38. Виды модуляции, используемые в модемах: сравнительный анализ с точки зрения помехоустойчивости и скорости передачи.

Модуляцией называется процесс изменения одного либо нескольких параметров

выходного сигнала по закону входного сигнала. При этом входной сигнал является, как правило,

цифровым и называется модулирующим. Выходной сигнал — обычно аналоговый и часто носит

название модулированного сигнала. В настоящее время модемы наиболее широко используются

для передачи данных между компьютерами через коммутируемую телефонную сеть общего

пользования (КТСОП, GTSN — General Switched Telefone Network).

Важную роль во взаимодействии DTE и DCE играет их интерфейс, который состоит из

входящих/исходящих цепей в DTE и DCE, разъемов и соединительных кабелей. В

отечественной литературе и стандартах также часто употребляется термин стык.

Соединение DTE с DCE происходит по одному из стыков типа С2. При подключении DCE

к каналу связи или среде распространения применяется один из стыков типа С1.

Для передачи данных на большие расстояния (в пределах всего мира) издавна используют

телефонные сети общего пользования (ТФОП). Однако для непосредственной передачи

цифровых данных обычные аналоговые телефонные сети непригодны — требуются модемы

на сторонах обоих абонентов. Модем имеет интерфейс подключения к хосту (ИВВ

периферийного, системного или внешнего уровня), которым он подключается к компьютеру

(или другому узлу сети), и интерфейс линии, согласованный с используемым каналом связи

(телефонной линией, как правило, абонентской).

Модем (модулятор-демодулятор) служит для передачи информации на большие расстояния,

недоступные локальным сетям, с использованием выделенных и коммутируемых телефон-

ных линий. Модулятор поступающую от компьютера двоичную информацию преобразует в

аналоговые сигналы с частотной и/ или фазовой модуляцией, спектр которых соответствует

полосе пропускания обычных голосовых телефонных линий (300 – 3500) Гц. Демодулятор из

этого сигнала извлекает закодированную двоичную информацию и передает ее в прини-

мающий компьютер.

Здесь ограничимся лишь краткими характеристиками

стандартов на модуляцию (табл. 9.1) и отметим, что практически все современные модемы

поддерживают стандарт V.90 или V.92, исчерпывающий теоретические возможности обыч-

ных телефонных линий.

Теоретически возможный предел скорости передачи данных через аналоговые телефонные

линии достигнут в стандарте V.34+. Здесь скорость изменения сигнала в линии достигает

3429 бод (символов в секунду), и группа символов кодирует группу передаваемых битов.

При наилучших условиях 79 битов данных кодируется восемью символами (аналоговыми

модулированными сигналами), что при символьной скорости 3429 бод и дает 33 600 бит/с.

В стандарте V.90 (на базе х2) скорость 56 Кбит/с достигается только в направлении к модему

при условии, что его партнер по связи (провайдер) подключен к цифровому каналу

телефонной сети. В этом направлении из тракта сигнала исключены грубые ЦАП и АЦП

219

телефонной станции (ЦАП и АЦП модемов имеют более высокую разрядность и частоту

дискретизации), являющийся источником погрешностей. Телефонная сеть в своей цифровой

части обеспечивает передачу 7 (8) бит (отсчетов голоса) с частотой 8 кГц, отсюда и предел в

56 (64) Кбит/с. Стандарт V.92 (развитие V.90) обеспечивает те же предельные скорости, в

нем описаны новые средства, позволяющие легче и быстрее установить соединение (Dial-

UP), и протокол сжатия данных V.44.

Модемы обеспечивают коррекцию ошибок — обнаружение ошибок и организацию запросов

на повторную передачу на уровне обмена между модемами (протокол коррекции ошибок

V.42, или в рамках MNP-4 – Microcom Networking Protocol класса 4 или MNP-7). Таким

образом, на внешнем интерфейсе модема данные передаются без ошибок.

Для повышения эффективности использования линии модемы выполняют сжатие данных

(V.42bis или V.44): в линию передаются символы, представляющие сжатый поток данных

поступающих от хоста, а в хост выводятся распакованные данные. Из этого следует, что

периферийный ИВВ, через который внешний модем подключается к ПК должен обеспечи-

вать скорость в несколько раз выше битовой скорости в линии (текстовые данные сжима-

ются до 10 раз). По существующим линиям связи практически нельзя передавать информацию в том виде, в

котором она циркулирует в ЭВМ из-за слишком больших искажений, так как для передачи

прямоугольных импульсов без искажений требуется бесконечно большая полоса частот. Для

того чтобы перевести эти сигналы в ограниченную полосу частот реального аналогового канала,

осуществляется модуляция сигнала синусоидальной формы некоторой несущей частоты

импульсами прямоугольной формы.

Рис. 9.5. Типы модуляции цифровой информации в аналоговых модемах.

На рис.9.5 изображена передача комбинации двоичных знаков при так называемой

амплитудной модуляции (AM), когда значение «1» передается наличием сигнала, а значение «0»

— отсутствием (иногда сигналом меньшей амплитуды). Кроме амплитудной модуляции

существуют и другие виды. Наиболее употребительны фазовая (ФМ) — при смене «1» на «0» и

обратно изменяется фаза сигнала (обычно на 180 ), и частотная модуляция (ЧМ), «1» передается

сигналами одной частоты, а «0» — другой.

При приеме информации на другом конце линии связи осуществляется обратная операция

— демодуляция, которая в зависимости от типа модуляции осуществляется амплитудными,

фазовыми или частотными детекторами. Фазовая и частотная модуляция и демодуляция более

сложны в реализации по сравнению с амплитудной (AM), зато обеспечивают большую помехо-

устойчивость. В модемах для телефонных каналов, как правило, используются три вида модуляции: частотная,

относительная фазовая (фазоразностная) и квадратурная амплитудная модуляция, часто называемая

многопозиционной амплитудно-фазовой.

Частотная модуляция. При частотной модуляции (ЧМ, FSK — Frequency Shift Keying)

значениям "0" и "1" информационной последовательности соответствуют определенные частоты

аналогового сигнала при неизменной амплитуде. Частотная модуляция весьма помехоустойчива,

поскольку помехи телефонного канала искажают в основном амплитуду, а не частоту сигнала. Однако

при частотной модуляции неэкономно расходуется ресурс полосы частот телефонного канала.

Поэтому этот вид модуляции применяется в низкоскоростных протоколах, позволяющих

осуществлять связь по каналам с низким отношением сигнал /шум.

Относительная фазовая модуляция. При относительной фазовой модуляции (ОФМ, DPSK —

Differential Phase Shift Keying) в зависимости от значения информационного элемента изменяется

только фаза сигнала при неизменной амплитуде и частоте. Причем каждому информационному биту ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а ее изменение относительно предыдущего

значения.

Чаще применяется четырехфазная ОФМ (ОФМ-4), или двукратная ОФМ (ДОФМ), основанная

на передаче четырех сигналов, каждый из которых несет информацию о двух битах (дибите) исходной

двоичной последовательности. Обычно используется два набора фаз: в зависимости от значения

дибита (00, 01, 10 или 11) фаза сигнала может измениться на 0°, 90°, 180°, 270° или 45°, 135°, 225°,

315° соответственно. При этом, если число кодируемых бит более трех (8 позиций поворота фазы),

резко снижается помехоустойчивость ОФМ. По этой причине для высокоскоростной передачи данных

ОФМ не используется.

Квадратурная амплитудная модуляция. При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ,

QAM — Quadrature Amplitude Modulation) изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что

позволяет увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить

помехоустойчивость. В настоящее время используются способы модуляции, в которых число

кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может достигать 8…9, а число

позиций сигнала в сигнальном пространстве - 256...512.

39. Форматы представления чисел и погрешности, определяемые ими.

Погрешности представления числовой информации

Представление числовой информации в ЭВМ, как правило, влечет за собой появление погрешностей (ошибок), величина которых зависит от формы машинного представления числа и от длины разрядной сетки ЭВМ.

Абсолютная погрешность представления числа — разность между истинным значением входной величины и ее значением, полученным из машинного представления :

Относительная погрешность представления числа определяется следующим образом:

Входные величины независимо от количества значащих цифр могут содержать грубые ошибки, возникающие из-за опечаток, ошибочных отсчетов показаний каких-либо приборов, некорректной постановки задачи или отсутствия более полной и точной информации. Например, часто принимают . Однако эта величина может быть получена с более высокой точностью. Если принять, что точное значение , то абсолютная погрешность равна .

Часто некоторая величина в одной ПСС имеет конечное значение, а в другой ПСС становится бесконечной величиной. Например, дробь имеет конечное десятичное представление, но, будучи переведена в двоичную ПСС, становится бесконечной дробью.

Следовательно, при переводе чисел из одной ПСС в другую неизбежно возникают погрешности, оценить которые нетрудно, если известны их истинные значения.

Максимальная погрешность перевода десятичной информации в двоичную не будет превышать единицы младшего разряда разрядной сетки ЭВМ. Минимальная погрешность будет равна 0.

40. Основные характерные отличия ПО МПУ.

Основные характерные отличия ПО МПУ.

1) Работают в реальном масштабе времени

2) Время на принятие решения жестко задано

3) Ввод-вывод абсолютно нестандартный

4) ОС несколько не желательны

5) Время может оказаться критическим

41. Алгоритмы умножения и деления с восстановлением остатка.

42. Применение Switch-технологии для разработки систем управления на базе конечных автоматов.

Одним из классов систем управления являются системы логического

управления (СЛУ).

Специфика СЛУ состоит в том, что в них входные X и выходные Z

переменные могут принимать только два значения — 0 и 1.

При проектировании таких систем одним из важнейших вопросов

является построение управляющих автоматов. Применение микропроцессорных

средств в системах этого класса приводит к необходимости

разработки методов программной реализации таких автоматов. На базе

этих методов может быть создана технология алгоритмизации и программирования

задач логического управления.

Существует большое число работ, посвященных отдельным вопросам

построения СЛУ, в том числе и управляющих автоматов [1—58]. Однако

вопрос о взаимосвязи различных подходов и создании на их основе единой

концепции построения этого класса автоматов в должной мере в настоящее

время не решен.

В предлагаемой работе на основе методов, разработанных автором, в

том числе и в соавторстве, а также известных методов делается попытка

решения указанного вопроса.

В работе обоснован выбор графов переходов и их систем в качестве

языка алгоритмизации, изложены методы их построения по другим формам

задания и методы обратного перехода. При этом рассматриваются

такие языки, как булевы формулы, таблицы решений, граф-схемы алгоритмов,

логические схемы алгоритмов, сети Петри, графы операций,

диаграммы «Графсет» и другие.

Разработаны методы программной реализации первичных описаний в.

базисе языков программирования высокого уровня, например СИ, языков

низкого уровня — инструкций и ассемблеров, а также специализированных

языков — лестничных и функциональных схем.

Эти подходы концептуально объединены в единую технологию алгоритмизации

и программирования задач логического управления, названную

SWITCH-технологией.

Программная реализация управляющих автоматов

и моделей объектов управления. Объекты и системы логического управления

Объектами управления (ОУ) для СЛУ являются клапаны, вентиляторы,

электродвигатели, заслонки, захлопки и т. д.

СЛУ воздействуют на ОУ не непосредственно, а через исполнительные

механизмы (ИМ) — магнитные пускатели, электрогидропреобразователи,

электропневмопреобразователи и т. д. Поэтому при построении таких

систем предполагается, что ИМ входят в состав ОУ.

Объекты управления в зависимости от своих свойств (например,

наличие или отсутствие внутренней (распределенной [2]) памяти в ИМ)

обладают различным поведением, которое перед построением системы

должно быть описано.

Информация о работе ОУ поступает в СЛУ от сигнализаторов положения,

состояния и параметров. При этом необходимо отметить, что

сигнализаторы параметров состоят из двух составляющих — датчика и

вторичного прибора, осуществляющего сравнение аналогового сигнала от

датчика с заданной установкой и формирование двоичного сигнала при

превышении установки.

Таким образом, до построения системы должна быть построена

подробная технологическая схема объекта с указанием всех точек контроля

и управления.

На рис. 2.1 в общем виде изображен объект управления с указанием

всех входных Z] и выходных Хi его переменных.

Проектирование системы целесообразно начинать с разработки схемы

связей «СЛУ—ОУ» (рис. 2.2).

СЛУ в общем случае состоит из ряда составляющих: средств представления

информации (СПИ), органов управления (ОРУ), управляющего

автомата (УА), выходных усилителей, источников питания и т. д.

Для построения модели управляющего автомата из перечисленных

компонентов основное значение имеют СПИ и ОРУ, а остальные составляющие

в дальнейшем рассматриваться не будут. Указанные компоненты

(ОРУ, УА и СПИ) образуют ядро СЛУ (рис. 2.3).

Средства представления информации. В качестве СПИ используются

лампы сигнализации, табло, мнемосхемы, видеоконтрольные устройства

и т. д. В зависимости от требований, предъявляемых к системе логического

управления, необходимо осуществить выбор СПИ.

Для целей настоящей работы применительно к СПИ важно лишь то,

что они при построении управляющего автомата выступают наряду с

исполнительными механизмами в качестве приемников информации

(ПИ). Выделяя СПИ из ядра системы и вводя переменные Z2, сформируем

упрощенное ядро СЛУ (рис. 2.4).

Органы управления. В качестве ОРУ в системах логического управления

используются ключи, тумблеры, кнопки (как с памятью, так и

без памяти) и т. д. В зависимости от требований, предъявляемых к

СЛУ, осуществляется выбор ОРУ. Необходимо отметить, что при программной

реализации в качестве ОРУ обычно используются кнопки без

памяти.

Для настоящей работы применительно к ОРУ важно лишь то, что при

построении управляющего автомата они выступают наряду с сигнализаторами

объекта управления в качестве источников информации (ИИ).

Выделяя ОРУ из упрощенного ядра СЛУ и вводя переменные Х2, сформируем

управляющий автомат (рис. 2.5). Построенная схема представляет

собой схему связей «ИИ—У А—СПИ—ИМ», так как УА непосредственно

с ОУ не взаимодействует.