Электрические каналы

Наиболее распространены в виде проводных линий связи, специально сооруженные для других целей.

Рис. 5.2

Схема замещения проводной линии связи имеет вид (рис. 5.2), где R₀ – активное сопротивление линии, зависящее от материала, сечения проводов, температуры среды, частоты сигналов (при увеличении частоты растет из-за наличия поверхностного эффекта), G₀ – проводимость изоляции, зависящая от вида изоляции, влажности среды и частоты сигнала, L₀, C₀ – зависят от конструкции линии.

R₀, L₀, G₀, и С₀ – параметры определяют волновое сопротивление линии:

,

где ω – частота сигнала.

Для того чтобы вся энергия, проходящая по линии, поступала в нагрузку ее сопротивление должно быть равно волновому сопротивлению линии, иначе возникают отражения. Это приводит к потерям сигнала и искажениям его формы.

Конструктивно проводные линии разделяют на кабельные и воздушные.

Часто в системах телемеханики используют «готовые» линии связи, например, линии электропередач.

Радиоканалы

Радиоканалы различают по диапазонам частот.

На распространение радиоволн влияют отражающие и поглощающие свойства земной поверхности и атмосферы (особенно ионосферы). УКВ и СВЧ сигналы распространяются, в основном, в соответствии с законами оптики.

Разделение каналов

В многоканальных системах сигнал каждого источника должен попадать только в свой приемник. Эта процедура называется разделением каналов или сигналов.

Различают следующие основные методы разделения каналов:

1. пространственные,

2. частотные,

3. временные,

4. фазовые,

5. корреляционные.

Пространственное разделение

Каждому каналу отводится индивидуальная линия связи (рис.5.3),

где ЛС_к - линия связи k-ого канала,

Х_к - k-й датчик,

П_хк - k -й приемник.

Рис. 5.3

Частотное разделение

Для различных каналов выделяются непересекающиеся частотные участки Δf_k на частотной шкале (рис. 5.4).

Основное преимущество таких систем – возможность одновременной передачи сигналов в разных каналах.

Второе преимущество – возможность передачи от рассредоточенных объектов.

Недостаток – взаимное влияние каналов из-за перекрытия спектров сигналов, неидеальности полосовых фильтров и появление паразитных частотных составляющих из-за нелинейности электрических цепей (перекрестная модуляция).

Рис. 5.4

Временное разделение

Сигналы датчиков передаются в непересекающихся отрезках времени Δ(t_k) (рис. 5.5),

где Р ‑ распределитель – коммутатор.

Рис. 5.5

Основная проблема – синхронизация коммутаторов.

Фазовое разделение

Фазовое разделение для двуканальных систем представлено на рис. 5.6,

где М – модулятор, ФД – фазовый детектор, ЛС – линия связи.

Рис. 5.6

Корреляционное разделение

Оно основано на использовании ортогональных сигналов. Условие ортогональности имеет вид .

Ортогональную систему образуют, например, следующие функции:

1. бесконечное множество функций , , где k-целое неотрицательное число, ортогонально на интервале 0<t=2π/ .

2. множество произвольных функций на непересекающихся интервалах времени, а в остальное время равных нулю.

3. функции Хаара, Уолша, Радемахера, Лежандра, Лагера и т.д.

Многоканальную систему с корреляционным разделением представлена на рис. 5.7.

Рис. 5.7

М_к - модулятор k-го канала,

Г_к - генератор функции g_k(t),

К_к - коррелятор k-го канала,

Х_к - датчик k-го канала,

ЛС - линия связи

Корреляционный метод особенно эффективен при перекрывающихся спектрах сигналов.

Структура каналов связи

Канал передачи состоит из линии связи, модулятора, демодулятора, кодирующего и декодирующего, а также решающих устройств.

Варианты структур каналов изображены на рис. 5.8.

Рис. 5.8

Лекция №6

Пропускная способность канала и скорость передачи по каналу связи

Информационная модель канала

Для дальнейшего анализа будем использовать обобщенную информационную модель канала связи (рис. 6.1).

Рис. 6.1

ИИ ‑ источник информации, П₁, П₂ ‑ преобразователи информации, ИП ‑ источник помех, ЛС ‑ линия связи, ПИ-приемник информации. Сигналы источника будем называть сообщениями, а сигналы преобразователя П1 просто сигналами. В результате действия помех сигнал на выходе линии ЛС отличается от . Помехи имеют случайный характер и подчиняются статистическим законам. Если канал используется для передачи кодоимпульсных сигналов, он называется дискретным, если для непрерывных сигналов ‑ непрерывным.

Для организации эффективной передачи по каналу требуется:

1) определить максимально возможную скорость передачи информации,

2) разработать коды, позволяющие увеличить скорость,

3) согласовать канал с источником, чтобы обеспечить передачу информации с минимальными потерями.

Важнейшей характеристикой канала является пропускная способность:

.

‑ максимально возможное значение среднего количества информации в одном символе принятого сигнала.

Количество информации

I (Y,X)=H(Y)-H(X/Y),

где Н(Y)-энтропия принятого сигнала,

Н(Х/У)-средняя условная энтропия ансамбля сигналов Y при известных переданных сигналах Х, характеризующих среднюю остаточную неопределенность принимаемых сигналов, если известны передаваемые.

Значение max {I(Y,X)} не зависит от источника, так как является максимумом средней информации, которая может быть передана одним символом при оптимальном источнике.

Пропускная способность зависит исключительно от канала.