какое кодирование информации используется на спутниках

Разделы сайта

Получение информационного доступа к сигналам спутниковых систем передачи информации

1. Общая характеристика спутниковых систем передачи информации.

В настоящее время для передачи информации коммерческими, военными и правительственными организациями активно задействуются системы спутниковой связи (ССС).

Спутниковая связь существенно отличается от других видов радиосвязи – радиорелейной, тропосферной, ионосферной, сотовой или транкинговой. В ССС основными показателями, определяющими размеры зоны обслуживания и энергетику радиолиний, являются тип орбиты и ее характеристики. ССС, ориентированные на предоставление услуг радиотелефонной связи и передачи данных, можно классифицировать по следующим признакам.

Тип используемых орбит. По этому признаку все ССС делятся на два класса – системы с космическими аппаратами (КА) на геостационарной орбите (GEO) и на негеостационарной орбите. В свою очередь, негеостационарные орбиты подразделяются на низкоорбитальные (LEO), средневысотные (MEO) и эллиптические (HEO). Кроме того, низкоорбитальные системы связи подразделяются по виду предоставляемых услуг на системы передачи данных на базе little LEO, радиотелефонные системы big LEO и системы широкополосной связи mega LEO.

Принадлежность системы к службе. В соответствии с Регламентом радиосвязи различаются три основные службы – фиксированная спутниковая служба (ФСС), подвижная спутниковая служба (ПСС) и радиовещательная спутниковая служба (РСС).

Статус системы. Зависит от назначения системы, степени охвата обслуживаемой территории, размещения и принадлежности наземных станций. В зависимости от статуса ССС можно разделить на международные (глобальные и региональные), национальные и ведомственные.

Большинство существующих ССС используют наиболее выгодную для размещения спутников геостационарную орбиту, основными достоинствами которой являются возможность непрерывной круглосуточной связи в глобальной зоне обслуживания и практически полное отсутствие сдвига частоты, из-за доплеровского эффекта. Связь через геостационарный КА не имеет перерывов в обслуживании, обусловленных взаимным перемещением спутника и наземной станции, а система из трех спутников обеспечивает охват практически всей территории земной поверхности за исключением зон полюсов. Однако такие системы имеют ряд недостатков, главный из которых – задержка распространения сигнала.

Рис.1 Схема связи через геостационарный КА

Однако, зона обслуживания каждого КА существенно меньше, чем геостационарного, поэтому для глобального охвата с однократным покрытием наиболее населенных районов Земного шара и судоходных акваторий необходимо создать орбитальную группировку из 8-12 спутников. Таким образом, средневысотные спутники выигрывают у геостационарных по энергетическим показателям, но проигрывают им по продолжительности пребывания КА в зоне радиовидимости наземных станций (1,5-2 часа).

ИКМ (G.711) – цифровой поток в котором уплотнены информационные каналы (N*64 кбит/с) с использованием импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) согласно рекомендации G.711.

АДИКМ (G.721) – цифровой поток в котором уплотнены информационные каналы (N*32 кбит/с) с использованием адаптивной дифферинцированной импульсно-кодовой модуляции (АДИКМ) согласно рекомендации G.721.

Оборудование пакетного мультиплексирования каналов (PCME) расширяет возможности аппаратуры DCME добавляя к ним гибкость пакетной технологии, возможность обработки факсимиле, выделение полосы по требованию, интеграцию с пакетными сетями, многоадресность, установление виртуального соединения и т.д. Гибкость пакетной технологии позволяет использовать один и тот же терминал для различных применений. Такие возможности PCME как сжатие трафика речевого диапазона, обработка факсимиле группы 3, сжатие цифровых данных, управление подтверждением и встроенное эхоподавление доступны для всех применений. Оборудование PCME стало дальнейшим шагом повышения пропускной способности линий связи, снижения стоимости передачи информации на большие расстояния, обеспечения более гибкого управления перегрузкой в линиях связи. Дополнительной чертой PCME, наряду с использованием цифровой интерполяции речи (DSI) и низкоскоростного кодирования (АДИКМ в соответствии с рекомендациями МККТТ G/726 и G.727), является возможность управления скоростью передачи информации корреспондента в процессе её трансляции через промежуточные узлы за счет отбрасывания блоков из передаваемых пакетов, что позволяет гибко управлять сетью в режиме перегрузки.

Факсимиле – факсимильные сообщения могут передаваться в любых вышеописанных передачах. В настоящее время большинство передаваемых факсимильных сообщений принадлежит к 3 группе. Основные способы кодирования факсимильных бланков – код Хафмана; Read; MRC;.UMRC. Кодированные факсимильные сообщения преобразовываются в аналоговую форму и передаются в канал связи. Для уплотнения факсимильных сообщений в стандартные цифровые потоки они (например с помощью ИКМ или АДИКМ методов ) преобразуются в цифровой вид.

Анализ характера международных сообщений передаваемых в каналах систем связи показывает, что объем передаваемых факсимильных сообщений возрастает чрезвычайно быстрыми темпами. В среднем, факсимильные сообщения третьей группы составляют 90% всех сообщений передачи данных, передаваемых в речевом диапазоне.

Передача факсимильных сообщений в аппаратуре DCME со скоростью 40 кбит/с с использованием АДИКМ быстро исчерпывает пропускную способность ствола. С целью увеличения пропускной способности аппаратуры DCME по передаче факсимильных сообщений третьей группы, без ухудшения качества передачи речевых каналов, рядом иностранных фирм-производителей аппаратуры связи разработаны различные модификации аппаратуры обработки факсимиле, получившей название “факсимильный компрессор”. В 1992 году Международным Консультативным Комитетом по Телеграфии и Телефонии (МККТТ) была принята рекомендация G.766 определяющая использование в аппаратуре DCME факсимильного компрессора.

В работу факсимильного компрессора заложен принцип обработки факсимиле позволяющий не только увеличить пропускную способность аппаратуры DCME, но и значительно улучшить качество передачи факсимильных сообщений по сравнению с существующими ИКМ и АДИКМ методами.

При получении факсимильного сообщения аппаратура DCME, имеющая в своем составе факсимильный компрессор, демодулирует его в исходный цифровой поток бит, мультиплексирует с другими цифровыми факсимильными данными и передает их в канале со скоростью 32 кбит/с. Тем самым исключается ухудшение фазовых характеристик факсимильного сигнала, возникающее при аналогово-цифровом преобразовании и передачи ИКМ сигнала по каналам связи. На оконечном устройстве системы связи факсимильный сигнал восстанавливается за счет процесса модуляции для дальнейшей передачи его абоненту. Таким образом, базовая модель факсимильного компрессора позволяет передавать в стандартном канале АДИКМ до трех факсимильных сообщений со скоростью 9600 бит/с и действует как регенератор факсимильных сигналов, исключая накопление искажения формы сигнала. Факсимильный компрессор может быть как встроенным в аппаратуру DCME, так и отдельным блоком в зависимости от конфигурации системы. Использование факсимильного компрессора позволяет достичь коэффициента уплотнения до 6:1 для факсимильных сигналов третьей группы, передаваемых со скоростями 9.6; 7.2; 4.8 и 2.4 кбит/с. Для высокоскоростных сигналов типа V.17 (12 кбит/с, 14.4 кбит/с) обеспечивается коэффициент уплотнения 4:1. В настоящее время на линиях связи отмечается активное использование факсимильных компрессоров, разработанных фирмами NEC и “ECI Telecom.

Источник

Что такое кодировки?

Компьютеры постоянно работают с текстами: это ленты новостных сайтов, фондовые биржи, сообщения в социальных сетях и мессенджерах, банковские приложения и многое другое. Сегодня мы не можем представить жизнь без передачи информации. Но так было не всегда. Компьютеры научились работать с текстом благодаря появлению кодировок. Кодировки прошли большой путь от таблиц символов, созданных отдельно для каждого компьютера, до единой кодировки, принятой во всём мире.

Сейчас Unicode — это основной стандарт кодирования символов, включающий в себя знаки почти всех письменных языков мира. Unicode применяется везде, где есть текст. Информация на страницах в социальных сетях, записи в базах данных, компьютерные программы и мобильные приложения — всё это работает с использованием Unicode.

В этом гайде мы рассмотрим, как появился Unicode и какие проблемы он решает. Узнаем, как хранилась и передавалась информация до введения единого стандарта кодирования символов, а также рассмотрим примеры кодировок, основанных на Unicode.

Предпосылки появления кодировок

Исторически компьютер создавался как машина для ускорения и автоматизации вычислений. Само слово computer с английского можно перевести как вычислитель, а в 20 веке в СССР, до распространения термина компьютер, использовалась аббревиатура ЭВМ — электронно вычислительная машина.

Всё, чем компьютеры оперировали — числа. Основным заказчиком и драйвером появления первых моделей были оборонные предприятия. На компьютерах проводили расчёты параметров полёта баллистических ракет, самолётов, спутников. В 1950-е годы вычислительные мощности компьютеров стали использовать для:

Компьютеры и числа

Цели, для которых разрабатывались компьютеры, привели к появлению архитектуры, предназначенной для работы с числами. Они хранятся в компьютере следующим образом:

В конце 1950-х годов происходит замена ламп накаливания на полупроводниковые элементы (транзисторы и диоды). Внедрение новой технологии позволило уменьшить размеры компьютеров, увеличить скорость работы и надёжность вычислений, а также повлияло на конечную стоимость. Если первые компьютеры были дорогостоящими штучными проектами, которые могли себе позволить только государства или крупные компании, то с применением полупроводников начали появляться серийные компьютеры, пусть даже и не персональные.

Компьютеры и символы

Постепенно компьютеры начинают применяться для решения не только вычислительных или математических задач. Возникает необходимость обработки текстовой информации, но с буквами и другими символами ситуация обстоит сложнее, чем с числами. Символы — это визуальный объект. Даже одна и та же буква «а» может быть представлена двумя различными символами «а» и «А» в зависимости от регистра.

Также число «один» можно представить в виде различных символов. Это может быть арабская цифра 1 или римская цифра I. Значение числа не меняется, но символы используются разные.

Компьютеры создавались для работы с числами, они не могут хранить символы. При вводе информации в компьютер символы преобразуются в числа и хранятся в памяти компьютера как обычные числа, а при выводе информации происходит обратное преобразование из чисел в символы.

Правила преобразования символов и чисел хранились в виде таблицы символов (англ. charset). В соответствии с такой таблицей для каждого компьютера конструировали и своё уникальное устройство ввода/вывода информации (например, клавиатура и принтер).

Распространение компьютеров

В начале 1960-х годов компьютеры были несовместимы друг с другом даже в рамках одной компании-производителя. Например, в компании IBM насчитывалось около 20 конструкторских бюро, и каждое разрабатывало свою собственную модель. Такие компьютеры не были универсальными, они создавались для решения конкретных задач. Для каждой решаемой задачи формировалась необходимая таблица символов, и проектировались устройства ввода/вывода информации.

В этот период начинают формироваться сети, соединяющие в себе несколько компьютеров. Так, в 1958 году создали систему SAGE (Semi-Automatic Ground Environment), объединившую радарные станций США и Канады в первую крупномасштабную компьютерную сеть. При этом, чтобы результаты вычислений одних компьютеров можно было использовать на других компьютерах сети, они должны были обладать одинаковыми таблицами символов.

В 1962 году компания IBM формирует два главных принципа для развития собственной линейки компьютеров:

Так в 1965 году появились компьютеры IBM System/360. Это была линейка из шести моделей, состоящих из совместимых модулей. Модели различались по производительности и стоимости, что позволило заказчикам гибко подходить к выбору компьютера. Модульность систем привела к появлению новой отрасли — производству совместимых с System/360 вычислительных модулей. У компаний не было необходимости производить компьютер целиком, они могли выходить на рынок с отдельными совместимыми модулями. Всё это привело к ещё большему распространению компьютеров.

ASCII как первый стандарт кодирования информации

Телетайп и терминал

Параллельно с этим развивались телетайпы. Телетайп — это система передачи текстовой информации на расстоянии. Два принтера и две клавиатуры (на самом деле электромеханические печатные машинки) попарно соединялись друг с другом проводами. Текст, набранный на клавиатуре у первого пользователя, печатается на принтере у второго пользователя и наоборот. Таким образом, например, была организована «горячая линия» между президентом США и руководством СССР вплоть до начала 1970-х годов.

Телетайпы также преобразуют текстовую информацию в некоторые сигналы, которые передаются по проводам. При этом не всегда используется бинарный код, например, в азбуке Морзе используются 3 символа — точка, тире и пауза. Для телетайпов необходимы таблицы символов, соответствие в которых строится между символами и сигналами в проводах. При этом для каждого телетайпа (пары, соединённых телетайпов) таблицы символов могли быть свои, исходя из задач, которые они решали. Отличаться, например, мог язык, а значит и сам набор символов, который отправлялся с помощью устройства. Для оптимизации работы телетайпа самые популярные (часто встречающиеся) символы кодировались наиболее коротким набором сигналов, а значит и в рамках одного языка, набор символов мог быть разным.

На основе телетайпов разработали терминалы доступа к компьютерам. Такой телетайп отправлял сообщения не второму пользователю, а информация вводилась на некоторый удалённый компьютер, который после обработки указанных команд, возвращал результат в виде ответного сообщения. Это нововведение позволило использовать тогда ещё очень дорогие вычислительные мощности компьютеров, не имея физического доступа к самому компьютеру. Например, компьютер мог размещаться в отдельном вычислительном центре корпорации или института, а сотрудники из других филиалов или городов получали доступ к вычислительным мощностями компьютера посредством установленных у них терминалов.

ASCII

Повсеместное распространение компьютеров и средств обмена текстовой информацией потребовало разработки единого стандарта кодирования для передачи и хранения информации. Такой стандарт разработали в США в 1963 году. Таблицу из 128 символов назвали ASCII — American standard code for information interchange (Американский стандарт кодов для обмена информацией).

Первые 32 символа в ASCII являются управляющими. Они использовались для того, чтобы, например, управлять печатающим устройством телетайпа и получать некоторые составные символы. Например:

Введение управляющих символов позволяло получать новые символы как комбинацию существующих, не вводя дополнительные таблицы символов.

Однако введение стандарта ASCII решило вопрос только в англоговорящих странах. В странах с другой письменностью, например, с кириллической в СССР, проблема оставалась.

Кодировки для других языков

В течение более чем 20 лет вопрос решали введением собственных локальных стандартов, например, в СССР на основе таблицы ASCII разработали собственные варианты кодировок КОИ 7 и КОИ 8, где 7 и 8 указывают на количество бит, необходимых для кодирования одного символа, а КОИ расшифровывается как Коды Обмена Информацией.

С дальнейшим развитием систем начали использовать восьмибитные кодировки. Это позволило использовать наборы, содержащие по 256 символов. Достаточно распространён был подход, при котором первые 128 символов брали из стандарта ASCII, а оставшиеся 128 дополнялись собственными символами. Такое решение, в частности, было использовано в кодировке KOI 8.

Однако единым стандартом указанные кодировки так и не стали. Например, в MS-DOS для русских локализаций использовалась кодировка cp866, а далее в среде MS Windows стали использоваться кодировки cp1251. Для греческого языка применялись кодировки cp851 и cp1253. В результате документы, подготовленные с использованием старой кодировки, становились нечитаемыми на новых.

Свои кодировки необходимы и для других стран с уникальным набором символов. Это приводило к путанице и сложностям в обмене информацией. Ниже приведён пример текста, который написали в кодировке KOI8-R, а читают в cp851.

Обе кодировки основаны на стандарте ASCII, поэтому знаки препинания и буквы английского алфавита в обеих кодировках выглядят одинаково. Кириллический текст при этом становится совершенно нечитаемым.

При этом компьютерная память была дорогой, а связь между компьютерами медленной. Поэтому выгоднее было использовать кодировки, в которых размер в битах каждого символа был небольшим. Таблица символов состоит из 256 символов. Это значит, что нам достаточно 8 бит для кодирования любого из них (2^8 = 256).

Переход к Unicode

Развитие интернета, увеличение количества компьютеров и удешевление памяти привели к тому, что проблемы, которые доставляла путаница в кодировках, стали перевешивать некоторую экономию памяти. Особенно ярко это проявлялось в интернете, когда текст написанный на одном компьютере должен был корректно отображаться на многих других устройствах. Это доставляло огромные проблемы как программистам, которые должны были решать какую кодировку использовать, так и конечным пользователям, которые не могли получить доступ к интересующим их текстам.

В результате в октябре 1991 года появилась первая версия одной общей таблицы символов, названной Unicode. Она включала в себя на тот момент 7161 различный символ из 24 письменностей мира.

В Unicode постепенно добавлялись новые языки и символы. Например, в версию 1.0.1 в середине 1992 года добавили более 20 000 идеограмм китайского, японского и корейского языков. В актуальной на текущий момент версии содержится уже более 143 000 символов.

Кодировки на основе Unicode

Unicode можно себе представить как огромную таблицу символов. В памяти компьютера записываются не сами символы, а номера из таблицы. Записывать их можно разными способами. Именно для этого на основе Unicode разработаны несколько кодировок, которые отличаются способом записи номера символа Unicode в виде набора байт. Они называются UTF — Unicode Transformation Format. Есть кодировки постоянной длины, например, UTF-32, в которой номер любого символа из таблицы Unicode занимает ровно 4 байта. Однако наибольшую популярность получила UTF-8 — кодировка с переменным числом байт. Она позволяет кодировать символы так, что наиболее распространённые символы занимают 1-2 байта, и только редко встречающиеся символы могут использовать по 4 байта. Например, все символы таблицы ASCII занимают ровно по одному байту, поэтому текст, написанный на английском языке с использованием кодировки UTF-8, будет занимать столько же места, как и текст, написанный с использованием таблицы символов ASCII.

На сегодняшний день Unicode является основной кодировкой, которую используют в работе все, кто связан с компьютерами и текстами. Unicode позволяет использовать сотни тысяч различных символов и отображать их одинаково на всех устройствах от мобильных телефонов до компьютеров на космических станциях.

Источник