Тема 1. Загальні відомості про телемеханічні системи передачі інформації

1.1 Загальні відомості

Розвиток сучасного суспільства характеризується стрімким розвитком кількості інформації. В загальному випадку під інформацією розуміються всі ті відомості чи дані, які піддягають передачі, зберіганню та обробці. Часто інформація виникає в одному місці, а використовується в іншому місці. Тому поняття інформації зв’язуємо передачею на відстань.

Передачу інформації на відстань можна здійснювати з допомогою різних систем: телефонної, телеграфного зв'язку, радіомовлення телебачення, телемеханіки та ін. Ці види зв'язку мають багато спільного і їх можна об'єднати в один клас систем передачі інформації.

Функціональна схема системи передачі інформації показана на рис.1.1.

Рисунок 1.1 - Функціональна схема системи передачі інформації

Вона складається з джерела повідомлень, передаючого апарату, передатчика, лінії зв'язку, приймача, приймального апарату та отримувача повідомлень.

Оскільки те чи інше повідомлення не може бути безпосередньо передане по лінії зв'язку, то попередньо воно повинно бути перетворене в електричний сигнал. Функції перетворення повідомлення у відповідний електричний сигнал виконує передаючий апарат.

Електричні сигнали з виходу передаючого апарату підводяться ні вхід передатчика. В останньому вони приводяться до вигляду, зручного для безпосередньої передачі по лінії зв'язку.

Сигнал з виходу передатчика, що називається сигналом повідомлення, що представляє собою ту чи іншу форму електричного струму чи напруги, передається по лінії зв'язку.

На другому кінці лінії зв'язку встановлений приймач, що перетворює сигнал повідомлення в сигнал електричного струму такої форми, яка безпосередньо придатна для наступного відтворення повідомлення, що передасться. Задачу зворотного перетворення електричного сигналу в початкове повідомлення (відтворення) виконує приймальний апарат. Деякі типи передаючих та приймальних апаратів приведені в табл. 1.1.

Вказані в табл. 1.1 передаючі апарати перетворюють повідомлення, що підлягають передачі в електричний струм певної форми. Так, наприклад, передаючий телеграфний апарат дозволяє перетворювати букви алфавіту в послідовності електричних імпульсів різної тривалості.

Таблиця 1.1 – Типи приймальних і передаючих апаратів

Вид зв’язку	Передаючий апарат	Приймальний апарат
Телеграфія	Передаючий телеграфний апарат	Приймальний телеграфний апарат
Телефонія	Мікрофон	Телефон
Фотозв’язок	Фототелеграфний передаючий апарат	Фототелеграфний приймальний апарат
Телебачення	Телевізійний передаючий пристрій	Телевізійний приймальний пристрій

Передавач, приймач і зв’язуючи їх лінії зв'язку утворюють канал зв'язку. У найпростіших системах провідної телефонного та телеграфного зв'язку приймач і передавач можуть бути відсутні. В таких системах сигнал з виходу передаючого апарату безпосередньо направляється в лінію зв'язку. В більш складних випадках для забезпечення надійності і дальності передачі здійснюється модуляція струму високої частоти сигналами передаючого пристрою. Це досягається з допомогою передатчика. В передатчику відбувається також підсилення модульованих високочастотних коливань. В лінію зв’язку поступають модульовані струми високої частоти. На приймальному кінці лінії з допомогою приймача здійснюється виділення корисної складової високочастотного сигналу (або демодуляція).

Кінцевою метою використання будь-якої системи передачі інформації є передача повідомлень від відправника до отримувача. Ця мета вважається досягнутою, якщо прийняті повідомлення точно відповідають переданим. Проте при передачі повідомлень по каналах зв’язку в останніх можуть виникнути умови, при яких не буде забезпечена вказана відповідність. Це пояснюється тим що канали зв’язку певним чином впливають на електричні сигнали, що передаються. Впливи бувають двох видів: поглинання або послаблення сигналів спотворення форми імпульсів. Крім того, канал зв'язку завжди піддягає впливу перешкод, котрі можуть спотворити чи навіть повністю замаскувати сигнал, що передається.

В ряді випадків, наприклад, при передачі даних, що відносяться до матеріальних цінностей чи оборони країни, спотворення тексту повідомлення неприпустимо. Тому основною вимогою, що пред'являється до каналу зв'язку і системи в цілому, є забезпечення високоякісного, стійкого і надійного зв'язку. Оскільки на якість зв'язку та достовірність передачі повідомлень здійснюють вплив в першу чергу перешкоди, то захист від шкідливої дії перешкод є однією із актуальних задач в області передачі інформації.

Поряд з вимогами надійності та достовірності також підвищуються вимоги до швидкості передачі інформації. Велика затримка в передачі може повністю обезцінити інформацію та викликати важкі наслідки.

З метою задоволення цих вимог при проектуванні каналів зв'язку і систем в цілому доводиться враховувати статистичні властивості сигналів та перешкод, що передаються і діють на ці сигнали. Це врахування проводиться на основі теорії передачі інформації.

Початок загальної теорії передач інформації було закладено і роботі В. А. Котельникова "Про пропускну здатність ефіру і дроту електрозв'язку", що вийшла в 1933 році. Тут він вперше класифікував сигнали на дискретні та неперервні, сформулював теореми, що є основою всієї сучасної теорії передачі інформації по каналах зв'язку.

Подальший розвиток теорія передачі інформації отримала в працях Д.В. Агеєва, К. Шенона, А.Я.Хінчіна, А. А. Харкевича та ін.

Найперспективніше використовувати в нафтовій промисловості комплекс систем телемеханіки НАРТ-67, що побудовані на єдиній системі елементів "Спектр".

Цей комплекс, що відповідає вимогам ГСП-УРС, включає в себе наступні модифікації:

ТМ-100 "Траса" - апаратура для диспетчерського керування зосереджених об'єктів нафтопромислів, центрального диспетчерського керування трубопроводами та іншими аналогічними об'єктами при ланцюговій структурі каналу зв'язку.

ТМ-200 "Район" - апаратура для районного диспетчерського управління трубопроводами і об'єктів підприємств з розосередженим характером розташування.

ТМ-300 "Виробництво" - апаратура для телемеханізації зосереджених об'єктів віддалених підприємств. Забезпечує передачу інформації в центр керування з обчислювальною машиною.

ТМ-400 " Дорога" - апаратура для телемеханізації та програмного керування рухом масового транспорту, комплексами агрегатів послідовної дії.

ТМ-500 "Мережа" – апаратура для телемеханізації вищих рівнів керування в трубопровідних та транспортних системах, передачі інформації в галузевих АСУ.

ТМ-600 "Нафта" - апаратура для телемеханізації диспетчерського керування нафтовими свердловинами на промислах.

ТМ-700 - для автоматизованого збору, передачі і перетворення інформації в системах централізованого контролю та керування основними виробничо- технологічними об'єктами нафтобаз, резервуарних парків НПЗ.

Прилади та пристрої, що входять в цей комплекс відповідають вимогам автоматизації.

Новий метод оптичної передачі з'явився в наслідок поєднання двох технічних новинок: лазера, дію якого вперше було продемонстровано в 1960р. і надтонких силіконових волокон, що здатні служити світловодами. Їх виробництво освоєно фірмою "Корнінг глас" в 1970р. Підвищення ефективності лазерів і постійно вдосконалювана технологія виробництва силіконових волокон з високим коефіцієнтом прозорості дозволили передавати світлові імпульси по оптичному кабелю на відстань до 135км без підсилення чи регенерації.

Швидкість передачі інформації досягає 417Мбіт/сек і система пропускає до 6000 телефонних розмов через одну світло волоконну пару (по одному каналу на кожен напрямок передачі).

Підводний трансантлантичниий світловодний кабель вже зв'язує США та Європу. Аналогічна система зв'яже (1=16000км) Каліфорнію, Гаванські острови, Гуом та Японію. Обидві системи будуть мати 40000 мовних каналів.

У 1945р англійський письменник Артур Клерк у книзі "2001 рік. Космічна одісея" висунув ідею про те, що штучні супутники Землі на висоті 35880км можуть застосовуватися для ретрансляції радіосигналів. В цьому випадку супутник здається нерухомим, так як він рухається з тою ж швидкістю, що і Земля. У 1963р США вивели на орбіту перший геостаціонарний супутник зв'язку "Синком-2"(30 тис телефонних розмов, кілька телевізійних каналів).

Накриття кодо-імпульсної модуляції (КІМ) напередодні другої світової війни було черговим кроком прогресу в світі зв'язку, де отримало широке розповсюдження цифрове кодування, що дозволяло майже повністю позбутися шумів і спотворень притаманних аналоговим методам передачі голосу.

Серія імпульсів складається з 8 імпульсів (8 біт – 1 байт). У типові системі КІМ відбір проб сигналу може проводитись 8000 раз на секунду.

За останні роки техніка передачі електричних сигналів збагатилась рядом нових способів. До них відносяться: передача, заснована на використанні розсіювання радіохвиль від неоднорідностей верхніх шарів атмосфери; радіозв'язок, що застосовує відбиття радіохвиль від метеорних шарів, що представляють собою стовпи сильно іонізованого газу. Значне поширення отримали радіорелейні лінії зв'язку. Ведуться дослідні роботи по використанню хвилепровідних ліній. Хвилепровід в найпростішому вигляді представляє собою металічну трубу. Частота електромагнітних хвиль, що розповсюджуються по хвилепроводу дуже велика - порядку мільярдів коливань за секунду. Це дозволяє передавати по ньому інформацію з дуже; великими швидкостями. Використовуються для зв'язку штучні супутники Землі. Розробляється теорія та методи дальнього космічного зв'язку.