ЛЕКЦИЯ № 1: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Под термином “информация” понимают различные сведения, которые поступают к получателю. В более строгой форме определение информации следующее: Информация – совокупность сведений, данных о каких-либо событиях, процессах и… В дальнейшем нас будут интересовать лишь вопросы, связанные с информацией как объектом передачи.

Элемент ЦСД - часть цифрового сигнала данных, отличающаяся от остальных частей значением одного из своих представляющих параметров.

Значащая позиция – фиксируемое значение состояния представляющего параметра сигнала.

Значащим моментом (ЗМ) – момент, в который происходит смена значащей позиции сигнала.

Значащим интервалом времени – интервал времени между двумя соседними значащими моментами сигнала.

Единичный интервал – минимальный интервал времени, которому равны значащие интервалы времени сигнала, (интервалы а-б, б-в и другие на рис.1.5).

Единичный элемент (е.э.) - элемент сигнала, имеющий длительность, равную единичному интервалу времени.

Различают изохронные и анизохронные сигналы данных.

Изохронные сигналы это сигналы для которых любой значащий интервал времени равен единичному интервалу или их целому числу.

Анизохронными называются сигналы, элементы которых могут иметь любую длительность, но не менее чем τ_min. Кроме того, анизохронные сигналы могут отстоять друг от друга на произвольном расстоянии.

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ

Структурная схема системы ПДС изображена на рис. 1.6. Источник и получатель сообщений вместе с преобразователем сообщения в сигнал в состав системы ПДС не входят.

Кодер источника. Сообщение, поступающее от источника сообщений, в ряде случаев содержит избыточность. Это обусловлено тем, что символы , входящие в сообщение, могут быть статистически связаны. Это позволяет часть сообщения не передавать, восстанавливая его на приеме по известной статистической связи.

Избыточность приводит к тому, что за заданный промежуток времени будет передано меньше сообщений, и, следовательно, менее эффективно будет использоваться канал передачи дискретных сообщений. Задачу устранения избыточности на передаче в СПДС выполняет кодер источника.

Кодер канала. С целью повышения верности передачи используется избыточное кодирование, позволяющее на приеме обнаруживать или даже исправлять ошибки.

В процессе кодирования осуществляется преобразование исходной кодовой комбинации в другую кодовую комбинацию с избыточностью. На приемном конце декодер канала осуществляет обратное преобразование (декодирование), в результате которого получаем комбинацию исходного кода. Часто кодер и декодер канала называют устройствами защиты от ошибок (УЗО).

Рис. 1.6 – Структурная схема системы передачи дискретных сообщений

Устройство преобразования сигнала. С целью согласования кодера канала и декодера канала с непрерывным каналом связи используются на передаче и приеме устройства преобразования сигналов (УПС). В частном случае это модулятор и демодулятор.

Каналы

Непрерывный канал. Это канал связи предназначенный для передачи непрерывных (аналоговых) сигналов. Например, абонентская телефонная линия, канал ТЧ.

Дискретный канал. Совместно с каналом связи УПС образуют дискретный канал, то есть канал, предназначенный для передачи только дискретных сигналов (цифровых сигналов данных).

Различают синхронные и асинхронные дискретные каналы.

В синхронных дискретных каналах ввод каждого единичного элемента производится в строго определенные моменты времени и они предназначены для передачи только изохронных сигналов.

По асинхронному каналу можно передавать любые сигналы - изохронные, анизохронные.

Расширенный канал. Дискретный канал в совокупности с кодером и декодером канала (УЗО) называется расширенным дискретным каналом (РДК).

В технике передачи данных РДК называют каналом передачи данных.

Полунепрерывный канал (дискретный канал непрерывного времени).

В системе ПДС иногда выделяют дискретный канал непрерывного времени.

Для определения выхода данного канала необходимо более детально рассмотреть УПС приема. Он состоит из демодулятора, порогового устройства и регенератора. Выход ПУ одновременно является и выходом дискретного канала непрерывного времени.

Если на выходе дискретного канала имеем сигнал, являющийся дискретной функцией дискретного времени, то на выходе полунепрерывного канала сигнал является дискретной функцией непрерывного времени. (Он же канал постоянного тока).

Структурная схема СПИ. Основные элементы

Детальное представление общей структуры СПИ (рис. 1.7) позволяет выделить следующие основные элементы:

Рис. 1.7 – Структура СПИ

ИС – источник сообщений;

КИ – кодер источника;

КК – кодер канала;

М – модулятор;

ФК – физический канал;

ДМ – демодулятор;

ДК – декодер канала;

ДИ – декодер источника;

ПС – получатель сообщений.

КИ осуществляет отображение генерируемого сообщения в дискретную последовательность (обычно двоичную).

ДИ отображает дискретную последовательность в копию исходного сообщения.

М и ДМ в совокупности реализуют операции по преобразованию кодированного сообщения в сигнал и обратные преобразования.

КК и ДК обеспечивают заданную помехоустойчивость.

Назначение пары «КИ-ДИ» состоит в минимизации представления сообщения в информационном смысле. Мерой сжатия данных служит скорость в бит/с, требуемая для кодирования и последующего восстановления на выходе сообщения с заданной верностью, по отношению к скорости, обеспечиваемой каким-либо стандартным методом кодирования. Цель сжатия данных – кодирование цифрового сигнала с учетом вероятности появления символов или групп символов. Чем больше вероятность появления такой группы символов, тем меньше времени должно выделяться на ее передачу (эффективное кодирование).

Задача КИ заключается в компактном дискретном представлении исходного сообщения.

Роль остальных элементов в СПИ заключается в обеспечении заданной верности передачи цифровой последовательности.

Пара «КК-ДК» существенно определяет степень защиты т ошибок в цифровом канале. Если кодирование источника устраняет естественную избыточность источника сообщений, то кодирование канала вводит искусственную избыточность для борьбы с ошибками.

Пара «М-ДМ» служит для согласования параметров сигнала с соответствующими параметрами канала электросвязи с целью максимального противодействия помехам. Модулятор сопоставляет каждому символу или группе символов входной сигнал канала, а ДМ выполняет обратное преобразование.

Прием, демодуляция, декодирование и восстановление сообщения не сводятся просто к применению операции, обратной по отношению к операции кодирования; процесс приема сообщения с заданной вероятностью ошибки подразумевает выработку решений в ДМ и ДК.

КК и ДК называют еще устройствами защиты от ошибок (соответственно источника и приемника сообщений), а М и ДМ – устройствами преобразования сигналов.

Помехи (шумы) – совокупность всех причин, вызывающих неопределенность принимаемого сигнала.

Основы и принципы построения ГСП

Государственная система промышленных приборов

и средств автоматизации)

1. Разделение приборов и средств автоматики по функциональным признакам на основные виды.

2. Минимизация номенклатуры устройств с учетом полного обеспечения потребностей промышленности.

3. Построение сложных устройств и систем на базе типовых унифицированных элементов модулей и блоков.

4. Совместимость приборов и средств автоматики по сигналу для совместной работы в составе систем автоматического управления и контроля.

Унифицированные сигналы ГСП

1. Пневматические сигналы: от 20 до 100 кПа

2. Гидравлические сигналы: от 20 до 100 кПа и от 0,16 кПа до 6,4 МПа

3. Электрические сигналы:

3.1 Сигналы постоянного тока:

· Сигналы тока: 0 – 5 мА, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА, -5 – 5 мА, -20 – 20 мА, -100 – 100 мА

· Сигналы напряжения: -10 – 10 В, -10 – 10 мВ, -1 – 1 В, 0 – 10 мВ, 0 – 100 мВ, 0 – 10 В, 0 – 1 В

3.2 Сигналы переменного тока:

· Сигналы напряжений: 0 – 0,5 В, -1 – 1 В, 0 – 2 В (f = 50 или 400 Гц)

· Частотные сигналы: 4 – 8 кГц, 2 – 4 Гц (U = 60 – 160 мВ, 0,6 – 2,4 В, 2,4 – 12 В)

· Взаимоиндукционные сигналы: 0 – 10 мГн, -10 – 10 мГн.

Классификация средств ГСП

Классификация средств ГСП представлена на рис. 1.8.

Основой является функциональная классификация устройств, в которой устройства ГСП по функциональному назначению разделяются на четыре основных группы:

К первой группе относят датчики, первичные измерительные преобразователи, измерительные приборы и нормирующие устройства. Предназначены эти устройства для преобразования различных измеряемых физических величин в стандартные сигналы измерительной информации. Устанавливаются устройства непосредственно на объекте контроля.

Ко второй группе относятся преобразователи сигналов, преобразователи кодов, коммутаторы сигналов и системы дистанционной передачи сигналов измерительной информации.

Рис. 1.8 – Классификация средств ГСП

К третьей группе относятся анализаторы сигналов, операционные преобразователи, логические устройства, устройства памяти, вычислительные машины и т.п.

К четвертой группе относятся исполнительные механизмы и усилители мощности, при этом исполнительные механизмы могут быть как электронные, так и гидравлические.