (Центринвест Софт), Альт Финансы (Альт), Финансовый анализ (Инфософт), 1С Предприятие.
Другой класс ППП ФМ ориентирован на оценку эффективности капиталовложений и реальных инвестиций. Наибольшую известность в этом классе ППП получили Project Expert (PRO-Invest Consalting), Альт-Инвест (Альт), FOCCAL (Центринвестсофт).
Аналитикам банков и инвестиционных фондов важны, прежде всего, выработка решений о перспективности инвестиций и сравнительный анализ капиталовложений. Для финансовых менеджеров компаний важен инструмент детального анализа предшествующей и будущей деятельности предприятий для выработки решений по реализации конкретного инвестиционного проекта. Для таких целей разработан ППП “Инвестор” (ИнЭк).
ППП правовых справочных систем представляют собой аффективный инструмент работы с огромным объемом законодательной информации, поступающей непрерывным потоком. Практически во всех экономически развитых странах есть справочные правовые системы.
В России насчитывается более десятка правовых систем; наиболее известными и распространенными можно считать ППП “Консультант Плюс” и “Гарант”.
| КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ | 
|
Отметьте правильный ответ
Для автоматизации труда инженеров-проектировщиков и разработчиков новой техники (технологии) предназначены:
1. научные ИС;
2. ИС автоматизированного проектирования;
3. ИС организационного управления;
4. ИС управления технологическими процессами;
5. специализированные ППП.
ИС организационного управления предназначены для:
1. автоматизации деятельности научных работников, анализа статистической информации, управления экспериментом;
2. создания управляющих программ для станков с числовым программным управлением;
3. автоматизации различных технологических процессов;
4. разработки новых изделий и технологий их производства;
5. для автоматизации функций административного персонала.
Система "Гарант" относится к:
1. ППП финансового менеджмента;
2. ППП бухгалтерского учета;
3. ППП правовых справочных систем;
4. банковским ППП;
5. ППП глобальных сетей.
Представителем ППП бухгалтерского учета является:
1. "Бест";
2. "Инвестор";
3. "Консультант Плюс";
4. Project Expert.
5. 1С Бухгалтерия
| Лекция 7 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПК ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ |
|
Вопросы защиты информации регламентируются следующими нормативными и законодательными актами:
Закон Российской Федерации «О правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных» от 23 сентября 1992 г. №3523-I;
Закон Российской Федерации «Об авторском праве и смежных правах» от 9 июля 1993 г.;
Закон Российской Федерации «Об информации, информатизации и защите информации» от 25.02.1995 г. №24-Ф3;
Уголовный Кодекс Российской Федерации, глава №28 «Преступления в сфере компьютерной информации.
Программы для ЭВМ законодательно признаны интеллектуальной собственностью.
Сейчас уже вполне сформировался рынок их распространения на коммерческой основе. В условиях рыночной экономики это неизбежно привело к так называемому программному пиратству, т.е. к злоумышленному завладению чужими программами, причем как в целях пиратства, так и в целях наживы. Для предупреждения возможностей несанкционированного снятия копий с информации, находящейся в оперативной памяти ЭВМ или на магнитном диске, с целью злоумышленного ее использования информацию защищают от копирования.
Основные функции, которые выполняют системы защиты программы от копирования, заключаются в следующем:
идентификация (т.е. присвоение индивидуального трудноподделываемого отличительного признака) той среды, на которой будет запускаться защищаемая программа;
аутентификация (опознавание) той среды, из которой поступает запрос на копирование защищаемой программы;
регистрация санкционированного копирования;
реагирование на попытки несанкционированного копирования;
противодействие изучению алгоритмов работы системы защиты.
Реагирование на попытки несанкционированного копирования может быть различным: отказ в исполнении запроса, предупреждение злоумышленника о более серьезных санкциях, уничтожение защищаемой программы и т.п.
При самой мягкой схеме защиты программа при установке на жесткий диск настраивается на параметры компьютера, и если кто-то перепишет программу с жесткого диска на другой компьютер, то там она работать не будет. Однако законный пользователь с исходного (дистрибутивного) набора всегда сможет установить программу еще раз, например, если компьютер сломался. Более жесткая схема защиты заставляет при работе с программой держать в дисководе дистрибутивную дискету (как защитить ее от копирования рассмотрено выше), или вставлять в тот или иной разъем компьютера (чаще всего в разъем параллельного порта) специальный электронный ключ. Без наличия этой дискеты или электронного ключа программа отказывается работать.
| ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ |
|
Появились новые технологии такие, как виртуальная реальность, что внесло совершенно новые, неведомые ранее возможности при использовании компьютера. Понятия “киберпространство” и “виртуальная реальность” используются достаточно давно, однако технология виртуальной реальности как индустрия делает пока свои первые шаги. Виртуальная реальность позволяет создать иллюзию, что вы находитесь и действуете в реальном мире, хотя на самом деле этот мир существует только внутри компьютера.
Лучшие экземпляры технологий виртуальной реальности представляют собой сложные системы, трансформирующие информацию в знание, которое представляет собой наиболее ценный ресурс человечества. Поэтому не много найдется технологий, которые в последние годы вызвали бы столь бурные дискуссии, и еще меньше таких, которые также серьезно изменили бы представления о человеке и культуре. Однако сегодня виртуальной реальностью называют уже такое количество разнообразной продукции, что эта путаница может затемнить смысл реальных технологических и идейных достижений в этой сфере.
Виртуальная реальность есть скорее сочетание ранее несопоставимых дисциплин, чем самостоятельное технологическое направление. Между тем даже сейчас она дает свежий взгляд на природу взаимодействия человека с окружающим миром. Она позволяет нам отстраниться от того, на каком компьютере, с помощью каких программ и каким образом все это сделано, и сосредоточиться на приобретении собственного, уникального опыта.
| ТЕХНОЛОГИЯ МУЛЬТИМЕДИА |
|
Multimedia означает множество сред, где под средой понимается звук, видеоизображения, текст, графика и другие формы представления информации. Поэтому мультимедиа представляет собой комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих применять персональный компьютер для работы не только с текстом, но и со звуком, изображениями (не только с неподвижными, но и движущимися), анимацией, мультипликацией, географическими картами, компьютерными играми. В результате, компьютерные мультимедийные документы представляют собой произведения, содержащие информацию во всех возможных формах, которые можно хранить в памяти компьютера и подвергать редактированию.
Технология мультимедиа находит широкий спрос в образовании, во многих сферах науки и искусства. И это понятно, благодаря технологии мультимедиа компьютер становится средством обработки текстовой, звуковой и видео информации, что несомненно расширяет области его применения. Системы мультимедиа становятся незаменимыми при обучении с использованием компьютерных средств, в рекламной и информационных службах.
Эффективность обучения существенно повышается за счет иллюстраций и звука. Мультимедийный языковый словарь, например, показывает текст и правильно его произносит, энциклопедия на компакт-диске содержит видеоклипы и музыкальные фрагменты.
Благодаря мультимедиа стало возможным проведение телеконференций в компьютерных сетях. Участники конференции при наличии видеокамер и аудиоаппаратуры на рабочих местах могут транслировать друг другу по компьютерной сети разнообразную информацию.
Аналоговые сигналы
Звук (речь и музыка) и видеоизображения являются аналоговыми сигналами и в видео- и ауди- магнитофонах записываются на магнитную ленту в своей естественной (непрерывной) форме. В памяти компьютера информация записывается в виде кодовых комбинаций, состоящих из сочетания 0 и 1. Поэтому главной проблемой в технологии мультимедиа является преобразование аналогового сигнала в последовательность кодовых комбинаций и обратное преобразование кодовых комбинаций в звук и видеоизображения. В настоящее время эти преобразования выполнимы с помощью микропроцессорной техники.
Звуковая среда
Прямое и обратное преобразование звука выполняет устройство, называемое аудиоадаптером или Sound Blaster, как назвала это устройство фирма Creative Labs. Аудиоадаптер представляет собой микропроцессорную плату, которая подключается к шине компьютера. К аудиоадаптеру подключают звуковые колонки, осуществляющие стереофоническое звучание. Источниками аналоговой звуковой информации являются магнитофон или микрофон, а на компакт-диске CD-ROM информация уже записана в цифровой форме.
Для оперирования со звуком высокого качества в современном аудиоадаптере выбирают очень большое число уровней квантования сигнала. Так, при длине кодового слова в 16 элементов (два байта) сигнал можно квантовать на 216 = 65536 уровней. Такие аудиоадаптеры называют 16-разрядными. Звуковая информация записывается на CD-ROM также 16-разрядными комбинациями.
Что касается частоты дискретизации сигнала (частоты отсчетов), то для получения звука высокого качества она принята равной 44,1 кГц.
Все преобразования звука и его воспроизведение компьютером соответствует международному стандарту для программных и аппаратных средств, касающихся музыки, Musical Instrument Digital Interface (MIDI), а сочетание аппаратных средств мультимедиа с программным обеспечением компьютера осуществляется программой Media Control Interface (MCI).
В современном компьютере появилась возможность осуществлять синтез звуковых сигналов с помощью таблицы звуков (Wave Table). В аудиоадаптер добавляется модуль типа постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) с записанными в него образцами звучания настоящих музыкальных инструментов (американцы назвали их samples – выборки). В файлах формата .MID записывается программа воспроизведения музыки - набор музыкальных команд. В каждой команде записана нота и ссылка на музыкальный инструмент, исполняющий эту ноту. Образцы звучания отдельных инструментов оркестра хранятся в памяти звуковой карты. Процессор модуля Wave Table под управлением специальной программы может по одному тону воспроизводить все остальные звуки данного инструмента. Для электронных синтезаторов обычно указывается число одновременно звучащих инструментов.
В цифровой форме объем звуковой информации по отношению к аналоговой форме увеличивается во много раз. Мы это показали на примере увеличения ширины спектра. Вот почему важное место в саундбластере занимает устройство, производящее сжатие звуковой информации. Представьте себе, что только после сжатия 4х минутная песня требует в памяти компьютера объема 4 Мбайт.
Видео среда
Прямое и обратное преобразование видеосигналов осуществляется видео-адаптером (видеобластером) точно также как поступают со звуковыми сигналами. Различия связаны со спецификой представления видеоизображений.
Дело в том, что представления на экране телевизора движущегося изображения (видеофильм), реальную картину нужно превратить в телевизионный сигнал, воспринимаемый зрительно как реальность. Для этого видеосюжет представляют последовательностью отдельных картинок (кадров), которых должно быть не менее 20 в секунду. Тогда движение объекта будет восприниматься глазом как непрерывное.
Каждый кадр (картинка) сканируется телевизионной камерой построчно. Частота, с которой электронный луч проходит экран слева направо, называется частотой строчной развертки. Число строк говорит о качестве изображения. Обычно, для получения изображения высокого качества, т.е. для увеличения числа строк картинки, одно изображение формируют из двух последовательных полукадров, в каждом из которых смещены так, чтобы кадр, состоящий из двух полукадров, содержал удвоенное (по сравнению с полукадром) число строк. Этот метод формирования изображения называют методом чересстрочной развертки.
Способ представления изображений определяется стандартами. Например, по стандартам PAL (Phase Alternate Line) и SECAM изображение имеет 625 строк разложения и повторяется в виде полукадров 50 раз в секунду, т.е. частота кадровой развертки составляет 50 Гц. По американскому стандарту NTSC (National Television System Commitee) в полукадре имеется 525 строк и частота кадровой развертки равна 60 Гц. Ширина спектра черно-белого сигнала в названных стандартах 5,5 МГц.
Основные цветовые модели
Скорость распространения электромагнитных волн в веществе меньше, чем скорость в вакууме, причем, чем меньше частота электромагнитных колебаний (чем больше длина волны), тем меньше скорость распространения. Видимый свет это разновидность электромагнитных колебаний. Свет красного цвета имеет меньшую частоту колебаний, чем синего, поэтому распространяется в стекле медленнее синего и сильнее отклоняется стеклянной призмой. Пропуская белый свет через призму, можно получить его разложение на спектральные составляющие: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Все это чистые цвета, которые соответствуют электромагнитным колебаниям определенной длины волны. Оказывается человеческое зрение можно обмануть, если в глаз попадет свет двух цветов одновременно, например, колебание с длинной волны, соответствующей красному цвету, и колебание с длинной волны, соответствующей зеленому цвету, человеку будет казаться, что он видит желтый цвет, хотя в воздействующих на глаз колебаниях нет составляющей, соответствующей частоте желтого цвета.
Модель RGB
Модель RGB основана на суперпозиции (смешении) трех основных цветов: красного – Red с длинной волны 700 нм, зеленого – Green с длинной волны 546,1 нм, и синего – Blue с длинной волны 435,8 нм. Остальные цвета получают в результате смешения основных цветов:
красный + зеленый = желтый,
зеленый + синий = голубой,
красный + синий = фиолетовый
Увеличив долю красного в желтом цвете, получим оранжевый и т.д. Модель RGB называют аддитивной моделью смешения цветов.
Она хорошо описывает цвет светящихся поверхностей – экраны мониторов, телевизоров.
Модель CMY
В полиграфии используют набор цветов, являющихся дополнительными к основным цветам модели RGB: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow – желтый. Дело в том, что краска поглощает из белого света составляющую дополнительного к ней цвета. Если сложить какой-либо цвет с дополнительным к нему получим – белый.
Белый – красный = голубой = синий + зеленый
Белый – зеленый = пурпурный (фиолетовый) = красный + синий
Белый – синий = желтый = красный + зеленый
Систему CMY называют субтрактивной системой смешения цветов. Данную систему удобно использовать при работе со светофильтрами. Например, при пропускании света через желтый светофильтр поглотится синяя часть спектра, а затем, через голубой светофильтр поглотится красная часть спектра и останется зеленый цвет. Системы применяют в полиграфии для анализа цвета окрашенных отражающих поверхностей. На практике для получения чистых оттенков черного цвета используют систему CMYK, т.е. систему CMY с добавлением черного цвета – blacK.
Модель HSV
Модель HSV включает три составляющие Hue - тон, Saturation - насыщенность и Volume – яркость. Тон – это преобладающий цвет, чем насыщенность больше, тем ближе цвет к тону, яркость тем больше, чем меньше в цвете доля серого. У белого цвета тон = 0, яркость = 1. У черного цвета все составляющие равны 0.
Цветовые палитры
Цветовая палитра
Если предположить, чтобы интенсивность каждой из трех цветовых составляющих (R, G, B) может принимать значения от 0 до 255, то на кодирование такой системы цветопередачи потребуется 24 бита (по 8 бит на каждую составляющую). Эту систему кодирования называют True Color. Она обеспечивает воспроизведение 16,5 миллионов цветовых оттенков. В этом случае цветовая палитра не нужна т.к. в трех байтах содержится полная информация о цвете конкретного пикселя.
Существенная экономия в объеме памяти, необходимом для сохранения цветного изображения достигается, если цвет кодируется одним байтом, тогда в изображении используется только 256 цветов. Пронумерованные цвета образуют индексную палитру. При этом каждый цветовой оттенок разыскивается по своему номеру в палитре, приложенной к файлу. Разные изображения могут иметь разные цветовые палитры.
Если цвет изображения закодирован двумя байтами, количество цветов возрастет до 65 тысяч. Создавать палитру с таким количеством цветов не целесообразно т.к. ее объем становится соизмерим с объемом самого файла изображения. В этом случае договариваются об использовании фиксированной палитры так, чтобы одному и тому же коду всегда соответствовал один и тот же цвет.
Скорость передачи информации в Интернете ограничивает возможности использования графики с кодированием цвета больше, чем одним байтом. Более того, ситуация осложняется необходимостью унифицировать цветопередачу на компьютерах, относящихся к разным платформам. Если вдруг оказывается, что в оригинальном изображении использованы цвета, которых нет на компьютере пользователя, браузер изобразит их набором пиксел близких цветов в нужной пропорции, изображение при этом приобретает характерный зернистый вид. Этот эффект называют диффузией. Оказывается, существует набор из 216 цветов, которые не подвергаются диффузии ни на одной из платформ. Этот набор называют безопасной палитрой. В безопасной палитре каждая составляющая RGB может принимать шесть значений (либо шестнадцатеричные значения 00, 33, 66, 99, CC, FF, либо десятичные 0, 51, 102, 153, 255). Комбинация трех составляющих, каждая из которых может принимать 6 значений позволяет получить цветов.
| Лекция 8 СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО СООБЩЕНИЯ В ЦИФРОВУЮ ФОРМУ |
|
В повседневной жизни человеку, как правило, приходится иметь дело с аналоговыми сигналами или сообщениями, непрерывно протекающими во времени. Человеческие органы чувств реагируют на амплитуду или мощность аналоговых сигналов. Компьютер же обрабатывает информацию в цифровой форме, поэтому, чтобы ввести информацию в компьютер ее надо предварительно преобразовать из аналоговой формы в цифровую.
Задача состоит в том, чтобы преобразовать этот аналоговый сигнал в цифровой. Очевидно, для преобразования нужно выполнить две операции. Первая операция – дискретизация состоит в разбиении оси времени на интервалы – дискреты. Вторая операция – квантование состоит в разбиении оси амплитуд на кванты. В течение каждого дискретного интервала времени по линии связи может быть передано значение какого-либо уровня квантования, представленного в цифровом виде. Какой именно уровень квантования следует передавать, определяется решающим правилом. В нашем примере передается тот уровень квантования, который был превышен аналоговым сигналом последним. Цифровой сигнал имеет ступенчатый характер и при нашем выборе решающего правила отстает от аналогового сигнала. Очевидно, что преобразование из аналоговой формы в цифровую выполняется с некоторой ошибкой, называемой ошибкой дискретизации. Вероятно, выбор другого решающего правила позволит уменьшить ошибку дискретизации, но полностью избавиться от нее невозможно.
Возникает закономерный вопрос, какой величины следует выбирать дискреты и кванты, чтобы преобразование не привело к потере информации. Первое, что приходит в голову, чем чаще берутся выборки сигнала и чем меньше разница между уровнями квантования, тем лучше. Однако такой преобразователь будет технически сложнее и следовательно дороже. Когда же следует остановиться? Для понимания дальнейшего необходимо сделать небольшое отступление.
Спектр сигнала
В начале 19-го века выдающийся французский математик Жозеф Фурье (1768-1830) опубликовал работу "Аналитическая теория тепла", в которой доказал теорему, которая ошеломила его современников. Он показал, что любые изменения во времени некоторой величины (функции) можно представить суммой синусоидальных колебаний с различными амплитудами, фазами и частотами. Иными словами, любой изменяющийся во времени сигнал можно представить его спектром ( spectrum - представление, образ), состоящим из множества синусоид на различных частотах с соответствующими амплитудами. Если сигнал периодический, то его спектр состоит из отдельных гармонических колебаний, частоты которых кратны частоте повторения.
В качестве воспоминания о школьной математике запишем математическое выражение гармонического колебания
А sin (2 p f t + j ),
которое характеризуется амплитудой А, частотой f и фазой j , а t является параметром функции - это время. Постоянная p (пи) имеет следующее происхождение: длина любой окружности равна 2 p R , где R - ее радиус.
Фурье показал, что любая функция времени (таковыми являются речь, музыка, видеоизображения) может быть представлена в частотной области набором синусоидальных колебаний с различными амплитудами, частотами и фазами. Это и есть знаменитый ряд Фурье, которым можно представить любую временную функцию. Ряд Фурье и является спектром данной функции.
Спектр суммарного сигнала y ( t ) состоит из трех спектральных линий, соответствующих трем гармоническим сигналам.
Если сигнал непериодический, например, одиночный импульс, то его спектр сплошной, т.е. содержит бессчетное множество спектральных составляющих.
Существуют фундаментальные соотношения между временными функциями и их спектрами. Так, можно показать, что чем более кратковременен импульс, тем шире его спектр и наоборот, чем дольше во времени импульс, тем уже его спектр. Это одно из общих положений теории спектров. Если D( f )- означает ширину спектра некоторого процесса, а D( t )– его длительность, то в некотором приближении ширина спектра по порядку величины обратно пропорциональна длительности сигнала.
Понятие спектра широко используется в технике передачи информации при выборе канала для передачи определенного типа информации, в радиовещании и телевидении, при исследовании искажений сигналов в каналах связи.
Отсюда фундаментальный вывод: пропускная способность канала передачи информации зависит от полосы пропускания канала и отношения сигнал/шум в канале.
| ПРИНЦИПЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ |
|
Передача информации на расстоянии или как сейчас принято говорить "телекоммуникация" - это связь передатчика и приемника информации с помощью электронных средств. Многие свойства современных информационных систем, таких как непосредственный доступ к базам данных в режиме on - line , глобальная или локальная компьютерная сеть базируются на телекоммуникационных технологиях, позволяющих быстро и надежно передавать огромные массивы информации любого типа (речь, компьютерные данные, видеоизображения, музыку, графику).
Сегодняшние менеджеры, руководители фирм, компаний, производств нуждаются в понимании свойств, возможностей, стоимости и пользы альтернативных телекоммуникационных технологий, а также в понимании путей, как максимизировать эту пользу для своих организаций.
Современное общество — генератор больших объемов информации. И если даже только часть этой информации нуждается в передаче на значительные расстояния, то эта часть весьма внушительна. Трудно себе представить размеры этого информационного массива: телеграммы, письма, речевые сообщения, метеосводки, банковские операции, газеты, журналы, телевизионные программы, глобальные и корпоративные компьютерные сети, дипломатическая радиосвязь.
Системы связи способны передавать информацию любого вида, больших объемов и на любые расстояния. Этим возможностям предшествовали глубокие научные исследования с многочисленными экспериментами, удачами и разочарованиями. Сегодня успехи индустрии связи поистине фантастические. Причем, современные средства связи во многом обязаны использованию микропроцессорной техники.
Интенсивная разработка методов передачи информации началась после изобретения радио, хотя до этого существовал телеграф, телефон и кабельные линии связи. Радио поставило перед учеными массу проблем, среди которых были две весьма не простые:
а) Каков должен быть канал, чтобы передавать заданный вид и объем информации;
б) Как сделать передачу надежной, несмотря на действующие в канале шумы и помехи.
Работы по этим проблемам, получившие всемирное признание, принадлежат перу американских математиков Клода Шеннона, Давида Миддлтона и советских академиков В.А.Котельникова и А.А.Харкевича.
Проблемы передачи и обработки информации создали несколько крупных научно-технических направлений человеческих знаний: теория информации, теория электрической связи, теория распространения радиоволн, радиотехника, радиолокация, телевидение.
Для передачи информации в соответствии со спецификой передаваемых сообщений организуется канал, представляющий собой комплекс технических средств, обеспечивающих передачу сигналов от источника к потребителю. Важно отметить, что к основным параметрам канала связи относятся ширина полосы пропускания, допустимый динамический диапазон изменений амплитуды сигнала и уровень помех в канале.
Как передаются электрические сигналы на расстояние?
Сообщение с помощью средств передачи информации должно быть предварительно преобразовано в электрический сигнал, один из параметров которого изменяется адекватно сообщению. Процесс преобразования сообщения в сигнал в обобщенном смысле можно назвать кодированием.
Элементарная схема передачи информации состоит из передатчика, канала связи и приемника. Часто передатчик и приемник объединяются в одном устройстве (например, в модеме). Так поступают, когда передатчик излучает достаточно слабые сигналы, которые не мешают приемной части приемо-передатчика выполнять ее функции.
Информация передается с помощью электромагнитного излучения, которое распространяется либо по проводам, либо в атмосфере ("эфир"). Здесь нужно сразу обратить внимание на одну физическую закономерность: для получения эффективного излучения отношение высоты антенны h к длине волны излучения l должно быть близким к единице. Для низких излучаемых частот величина h принимает фантастические размеры (единицы и десятки километров). Вывод отсюда один – нужно излучать энергию на высоких частотах!
Для передачи информации посредством излучения электромагнитных волн необходимо перенести (передвинуть) спектр сигнала в область высоких радиочастот. В таком преобразовании низкочастотного сигнала и состоит сущность модуляции.
Гармоническая несущая имеет три информационных параметра - амплитуду, частоту и фазу. Принцип передачи состоит в том, что распространение по каналу обеспечивает высокочастотное несущее колебание, а передачу полезного сигнала - принцип модуляции, состоящий в том, что один из названных параметров несущей изменяют по закону изменения полезного сигнала. Итак, процесс отражения сигнала в изменениях параметров несущей — переносчика сигнала, называется модуляцией. Основными функциями передатчика являются модуляция несущей и ее излучение.
Соответственно тому, что можно модулировать амплитуду, частоту или фазу несущего колебания, при передаче сигналов используют амплитудную, частотную или фазовую модуляцию, которая в случае дискретных сигналов (например, 0 и 1) называется манипуляцией. Наиболее помехоустойчивой, т.е. невосприимчивой к помехам, оказывается фазовая манипуляция.
Прохождение сигналов по каналу связи всегда сопровождается искажениями и воздействием помех. Поэтому основной функцией приемника является распознавание в принимаемых колебаниях переданного сигнала. Эту операцию приемник производит в процессе детектирования (по-английски detection — обнаружение), т.е. извлечения из несущей передаваемого сигнала, после чего он преобразовывается в сообщение (в процесс детектирования входит операция демодуляции).
Частоту несущей f0 приходится выбирать так, чтобы она была во много раз выше верхней частоты спектра передаваемого сигнала F. Это очевидно из самого процесса модуляции. Вот теперь мы можем ответить на вопрос, почему речь и музыку можно передавать только на длинных, средних и коротких волнах, а телевидение в еще более высокочастотном диапазоне - УКВ (ультра - короткие волны). Допустим, необходимо передавать музыкальные произведения. Верхняя частота спектра музыкального сигнала не превосходит 20 кГц (человек более высокие частоты не слышит), поэтому нужна несущая на частоте примерно 200 кГц. Это диапазон длинных волн.
Телевизионный сигнал имеет верхнюю частоту спектра 6 МГц, следовательно для его передачи нужна несущая примерно 60 МГц, а это уже диапазон УКВ.
Теперь становится понятным, что для передачи значительных объемов информации нужно осваивать высокочастотные диапазоны, так как чем выше несущая частота, тем более широкий спектр полезного сигнала можно на ней передать. Например, на несущей 12 ГГц можно передавать сигнал с верхней частотой (пусть она будет примерно в 10 раз ниже несущей) 1 ГГц. Если ширина спектра цветного цифрового телевизионного сигнала составляет 100 МГц, то на несущей 12 ГГц можно передавать одновременно 10 таких телевизионных каналов. А если принять ширину спектра телефонного сообщения за 4 кГц, то в полосе 1ГГц можно разместить 250 миллионов телефонных каналов.
В обиходе мы употребляем понятие "передача больших объемов информации". Что это означает? По какому каналу можно передать информации много, а по какому - нельзя?
Полоса пропускания означает диапазон частот сигналов, который может проходить по телекоммуникационному каналу. Чем шире диапазон между верхней и нижней частотой, тем шире полоса пропускания и тем больше пропускная способность канала, т.е. тем больше знаков, символов в единицу времени можно передать по каналу.
Способ объединения отдельных сообщений в один групповой канал с последующим разделением сообщений на индивидуальные называется уплотнением или мультиплексированием. К классическим методам уплотнения относятся частотное, временное и кодовое.
Сущность методов мультиплексирования состоит в том, что сообщения от нескольких источников определенным образом комбинируются в групповой сигнал, который модулирует затем несущее колебание и передается как сигнал от одного источника. Принимается групповой сигнал одним приемопередатчиком. Мультиплексор помогает осуществить идею интегральной системы связи, когда по одному каналу передаются данные, речь, музыка, факсимильные изображения и др., представленные в цифровой форме.
Линия передачи информации может иметь весьма разную техническую реализацию. Исторически это определялось теми выдающимися изобретениями и открытиями, которые приносили человечеству новые возможности передавать информацию на дальние расстояния.
Теперь телекоммуникационная система представляет собой весьма сложное электронное сооружение, в состав которого входит:
Компьютеры для обработки информации в различных точках системы;
Входные и выходные устройства для передачи и приема сигналов, передаваемых в системе;
Коммуникационные каналы в виде линий связи, с помощью которых информация передается от передатчика к приемнику. Для каналов может использоваться различная среда: телефонная линия, коаксиальный или оптоволоконный кабель, беспроводный канал - радио (в быту его называют "эфир").
Коммуникационные процессоры такие как модемы, мультиплексоры, контроллеры, процессоры ввода-вывода ( front - end processor ), выполняющие функции специального преобразования данных.
Поясним неизвестные до сих пор термины.
Процессор ввода-вывода - это малый компьютер, разработанный для управления коммуникацией и связи с большим ( Host ) компьютером. Этот процессор организует исправление ошибок, форматирование, редактирование, управление, маршрутизацию, преобразование скорости передачи и преобразование сигналов. Он также производит группирование данных в сообщение.
Концентратор - это программируемый телекоммуникационный компьютер, который группирует и временно хранит сообщения от передающих компьютеров до тех пор, пока экономически целесообразно их передавать.
Контроллер - это специализированный миникомпьютер, который управляет трафиком между центральным процессором и периферийными устройствами, такими как терминалы и принтеры.
Мультиплексор - это устройство, которое группирует из отдельных каналов групповой сигнал и отправляет его по одному широкополосному каналу.
Коммуникационное программное обеспечение, которое осуществляет управление информацией в компьютерной сети. Теперь множество правил и процедур, управляющих передачей данных между двумя точками сети, называют протоколом, и каждое устройство в сети должно понимать относящийся к нему протокол. В результате сложные процессы уплотнения, приема и передачи выполняются под управлением компьютерных программ.
Современные каналы можно характеризовать приведенными ниже скоростями передачи сигналов, которые способен пропустить данный канал:
Витая пара - 300 бит/ c - 10 Мб/ c
Микроволновый диапазон - 256 кб/ c - 100 Мб/ c
Спутниковая связь - 256 кб/ c - 100 Мб/ c
Коаксиальный кабель - 56 кб/ c - 200 Мб/ c
Оптоволоконный кабель - 500 кб/ c - 10 Гб/ c
| ПРЕИМУЩЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ЦИФРОВОЙ ФОРМЕ |
|
Передача информации по любым каналам связи сопровождается шумами и помехами (атмосферными или промышленными), что неизбежно приводит к искажениям и потерям. Не трудно убедиться в том, что искаженный помехами аналоговый сигнал невозможно отличить от подлинного.
Клод Шеннон в 50-х гг. разработал теорию помехоустойчивого кодирования цифровых сигналов, показывающую, что при достаточно сложном кодировании цифровых сигналов информацию можно передавать без ошибок. Вот почему идея преобразования аналоговых (т.е. непрерывных) сигналов (речь, музыка, показания измерительного прибора, телевизионное изображение) в цифровые (дискретные) относится к числу фундаментальных в теории информации.
А что происходило бы в случае, если бы информация передавалась бы дискретными сигналами? Такими сигналами могли бы служить кодовые комбинации, с помощью которых информация записывается в память компьютера. Оказывается, цифровые сигналы, благодаря успехам в теории помехоустойчивого кодирования при определенных условиях позволяют обнаруживать и даже исправлять ошибки, несмотря на действие помех. Покажем это свойство на элементарном примере.
Допустим, необходимо передать 4 сообщения А, B , C , и D . Для их передачи сопоставим этим сообщениям кодовые комбинации минимальной длины. Со всей очевидностью это могут быть комбинации: 00, 11, 10, 01.
Давайте условимся, что в канале передачи на сигнал воздействует шум таким образом, что в случае, если это воздействие имеет место, то один знак в кодовой комбинации изменяется. При двоичном представлении сигналов слово “изменяется” можно трактовать вполне определенно: вместо 0 появится 1 или вместо 1 окажется 0. При условии изменения одного знака в кодовой комбинации помеху называют однократной, если помеха способна изменить два знака, ее называют двукратной и так далее.
Итак, пусть на выбранные нами в примере кодовые комбинации действует однократная помеха. Что произойдет с передачей сообщений A , B , C , D ? Не трудно видеть, что при воздействии помехи одна комбинация будет переходить в другую и мы не способны обнаружить правильная ли это комбинация или ложная.
Можно ли организовать передачу таким образом, чтобы обнаруживать воздействие помехи, и поврежденные комбинации не принимать как истинные?
Оказывается, можно. С этой целью воспользуемся избыточностью. Это очень важное понятие. Это есть некая плата за полученную возможность.
В нашем конкретном случае избыточность будет означать, что для представления сообщений А, В, С, D мы используем не двухразрядные, а трехразрядные комбинации типа 000, 111, 101 и др. Для этого нам нужно выбрать 4 комбинации из 8-ми возможных. Что это за комбинации? Следует помнить, что мы хотим обнаруживать влияние однократных помех.
Воспользуемся понятием из теории кодирования - расстояние между комбинациями по Хэммингу. Хотя для понимания проблемы это не обязательно. Расстояние между кодовыми комбинациями - это различие в количестве знаков. Так как комбинации 111 и 101 отличаются в одном знаке, расстояние между ними равно единице, комбинации 111 и 001 находятся на расстоянии 2.
Так вот, защитой комбинаций от воздействия однократной помехи будет выбор таких четырех кодовых комбинаций, у которых расстояние по Хэммингу равно 2. В этом случае помеха переведет истинную кодовую комбинация в ложную, не принятую нами для передачи сообщений A , B , C , D . На рисунке отмечены выбранные для передачи кодовые комбинации, имеющие расстояние по Хэммингу, равное двум.
В случае более сильного воздействия помех (двукратные и более помехи) прибегают к большей избыточности. Платой оказывается более длительная во времени передача информации.
| КОДЫ, ИСПРАВЛЯЮЩИЕ ОШИБКИ |
|
Следующий пример, хотя и несколько искусственный, представляет случай, когда возможно точное согласование передатчика с каналом. В канале имеется два символа 0 и 1, а шум воздействует на блоки из семи символов. Все эти восемь возможностей равновероятны.
Эффективный код, обеспечивающий полную коррекцию ошибок и передачу со скоростью C, представляет собой следующее (он найден по методу, предложенному Р. Хэммингом).
Пусть блок из семи символов будет X1 X2, …, X7 . Из них X3, X5, X6, X7 – символы сообщения и выбираются произвольным источником. Остальные три символа избыточные и вычисляются следующим образом:
X4 выбирается так, чтобы ? = X4 + X5 + X6 + X7,
X2 выбирается так, чтобы ? = X2 + X3 + X6 + X7,
X1 выбирается так, чтобы ? = X1 + X3 + X5 + X7 были четными.
Когда принят блок из семи символов, вычисляются ?, ?, ? и если какое-либо из них окажется четным, то считаем его нулем, если же нечетным, то единицей. Двоичное число ??? даст тогда индекс того Xi , которое оказалось ошибочным (если получится 0, то блок принят без ошибок).
Таким образом, мы нашли способ обнаруживать и исправлять ошибки в четырехэлементных кодовых комбинациях, но для этого нам пришлось увеличить комбинацию почти вдвое. Произошла потеря в скорости передачи сообщения.
Итак, избыточность позволяет обнаруживать (а в более сложных случаях и исправлять) ошибки. Однако, эту избыточность необходимо создавать специальным образом, как это следует из наших примеров.
Напомним, что первую цифровую линию связи для передачи речи по принципу импульсно-кодовой модуляции построила в 1956 г. фирма Bell Laboratories, а запуск искусственного спутника Земли в СССР в октябре 1957 г. положил начало эре спутниковой связи.
| ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ |
|
Телефонная линия
Способ передачи информации, предложенный в 1876 г. А.Бэллом, состоял в том, что передатчиком служил микрофон, в котором давление воздуха перед мембраной во время произнесения каких-то звуков, преобразовывалось в адекватный электрический сигнал, который распространялся по двухпроводной линии к приемнику, которым служил телефон, преобразовывавший электрический сигнал в дрожание мембраны, которое воспринимало человеческое ухо. Принцип сохранился и до наших дней, только изменилась техническая реализация микрофона и телефона. Так, пьезокристаллический микрофон уже не нуждался в угольном порошке и стал миниатюрным.
Средства передачи речевых сообщений давно стандартизованы и пользователю достаточно знать, что для хорошего распознавания человеческого голоса нашим ухом достаточно иметь ширину полосы пропускания канала от 300 до 3400 Гц. Что касается динамического диапазона изменения уровня речевого сигнала, то экспериментально установлено, что 256 уровней квантования достаточно, чтобы не отличить аналоговый сигнал от сигнала, преобразованного в цифровую форму с помощью импульсно-кодовой модуляции.
В многоканальных системах из множества телефонных сигналов формируется групповой сигнал и 1000 или более телефонных разговоров передаются на высокой частоте (несущей) по кабелю или радиоканалу. Правда, наряду с этим используется древнейшая среда для передачи электрических сигналов - витая пара (twisted wire). Множество витых пар образует телефонный кабель. При высокой скорости передачи возникают взаимные межканальные помехи (crosstalk).
Радиосвязь
Изобретение радио заслуженно относят к феноменальным открытиям ХХ века. С его изобретением человечество получило способ передачи информации без проводов на любые расстояния. Радио заставило ученых заняться изучением распространения радиоволн на различных частотах, в разное время года, так как особенности распространения электромагнитного излучения определялись состоянием атмосферы, тропосферы и ионосферы, а также обладали особыми свойствами при распространении вдоль земной поверхности.
Способ передачи информации методом радио состоит в следующем. В зависимости от вида передаваемой информации, а следовательно от ширины спектра передаваемого сигнала, выбирается частота несущей и, следовательно, рабочий частотный диапазон. В зависимости от требований к качеству передачи выбирается тип модуляции. Для излучения колебаний необходим излучатель, который называют передающей антенной.
Приемник принимает передаваемое излучение с помощью приемной антенны и производит демодуляцию принимаемого сигнала. В случае слабых сигналов приемник должен обладать усилителем принимаемых сигналов, что определяет его чувствительность.
Наука о распространении радиоволн дает нам вот такие сведения:
В диапазоне длинных и средних волн электромагнитное излучение распространяется вдоль земной поверхности и довольно сильно затухает с расстоянием. Требуется значительная мощность передатчика, чтобы информацию передавать далеко, скажем, на 300 - 1000 км. На частотах этих диапазонов очень интенсивны промышленные помехи, генерируемые электрическими приборами (электромоторы, светильники, трансформаторы, телевизоры, компьютеры, микроволновые печи и пр., поэтому организовать качественную передачу информации в этих диапазонах не представляется возможным.
В диапазоне коротких волн электромагнитное излучение распространяется беспрепятственно вплоть до слоя Хэвисайда в ионосфере, от которого оно отражается и возвращается на Землю. Поэтому на коротких волнах можно обеспечить связь с любой точкой земного шара. При этом нужно иметь в виду, что затухание волн на значительных расстояниях приходится компенсировать либо мощностью передатчика, либо повышенной чувствительностью приемника.
Излучение в диапазоне ультракоротких волн и выше распространяется прямолинейно, и если оно направлено вверх, то пронизывает ионосферу и уходит в космос. На сверхвысоких частотах излучение делают направленным с помощью параболической антенны, имеющей форму чаши или блюдца. При этом электромагнитное излучение принимает форму вытянутого эллипса и может быть направлено либо вдоль Земли (что делается с помощью радиорелейных линий), либо в космос (связь со спутниками, космическими кораблями, летящими к Марсу, Венере).
У способа передачи информации, который мы называем «радио», есть недостатки. Один из главных - это открытость для всех. Это заставляет до сих пор разрабатывать методы шифрования информации, что само по себе не так уж плохо. Ведь эта же проблема стоит в доступных для всех компьютерных сетях.
Другой недостаток - особенности распространения радиоволн, к условиям которых нужно приспосабливать технические средства и разрабатывать соответствующие методы передачи. Например, замирания сигналов на коротких волнах, большой уровень помех на длинных и средних волнах.
Важным обстоятельством является то, что известен фактор: чем выше частота излучаемых колебаний, тем меньше влияние атмосферных и промышленных шумов. Так, на рабочих частотах спутниковых систем остается только космический шум, влияние которого уже научились преодолевать.
Коаксиальный кабель
Идею коаксиального кабеля в 1900 г. предложил профессор Петербургского электротехнического института Войнаровский, а реализовал ее в 1934 г. американский изобретатель С.А.Щелкунов. Кабель представляет собой два проводника, выполненных оригинальным образом: центральный проводник, окруженный специальным изоляционным материалом (диэлектриком) и металлическая оплетка, служащая вторым проводником. По коаксиальному кабелю распространяется электромагнитная волна на очень высокой частоте - 40 - 100 МГц и выше. Благодаря этому возможна передача широкополосных групповых сигналов, содержащих десятки тысяч телефонных каналов, или телевизионные сигналы, или данные от компьютера.
Изготовление, а особенно прокладка коаксиального кабеля связаны со значительными затратами, но несмотря на это земной шар опоясывают сотни тысяч километров линий на коаксиальном кабеле. Благодаря современным технологиям коаксиальный кабель продолжает устраивать потребности общества. Разрабатываются методы скоростной передачи данных между компьютерами с использованием кабеля.
Оптоволоконный кабель
Возможность создания оптоволоконного кабеля связана с изобретением ЛАЗЕРА - LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), за которое трое ученых Ч.Таунс (США), Н.Басов и А.Прохоров (СССР) в 1964 г. получили Нобелевскую премию.
Идея создания лазера состояла в том, чтобы сделать генератор гармонического колебания в световом диапазоне волн 1014 - 1015 Гц, что позволило бы создать передатчик по аналогии с радиоволновым, но на несущей которого можно было бы передавать спектр полезного сигнала порядка 1012 Гц. Что это означало? Все очень просто. Если за основу принять телефонный канал с необычно широкой для него полосой 5 кГц, то в спектр полезного сигнала на лазерной несущей можно было бы вместить 200 млн телефонных каналов!
Одним из первых лазер был выполнен на бруске рубина, в котором с помощью высокочастотного генератора «накачки» возбуждался лавинообразный переход электронов с одного потенциального уровня на более низкий, что образовывало излучение гармонического колебания, имеющего темно-красный свет.
В связи с этим изобретением появилась идея передавать информацию по лазерному лучу через атмосферу с помощью амплитудной модуляции, но после первых экспериментов наступило разочарование. Атмосферные изменения - туман, дождь, смог - непосредственно влияли на интенсивность луча и связь становилась ненадежной.
В 60-е годы был предложен иной канал для лазерного луча - стеклянная нить в оболочке, названная «стекловолокном». Оказалось, однако, что стеклянная нить должна быть очень «чистой», чтобы луч не рассеивался при распространении. Кроме того, поверхность оптоволокна должна обладать внутренним отражением, а это означает, что диаметр волокна должен быть сравним с длиной волны светового луча.
Разработкой оптического кабеля занимались научные коллективы, крупнейшие фирмы во всем мире. Сейчас научные и технологические проблемы практически решены.
Оптоволоконный кабель состоит из одной или нескольких нитей оптоволокна и многослойной оболочки, которая защищает его от повреждений. Оптоволокно вытягивается таким образом, чтобы вокруг ядра образовалось отражающее покрытие, вызывающее у луча полное внутреннее отражение, если луч падает на границу сердцевины под углом, большим критического. Оптоволокно представляет собой тонкую нить (не толще человеческого волоса) весьма сложной структуры, сделанную из кремния высокой химической чистоты. Исходными материалами для изготовления волокон являются карбонаты натрия и кальция, борная кислота, кремнезем и окись свинца. Задача — получить материал, не создающий значительного затухания передаваемому излучению.
Диаметр оптоволокна не многим более 100 мкм, т.е. 0,1 мм, остальное - укрепляющая оболочка. Внешне оптоволоконный кабель напоминает телефонный провод в оболочке.
Современная техника передачи позволяет передавать информацию по оптоволокну со скоростью порядка 10 Гбит/с на расстояния несколько сот километров без повторителя.
В качестве источника когерентного излучения в световом диапазоне обычно используется лазер на арсениде галлия с длиной волны излучения 0,84 мкм и средней мощностью от 1 до 10 мВт. Это излучение находится в невидимой части спектра (видимый диапазон спектра занимает область от 0,4 мкм — фиолетовый цвет, до 0,7 мкм — красный цвет). Кроме источника излучения, в передающее устройство входит модулятор. На приемном конце линии связи сигналы детектируются фотодиодом.
Достоинства оптоволоконного кабеля:
Высокая пропускная способность.
Иммунитет к электромагнитным излучениям.
Безопасность данных (к кабелю практически невозможно подсоединиться или «подслушать».
| ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ |
|
До тех пор пока человечество не вывело в космическое пространство летательный аппарат с отражателем на борту, космическая связь оставалась мечтой. Правда, было предложение использовать в качестве отражателя Луну, но этот проект имел почти непреодолимый недостаток: слишком малый уровень отраженных сигналов.
Для того, чтобы установить отражатель или ретранслятор высоко над земной поверхностью, нужно было решить главную проблему, которой посвятил свою жизнь К.Э.Циолковский,- вывести в космическое пространство летательный аппарат. Если расстояние от такого космического аппарата до Земли таково, что на аппарат действует земное притяжение, его можно назвать искусственным спутником Земли.
Космическую эру в развитии человечества открыл советский спутник выведенный на околоземную орбиту в октябре 1957 г.
Нужно сказать, что еще задолго до этой знаменательной даты специалисты знали о существовании круговой орбиты в плоскости земного экватора на расстоянии примерно 36000 км от поверхности Земли, на которой летательный аппарат вращается вокруг Земли с той же угловой скоростью, что и объект, находящийся на земной поверхности. Эта орбита была названа геостационарной, так как на ней спутник оказывается неподвижным относительно земной поверхности. Идея геостационарной орбиты была предложена американцем А.Кларком в 1945 г.
Установить ретранслятор на геостационарной орбите было очень заманчиво, так как ретранслятор оказывался неподвижным относительно приемо-передающей станции на Земле, и поэтому не требовалось автоматическое слежение за летящим объектом. Главный недостаток геостационарной орбиты – сравнительно большая удаленность от Земли, преодолеть который можно было с помощью мощного ракетоносителя.
США в 1958 г. запустили спутник Score с пассивным отражателем на борту, а в 1963 г. — первый геостационарный спутник Syncom. Первый спутник связи Early Bird Международной системы INTELSAT был выведен на орбиту 6 апреля 1965 г., а 23 апреля 1965 г. был запущен советский спутник “Молния-1” для ретрансляции информации. Началось практическое освоение космического пространства для передачи информации на большие расстояния.
Нужно отметить, что назначение спутниковых систем весьма разнообразно. Кроме непосредственной ретрансляции информации с помощью спутника можно исследовать земную поверхность, производить поиск полезных ископаемых, устранять экологические бедствия, осуществлять навигацию для движущихся по земной поверхности объектов (морские суда, самолеты, автомобили), контролировать перевозку грузов наземным транспортом, составлять подробные карты и, наконец, заниматься разведкой, т.е. шпионажем.
Преимущества спутниковой связи были сразу оценены по достоинству. Дело в том, что линия передачи информации через спутник покрывает огромные расстояния на поверхности Земли. За счет передачи информации от одного геостационарного спутника к другому можно осуществить глобальную связь. Это первое достоинство. Второе состоит в том, что передача сигналов на спутник должна происходить на очень высоких частотах, например 10 ГГц, на которых можно сформировать узкий луч наземной антенны, сосредоточив в нем энергию сигнала, достаточную для приема его спутниковым ретранслятором. Но как нам известно, с увеличением частоты несущей почти пропорционально увеличивается ширина спектра передаваемого полезного сигнала. Это означает, что по спутниковому каналу можно передавать телевидение, десятки тысяч телефонных каналов, компьютерные файлы и программы. Кроме того, в спутниковом канале относительно низкий уровень шумов.
Эти достоинства делают спутниковую связь уникальным и эффективным средством передачи информации.
В нашей стране в 60-е годы была принята концепция использования низкоорбитальных спутников. Преимущество таких спутников состояло в том, что на расстояния 400 –800 км не требовался передатчик большой мощности на спутнике, но за движущимся спутником необходимо было следить.
В СССР была создана телевизионная спутниковая система Молния-1, использующая три спутника на одной эллиптической орбите, за которыми поочередно проводилось слежение от горизонта до горизонта. Благодаря этой системе почти вся территория СССР, особенно Север, Сибирь и Дальний Восток, была покрыта наземными телевизионными центрами, распространяющими телевизионной вещание из Москвы.
Преимущества связи через геостационарный спутник прежде всего состоят в том, что передача и прием сигналов происходит при неподвижных антеннах наземных станций, а высота геостационарной орбиты такова, что спутник “видит” почти третью часть поверхности земного шара. В то же время вследствие большой высоты орбиты на спутнике необходимо иметь антенны с большим усилением для компенсации потерь на распространение радиоволн. Кроме того, требуется удерживать спутник точно не орбите, для чего на спутнике необходимо иметь корректирующие двигатели и соответствующие системы управления, работающие по командам с Земли. Периодически включаемые реактивные двигатели компенсируют отклонения стационарного спутника от занимаемой позиции. Обычно запаса топлива хватает на 6 8 лет, что и определяет срок функционирования спутника.
Потребности в спутниковых линиях продолжают расти, поскольку при дальности свыше 800 км спутниковые каналы становятся экономически более выгодными по сравнению с другими видами дальней связи.
Принципиальной технической проблемой для спутниковой системы является осуществление многостанционного доступа. Сущность его состоит в том, что каждая наземная станция имеет возможность пользоваться ретранслятором для передачи своих сигналов, независимо от работы другой станции, связь устанавливается через спутник с любой наземной станцией данной системы. Это придает всей системе гибкость в работе, однако накладывает на спутниковый ретранслятор ряд дополнительных функций.
Многостанционный доступ можно организовать так, что между каждой парой станций будет закреплена линия. При цифровом методе передачи и использовании микропроцессорной техники наилучшим решением проблемы передачи больших потоков информации является метод временного многостанционного доступа. Его идея заключается в том, что каждая наземная станция, использующая ретранслятор спутника, имеет закрепленный за ней временной канал — периодически повторяющийся интервал времени. Сигналы наземных станций поступают на вход ретранслятора в различные моменты времени. Спутник в соответствии с существующей в системе шкалой времени формирует из поступающих сигналов многостанционный групповой сигнал (так называемый суперкадр) и ретранслирует его на Землю.
В настоящее время выпускается широкая гамма наземных станций, удовлетворяющих различным требованиям к системам связи. Основными параметрами, по которым различают станции, являются диаметр антенны, мощность передатчика и качество приемника. Наибольший диаметр антенны равен примерно 30 м, наименьший — 1,5 м.
Широкое развитие получили малые земные станции спутниковой связи, изготовленные по технологии VSAT (Very Small Aperture Terminal), которые имеют диаметр антенны от 1 до 3 м и пропускную способность до 2 3 Мбит/с.
Спутниковый ретранслятор строится таким образом, что отведенная для него ширина полосы состоит из частотных участков, для каждого из которых существует свой ретранслятор. При этом любой ретранслятор является многоканальным. Большинство спутников имеют от 12 до 48 ретрансляторов. Полоса каждого ретранслятора составляет, как правило, 36 МГц.
В настоящее время ситуация с ретрансляцией информации через геостационарные спутники оказалась в режиме насыщения, так как на орбите находится более 100 спутников, принадлежащих разным странам мира (наибольшее количество принадлежит США), и увеличить их количество практически невозможно из-за почти предельно достижимых технических характеристик систем.
Россия имеет на геостационарной орбите 10 спутников «Горизонт» и «Экспресс». Суммарная пропускная способность системы 2000 телефонных каналов.
В последние годы начали создаваться системы спутниковой связи с низкоорбитальными спутниками, вращающимися в нескольких плоскостях. За счет создание нескольких орбит с размещением на каждой орбите нескольких спутников отпадает необходимость в слежении за летящим спутником, так как вся поверхность земного шара оказывается покрытой зонами видимости спутников. С использованием современных компьютерных технологий можно создавать спутниковые системы глобальной связи, обслуживающие неподвижные и мобильные объекты.
Система Navstar состоит из цепочки спутников, выведенных на околоземную орбиту высотой 17600 км. На каждом установлены 4 атомных генератора частоты. Спутник передает сигналы времени и другую информацию, идентифицирующую его орбиту. Приемник сравнивает сигналы из космоса с сигналами собственных часов, а затем определяет свои координаты, вычисляя расстояние до спутника.
Работая с сигналами четырех спутников, приемник способен рассчитать свое местоположение с точностью до 16 м. Связавшись дополнительно со вторым (стационарным) приемником, можно уменьшить ошибку до сантиметров.
Желающих пользоваться системой Navstar весьма много. Сумма продажи приемников системы Navstar гражданским потребителям уже превысила 100 млн. долл. Фирма Sony объявила о продаже приемников системы Navstar для пеших туристов (стоимость 1500 долл.).
Чтобы потенциальный противник не воспользовался сигналами Navstar для наведения своих ракет, в сигналы Navstar специально вносится погрешность, чтобы координаты приемников определялись с точностью до 100 м.
Каждый спутник является узлом сети с коммутацией пакетов. Передача речи и данных осуществляется в виде коротких пакетов фиксированной длины (512 бит) со скоростью 16 Кбит/с. В системе работают высокоскоростные терминалы со скоростью передачи до 1 Гбит/с.
| КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ |
|
Отметьте правильный ответ
Пропускная способность канала связи зависит от
1. способа кодирования
2. ширины полосы пропускания канала
3. вида модуляции
Потери информации при преобразовании аналогового сигнала в цифровой в отсутствии шумов будут
1. тем меньше, чем меньше интервал дискретизации
2. отсутствовать, если частота дискретизации в 2 раза больше, чем максимальная частота спектра сигнала
3. отсутствовать, если частота дискретизации выбрана равной максимальной частоте спектра сигнала
Потери информации при преобразовании аналогового сигнала в цифровой будут
1. тем меньше, чем меньше разность между уровнями квантования, не зависимо от остальных причин
2. оставаться постоянными, если разность между уровнями квантования меньше уровня шумов
3. оставаться постоянными, если уменьшение разности между уровнями квантования не отмечается человеческими органами чувств