Die Übertragungsgeschwindigkeit der Messinformationen bestimmt die Effizienz des im Messsystem enthaltenen Kommunikationssystems.

Vereinfachtes Diagramm Messsystem siehe Abb. 175.

Typischerweise wandelt der primäre Messumformer die Messgröße in ein elektrisches Signal X um (T), die per gesendet werden muss Kommunikationskanal. Abhängig vom Kommunikationskanal (elektrischer Draht oder Kabel, Glasfaser, Gewässer, Luft oder luftleerer Raum) können die Träger von Messinformationen sein elektrischer Strom, Lichtstrahl, Schallschwingungen, Radiowellen usw. Die Auswahl eines Trägers ist der erste Schritt bei der Anpassung des Signals an den Kanal.

Die allgemeinen Merkmale des Kommunikationskanals sind: Zeit T zu, in Dabei ist für die Übertragung von Messinformationen Bandbreite vorgesehen F zu und Dynamikbereich Unter N to versteht man das Verhältnis der zulässigen Leistung im Kanal zur Leistung der im Kanal zwangsläufig vorhandenen Störungen, ausgedrückt in Dezibel. Arbeiten

angerufen Kanalkapazität.

Ähnliche verallgemeinerte Signaleigenschaften sind Zeit Ts, während derer Messinformationen übertragen werden, Spektrumsbreite Fc und Dynamikbereich Nc ist das Verhältnis der höchsten Signalleistung zur niedrigsten Leistung, die für eine gegebene Übertragungsqualität von Null unterschieden werden muss, ausgedrückt in Dezibel. Arbeiten

angerufen Signallautstärke.

Die geometrische Interpretation der eingeführten Konzepte ist in Abb. dargestellt. 176.

Voraussetzung für die Anpassung eines Signals an einen Kanal, der die Übertragung von Messinformationen ohne Verlust und Verzerrung bei Störungen gewährleistet, ist die Erfüllung der Ungleichung

wenn die Signallautstärke vollständig in die Kanalkapazität „passt“. Die Bedingung für die Anpassung des Signals an den Kanal kann jedoch auch dann erfüllt sein, wenn einige (aber nicht alle) der letzten Ungleichungen nicht erfüllt sind. In diesem Fall besteht Bedarf an der sogenannten Tauschgeschäfte, bei dem es zu einer Art „Austausch“ der Dauer des Signals gegen die Breite seines Spektrums oder der Breite des Spektrums gegen den Dynamikbereich des Signals usw. kommt.

Beispiel 82. Ein Signal mit einer Spektralbreite von 3 kHz muss über einen Kanal mit einer Bandbreite von 300 Hz übertragen werden. Dies kann erreicht werden, indem man es zunächst auf Magnetband aufzeichnet und es während der Übertragung mit einer Geschwindigkeit abspielt, die zehnmal niedriger ist als die Aufnahmegeschwindigkeit. In diesem Fall verringern sich alle Frequenzen des Originalsignals um das Zehnfache und die Übertragungszeit erhöht sich um den gleichen Betrag. Das empfangene Signal muss außerdem auf Magnetband aufgezeichnet werden. Durch die anschließende Wiedergabe mit 10-facher Geschwindigkeit ist es möglich, das Originalsignal zu reproduzieren.

Ebenso ist es möglich, ein langlebiges Signal in kurzer Zeit zu übertragen, wenn die Kanalbandbreite größer als das Signalspektrum ist.

In Kanälen mit additiver unkorrelierter Interferenz

wobei P c und P p die Signal- bzw. Interferenzleistungen sind. Bei der Übertragung elektrischer Signale ist das Verhältnis

kann als die Anzahl der Signalquantisierungsstufen betrachtet werden, die eine fehlerfreie Übertragung gewährleisten. Tatsächlich kann bei der gewählten Quantisierungsstufe ein Signal eines beliebigen Pegels aufgrund des Einflusses von Interferenzen nicht mit einem Signal eines benachbarten Pegels verwechselt werden. Stellen wir uns das Signal nun als eine Menge von Momentanwerten vor, die gemäß dem Satz von V.A. ermittelt wurden. Kotelnikov in Abständen D t= ,

dann wird es zu jedem dieser Zeitpunkte einer der Ebenen entsprechen, d.h. kann eines davon haben P gleichwahrscheinliche Werte, was der Entropie entspricht

Nachdem das empfangende Gerät zu einem festen Zeitpunkt eines der Niveaus registriert hat, ist die Entropie (a posteriori) gleich 0 und die Informationsmenge (die zu einem diskreten Zeitpunkt übertragene Informationsmenge)

Da das gesamte Signal übertragen wird N= 2 F c T mit Quanten, dann die darin enthaltene Informationsmenge

direkt proportional zur Lautstärke des Signals. Um diese Informationen rechtzeitig Tk zu übertragen, ist es notwendig, die Übertragungsgeschwindigkeit sicherzustellen

Wenn Signal und Kanal konsistent sind und T c = T c; F c = F k, dann

Das K. Shannons Formel für die maximale Kanalkapazität.Sie setzt maximale Geschwindigkeit fehlerfreie Übermittlung von Informationen. Bei T c< T к скорость может быть меньшей, а при Т с >Fehler sind möglich.

Begrenzen Sie die Abhängigkeit Bandbreite Kanal aus dem Signal-Rausch-Verhältnis für mehrere Bandbreitenwerte ist in Abb. dargestellt. 177. Die Art dieser Abhängigkeit ist für große und kleine Verhältnisse unterschiedlich

diese. Die Abhängigkeit der Kanalkapazität vom Signal-Rausch-Verhältnis ist logarithmisch.

Wenn „1“, dann ist trotz der Tatsache, dass R p » R c ist, eine fehlerfreie Übertragung immer noch möglich, jedoch mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit. In diesem Fall ist die Erweiterung gültig

wobei wir uns auf den ersten Term beschränken können. Unter Berücksichtigung von log e = 1,443 erhalten wir

Somit ist für kleine Signal-Rausch-Verhältnisse die Abhängigkeit des Durchsatzes vom Signal-Rausch-Verhältnis linear.

Die Abhängigkeit des Durchsatzes von der Kanalbandbreite in realen Systemen ist komplexer als nur linear. Die Stärke der Störgeräusche am Eingang des Empfangsgeräts hängt von der Kanalbandbreite ab. Wenn das Interferenzspektrum gleichmäßig ist, dann

wobei G die spektrale Leistungsdichte der Interferenz ist, d.h. Störleistung pro Frequenzbandeinheit. Dann

Die Signalleistung kann in Form derselben Spektraldichte ausgedrückt werden, wenn wir dies berücksichtigen Äquivalent Frequenzband F e:

Wenn wir beide Seiten dieses Ausdrucks durch F e dividieren, erhalten wir:

Die Art dieser Abhängigkeit ist in Abb. dargestellt. 178. Es ist wichtig zu beachten, dass die Kapazität des Kanals mit zunehmender Kanalbandbreite nicht unbegrenzt ansteigt, sondern bis zu einer bestimmten Grenze tendiert. Dies wird durch erhöhtes Rauschen im Kanal und eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses am Eingang des Empfangsgeräts erklärt. Der Grenzwert, zu dem c mit zunehmendem Fk tendiert, kann mithilfe der bereits bekannten Reihenentwicklung der logarithmischen Funktion für große Fk bestimmt werden. Dann wenn

Somit ist der Maximalwert, zu dem die maximale Kanalkapazität mit zunehmender Bandbreite tendiert, proportional zum Verhältnis der Signalleistung zur Interferenzleistung pro Frequenzbandeinheit. Dies führt offensichtlich zu folgender praktischer Schlussfolgerung: Um die maximale Kanalkapazität zu erhöhen, muss die Leistung des Sendegeräts erhöht und ein Empfangsgerät mit minimalem Rauschpegel am Eingang verwendet werden.

Neben der Effizienz ist die Störfestigkeit der zweitwichtigste Indikator für die Qualität eines Kommunikationssystems. Bei der Übertragung von Messinformationen in analoger Form erfolgt die Bewertung anhand der Abweichung des empfangenen Signals vom gesendeten Signal. Die Störfestigkeit diskreter Kommunikationskanäle ist gekennzeichnet durch Fehlerwahrscheinlichkeit Rosh (das Verhältnis der Anzahl der fälschlicherweise empfangenen Zeichen zur Gesamtzahl der übertragenen Zeichen) und hängt mit ihm durch die Abhängigkeit zusammen

Wenn zum Beispiel Рosh = 10 -5, dann æ = 5; wenn Rosh = 10 -6, dann æ = 6.

Effektiver Weg Erhöhung der Störfestigkeit bei der Übertragung von Messinformationen in analoger Form und unkorrelierten Störungen Akkumulation. Das Signal wird mehrmals gesendet und durch die kohärente Addition aller empfangenen Implementierungen werden seine Werte zu den entsprechenden Zeitpunkten aufsummiert, während die Störungen zu diesen Zeitpunkten, da sie zufällig sind, teilweise kompensiert werden. Dadurch erhöht sich das Signal-Rausch-Verhältnis und die Störfestigkeit erhöht sich. Ebenso wird der Akkumulationsgedanke bei der Übertragung von Messinformationen über einen diskreten Kanal umgesetzt.

Beispiel 83. Die Art der Störung sei so, dass sie mit einem Signal verwechselt werden kann (d. h. 0 kann mit 1 verwechselt werden). Bei der Übertragung per Baudot-Code wird die Kombination 01001 dreimal in der Form empfangen:

Handelt es sich bei dem Addierer um ein Gerät, das nicht funktioniert, wenn mindestens eine Null in der Spalte erscheint, wird die Kombination korrekt akzeptiert, sofern jede Null mindestens einmal korrekt akzeptiert wurde.

Wenn während einer Übertragung die Wahrscheinlichkeit unabhängiger Fehler mit Posh bezeichnet wird, dann danach N- Wenn die Übertragung mehrmals wiederholt wird, entspricht sie Rosh. Daher Störfestigkeit nach N Weiterübertragungen

wo æ - Störfestigkeit bei Einzelübertragung. Somit erhöht sich die Störfestigkeit während der Akkumulation mit der Anzahl der Wiederholungen.

Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Störfestigkeit ist auch Anwendung von Korrekturcodes.

Eine Erhöhung der Störfestigkeit wird durch eine Erhöhung der Redundanz und allgemeiner durch eine Erhöhung der Signallautstärke bei gleicher Menge an Messinformationen erreicht. In diesem Fall muss die Bedingung der Übereinstimmung des Signals mit dem Kanal aufrechterhalten werden. Wenn diese Bedingung erfüllt ist und T c = T k; Н с = Н к Die Übertragung von Messinformationen mittels amplitudenmodulierter Hochfrequenzschwingungen ist rauschresistenter als die direkte Signalübertragung, da sie beispielsweise bei der Tonmodulation das doppelte Frequenzband einnimmt. Die Verwendung einer tiefen Frequenz- oder Phasenmodulation aufgrund der Spektrumserweiterung wiederum erhöht die Störfestigkeit des Kommunikationssystems weiter. In diesem Sinne ist es erfolgsversprechend, dies nicht zu tun einfach signalisiert das

F c T c ≈ 1,

A Komplex, wofür

Dazu gehören Pulssignale mit Hochfrequenzfüllung und Frequenzmodulation oder Phasenumtastung von Trägerschwingungen etc.

Die Anforderungen an Effizienz und Störfestigkeit von Kommunikationssystemen sind widersprüchlich. Sie ermutigen einerseits dazu, die Lautstärke des Signals zu verringern und andererseits zu erhöhen, ohne die Bedingungen seiner Koordination mit dem Kanal zu verletzen und ohne die Menge der darin enthaltenen Informationen zu verändern. Die Erfüllung dieser Anforderungen erfordert die Synthese optimaler technischer Lösungen.

Signal - ein physischer Prozess, der eine Nachricht anzeigt. IN technische Systeme am häufigsten verwendet elektrische Signale. Signale sind normalerweise Funktionen der Zeit.

1. Signalklassifizierung

Signale können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden:

1. Kontinuierlich ( analog) - Signale, die durch kontinuierliche Zeitfunktionen beschrieben werden, d.h. Nehmen Sie einen kontinuierlichen Satz von Werten im Definitionsintervall an. Diskret - werden durch diskrete Funktionen der Zeit beschrieben, d.h. Nehmen Sie eine endliche Menge von Werten im Definitionsintervall an.

Deterministisch - Signale, die durch deterministische Funktionen der Zeit beschrieben werden, d. h. deren Werte zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden. Zufällig - werden durch Zufallsfunktionen der Zeit beschrieben, d.h. deren Wert zu jedem Zeitpunkt eine Zufallsvariable ist. Zufällige Prozesse (RP) können in stationäre, instationäre, ergodische und nicht-ergodische sowie Gauß-, Markov- und andere Prozesse eingeteilt werden.

3. Periodisch - Signale, deren Werte in Abständen wiederholt werden, die der Periode entsprechen

x (t) = x (t+nT), Wo N= 1,2,...,¥; T- Zeitraum.

4. Kausal - Signale, die einen zeitlichen Anfang haben.

5. Endlich - Signale endlicher Dauer und gleich Null außerhalb des Erkennungsintervalls.

6. Kohärent - Signale, die an allen Definitionspunkten übereinstimmen.

7. Senkrecht - Signale entgegengesetzt zu kohärent.

2. Signaleigenschaften

1. Signaldauer ( Übertragungszeit) T s- das Zeitintervall, in dem das Signal vorhanden ist.

2. Spektrumbreite Fc- der Frequenzbereich, in dem die Hauptsignalleistung konzentriert ist.

3. Signalbasis - das Produkt aus der Breite des Signalspektrums und seiner Dauer.

4. Dynamikbereich Gleichstrom Logarithmus des Verhältnisses maximale Leistung Signal - Pmax auf das Minimum - Pmin(Mindestunterschied beim Geräuschpegel):

D c = log (P max /P min).

In Ausdrücken, in denen Logarithmen mit beliebiger Basis verwendet werden können, wird die Basis des Logarithmus nicht angegeben.

Typischerweise bestimmt die Basis des Logarithmus die Maßeinheit (zum Beispiel: Dezimalzahl – [Bel], natürlich – [Neper]).

5. Signallautstärke wird durch die Relation bestimmt V c = T c F c D c .

6. Energieeigenschaften: Momentanleistung - P(t); Durchschnittsleistung - P durchschn und Energie - E. Diese Merkmale werden durch die Beziehungen bestimmt:

P(t) =x 2 (T); ; (1)

Wo T=t max -tmin.

3. Mathematische Modelle zufälliger Signale

Deterministisch, d.h. Eine im Voraus bekannte Nachricht enthält keine Informationen, da der Empfänger im Voraus weiß, um welches Signal es sich handelt. Daher sind die Signale statistischer Natur.

Ein zufälliger (stochastischer, probabilistischer) Prozess ist ein Prozess, der durch zufällige Funktionen der Zeit beschrieben wird.

Zufälliger Prozess X(t) kann durch ein Ensemble nichtzufälliger Zeitfunktionen dargestellt werden xi(t), sogenannte Erkenntnisse oder Samples (siehe Abb. 1).

Abb.1. Implementierungen eines Zufallsprozesses X(t)

Ein vollständiges statistisches Merkmal eines Zufallsprozesses ist N- Dimensionsverteilungsfunktion: F n (x 1, x 2,..., x n; t 1, t 2,..., t n), oder Wahrscheinlichkeitsdichte f n (x 1, x 2,..., x n; t 1, t 2,..., t n).

Die Anwendung mehrdimensionaler Gesetze ist mit gewissen Schwierigkeiten verbunden,

Verteilungsgesetze sind umfassende Merkmale eines Zufallsprozesses, Zufallsprozesse können jedoch mithilfe der sogenannten numerischen Merkmale (Anfangs-, Zentral- und Mischmomente) recht vollständig charakterisiert werden. Die am häufigsten verwendeten Merkmale sind: erwarteter Wert(Anfangsmoment erster Ordnung)

mittleres Quadrat (Anfangsmoment zweiter Ordnung)

Dispersion (Zentralmoment zweiter Ordnung)

Korrelationsfunktion, die gleich dem Korrelationsmoment der entsprechenden Abschnitte des Zufallsprozesses ist

In diesem Fall gilt folgende Beziehung:

Stationäre Prozesse - Prozesse, bei denen numerische Eigenschaften nicht von der Zeit abhängen.

Ergodische Prozesse - ein Prozess, bei dem die Ergebnisse der Mittelung und die Ergebnisse der Menge übereinstimmen.

Gaußsche Prozesse - Prozesse mit Normalverteilungsgesetz:

Dieses Gesetz spielt in der Theorie der Signalübertragung eine äußerst wichtige Rolle, da die meisten Störungen normal sind.

Nach dem zentralen Grenzwertsatz sind die meisten Zufallsprozesse Gaußsche Prozesse.

M Arkov-Prozess - ein Zufallsprozess, bei dem die Wahrscheinlichkeit jedes nachfolgenden Werts nur durch einen vorherigen Wert bestimmt wird.

4. Formen der analytischen Beschreibung von Signalen

Signale können im Zeit-, Operator- oder Frequenzbereich dargestellt werden, deren Zusammenhang mithilfe der Fourier- und Laplace-Transformationen bestimmt wird (siehe Abb. 2).

Laplace-Transformation:

Fourier-Transformationen:

Abb.2 Signaldarstellungsbereiche

Dabei können verschiedene Formen der Signaldarstellung in Form von Funktionen, Vektoren, Matrizen, Geometrien usw. verwendet werden.

Bei der Beschreibung zufälliger Prozesse im Zeitbereich wird die sogenannte Korrelationstheorie zufälliger Prozesse verwendet, bei der Beschreibung im Frequenzbereich wird die Spektraltheorie zufälliger Prozesse verwendet.

Berücksichtigung der Parität der Funktionen

für die wir Ausdrücke schreiben können Korrelationsfunktion R x (T) und Energiespektrum ( spektrale Dichte) zufälliger Prozess S x (w), die mit der Fourier-Transformation oder den Wiener-Khinchin-Formeln zusammenhängen

5. Geometrische Darstellung von Signalen und ihren Eigenschaften

Beliebig N- Zahlen können als Punkt (Vektor) dargestellt werden N-dimensionaler Raum, in einiger Entfernung vom Ursprung entfernt D,

Wo . ( 13)

Signaldauer T s und Spektrumbreite F mit, gemäß dem Satz von Kotelnikov bestimmt N Proben, wo N = 2F c T c.

Dieses Signal kann durch einen Punkt im n-dimensionalen Raum oder durch einen Vektor dargestellt werden, der diesen Punkt mit dem Ursprung verbindet.

Die Länge dieses Vektors (Norm) beträgt:

Wo x i =x (nDt) - Signalwert zur Zeit t = n.Dt.

Sagen wir: X- die übermittelte Nachricht und Y- akzeptiert. Darüber hinaus können sie durch Vektoren dargestellt werden (Abb. 3).

X1, Y1

0 A1 A2 x1 y1

Abb. 3. Geometrische Darstellung Signale

Definieren wir die Zusammenhänge zwischen der geometrischen und physikalischen Darstellung von Signalen. Für den Winkel zwischen Vektoren X Und Y kann aufgeschrieben werden

cosg =weil(eine 1 -ein 2) =coseine 1coseine 2 +Sündeeine 1Sündeein 2 =

Die Koordination des Signals mit dem Kommunikationskanal ist notwendig, um die Übertragungsgeschwindigkeit von Messinformationen ohne Verlust und Verzerrung bei Störungen zu erhöhen.

Die Auswahl eines Trägers ist der erste Schritt bei der Anpassung des Signals an den Kanal. Messinformationsträger können sein: elektrischer Strom, ein Lichtstrahl, Schallschwingungen, Radiowellen usw.

Verallgemeinerte Merkmale des Kommunikationskanals Sind:

¾ Mal T k, während dessen der Kanal zur Übertragung von Messinformationen vorgesehen ist;

¾ Bandbreite F zum Kanal;

¾ Dynamikbereich N k ist das Verhältnis der zulässigen Leistung ( R s+ R n) im Kanal zur Störleistung R n in einem Kanal, ausgedrückt in Dezibel.

Hier R Mit, R p – Signal- und Störleistung.

Arbeiten V k = T Zu * F Zu * N k - genannt Kanalkapazität.

Verallgemeinerte Signaleigenschaften Sind:

¾ Mal T s, während der Messinformationen übertragen werden;

¾ Spektrumbreite F Mit;

¾ Dynamikbereich N c ist das in Dezibel ausgedrückte Verhältnis größte Signalstärke dazu am wenigsten Leistung, die bei gegebener Übertragungsqualität von Null unterschieden werden muss.

Arbeiten V c = T Mit * F Mit * N s – genannt Signalkapazität.

Voraussetzung für die Anpassung des Signals an einen Kanal, der die Übertragung von Messinformationen ohne Verlust und Verzerrung bei Störungen gewährleistet, ist die Erfüllung der Ungleichung:

V c £ V Zu

Im einfachsten Fall gilt diese Ungleichung, wenn:

T c £ T Zu

F c £ F Zu

H c £ H Zu,

diese. wenn die Signallautstärke vollständig in die Kanalkapazität „passt“.

Die Bedingung für die Anpassung des Signals an den Kanal kann jedoch auch dann erfüllt sein, wenn einige (aber nicht alle) der letzten Ungleichungen nicht erfüllt sind. In diesem Fall besteht Bedarf an der sogenannten Tauschgeschäfte, bei dem es zu einer Art „Austausch“ der Dauer des Signals gegen die Breite seines Spektrums oder der Breite des Spektrums gegen den Dynamikbereich des Signals usw. kommt.

67. Methoden zur Optimierung von Programmen zur Überprüfung eines Diagnoseobjekts. Zeitwahrscheinlichkeitsmethode. Halbteilungsmethode (zwei Implementierungsfälle). Kombinierte Methode.

Zeitwahrscheinlichkeitsmethode:

– wird verwendet, wenn der Zeitaufwand für die Überprüfung einzelner Systemknoten bekannt ist und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern in diesen Knoten in Form der relativen Häufigkeit von Ausfällen dieser Knoten abgeschätzt wird.

Um die Zeit zum Auffinden eines Fehlers zu minimieren, müssen die getesteten Knoten (und allgemeiner gesagt: mögliche Gründe Fehler) werden nach steigendem Verhältnis geordnet T i /P i, Wo T i– Zeitpunkt der Verfügbarkeitsprüfung ich– der Grund für die Fehlfunktion des Knotens oder die Fehlfunktion des i-ten Knotens; P ich- Wahrscheinlichkeit ich– der Grund für die Fehlfunktion oder den Ausfall des i-ten Knotens;

Prüfungen ermöglichen in aufsteigender Reihenfolge dieses Verhältnisses (groß). P ich und Klein T i), d. h. beginnend mit den wahrscheinlichsten Fehlerursachen. (Dadurch wird die minimal erforderliche Anzahl an Suchvorgängen reduziert, was bedeutet, dass die Diagnosezeit verkürzt wird).

Nachteile der Zeitwahrscheinlichkeitsmethode:

Die Notwendigkeit, a priori Informationen über die Wahrscheinlichkeit einzelner Fehler zu haben;

Nur die häufigsten Fehler werden schnell erkannt und es wird viel Zeit mit der Suche nach unwahrscheinlichen Fehlern verbracht;

Die bei der Verifizierung jedes Knotens gewonnenen Informationen werden bei der Überprüfung anderer Knoten nicht berücksichtigt, da davon ausgegangen wird, dass alle Knoten unabhängig voneinander arbeiten.

Half-Split-Methode”:

Wird bei der Überprüfung verwendet unverzweigt(!) Ketten! Diese Methode wird auch in Fällen verwendet, in denen die Ausfallwahrscheinlichkeiten aller Systemknoten vorliegen ist dasselbe, d.h. P ich = const , und in Fällen, in denen dieser Zustand nicht ausgeführt, d.h. P i const .

A) EreignisP ich = const

Die sequentielle Kette der Systemknoten ist abwechselnd in unterteilt gleiche Anzahl von Knoten Darüber hinaus erfolgt die erste Prüfung in der Mitte der gesamten Kette und jede weitere in der Mitte des verbleibenden Teils der Kette.

Wenn die Anzahl der Knoten im verbleibenden Teil der Kette seltsam, dann wird die Prüfung in einem minimal möglichen Abstand von der Mitte durchgeführt.

Das System besteht beispielsweise aus 8 Knoten:

1. Kontrolle– wird zwischen dem 4. und 5. Knoten durchgeführt, d. h. Das System wird in Teile zerlegt und getestet sein erster Teil, bestehend aus den Knoten 1-4.

Wenn sich bei der Prüfung herausstellt, dass der erste Teil des Systems (Knoten 1-4) betriebsbereit ist, fahren Sie mit der zweiten Prüfung fort, bei der nach einem Fehler in den Knoten der ersten Hälfte des Systems gesucht wird zweiter Teil, d.h. zwischen Knoten 5.6.

Ergibt die erste Prüfung das Ergebnis „ Fehlfunktion“, dann wird geprüft erste Hälfte des ersten Teils, d.h. Knoten 1,2 usw.

Diese Methode gibt Dasselbe Anzahl der Kontrollen, unabhängig vom Standort fehlerhaftes Element. Beispielsweise ist für das betrachtete Beispiel die Anzahl der Prüfungen zur Berechnung des einzigen (letzten) Knotens immer gleich 3. Wenn Sie den letzten Knoten zur Klärung überprüfen müssen, beträgt die Anzahl der Prüfungen hier 3+1=4.

Und wenn die „Zeit-Wahrscheinlichkeit“-Methode für die Prüfungen verwendet würde, gäbe es im besten Fall eine Prüfung und im schlimmsten Fall alle 8 Prüfungen. Diese. Die „Half-Split“-Methode ist effizienter (mit P i =konst).

b) FallP ich const .

Die Kette der Systemknoten ist nicht in die gleiche Anzahl von Knoten unterteilt. und für gleiche Ausfallwahrscheinlichkeiten.

Für dieses Beispiel Die Anzahl der Überprüfungen beträgt im besten Fall 2 (wenn Einheit 1 fehlerhaft ist), im schlechtesten Fall 4 (wenn Einheit 6 fehlerhaft ist). Und wenn die „Zeit-Wahrscheinlichkeit“-Methode verwendet würde, würde im besten Fall eine Prüfung ausreichen, im schlimmsten Fall wären alle 8 Prüfungen erforderlich.

Daher erweist sich in diesem Fall die Methode der „halben Aufteilung“ als effektiver.

Kombinierte Methode:

In Fällen, in denen der Zeitaufwand für die Überprüfung einzelner Systemknoten und die Werte der Kbekannt sind, aber Unabhängige Betriebsannahmen können nicht verwendet werden Um alle Knoten zu berechnen, wie es bei der „Zeitwahrscheinlichkeits“-Methode der Fall war, wird eine Kombination dieser Methode und der „Halbpartitions“-Methode verwendet.

Diese Methode heißt „ kombiniert" Dabei wird davon ausgegangen, dass das „Half-Split“-Verfahren zugrunde gelegt wird und gleichzeitig Fehlerwahrscheinlichkeiten berücksichtigt werden P i const und die Komplexität der Einzelprüfungen T i, d.h. Attitüde T i /P i , und die Kette wird aufgrund der Wertegleichheit gespalten diese Beziehung!

Durch die kombinierte Methode können Sie die Anzahl der notwendigen Prüfungen reduzieren.

Zusätzlich zu den aufgeführten 4 Methoden zur Durchführung von Überprüfungen diagnostizierter Systeme werden eine Reihe weiterer Methoden verwendet, beispielsweise Methoden der Spieltheorie, insbesondere die Minimax-Methode (Minimierung des maximalen Verlusts des Bedieners, die darin besteht, die Zeit zum Finden zu erhöhen). ein Fehler) und andere Methoden.

Die meisten dieser Methoden sind schwierig zu implementieren, daher basiert die STD komplexer technischer Objekte auf der Verwendung eines Computers mit ausreichend Speicher und hoher Geschwindigkeit.

Kommunikationskanal ist eine Reihe technischer Mittel und einer physischen Umgebung, die in der Lage sind, gesendete Signale zu übertragen, die die Übertragung von Nachrichten von der Informationsquelle zum Empfänger gewährleisten.

Quell-Encoder muss eine solche Transformation von Quellnachrichten bereitstellen, bei der die Signale an seinem Ausgang eine minimale Redundanz aufweisen und es ermöglichen würden, die Übertragungsgeschwindigkeit näher an den maximal möglichen Wert, dh die Kanalkapazität, zu bringen. Da Störungen in realen Kanälen jedoch unvermeidlich sind, ist es zu ihrer Bekämpfung erforderlich, zusätzlich einen Kanalkodierer einzuführen, der eine Neukodierung eingehender Nachrichten ermöglicht, um die Störfestigkeit von Nachrichten zu erhöhen. Am Ausgang der Kommunikationsleitungen (Kanal) muss ein Gerät zur Rückwandlung vorhanden sein ( Dekodierung ) Von Kommunikationsleitungen empfangene Signale – Kanaldecoder , danach muss ein Gerät zur Dekodierung von Signalen von der Quelle bereitgestellt werden - Quelldecoder .

Fragen zum Selbsttest

1. Was sind die Elemente von Datenübertragungskanälen? Informationsnetzwerke sind die wichtigsten?

2. Was ist ein Datenendgerät und wofür wird es verwendet?

3. Was ist ein Datenübertragungsmedium?

4. Wozu dienen Datenübertragungsgeräte?

5. Welchen Zweck haben Netzwerkzwischengeräte?

6. Welche Kommunikationskanäle nach Art des Übertragungsmediums kennen Sie?

7. Welche Indikatoren charakterisieren Kommunikationskanäle?

8. Was bestimmt den Komfort der Verbindung eines Kommunikationskanals?

9. Was bestimmt den Durchsatz eines Kommunikationskanals?

10. Was zeichnet die Vertraulichkeit der Datenübermittlung aus?

Hauptmerkmale von Kommunikationskanälen

Der Zweck der Vorlesung besteht darin, die Hauptmerkmale von Kommunikationskanälen zu untersuchen.

Vorlesungsziele:

Erkunden

Studieren Sie die Arten und Hauptmerkmale von Kommunikationskanälen.

In der Vorlesung behandelte Themen:

2. Typen, Hauptmerkmale von Kommunikationskanälen.

Die Hauptelemente von Datenübertragungskanälen in Informationsnetzen sind:

Datenendgeräte (DTE), ein Informationsblock, der Daten für die Übertragung über einen Kanal vorbereitet und in einem Fall als Datenquelle und in einem anderen Fall als Empfänger dient.

Datenübertragungsmedium (SPD), also jedes physische Medium, das in der Lage ist, Informationen mithilfe geeigneter Signale zu übertragen. Kann ein elektrisches oder optisches Kabel oder einen offenen Raum (physisch) darstellen.

Datenübertragungsgeräte (ADF), das als Datenübertragungs-Abschlussgerät bezeichnet wird. Stellt das Gerät dar, das das Datenendgerät direkt mit dem Datenübertragungsmedium verbindet, bei dem es sich um das Edge-Datenübertragungsgerät handelt. Zu den Datenübertragungsgeräten gehören Modems, Netzwerkadapter usw.

4. Netzwerk-Zwischenausrüstung (POS) stellt Geräte dar, die auf Fernkommunikationsleitungen verwendet werden und die die Lösung der folgenden Probleme ermöglichen:

Verbesserung der Signalqualität;

Sicherstellung der Konstanz der Kommunikationskanalstruktur zwischen benachbarten Netzwerkknoten

(Multiplexer, Repeater, Übersetzer usw.)

Als Gesamtheit wird die Gesamtheit der kompletten Datengeräte (DTE) und Datenübertragungsgeräte (DTE) bezeichnet Bahnhof.

Kanäle werden normalerweise in kontinuierliche und diskrete Kanäle unterteilt.

Im allgemeinsten Fall enthält jeder diskrete Kanal einen kontinuierlichen Kanal als Komponente.

Wenn der Einfluss von Störfaktoren auf die Übertragung von Nachrichten in einem Kanal vernachlässigt werden kann, spricht man von einem solchen idealisierten Kanal Kanal ohne Störungen . In einem solchen Kanal entsprach jede Nachricht am Eingang eindeutig einer bestimmten Nachricht am Ausgang und umgekehrt.

Wenn der Einfluss von Störungen im Kanal nicht vernachlässigt werden kann, dann Kanal bei Vorhandensein von Störungen.

Unter Kanalmodell bezieht sich auf eine mathematische Beschreibung eines Kanals, die es ermöglicht, seine Eigenschaften zu bewerten, die beim Aufbau von Kommunikationssystemen verwendet wird, ohne experimentelle Studien durchzuführen.

Ein Kanal, bei dem die Wahrscheinlichkeiten, das erste Signal mit dem zweiten und das zweite mit dem ersten zu identifizieren, gleich sind, wird aufgerufen symmetrisch .

Kanal mit Löschen ist ein Kanal, dessen Signalalphabet am Eingang sich vom Signalalphabet an seinem Ausgang unterscheidet.

Feedbackkanal bezeichnet einen in das SPD eingeführten zusätzlichen Rückkanal, um die Zuverlässigkeit der Übertragung zu erhöhen.

Der Kommunikationskanal wird berücksichtigt gegeben, wenn die Daten der Nachricht an ihrem Eingang bekannt sind, sowie die Einschränkungen, die den Eingangsnachrichten durch die physikalischen Eigenschaften der Kanäle auferlegt werden.

Für Informationsübertragungskanäle wird ein Merkmal namens Geschwindigkeit der Informationsübertragung über Kanäle, Dies charakterisiert die durchschnittliche Informationsmenge, die pro Zeiteinheit über einen Kommunikationskanal übertragen werden kann.

Zur Charakterisierung von Kommunikationskanälen können zwei Varianten des Konzepts der Übertragungsgeschwindigkeit verwendet werden:

– technische Übertragungsgeschwindigkeit (Manipulationsgeschwindigkeit), gekennzeichnet durch die Anzahl der pro Zeiteinheit über den Kanal übertragenen Elementarsignale. Dies hängt von den Eigenschaften der Kommunikationsleitungen und der Geschwindigkeit der Kanalausrüstung ab. Die Maßeinheit für die technische Geschwindigkeit ist 1 Baud = 1 Symbol/1 Sek.

– Informationsübertragungsrate bestimmt durch die durchschnittliche Menge der pro Zeiteinheit übertragenen Informationen. Diese Geschwindigkeit hängt sowohl von den Eigenschaften des jeweiligen Kanals als auch von den Eigenschaften der verwendeten Signale [Bit/s] ab;

Als durchschnittliche Informationsmenge bezeichnet, die von einer Nachrichtenquelle pro Zeiteinheit produziert wird Quellleistung.

Kapazität des Kommunikationskanals ist die höchste Geschwindigkeit der Informationsübertragung über diesen Kanal, die mit den fortschrittlichsten Methoden zum Senden und Empfangen von Informationen erreicht wird.

Die Bandbreite wird ebenso wie die Geschwindigkeit der Informationsübertragung an der pro Zeiteinheit übertragenen Informationsmenge gemessen.

IN Telekommunikationssysteme (TCS) Die am weitesten verbreiteten Arten von Kommunikationskanälen sind:

Simplex-Kommunikationskanäle (CS) stellt eine solche Darstellung des Informationsaustauschs zwischen Sender und Empfänger dar, wenn Nachrichten nur in eine Richtung über eine einzige Kommunikationsleitung (Kanal) übertragen werden. Dieser Kanal heißt Simplex oder nichtreziproke Systeme .

Halbduplex-Kommunikationskanäle (Betriebsmodi) In diesem Fall sind 2 Kommunikationsknoten durch einen Kommunikationskanal (Kommunikationsleitung) verbunden, über diesen Kanal werden jedoch Informationen abwechselnd (abwechselnd) in entgegengesetzte Richtungen übertragen - so ist der Betriebsmodus organisiert.

Duplex-Kommunikationskanal geht davon aus, dass zwei Kommunikationsknoten gleichzeitig über zwei Kanäle (vorwärts und rückwärts) verbunden sind, über die Informationen gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen übertragen werden.

Simplex Art des Kommunikationskanals, der in Körper- und Funknetzen verwendet wird.

Halbduplex Die Methode wird in Informationsreferenz- und Anfrage-Antwort-Systemen verwendet.

Duplex Der Kommunikationskanal wird in Systemen mit POS und IOS verwendet.

In Telekommunikationssystemen wird für die Dauer der Übertragung zwischen dedizierten (nicht geschalteten) und geschalteten Kommunikationskanälen unterschieden.

IN dedizierte Kommunikationskanäle Die Empfangs- und Sendegeräte der Kommunikationsknoten sind ständig miteinander verbunden. Dadurch wird eine hohe Verfügbarkeit gewährleistet, mehr noch hohe QualitätÜbertragung (Kommunikation) und Unterstützung großer Verkehrsmengen.

Aufgrund der relativ höheren Kosten für den Betrieb von Netzwerken mit dedizierten Kommunikationskanälen wird deren Rentabilität erst dann erreicht, wenn die Kommunikationskanäle ausreichend ausgelastet sind.

Kommunikationskanäle gewechselt werden nur für die Dauer der Übermittlung einer bestimmten festen Informationsmenge organisiert. Solche Kanäle zeichnen sich durch hohe Flexibilität und relativ geringe Kosten (bei geringem Verkehrsaufkommen) aus.

Datenübertragungssysteme (DTS) ohne Rückkanal erlauben es im Prinzip, durch die Verwendung geeigneter Korrekturcodes die gewünschte Genauigkeit der Informationsübertragung zu erreichen. Der Preis für die Gewährleistung der gewünschten Zuverlässigkeit ist eine deutliche Verlängerung der Kombinationen sowie eine erhebliche Verkomplizierung der Ausrüstung.

Nachteil Systeme ohne Rückmeldung ist das auch Die Quelle erhält keine Bestätigung darüber, wie die Informationen beim Empfänger angekommen sind. Daher stellen solche Systeme sehr hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der verwendeten Geräte. Basierend darauf werden Systeme ohne Rückmeldung vor allem dann eingesetzt, wenn wenn es unmöglich ist, einen Feedback-Kanal zu organisieren oder Verzögerungen bei der Übermittlung von Informationen inakzeptabel sind. Aufgrund dieser Umstände sind Systeme mit Rückmeldung(adaptive Steuerung), bei dem die Zuverlässigkeit der Übertragung erhöht wird, indem Fehler auf der Empfangsseite erkannt werden und nur falsch empfangene Codekombinationen wiederholt werden. In diesem Fall ist die Redundanz bei Abwesenheit von Fehlern minimal und nimmt mit zunehmender Fehleranzahl zu. Systeme mit Feedback werden je nach Art der Feedback-Organisation in Systeme mit Informations-Feedback und Systeme mit entscheidendem Feedback unterteilt.

Das Signal kann durch verschiedene Parameter charakterisiert werden. Im Allgemeinen gibt es viele solcher Parameter, für Probleme, die in der Praxis gelöst werden müssen, sind jedoch nur wenige davon von Bedeutung. Bei der Auswahl eines Prozesskontrollinstruments können beispielsweise Kenntnisse über die Signalverteilung erforderlich sein. Wenn das Signal zur Steuerung verwendet wird, ist seine Leistung von wesentlicher Bedeutung und so weiter. Es werden drei Hauptsignalparameter betrachtet, die für die Übertragung von Informationen über den Kanal wesentlich sind. Der erste wichtige Parameter ist die Signalübertragungszeit T s. Das zweite Merkmal, das berücksichtigt werden muss, ist die Leistung P mit Signal, das über einen Kanal mit einem bestimmten Grad an Interferenz übertragen wird Pz. Je höher der Wert P mit im Vergleich zu Pz, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaften Empfangs. Somit ist die Interessenbeziehung P s /P z . Es ist praktisch, den Logarithmus dieses Verhältnisses zu verwenden, der als Signal-Rausch-Überschuss bezeichnet wird:

Dritte wichtiger Parameter ist das Frequenzspektrum Fx. Mit diesen drei Parametern können Sie jedes Signal im dreidimensionalen Raum mit Koordinaten darstellen L, T, F in Form eines Parallelepipeds mit Volumen T x F x L x. Dieses Produkt wird als Lautstärke des Signals bezeichnet und mit V x bezeichnet

Ein Informationskanal kann auch durch drei entsprechende Parameter charakterisiert werden: Nutzungsdauer des Kanals T k, die Bandbreite der vom Kanal übertragenen Frequenzen F k, und der Dynamikbereich des Kanals Dk Charakterisiert seine Fähigkeit, verschiedene Signalpegel zu übertragen.

Größe

Kanalkapazität genannt.

Eine unverzerrte Signalübertragung ist nur dann möglich, wenn die Signalmenge in die Kanalkapazität „passt“.

Folglich wird die allgemeine Bedingung für die Anpassung des Signals an den Informationsübertragungskanal durch die Beziehung bestimmt

Das Verhältnis drückt jedoch das notwendige Aber aus unzureichender Zustand Anpassen des Signals an den Kanal. Eine ausreichende Voraussetzung ist die Übereinstimmung aller Parameter:

Für einen Informationskanal werden folgende Konzepte verwendet: Informationseingabegeschwindigkeit, Informationsübertragungsgeschwindigkeit und Kanalkapazität.

Unter Geschwindigkeit der Informationseingabe (Informationsfluss) Unter I(X) versteht man die durchschnittliche Menge an Informationen, die pro Zeiteinheit von der Nachrichtenquelle in den Informationskanal eingegeben werden. Dieses Merkmal der Nachrichtenquelle wird nur durch die statistischen Eigenschaften der Nachrichten bestimmt.

Informationsübertragungsrate I(Z,Y) – die durchschnittliche Informationsmenge, die pro Zeiteinheit über den Kanal übertragen wird. Es kommt auf die statistischen Eigenschaften an übertragenes Signal und von den Eigenschaften des Kanals.

Bandbreite C ist die höchste theoretisch erreichbare Informationsübertragungsrate für einen bestimmten Kanal. Dies ist eine Eigenschaft des Kanals und hängt nicht von der Signalstatistik ab.

Um den Informationskanal möglichst effektiv zu nutzen, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass die Informationsübertragungsgeschwindigkeit möglichst nahe an der Kanalkapazität liegt. Gleichzeitig sollte die Geschwindigkeit der Informationseingabe die Kanalkapazität nicht überschreiten, da sonst nicht alle Informationen über den Kanal übertragen werden.

Dies ist die Hauptvoraussetzung für die dynamische Koordination der Nachrichtenquelle und des Informationskanals.

Eines der Hauptthemen in der Theorie der Informationsübertragung ist die Bestimmung der Abhängigkeit der Geschwindigkeit und Kapazität der Informationsübertragung von Kanalparametern und Eigenschaften von Signalen und Interferenzen. Diese Fragen wurden zuerst von K. Shannon eingehend untersucht.