1601

Вычисленный синдром S=1011 указывает на наличие ошибки и совпадает с первым (слева) столбцом матрицы Н(8,4,4), что позволяет сформировать корректирующее кодовое слово (вектор) 10000000, содержащее единицу только в одном разряде, который принят с ошибкой. Это кодовое слово складывается по модулю 2 с принятой кодовой комбинацией. В результате появляется исправленная кодовая комбинация С:

01010010

10000000

11010010

Далее информационное слово I получается из кодового слова С путем отбрасывания контрольных разрядов:

Теперь будем считать, что кодовая комбинация содержит двукратную ошибку (в двух разрядах)

Вычисленный синдром S=1000 указывает на наличие двукратной ошибки, так как первые три символа синдрома указывают на наличие ошибки, а последний символ – на наличие ошибки четной кратности, что позволяет сделать вывод о наличии неисправляемой ошибки.

Коды Хемминга применяют, когда ошибки в передаваемых сло-

40

вах могут возникать вследствие независимых искажений. Для случаев, когда ошибки возникают вследствие искажений группы рядом стоящих разрядов, разработаны коды, исправляющие одиночные пачки ошибок, и коды, исправляющие более одной пачки ошибок.

Для обнаружения ошибок в процессе вычислений на ЭВМ разработаны так называемые арифметические коды.

2.4. Методы модуляции

Одним из этапов преобразования сообщения в сигнал для его передачи в канал связи является модуляция.

Модуляция – изменение какого-либо параметра переносчика сигнала в соответствии с функцией, отображающей сообщение. Несущим сигналом может быть постоянный ток (проводная телеграфия); переменный ток низкой или высокой частоты (телефония, тональная телеграфия, фототелеграф, телемеханика); высокочастотные импульсы (радиорелейная связь). Модулируемые параметры называются информативными. В качестве них могут использоваться: амплитуда, фаза, частота и др. Используются следующие типы модуляции: гармоническая; импульсная; дискретная и их разновидности.

Демодуляция – отделение полезного (модулирующего) сигнала от сигнала несущей частоты. Модуляция и демодуляция осуществляются с помощью устройств, называемых модулятором и демодулятором.

Модем – устройство, преобразующее код в сигнал (модулятор) и сигнал в код (демодулятор), используемое для передачи данных по каналам связи.

Манипуляция – модуляция, при которой модулируемый параметр может принимать фиксированное число дискретных значений.

Гармоническая модуляция. Гармоническая модуляция является непрерывной. При гармонической модуляции в качестве несущей используется сигнал

Она чаще всего используется при передаче двоичных кодов и называется манипуляцией. Используются различные виды гармонической модуляции (рис. 2.4.1): амплитудная модуляция (АМ), фазовая модуляция (ФМ), частотная модуляция (ЧМ).

41

1 0 0 1 1 0 1 1 1

Код

АМ

ЧМ

ФМ

Рис. 2.4.1. Виды гармонической модуляции

При АМ (см. рис. 2.4.1) посылка передается при информационном сигнале 1 и отсутствует при информационном сигнале 0:

U1(t) U0 cos 0t;

(2.4.2)U2(t) 0,

где ω0 – несущая частота.

При ЧМ (см. рис. 2.4.1) частота посылки ω1 при информационном сигнале 1 и ω0 при информационном сигнале 0 (например, 100 Гц и 1 кГц):

U1(t) U0 cos 0t;

(2.4.3)U2(t) U0 cos 1t,

где ω1 – частота манипуляции.

При ФМ (см. рис. 2.4.1) фаза посылки меняется на 180° при изменении с 0 на 1 и с 1 на 0:

U1(t) U0 cos 0t;

(2.4.4)U2(t) U0 cos 0t.

Различные типы модуляции отличаются по требуемой мощности для организации передачи, по требуемой полосе частот или ширине спектра, по помехозащищенности, по экономичности и простоте реализации.

42

Кроме перечисленных видов гармонической манипуляции существует много разновидностей или производных методов. Например, метод относительной фазовой модуляции (ОФМ), который отличается высокой помехозащищенностью. Этот вид модуляции широко используется в модемах.

Импульсная модуляция. При импульсной модуляции модулирующий сигнал представляет собой последовательность импульсов

(рис. 2.4.2).

1 1 1

Код

0

Переносчик

АИМ

ШИМ

ФИМ

ЧИМ

Рис.2.4.2. Виды импульсной модуляции

43

Используются различные виды импульсной модуляции (см. рис. 2.4.2): переносчик, код, амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), широтно-импульсная модуляция (ШИМ), фазоимпульсная (времяимпульсная) модуляция (ФИМ, ВИМ), частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), кодоимпульсная модуляция (КИМ), дельта-модуляция (ДМ).

Сообщение при использовании импульсной модуляции может быть представлено в виде двоичного кода.

Переносчик – последовательность импульсов определенной амплитуды, длительности, частоты следования, фазы.

АИМ – в зависимости от посылки 0 или 1 меняется амплитуда передаваемых импульсов.

ШИМ – в зависимости от посылки 0 или 1 меняется длительность передаваемых импульсов. Помехоустойчивость ШИМ значительно выше АИМ.

ФИМ – в зависимости от посылки 0 или 1 меняется фаза передаваемых импульсов.

ЧИМ – в зависимости от посылки 0 или 1 меняется период следования импульсов.

КИМ – сообщение квантуется по уровню и времени, а затем каждый дискретный уровень передается с помощью кода в дискретные моменты времени. Для более эффективного использования канала связи модуляция импульсов может производиться одновременно по нескольким параметрам. Параметрами кодоимпульсной модуляции могут являться, например, амплитуда импульсов и их фаза.

Дельта-модуляция (Δ-модуляция) – в каждый момент времени передается или отрицательный или положительный импульс, соответствующий тому или иному знаку приращения. Таким образом, при любом числе уровней осуществляется квантование лишь двух дискретных сигналов, которыми передается только знак приращения функции. Это достоинство дельта-модуляции. Ее недостаток заключается в накоплении ошибок с течением времени. Так, если на приеме вместо положительного импульса в данный момент принят отрицательный, то это сместит значение функции на два уровня вниз. В дальнейшем, несмотря на правильность последующей передачи, эта ошибка будет существовать до тех пор, пока она не будет скомпенсирована ошибкой противоположного знака. Кроме того, ∆-модуляция несет в себе недостатки, связанные с квантованием по времени и по уровню.

44

Многократные методы модуляции. Сообщение может быть передано сложным сигналом, образованным несколькими поочередными модуляциями. Обычно такой сигнал является результатом двойной модуляции: первая модуляция – импульсная, в которой модулируется серия импульсов, или импульсная поднесущая, вторая – непрерывная, в которой модулируется несущая. При тройных модуляциях первая модуляция импульсная, вторая и третья – непрерывные.

2.5. Достоверность передачи информации

Достоверностью называется степень соответствия принятой информации переданной информации.

Оценкой достоверности служит вероятность правильного приема, равная отношению числа правильно принятых символов сообщения (знаков, цифр, элементов сообщения) к общему числу переданных символов при достаточно большом числе передаваемых сообщений. Обычно такое отношение определяется за некоторый промежуток времени. Иногда пользуются понятием «потеря достоверности», которая оценивается частностью ошибок:

где nош – число неправильно принятых символов сообщения; nобщ – общее число переданных символов сообщения.

Искажения возникают:

-при преобразовании сообщения в сигнал;

-при передаче и приеме сигналов;

-при преобразовании сигнала в сообщение;

-из-за особенностей распространения сигнала по линии связи;

-из-за недостаточной помехозащищенности сигнала. Возникают искажения: линейные, нелинейные и случайные. Линейные искажения не сопровождаются появлением новых

частотных составляющих в спектре сигнала и разделяются на частотные (амплитудно-частотные) и фазовые.

Частотные искажения вызываются неравномерным воспроизведением амплитуд отдельных гармонических составляющих сигнала при его прохождении через электрическую цепь из-за наличия в цепях сосредоточенных распределенных реактивностей, зависящих от час-

45

тоты. Так, электромагнитная энергия высоких частот при распространении по линии связи затухает больше, чем электромагнитная энергия низких частот.

Фазовые искажения вызываются неодинаковым относительным сдвигом во времени отдельных гармонических составляющих сигнала при его прохождении через электрическую цепь. Причина: электромагнитная энергия высоких частот распространяется по линии с большей скоростью, чем электромагнитная энергия низких частот. Появляются сдвиг начала импульса и искажение его формы.

К линейным искажениям относятся и искажения из-за ограничения полосы пропускания.

Нелинейные искажения сопровождаются появлением в спектре сигнала новых гармонических составляющих из-за наличия в цепи нелинейных элементов. Искажается форма сигнала.

Случайные искажения вызываются помехами в канале, которые могут создать ложный сигнал или подавить основной сигнал.

Изменения видеоимпульсов возникают из-за краевых искажений и дробления.

Из-за краевых искажений возникает сдвиг переднего фронта импульса. Краевые искажения делятся на искажения преобладания, характеристические и случайные. При преобладаниях импульсы одного знака полярности удлиняются за счет укорочения импульсов другого знака. Характеристические искажения проявляются в виде выбросов, обусловленных характером переходного процесса, искажений формы импульсов и смещений их фронтов под воздействием переходного процесса от предыдущей посылки, который не успевает закончиться. Смещения фронтов импульсов возникают под воздействием случайных помех.

В видео- и радиоимпульсах наблюдаются:

-дробления, т.е. изменение полярности импульса как на части импульса, так и на всей его длительности;

-искажения по соседнему каналу (переходные искажения), вызванные влиянием смежных каналов, т.к. реальные фильтры не полностью отфильтровывают одну полосу частот от другой;

-перекрестные искажения, возникающие при одновременной передаче информации от многих источников в различных частотных диапазонах вследствие нелинейности ряда общих для всех каналов элементов и узлов схемы (усилители, демодуляторы и т.п.).

46

2.6. Организация каналов связи для передачи информации

Для передачи телемеханической информации применяют линии проводной связи, линии электроснабжения и радиотракт (радиорелейные линии, радиопередатчики, радиоприемники, микроволновую и сотовую связь), оптическую связь.

Наиболее широко распространены проводные линии связи. Если они используются только для передачи телемеханической информации, то называются физическими проводниками линий связи. Эту пару проводов (воздушную или экранированную) можно использовать для передачи многих сообщений методами временного или частотного разделения сигналов (уплотнение линии связи). Физическая цепь или самостоятельная двухпроводная линия связи – лучший вариант для организации каналов связи, по которым можно передавать телемеханические сообщения. Однако он дорог, и прокладку самостоятельной (воздушной или кабельной) линии связи на большие расстояния производят в исключительных случаях.

Как правило, по проложенным проводам передается информация связи (телеграфные и фототелеграфные сообщения, телефонная связь, передача данных, звуковое вещание и т.д.), а для целей телемеханики предназначается телеграфный или телефонный канал, т.е. выделяется определенная полоса частот.

При небольших скоростях передачи сигналов телемеханики (50– 75 Бод) применяют телеграфные каналы (обычно каналы тонального телеграфирования), а при скоростях до 4800 Бод требуется телефонный канал. При более высоких скоростях передачи используют телевизионные каналы.

Телемеханическую информацию можно передавать в разных диапазонах частот: тональном (300–3400 Гц), надтональном (3400– 5300 Гц), высокочастотном (свыше 5300 Гц), а иногда и в подтональ-

ном (40–300 Гц).

Передачу одного или двух телемеханических сообщений можно осуществлять по занятому телефонному каналу, не прерывая разговора, то есть без выделения специальной полосы частот (упрощенное уплотнение).

Линии должны быть надежными, помехоустойчивыми и безотказными.

Каналы связи по физическим проводным линиям связи. Воз-

душные линии связи. Воздушные линии связи состоят из металличе-

47

ских проводов, подвешенных с помощью изоляторов и специальной арматуры на столбах. В зависимости от условий, в которых находятся подвешенные провода (гололед, ветер и т.п.), различают воздушные линии связи четырех типов:

-обессиленного;

-нормального;

-усиленного;

-особо усиленного.

В качестве проводов (линейной проволоки) применяют провода:

•стальной D 5; 4; 3;2,5; 2; 1,5 мм;

•медный D 4; 3,5; 3 мм;

•биметаллический сталемедный (покрытие меди 0,2 мм) D 4; 3; 2; 1,6 мм;

•биметаллический сталеалюминиевый D 2,6–6,5 мм;

•стальная воздушная линия fmax до 30 Гц;

•медная воздушная линия fmax до 180 Гц.

Недостатки: подверженность внешним помехам, малая надежность, большая утечка при ухудшении атмосферных условий (гроза, дожди, гололед), большие затраты материалов при сооружении и необходимость постоянного профилактического обслуживания. При снижении температуры на 80°С активное сопротивление Rакт меняется в 1,5 раза.

Кабельные линии связи. Кабель состоит из изолированных параллельных проводников, заключенных в общую влагозащитную оболочку и иногда в броневые покровы. Различают подземные, подводные и воздушные кабели, симметричные и коаксиальные.

Первичные параметры проводных линий связи. Первичными па-

раметрами проводных линий связи являются активное сопротивление R (Ом/км), индуктивность L (Гн/км), емкость C (Ф/км), проводимость изоляции G (См/км).

Активное сопротивление R=R0+Rп.э+Rбл+Rм, где R0 – сопротивление постоянному току; Rп.э – сопротивление поверхностного эффекта; Rбл – сопротивление эффекта близости; Rм – сопротивление потерь в металле (в соседних кабельных цепях и свинцовой оболочке).

Для кабеля учитывают все 4 составляющие, для воздушных линий – только первые две, так как Rбл и Rм малы.

R0 зависит от диаметра провода материала, температуры и способа скрутки жил.

Rп.э – сопротивление переменному току.

48

Rбл – эффект близости, так же, как и поверхностный эффект, возникает за счет взаимного влияния рядом расположенных токонесущих проводов, так как магнитное поле каждого из двух проводов создает вихревые токи в соседнем проводе. Взаимодействие вихревых токов с основным током приводит к увеличению плотности тока на обращенных друг к другу поверхностях проводов. Rбл увеличивается при уменьшении расстояния между проводами.

Rм возникает из-за того, что вихревые токи, создаваемые внешним магнитным полем цепи, нагревают окружающие металлические части.

L зависит от расстояния между проводами (уменьшается с увеличением расстояния), от материала (у стали L больше, чем у меди) и частоты f.

С зависит от расстояния между проводами (увеличивается с уменьшением расстояния) и материала диэлектрика между проводами цепи.

где µ и ε – магнитная и диэлектрическая проницаемости соответственно.

Для воздушной линии LC=1, для кабеля LC=ε.

Проводимость изоляции (утечка) зависит от типа изоляции, частоты тока (возрастает с увеличением ƒ) и климатических условий. Для воздушных цепей на утечку влияют также гололед и иней.

Различают однородные и неоднородные линии.

Вторичные параметры проводных линий – волновое сопротивление ZВ и постоянная передача γ.

Сопротивление, которым можно заменить отрезанную часть бесконечно длинной линии так, что при этом в любых точках оставшейся линии значения тока и напряжения будут прежними, называют волновым или характеристическим сопротивлением.

При частотах больше 10 кГц R и G весьма малы по сравнению с ωL и ωС соответственно, поэтому можно считать, что ZВ L/C .

Для медных воздушных линий связи ZВ=600–900 Ом.

49