Разделы сайта
Выбор редакции:
- Что такое доверительный платёж МТС?
- Программа «Аэрофлот Бонус»: как накопить мили и на что их можно потратить?
- Как узнать какой диск на компьютере: SSD или HDD Как узнать какой ssd стоит на компьютере
- Тестирование Fractal Design Define R5 Fractal Design Define R5 — Тихий, просторный
- Как ускорить "Андроид" - смартфон и планшет?
- Flood Control ВКонтакте: рассказываем почему возникает проблема и как ее можно убрать Значит flood control
- Зарядное устройство на основе блока питания ATX Лабораторный блок питания на шим контроллере 3528
- Что делать если провод не заряжает айфон
- Виртуальная машина для Mac Виртуальная windows на mac os
- Про обслуживание Tele2 Как вводить подтверждение оплаты на номер 312
Реклама
Теоретические основы измерительных и информационных технологий. Обобщенные характеристики сигналов и каналов связи Общие сведения о системах и сетях телекоммуникаций |
Скорость передачи измерительной информации определяет эффективность системы связи, входящей в измерительную систему. Упрощенная схема измерительной системы показана на рис.175. Обычно первичный измерительный преобразователь преобразует измеряемую величину в электрический сигнал X(t), который нужно передать по каналу связи. В зависимости от того, что представляет собой канал связи (электрический провод или кабель, световод, водная среда, воздушное или безвоздушное пространство) носителями измерительной информации могут быть электрический ток, луч света, звуковые колебания, радиоволны и т.п. Выбор носителя является первым этапом согласования сигнала с каналом . Обобщенными характеристиками канала связи являются время Т к, в течение которого он предоставлен для передачи измерительной информации, ширина полосы пропускания F к и динамический диапазон Н к, под которым понимают отношение допустимой мощности в канале к мощности неизбежно присутствующих в канале помех, выраженное в децибелах. Произведение называется емкостью канала. Аналогичными обобщенными характеристиками сигнала являются время Т с, в течение которого происходит передача измерительной информации, ширина спектра F c и динамический диапазон Н c - выраженное в децибелах отношение наибольшей мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Произведение называется объемом сигнала. Геометрическая интерпретация введенных представлений показана на рис. 176. Условием согласования сигнала с каналом, обеспечивающим передачу измерительной информации без потерь и искажений при наличии помех, служит выполнение неравенства когда объем сигнала полностью "вписывается" в емкость канала. Однако условие согласования сигнала с каналом может выполняться и тогда, когда некоторые (но не все) из последних неравенств не выполняются. В этом случае возникает необходимость так называемых обменных операций, при которых происходит как бы "обмен" длительности сигнала на ширину его спектра, или ширины спектра на динамический диапазон сигнала и т.п. Пример 82. Сигнал, имеющий ширину спектра 3 кГц, необходимо передать по каналу, полоса пропускания которого 300 Гц. Это можно сделать, записав его предварительно на магнитную ленту и воспроизводя при передаче со скоростью в 10 раз меньшей скорости записи. При этом все частоты исходного сигнала уменьшатся в 10 раз, и во столько же раз увеличится время передачи. Принятый сигнал при этом также нужно будет записать на магнитную ленту. Воспроизводя его затем со скоростью, в 10 раз большей, можно будет воспроизвести исходный сигнал. Аналогичным образом можно за короткое время передать длительный сигнал, если полоса пропускания канала шире спектра сигнала. В каналах с аддитивными некоррелированными помехами где Р c и Р п - соответственно мощности сигнала и помех. При передаче электрических сигналов отношение можно рассматривать как число уровней квантования сигнала, обеспечивающих безошибочную передачу. Действительно при выбранном шаге квантования сигнал любого уровня из-за влияния помех не может быть принят за сигнал соседнего уровня. Если теперь представить сигнал совокупностью мгновенных значений, взятых в соответствии с теоремой В.А. Котельникова через промежутки времени Dt= , то в каждый из этих моментов времени он будет соответствовать одному из уровней, т.е. может иметь одно из п равновероятных значений, что соответствует энтропии После регистрации приемным устройством одного из уровней в фиксированный момент времени энтропия (апостериорная) окажется равной 0, а квант информации (количество информации, переданной в дискретный момент времени) Так как весь сигнал передается N = 2 F c T c квантами, то количество содержащейся в нем информации прямо пропорционально объему сигнала. Для передачи этой информации за время Т к необходимо обеспечить скорость передачи Если сигнал с каналом согласованы и Т с = Т к; F c = F к,то Это формула К. Шеннона для предельной пропускной способности канала. Она устанавливает максимальную скорость безошибочной передачи информации . При Т c < T к скорость может быть меньшей, а при Т с > T к возможны ошибки. Зависимость предельной пропускной способности канала от отношения сигнал/помеха при нескольких значениях ширины полосы пропускания показана на рис. 177. Характер этой зависимости разный при больших и малых отношениях т.е. зависимость пропускной способности канала от отношения сигнал/помеха логарифмическая. Если «1, то несмотря на то, что Р п » Р c , безошибочная передача все-таки возможна, но с очень малой скоростью. В этом случае справедливо разложение в котором можно ограничиться первым членом. С учетом того, что log e = 1,443, получим Таким образом, при малых отношениях сигнал/помеха зависимость пропускной способности от отношения сигнал/помеха линейна. Зависимость пропускной способности от ширины полосы пропускания канала в реальных системах более сложная, чем просто линейная. От полосы пропускания канала зависит мощность шумовой помехи на входе приемного устройства. Если спектр помехи равномерный, то где G - спектральная плотность мощности помехи, т.е. мощность помехи, приходящаяся на единицу полосы частот. Тогда Мощность сигнала можно выразить через такую же спектральную плотность, если ввести в рассмотрение эквивалентную полосу частот F э: Разделив обе части этого выражения на F э, получим: Характер этой зависимости показан на рис. 178. Важно отметить, что с увеличением полосы пропускания канала его пропускная способность не увеличивается безгранично, а стремится к некоторому пределу . Это объясняется усилением шума в канале и ухудшением отношения сигнал/шум на входе приемного устройства. Предел, к которому с ростом F к стремится с можно определить, воспользовавшись при больших F к уже известным разложением логарифмической функции в ряд. Тогда, если Таким образом, максимальное значение, к которому стремится предельная пропускная способность канала с ростом его ширины полосы пропускания, пропорционально отношению мощности сигнала к мощности помех, приходящейся на единицу полосы частот. Отсюда, очевидно, вытекает следующий практический вывод: для увеличения предельной пропускной способности канала нужно увеличивать мощность передающего устройства и использовать приемное устройство с минимальным уровнем шумов на входе. Наряду с эффективностью вторым важнейшим показателем качества системы связи является помехоустойчивость. При передаче измерительной информации в аналоговой форме она оценивается по отклонению принятого сигнала от переданного. Помехоустойчивость дискретных каналов связи характеризуется вероятностью ошибки Р ош (отношением числа ошибочно принятых знаков к общему числу переданных) и связана с ней зависимостью Если, например, Р ош = 10 -5 , то æ = 5; если Р ош = 10 -6 , то æ = 6. Эффективным способом повышения помехоустойчивости при передаче измерительной информации в аналоговой форме и некоррелированных помехах является накопление. Сигнал передается несколько раз и при когерентном сложении всех принятых реализации его значения в соответствующие моменты времени суммируются, в то время как помеха в эти моменты времени, являясь случайной, частично компенсируется. В результате отношение сигнал/помеха увеличивается, помехоустойчивость повышается. Аналогично идея накопления реализуется при передаче измерительной информации по дискретному каналу. Пример 83 . Пусть характер помехи таков, что она может быть принята за сигнал (т.е. 0 может быть принят за 1). При передаче кодом Бодо комбинация 01001 трижды принята в виде: Если сумматором является устройство, не срабатывающее при появлении хотя бы одного нуля в столбце, то комбинация будет принята правильно при условии, что каждый ноль хотя бы раз был принят верно. Если при одной передаче вероятность независимых ошибок обозначить через Р ош, то после N - кратного повторения передачи она будет равна Р ош. Следовательно, помехоустойчивость после N повторных передач где æ - помехоустойчивость при однократной передаче. Таким образом, помехоустойчивость при накоплении возрастает в число повторений раз. Одним из способов повышения помехоустойчивости является также применение корректирующих кодов. Повышение помехоустойчивости достигается за счет увеличения избыточности, а в более общем плане - за счет увеличения объема сигнала при том же количестве измерительной информации. При этом должно сохраняться условие согласования сигнала с каналом. При выполнении этого условия и Т c = Т к; Н с = Н к передача измерительной информации с помощью амплитудно-модулированного высокочастотного колебания является более помехоустойчивой, чем непосредственная передача сигнала, потому что в случае, например, тональной модуляции занимает вдвое большую полосу частот. В свою очередь применение глубокой частотной или фазовой модуляции, благодаря расширению спектра,еще больше повышает помехоустойчивость системы связи. В этом смысле перспективным является применение не простых сигналов, у которых F с Т с ≈ 1, а сложных, для которых К ним относятся импульсные сигналы с высокочастотным заполнением и частотной модуляцией или фазовой манипуляцией несущих колебаний и др. Требования эффективности и помехоустойчивости систем связи являются противоречивыми. Они побуждают с одной стороны уменьшать, а с другой - увеличивать объем сигнала, не нарушая, условия согласования его с каналом и не меняя количества содержащейся в нем информации. Удовлетворение этих требований предполагает синтез оптимальных технических решений. Сигнал - физический процесс, отображающий сообщение. В технических системах чаще всего используются электрические сигналы. Сигналы, как правило, являются функциями времени. 1. Классификация сигналовСигналы можно классифицировать по различным признакам: 1. Непрерывные ( аналоговые) - сигналы, которые описываются непрерывными функциями времени, т.е. принимают непрерывное множество значений на интервале определения. Дискретные - описываются дискретными функциями времени т.е. принимают конечное множество значений на интервале определения. Детерминированные - сигналы, которые описываются детерминированными функциями времени, т.е. значения которых определены в любой момент времени. Случайные - описываются случайными функциями времени, т.е. значения которых в любой момент времени является случайной величиной. Случайные процессы (СП) можно классифицировать на стационарные, нестационарные, эргодические и неэргодические, а так же, гауссовы, марковские и т.д. 3. Периодические - сигналы, значения которых повторяются через интервал, равный периоду х (t) = х (t+nT), где n = 1,2,...,¥; T - период. 4. Kаузальные - сигналы, имеющие начало во времени. 5. Финитные - сигналы конечной длительности и равные нулю вне интервала определения. 6. Когерентные - сигналы, совпадающие во всех точках определения. 7. Ортогональные - сигналы противоположные когерентным. 2. Характеристики сигналов1. Длительность сигнала ( время передачи) Т с - интервал времени, в течении которого существует сигнал. 2. Ширина спектра F c - диапазон частот, в пределах которых сосредоточена основная мощность сигнала. 3. База сигнала - произведение ширины спектра сигнала на его длительность. 4. Динамический диапазон D c - логарифм отношения максимальной мощности сигнала - P max к минимальной - P min (минимально-различи-мая на уровне помех): D c = log (P max /P min). В выражениях, где может быть использованы логарифмы с любым основанием, основание логарифма не указывается. Как правило, основание логарифма определяет единицу измерения (например: десятичный - [Бел], натуральный - [Непер]). 5. Объем сигнала определяется соотношениемV c = T c F c D c . 6. Энергетические характеристики: мгновенная мощность - P (t); средняя мощность - P ср и энергия - E. Эти характеристики определяются соотношениями: P (t) = x 2 (t); ; (1) где T = t max - t min . 3. Математические модели случайных сигнловДетерминированное, т.е. заранее известное сообщение, не содержит информации, т.к получателю заранее известно, каким будет переда-ваемый сигнал. Поэтому сигналы носят статистический характер . Случайный (стохастический, вероятностный) процесс - процесс, который описывается случайными функциями времени. Случайный процесс Х (t) может быть представлен ансамблем неслучайных функций времени x i (t), называемых реализациями или выборками (см. рис.1). Рис.1. Реализации случайного процесса X (t) Полной статистической характеристикой случайного процесса является n - мерная функция распределения: F n (x 1 , x 2 ,..., x n ; t 1 , t 2 ,..., t n), или плотность вероятности f n (x 1 , x 2 ,..., x n ; t 1 , t 2 ,..., t n). Использование многомерных законов связанно с определенными трудностями, поэтому часто ограничиваются использованием одномерных законов f 1 (x, t), характеризующих статистические характеристики случайного процесса в отдельные моменты времени, называемые сечениями случайного процесса или двумерных f 2 (x 1 , x 2 ; t 1 , t 2), характеризующих не только статистические характеристики отдельных сечений, но и их статистическую взаимосвязь.Законы распределения являются исчерпывающими характеристиками случайного процесса, но случайные процессы могут быть достаточно полно охарактеризованы и с помощью, так называемых, числовых характеристик (начальных, центральных и смешанных моментов). При этом наиболее часто используются следующие характеристики: математическое ожидание (начальный момент первого порядка) ; (2)средний квадрат (начальный момент второго порядка) ; (3)дисперсия (центральный момент второго порядка) ; (4)корреляционная функция, которая равна корреляционному моменту соответствующих сечений случайного процесса . (5)При этом справедливо следующее соотношение: (6)Стационарные процессы - процессы, в которых числовые характеристики не зависят от времени. Эргодические процессы - процесс, в которых результаты усреднения и по множеству совпадают. Гауссовы процессы - процессы с нормальным законом распределения: (7)Этот закон играет исключительно важную роль в теории передачи сигналов, т.к большинство помех являются нормальными. В соответствии с центральной предельной теоремой большинство случайных процессов являются гауссовыми. Марковский процесс - случайный процесс, у которых вероятность каждого последующего значения определяется только одним предыдущим значением. 4. Формы аналитического описания сигналовСигналы могут быть представлены во временной, операторной или частотной области, связь между которыми определяется с помощью преобразований Фурье и Лапласа (см. рис.2). Преобразование Лапласа: L -1: (8)Преобразования Фурье: F -1: (9)Рис.2 Области представления сигналов При этом могут быть использованы различные формы представления сигналов с виде функций, векторов, матриц, геометрическое и т.д. При описании случайных процессов во временной области используется, так называемая, корреляционная теория случайных процессов, а при описании в частотной области - спектральная теория случайных процессов. С учетом четности функций и и в соответствии с формулами Эйлера: (10)можно записать выражения для корреляционной функции R x (t) и энергетического спектра (спектральной плотности) случайного процесса S x (w), которые связанны преобразованием Фурье или формулами Винера - Хинчина ; (11) . (12)5. Геометрическое представление сигналов и их характеристикЛюбые n - чисел можно представить в виде точки (вектора) в n -мерном пространстве, удаленной от начала координат на расстоянии D , где . (13) Сигнал длительностью T с и шириной спектра F с , в соответствии с теоремой Котельникова определяется N отсчетами, где N = 2F c T c . Этот сигнал может быть представлен точкой в n - мерном пространстве или вектором, соединяющим эту точку с началом координат . Длина этого вектора (норма) равна: ; (14)где x i =x (n Dt) - значение сигнала в момент времени t = n. Dt. Допустим: X - передаваемое сообщение, а Y - принимаемое. При этом они могут быть представлены векторами (рис.3). X1 , Y1 0 a 1 a 2 x1 y1 Рис.3. Геометрическое представление сигналов Определим связи между геометрическим и физическим представлением сигналов. Для угла между векторами X и Y можно записать cos g = cos (a 1 - a 2) = cos a 1 cos a 2 + sin a 1 sin a 2 = Согласование сигнала с каналом связи необходимо для повышения скорости передачи измерительной информации без потерь и искажений при наличии помех. Выбор носителя является первым этапом согласования сигнала с каналом. Носителями измерительной информации могут быть: электрический ток, луч света, звуковые колебания, радиоволны и т.п. Обобщенными характеристиками канала связи являются: ¾ время Т к, в течение которого канал предоставлен для передачи измерительной информации; ¾ ширина полосы пропускания F к канала; ¾ динамический диапазон Н к – это отношение допустимой мощности (Р с+Р п) в канале к мощности помех Р п в канале, выраженное в децибелах. Здесь Р с, Р п – мощности сигнала и помех. Произведение V к = Т к * F к * Н к – называется ёмкостью канала . Обобщёнными характеристиками сигнала являются: ¾ время Т с, в течение которого происходит передача измерительной информации; ¾ ширина спектра F с; ¾ динамический диапазон Н с – это выраженное в децибелах отношение наибольшей мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Произведение V с = Т с * F с * Н с – называется ёмкостью сигнала . Условием согласования сигнала с каналом, обеспечивающим передачу измерительной информации без потерь и искажений при наличии помех, служит выполнение неравенства: V c £ V к В простейшем случае это неравенство выполняется при: Т c £ Т к F c £ F к H c £ H к, т.е. когда объём сигнала полностью “вписывается” в ёмкость канала. Однако условие согласования сигнала с каналом может выполняться и тогда, когда некоторые (но не все) из последних неравенств не выполняются. В этом случае возникает необходимость так называемых обменных операций , при которых происходит как бы “обмен” длительности сигнала на ширину его спектра, или ширины спектра на динамический диапазон сигнала и т.д. 67. Методы оптимизации программ проверок объекта диагностики. Метод "время-вероятность". Метод половинного разбиения (два случая реализации). Комбинированный метод. Метод “время – вероятность”: – применяется, если известно время необходимое для проверки отдельных узлов системы и оценка вероятности появления неисправностей в этих узлах в виде относительной частоты отказов этих узлов. Для минимизации времени отыскания неисправности проверяемые узлы (а в более общем случае – возможные причины неисправности) ранжируют в порядке увеличения отношения Т i /P i , где T i – время проверки наличия i – ой причины неисправности узла или неисправности i – ого узла; P i – вероятность i – ой причины неисправности или выхода из строя i – ого узла; Проверки позволяют в порядке увеличения этого отношения (большие P i и малые T i ), т.е., начиная с самых вероятных причин отказов. (Тем самым, уменьшается минимально необходимое число процедур поиска, а значит, уменьшается время диагностики). Недостатки метода “время – вероятность”: Необходимость иметь априорные сведения о вероятности отдельных неисправностей; Быстро обнаруживаются только наиболее распространенные неисправности, а на поиск маловероятных неисправностей затрачивается много времени; Информация, полученная в процессе проверки каждого узла, при проверке других узлов не учитывается, т.к предполагается, что все узлы работают независимо друг от друга. Метод “половинного разбиения ”: Используется при проверке неразветвлённых (!) цепей! Этот метод используется и в тех случаях, когда вероятности отказов всех узлов системы одинакова , т.е. P i = const , и в тех случаях, когда это условие не выполняется , т.е. P i const . а) Случай P i = const Последовательная цепочка узлов системы разбивается поочерёдно на равное число узлов , причём, первая проверка делается посредине всей цепи, а каждая последующая – посредине оставшейся части цепи. Если же число узлов в оставшейся части цепи нечётное , то проверка производится на некотором минимально возможном расстоянии от середины. Например, система состоит из 8 узлов: 1-я проверка – производится между 4-м и 5-м узлами, т.е. система разбивается на части и проверяется первая её часть , состоящая из узлов 1-4. Если в результате проверки выявляется, что первая часть системы (узлы1-4) исправна, то переходят ко второй проверке, предусматривающей поиск неисправности среди узлов первой половины второй части, т.е. среди узлов 5,6. Если же первая проверка даёт результат “неисправность ”, то проверяется первая половина первой части , т.е. узлы 1,2 и т.д. Данный метод даёт одинаковое число проверок, независимо от места расположения неисправного элемента. Например, для рассмотренного примера число проверок для вычисления единственного (последнего) узла всегда равно 3. если же нужно проверить для уточнения и последний узел, то число проверок здесь равно 3+1=4. А если бы для проверок использовался метод “время-вероятность”, то в лучшем случае – 1 проверка, а в худшем – все 8 проверок. Т.е. метод “половинного разбиения” – более эффективен (при P i =const ). б) Случай P i const . Разбиение цепочки узлов системы проводится не на равные числа узлов, а на равные вероятности отказов . Для данного примера число проверок в лучшем случае равно 2 (когда неисправен блок 1), а в худшем равно 4 (когда неисправен блок 6). А если бы использовался метод “время-вероятность”, то в лучшем случае было бы достаточно 1-й проверки, а в худшем случае потребовалось бы все 8 проверок. Итак, метод “половинного разбиения” оказывается и в этом случае более эффективным. Комбинированный метод: В тех случаях, когда известно и время, необходимое на проверку отдельных узлов системы и значения вероятностей отказов узлов, но нельзя использовать допущения о независимой работе всех узлов, как это было сделано в методе “время-вероятность”, то используется сочетание этого метода и метода “половинного разбиения”. Такой метод называют “комбинированным ”. Он предполагает, что за основу берётся метод “половинного разбиения”, и одновременно учитываются вероятности неисправностей P i const и трудоёмкость отдельных проверок T i , т.е. отношение T i /P i , а разбиение цепи ведётся по равенству значений этого отношения ! Комбинированный метод позволяет сократить число необходимых проверок. Кроме перечисленных 4-х методов проведения проверок диагностируемых систем, используется и ряд других, например, методы, использующие аппарат теории игр, в частности, минимаксный метод (минимизирующий максимальный проигрыш оператора, заключающийся в увеличении времени отыскания неисправности) и другие методы. Большинство из этих методов являются сложными в реализации, поэтому СТД сложных технических объектов основываются на использовании ЭВМ с достаточной памятью и высоким быстродействием. Каналом связи называется совокупность технических средств и физической среды, способной к передаче посылаемых сигналов, которая обеспечивает передачу сообщений от источника информации к получателю. Кодер-источник должен обеспечивать такое преобразование сообщений источника, при котором сигналы на его выходе, обладали бы минимальной избыточностью и позволяли бы приблизить скорость передачи к максимально возможному значению, то есть пропускной способности канала. Однако, так как в реальных каналах неизбежны помехи, то для борьбы с ними приходится дополнительно вводить кодер – канала, который обеспечивает перекодирование поступающих сообщений, чтобы повысить помехоустойчивость сообщений. На выходе линий связи (канала) должно быть предусмотрено устройство для обратного преобразования (декодирования ) сигналов, поступивших с линий связи – декодер канала , после которого должно быть предусмотрено устройство для декодирования сигналов с источника – декодер источника . Вопросы для самопроверки 1. Какие элементы каналов передачи данных в информационных сетях являются основными? 2. Что такое оконечное оборудование данных и для чего используется? 3. Что такое среда передачи данных? 4. Для чего служит аппаратура передачи данных? 5. Для чего служит промежуточное оборудование сети? 6. Какие каналы связи по типу среды передачи Вы знаете? 7. Какими показателями характеризуются каналы связи? 8. Чем определяется удобство подключения канала связи? 9. Чем определяется пропускная способность канала связи? 10. Что характеризует закрытость передачи данных? Основные характеристики каналов связиЦель лекции – изучение основных характеристик каналов связи. Задачи лекции: Изучить Изучить разновидности, основные характеристики каналов связи. Вопросы, рассматриваемые на лекции: 2. Разновидности, основные характеристики каналов связи. Основными элементами каналов передачи данных в информационных сетях являются: Оконечное оборудование данных (ООД), которое представляет собой информационный блок осуществляющий подготовку данных, предназначенную для передачи по каналу и служащий в одном случае источником данных, в другом – приемником. Среда передачи данных (СПД), то есть любая физическая среда, способная передавать информацию с помощью соответствующих сигналов. Может представлять электрический или оптический кабель, или открытое пространство (физическое). Аппаратура передачи данных (АПД) которую называют аппаратурой окончания передачи данных. Представляет аппаратуру, непосредственно связывающую оконечное оборудование данных со средой передачи данных, являющееся пограничным оборудованием передачи данных. К аппаратуре передачи данных относятся модемы, сетевые адаптеры и так далее. 4. Промежуточное оборудование сети (ПОС) представляет аппаратуру, применяемую на линиях связи большой протяженностью, которая позволяет решать следующие задачи: Улучшение качества сигнала; Обеспечение постоянства структуры канала связи между соседними узлами сети (мультиплексоры, повторители, трансляторы и так далее.) Совокупность оконченного оборудования данных (ООД) и аппаратуры передачи данных (АПД) называется станцией. Каналы принято делить на непрерывные и дискретные. В наиболее общем случае всякий дискретный канал включает в себя непрерывный как составную часть. Если влиянием мешающих факторов на передачу сообщений в канале можно пренебречь, то такой идеализированный канал называется каналом без помех . В таком канале каждому сообщению на входе однозначно соответствовало определенное сообщение на выходе и наоборот. Если влиянием помех в канале пренебречь нельзя, то имеет место канал при наличии помех. Под моделью канала понимается математическое описание канала, позволяющее оценить его характеристики, используемое при построении систем связи без проведения экспериментальных исследований. Канал, в котором вероятности отождествления первого сигнала со вторым и второго с первым одинаковы, называется симметричным . Каналом со стиранием называется канал, алфавит сигналов на входе которого отличается от алфавита сигналов на его выходе. Каналом обратной связи называется дополнительный обратный канал, вводимый в СПД для повышения достоверности передачи. Канал связи считается заданным , если известны данные по сообщению на его входе, а также ограничения, которые накладываются на входные сообщения физическими характеристиками каналов. Для каналов передачи информации используют характеристику, называемую скоростью передачи информации по каналам, которая характеризует среднее количество информации, которое может быть передано по каналу связи в единицу времени. Для характеристики каналов связи могут использоваться два варианта понятия скорости передачи: – техническая скорость передачи (скорость манипуляции), характеризуется числом элементарных сигналов, передаваемых по каналу в единицу времени. Она зависит от свойств линий связи и быстродействия аппаратуры каналов. Единицей измерениятехнической скорости служит 1 Бод=1 симв/1 сек. – информационная скорость передачи определяется средним количеством информации, передающейся в единицу времени. Эта скорость зависит как от характеристик данного канала, так и от характеристик используемых сигналов [бит/с]; Среднее количество информации, выдаваемое источником сообщений в единицу времени называется производительностью источника. Пропускной способностью канала связи называется наибольшая скорость передачи информации по этому каналу, достигаемая при самых совершенных способах передачи информации и приема. Пропускная способность, как и скорость передачи информации, измеряется количеством передаваемой информации в единицу времени. В телекоммуникационных системах (ТКС) находят наиболее широкое распространение виды каналов связи: Симплексные каналы связи (КС) представляет такое представление обмена информацией между передатчиком и приемником, когда по одиночной линии связи (каналу) передаются сообщения только в одном направлении. Такой канал называется симплексным или невзаимные системы . Полудуплексные каналы связи (режимы работы) в этом случае 2 узла связи соединены одним каналом связи (линией связи), но по этому каналу происходит передача информации поочередно (попеременно) в противоположных направлениях – так организован режим работы. Дуплексный канал связи предполагает - одновременно два узла связи соединены двумя каналами (прямым и обратным), по которым информация передается одновременно в противоположных направлениях. Симплексный тип канала связи используется в теле – и радиосетях. Полудуплексный метод используется в информационно – справочных и запросо-ответных системах. Дуплексный канал связи используется в системах с РОС и ИОС. В телекоммуникационных системах различают выделенные (некоммутируемые) и коммутируемые на время передачи канала связи. В выделенных каналах связи приемо – передающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Это обеспечивает высокую степень готовности, более высокое качество передачи (связи) и поддержка большого объема трафика. В силу относительно более высоких расходов на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается при достаточно полной загрузки каналов связи. Коммутируемые каналы связи организуются только на время передачи некоторого фиксированного объема информации. Для таких каналов характерна высокая гибкость и сравнительно небольшая стоимость (при малом объеме трафика). Системы передачи данных (СПД) без канала обратной связи позволяют в принципе достигать желаемой верности передачи информации путем использования соответствующих корректирующих кодов. Платой за обеспечение желаемой достоверности служит существенное увеличение длины комбинаций, а также существенное усложнение аппаратуры. Недостатком систем без обратной связи является также и то, что источник не получает никаких подтверждений о том как принята информация в приемнике . Поэтому в таких системах предъявляются очень высокие требования к надежности используемой аппаратуры. Исходя из этого, системы без обратной связи применяются, в первую очередь, тогда, когда невозможно организовать канал обратной связи или недопустимы задержки при передаче информации . В силу указанных обстоятельств широкое распространение получили системы с обратной связью (адаптивное управление), в которых достоверность передачи повышается за счет обнаружения ошибок на приемной стороне и с повторением только неправильно принятых кодовых комбинаций. При этом избыточность будет минимальной при отсутствии ошибок и будет увеличиваться с ростом их числа. Системы с обратной связью, в зависимости от способа организации обратной связи, делятся на системы с информационной обратной связью и с решающей обратной связью. Сигнал может быть охарактеризован различными параметрами. Таких параметров, вообще говоря, очень много, но для задач, которые приходится решать на практике, существенно лишь небольшое их число. Например, при выборе прибора для контроля технологического процесса может потребоваться знание дисперсии сигнала; если сигнал используется для управления, существенным является его мощность и так далее. Рассматривают три основных параметра сигнала, существенных для передачи информации по каналу. Первый важный параметр - это время передачи сигнала T с . Второй характеристикой, которую приходится учитывать, является мощность P с сигнала, передаваемого по каналу с определенным уровнем помех P z . Чем больше значение P с по сравнению с P z , тем меньше вероятность ошибочного приема. Таким образом, представляет интерес отношение P с /P z . Удобно пользоваться логарифмом этого отношения, называемым превышением сигнала над помехой: Третьим важным параметром является спектр частот F x . Эти три параметра позволяют представить любой сигнал в трехмерном пространстве с координатами L, T, F в виде параллелепипеда с объемом T x F x L x . Это произведение носит название объема сигнала и обозначается через V x Информационный канал можно характеризовать также тремя соответствующими параметрами: временем использования канала Т к , шириной полосы частот, пропускаемых каналом F k , и динамическим диапазоном канала D k характеризующим его способность передавать различные уровни сигнала. Величина называется емкостью канала. Неискаженная передача сигналов возможна только при условии, что сигнал по своему объему «вмещается» в емкость канала. Следовательно, общее условие согласования сигнала с каналом передачи информации определяется соотношением Однако соотношение выражает необходимое, но недостаточное условие согласования сигнала с каналом. Достаточным условием является согласование по всем параметрам: Для информационного канала пользуются понятиями: скорость ввода информации, скорость передачи информации и пропускная способность канала. Под скоростью ввода информации (потоком информации) I(X) понимают среднее количество информации, вводимое от источника сообщений в информационный канал в единицу времени. Эта характеристика источника сообщений и определяется только статистическими свойствами сообщений. Скорость передачи информации I(Z,Y) – среднее количество информации, передаваемое по каналу в единицу времени. Она зависит от статистических свойств передаваемого сигнала и от свойств канала. Пропускная способность С – наибольшая теоретически достижимая для данного канала скорость передачи информации. Это характеристика канала и не зависит от статистики сигнала. С целью наиболее эффективного использования информационного канала необходимо принимать меры к тому, чтобы скорость передачи информации была как можно ближе к пропускной способности канала. Вместе с тем скорость ввода информации не должна превышать пропускную способность канала, иначе не вся информациябудет передана по каналу. Это основное условие динамического согласования источника сообщений и информационного канала. Одним из основных вопросов в теории передачи информации является определение зависимости скорости передачи информации и пропускной способности от параметров канала и характеристик сигналов и помех. Эти вопросы были впервые глубоко исследованы К. Шенноном. |
Популярное:
Новое
- Программа «Аэрофлот Бонус»: как накопить мили и на что их можно потратить?
- Как узнать какой диск на компьютере: SSD или HDD Как узнать какой ssd стоит на компьютере
- Тестирование Fractal Design Define R5 Fractal Design Define R5 — Тихий, просторный
- Как ускорить "Андроид" - смартфон и планшет?
- Flood Control ВКонтакте: рассказываем почему возникает проблема и как ее можно убрать Значит flood control
- Зарядное устройство на основе блока питания ATX Лабораторный блок питания на шим контроллере 3528
- Что делать если провод не заряжает айфон
- Виртуальная машина для Mac Виртуальная windows на mac os
- Про обслуживание Tele2 Как вводить подтверждение оплаты на номер 312
- Работа с внутренней памятью EEPROM Eeprom стирание