- •Вводная лекция
- •В.1 Определение, задачи и проблемы
- •В.2 Телемеханические устройства, комплексы и системы
- •В.3 Краткая историческая справка развития телемеханики
- •Часть 1. Сообщения и сигналы
- •СОДЕРЖАНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИГНАЛАХ
- •1.1. Основные типы сигналов
- •1.2. Периодические сигналы
- •1.4. Спектр одиночного прямоугольного импульса
- •2. МОДУЛЯЦИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
- •2.1. Амплитудная модуляция
- •2.2. Частотная модуляция (ЧМ)
- •2.3. Фазовая модуляция (ФМ)
- •2.4. Одновременная модуляция по амплитуде и по частоте
- •3. ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
- •3.2. Фазоимпульсная модуляция (ФИМ)
- •3.3. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
- •4. МАНИПУЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ
- •4.1. Амплитудная манипуляция (АМП)
- •4.2. Фазовая манипуляция (ФМП)
- •4.3. Частотная манипуляция (ЧМП)
- •4.4. Двукратная модуляция
- •4.5. Спектры радиоимпульсов
- •5. МОДУЛЯТОРЫ И ДЕМОДУЛЯТОРЫ
- •5.1. Амплитудные модуляторы
- •5.2. Детекторы АМ-сигналов
- •5.3. Модуляторы однополосного сигнала
- •5.4. Детекторы ОАМ-сигнала
- •5.5. Частотные модуляторы
- •5.6. Детекторы ЧМ-сигналов
- •5.7. Фазовые модуляторы
- •5.8. Фазовые детекторы (ФД)
- •5.9. Амплитудно-импульсные модуляторы
- •5.11. Широтно-импульсный модулятор
- •5.12. Демодуляторы ШИМ-сигналов
- •5.13. Фазоимпульсные модуляторы
- •5.14. Детекторы ФИМ-сигналов
- •5.15. Дискретный амплитудный модулятор
- •5.17. Модуляторы ЧМП-сигналов
- •5.19. Модуляторы ФМП-сигналов
- •5.20. Детекторы ФМП-сигнала
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Часть 2. Коды и кодирование
- •СОДЕРЖАНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. КОДЫ И КОДИРОВАНИЕ
- •1.1. Основные понятия
- •1.2. Цифровые коды
- •1.3. Простые двоичные коды
- •1.4. Оптимальные коды
- •2. КОРРЕКТИРУЮЩИЕ КОДЫ
- •2.1. Основные понятия
- •2.2. Коды с обнаружением ошибок
- •2.3. Коды с обнаружением и исправлением ошибок
- •2.4. Частотные коды
- •3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ НЕПОМЕХОЗАЩИЩЕННЫХ КОДОВ
- •3.2. Дешифратор двоичного кода в десятичный код
- •3.3. Дешифратор двоично–десятичного кода в десятичный
- •3.4. Преобразователи двоичного кода в двоично–десятичный код и обратно
- •3.5. Преобразователь двоичного кода 8–4–2–1 в самодополняющийся двоично–десятичный код 2–4–2–1
- •3.6. Преобразователь самодополняющего двоично–десятичного кода 2–4–2–1 в двоичный код 8–4–2–1
- •3.7. Преобразователь кода Грея в двоичный код и обратно
- •3.8. Технические средства кодирования и декодирования эффективных кодов
- •3.9. Схемы равнозначности кодов
- •4.1. Кодер и декодер кода с защитой на четность
- •4.2. Кодер и декодер кода с постоянным весом
- •4.3. Кодер и декодер кода с двумя проверками на четность
- •4.4. Кодер и декодер кода с повторением
- •4.5. Кодер и декодер кода с числом единиц, кратным трем
- •4.6. Кодер и декодер инверсного кода
- •4.7. Кодер и декодер корреляционного кода
- •4.8. Кодер и декодер кода Бергера
- •4.10. Кодирующее и декодирующее устройство кода Хемминга
- •4.11. Технические средства умножения и деления многочлена на многочлен
- •4.12. Кодер и декодер циклического кода
- •4.13. Кодер и декодер итеративного кода
- •4.14. Кодер и декодер рекуррентного кода
- •5.1. Кодер и декодер кода на перестановки
- •5.2. Кодер и декодер кода на размещения
- •5.3. Кодер и декодер кода на сочетания
- •5.4. Дешифратор одночастотного кода
- •5.5. Кодер и декодер сменно–качественного кода
- •6. КОДЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ
- •6.1. Методы кодирования
- •6.2. Шифратор и дешифратор кода Манчестер–2
- •ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Часть 3. Линии связи и помехоустойчивость информации
- •СОДЕРЖАНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ЛИНИИ И КАНАЛЫ СВЯЗИ
- •1.1. Понятие о линии и канале связи
- •1.2. Способы разделения каналов
- •1.3. Проводные линии связи
- •1.4. Использование высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) в качестве линий связи
- •1.6. Радиолинии
- •1.7. Оптические линии связи
- •1.9. Структура линий связи
- •1.10. Сети передачи дискретных сообщений
- •1.11. Расчет основных характеристик цифровых линий связи
- •1.12. Расчет волоконно–оптической линии связи
- •2. ПОМЕХИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
- •2.1. Общие сведения о помехах
- •2.2. Математическое описание помехи
- •2.3. Виды искажений
- •3. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
- •3.1. Основные понятия
- •3.2. Помехоустойчивость передачи дискретных элементарных сигналов
- •3.3. Приём с зоной стирания
- •3.4. Помехоустойчивость двоичных неизбыточных кодов
- •3.5. Помехоустойчивость кодов с обнаружением ошибок
- •3.7. Помехоустойчивость систем с дублированием сообщений
- •3.8. Помехоустойчивость систем с обратными каналами связи
- •4. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
- •4.1. Общие соображения
- •4.2. Помехоустойчивость непрерывных методов модуляции
- •4.3. Помехоустойчивость импульсных методов модуляции
- •4.4. Потенциальная помехоустойчивость сложных видов модуляции
- •5. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
- •5.1. Методы повышения помехоустойчивости передачи дискретных сообщений
- •5.2. Методы повышения помехоустойчивости передачи непрерывных сообщений
- •ЛИТЕРАТУРА
- •ПРИЛОЖЕНИЕ
1.ЛИНИИ И КАНАЛЫ СВЯЗИ
1.1.Понятие о линии и канале связи
Линии связи являются основным, наиболее характерным и определяющим звеном системы передачи информации. От их состояния прежде всего зависит надежность действия систем телемеханики. Свойство, параметры и характеристики линий связи, а также их стабильность во времени и при изменении внешних условий определяют энергетические требования, предъявляемые к сигналу, оказывают влияние на его формирование и на используемые методы передачи, на принципы построения схемных решений приемопередающей аппаратуры.
Линия связи – это физическая среда, по которой передаются сигналы. Можно выделить два класса линий связи: проводные и беспроводные.
Проводные линии связи по использованию подразделяются на воздушные и кабельные. На воздушных линиях металлические провода подвешиваются к изоляторам, укрепленным на специальных опорах. Используемый провод может быть стальным, медным или биметаллическим. К числу проводных воздушных линий связи относятся и высоковольтные линии электропередач (ЛЭП), которые кроме своего основного назначения – транспортировки электрической энергии – используются в качестве линий связи.
Для сооружения кабельных линий связи применяют специальной конструкции систему металлических проводов – кабель, куда входят, кроме различного числа пар (чисел) проводов, дополнительные средства повышения механической и электрической прочности: специальная изоляция, свинцовые оболочки, битумные, резиновые, металлические покрытия. В зависимости от конкретного назначения и вида использования кабели укладывают либо в земляные траншеи, либо в специальную канализацию. К кабельным линиям могут быть отнесены и высоковольтные кабели распределительных силовых сетей на промышленных предприятиях. В отдельных случаях кабели применяются на воздушных линиях связи. Для проводных линий свойственен электрический процесс (движение свободных электронов), который и используется в качестве переносчика.
Беспроводные линии связи, как естественные физические среды, подразделяются на радио-, гидравлические, пневматические и акустические с воздушной средой линии.
Радиолинией, для которой характерен процесс распространения электромагнитных волн, принято называть околоземное и космическое пространство. Реально используемый диапазон частот для излучения электромагнитной энергии определяется частотами 3·10-4… 3·1012 Гц. В последние годы созданы генераторы оптического излучения – лазеры, возбуждающие электромагнитные колебания с частотами от 3·1012 до 3·1015 Гц. Существующая специфика излучения в этом диапазоне обусловила выделение его в так называемую оптическую линию связи. Что касается гидравлических линий, представленных водным
3
пространством морей и океанов, то переносчиком в них являются механические колебания самой среды – звуковые волны, возбуждаемые специальными вибраторами.
Сооружение линий связи требует больших капитальных затрат, в большинстве случаев значительно превосходящих затраты на аппаратуру телемеханики. Это обстоятельство является одной из основных причин, обусловливающих необходимость наиболее эффективного их использования. Пути решения такой задачи находят в создании многоканальных систем передачи информации и повышении пропускной способности каналов связи.
|
|
|
Таблица 1.1 |
Классификация линий связи по характеру используемых колебаний |
|||
|
|
|
|
Тип линии связи |
Наименование линии связи |
Диапазон частот, Гц |
|
|
|
|
|
Механическая |
Жесткая |
< 10 |
|
|
Гидравлическая |
< 10 |
|
|
Пневматическая |
< 10 |
|
Акустическая |
Акустическая с воздушной средой |
10 K10 6 |
|
|
Гидроакустическая |
10K107 |
|
Электрическая |
Воздушная |
0K2 105 |
|
(проводная) |
|
|
|
Симметричный кабель |
0K106 |
||
|
Коаксиальный кабель |
0K15 106 |
|
Радио |
Радиосвязь |
3 104 K3 1012 |
|
(беспроводная) |
|
|
|
В том числе волны: |
длинные |
3 104 K3 105 |
|
|
|
средние |
3 105 K1,5 106 |
|
|
промежуточные |
1,5 106 K3 106 |
|
|
короткие |
3 106 K3 107 |
|
|
метровые |
30 106 K300 106 |
|
|
дециметровые |
300 106 K3 109 |
|
|
сантиметровые |
3 109 K30 109 |
|
|
миллиметровые |
30 109 K300 109 |
|
|
децимиллиметровые |
300 109 K3 1012 |
|
Радиорелейная |
|
30 106 K3 1010 |
|
Космическая |
30 106 K3 1010 |
|
Оптическая |
Оптическая с открытой средой |
0,3 1015 K1 1015 |
|
|
Волоконно-оптическая |
0,3 1015 K0,8 1015 |
Канал связи – это совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений по линии связи с заданной степенью верности от источника приемнику. Может быть организовано много каналов связи для передачи сообщений многим приемникам (ТУ) или от многих источников (ТИ, ТС) по одной линии связи.
4
Втехнике передачи информации находят применение механические, акустические, оптические, электрические и радиоканалы, различаемые по используемым линиям связи и по физической природе сигналов.
Втелемеханике наибольшее применение нашли три типа каналов: электрические, радио- и оптические. Основным, но не единственным признаком в пределах каждого вида каналов обычно служит диапазон рабочих частот
(табл. 1.1).
Если проводные линии связи используются только для передачи телемеханической информации, то они называются физическими проводными линиями, которые можно многократно использовать для передачи многих сообщений, применяя при этом методы частотного или временного разделения сигналов. Несмотря на то, что физическая цепь является лучшим вариантом для организации каналов связи, вариант этот дорог и прокладка такой цепи на большие расстояния производится в исключительных случаях. Как правило, по проводным линиям связи передается информация связи (телеграфные и фототелеграфные сообщения, телефонная связь, передача данных и т.д.), а для целей телемеханики предназначается телефонный или телеграфный канал, т.е. выделяется определенная полоса частот.
При скоростях передачи информации 50…75 бод применяются телеграфные каналы, а при скорости передачи до 4800 бод – телефонный канал. При более высоких используются телевизионные каналы. Если необходимо передать всего одно или два телемеханических сообщения, то это можно осуществить по занятому телефонному каналу не прерывая разговор, т.е. без выделения специальной полосы частот.
Каналы связи для передачи телемеханической информации можно организовать не только по проводным линиям связи, но и по линиям электроснабжения и по радиотракту.
Независимо от числа линий связи каналы должны быть, во-первых, надежны и, во-вторых, уровень помех в линии связи не должен превышать допустимый во избежание нарушения достоверности передачи.
Каналы передачи информации состоят из линии связи, модулятора и демодулятора (кроме случая, когда для передачи используется простая модуляция, при которой сигнал в линии связи совпадает с сигналом датчика), кодирующего
идекодирующего, а также решающих устройств, позволяющих с высокой степенью достоверности принять и передать сообщение. Для увеличения надежности передачи применяются также каналы обратной связи. Варианты структур каналов приведены на рис. 1.1.
Решающее устройство Р служит для классификации сомнительных сигналов, отождествляя их с достаточно высокой степенью достоверности с состоянием источника информации или с определенным кодом.
Канал связи начинается со входа передатчика и оканчивается выходом приёмника.
5
6
1 |
ИИ |
|
|
2 |
ИИ |
|
|
3 |
ИИ |
|
|
4 |
ИИ |
|
|
5 |
ИИ |
|
|
6 |
ИИ |
|
7 |
ИИ |
|
М |
К |
М |
К |
М |
Р |
К |
М |
Р |
К |
М |
Р |
К |
М |
ЛС |
ЛС |
ЛС |
ЛС |
ЛС |
ПК |
ЛС |
ОК |
ПК |
ЛС |
ОК
|
|
|
ПИ |
|
ДМ |
|
ПИ |
|
ДМ |
ДКУ |
ПИ |
ДМ |
ДКУ |
Р |
ПИ |
ДМ |
ДКУ |
Р |
РИ |
ДМ |
ДКУ |
Р |
РИ |
ДМ |
ДКУ |
Р |
РИ |
Рис. 1.1. Варианты структур каналов передачи информации:
1 – элементарная; 2 – с модуляцией; 3 – с модуляцией и кодированием; 4 – с решающим устройством на приёме; 5 – с решающим устройством на приёме и передаче; 6 – с информационной обратной связью; 7 – с решающей обратной связью
6