Глава 6. Принципы построения

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Таганрогский государственный радиотехнический университет

В.И.ФИНАЕВ

ОБРАБОТКА И ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов – «Автоматизированные технологии и производства» (специальность 210200 – «Автоматизация технологических процессов и производств (в энергетике))».

Таганрог 2003

УДК 681.3

В.И. Финаев. Обработка и передача сигналов в системах дистанционного управления: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. 123 с.

В учебном пособии изучаются принципы построения каналов передачи дискретной информации, изложены основы теории сигналов, изучаются методы дискретизации и квантования сигналов, спектры сигналов. Изложены основы кодирования и декодирования информации и основы построения кодирующих и декодирующих устройств циклических кодов. Уделено внимание основам построения систем передачи дискретной информации с решающей и информационной обратными связями. Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся решению задач автоматизации технологических процессов.

Табл. 10. Ил. 82. Библиогр.: 12 назв.

Рецензенты:

Кафедра «Автоматики и телемеханики» ЮРГТУ,

зав. кафедрой Лачин В.И.;

А.Н. Гуда, зав. кафедрой «Информатика» РГУПС;

В.М.Курейчик, директор регионального (областного) центра новых информационных технологий, проректор по научной работе ТРТУ.

Ó Таганрогский государственный

радиотехнический университет, 2003

Содержание

Введение 6

ГЛАВА 1. КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 7

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 7

1.1 Определение системы передачи информации 7

1.2. Классификация каналов связи 8

1.3. Описание непрерывного канала 10

1.4. Помехи в каналах связи 11

1.5. Описание дискретного канала 12

1.5.1. Описание приема сигналов 12

1.5.2. Описание источника ошибок 13

2. ОСНОВЫ ОПИСАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ КАНАЛОВ 14

2.1. Состояния дискретного канала 14

2.2. Пакеты ошибок 16

2.3. Критерии описания реальных дискретных каналов 17

3. ОСНОВНЫЕ МОДЕЛИ ИСТОЧНИКОВ ОШИБОК 17

3.1. Описание источника ошибок на основе цепей Маркова 17

3.2. Описание источника ошибок на основе процессов

восстановления 18

3.3. Описание источника ошибок на основе процессов накопления 19

3.4. Сопоставление основных моделей 21

4. ЧАСТНЫЕ МОДЕЛИ ИСТОЧНИКОВ ОШИБОК 21

4.1. Модель Гилберта 21

4.2. Модель Эллиота-Гилберта 22

4.3 Модель Элиота 22

4.4. Модель Беннета – Фройлиха 23

4.5. Модель Попова – Турина 23

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИГНАЛОВ 24

1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИГНАЛОВ 24

1.1 Сообщения, сигналы и помехи, как случайные процессы 24

1.2. Система базисных функций 27

2. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ И КВАНТОВАНИЕ СИГНАЛОВ 29

2.1. Общие положения 29

2.2. Регулярность отсчетов 29

2.3. Критерий оценки точности 30

2.4. Способы воспроизведения сигнала 30

2.4.1. Выбор шага дискретизации по временным

характеристикам сигнала 32

2.4.2. Выбор шага дискретизации по производным сигнала 34

2.4.3. Выбор шага дискретизации по вероятностным

характеристикам сигнала 38

2.5. Квантование сигнала 39

ГЛАВА 3. СПЕКТРЫ СИГНАЛОВ 42

1. ЧАСТОТНАЯ ОБЛАСТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИГНАЛОВ 42

1.1. Разложение периодической функции в ряд Фурье 42

1.2. Представление произвольной периодической функции

рядом Фурье 43

1. 3. Комплексный спектр сигнала 44

1.4. Представление произвольной функции на

бесконечном интервале 45

2. СПЕКТР ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ 48

3. СПЕКТР ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ 48

ГЛАВА 4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕМОВ 50

1. ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ 50

2. СПЕКТРЫ МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ 52

2.1. Спектры сигналов, модулированных по амплитуде 52

2.2. Спектры сигналов, модулированных по частоте 54

2.3. Спектры сигналов, модулированных по фазе 57

2.4. Одновременная модуляция по амплитуде и частоте 57

2.5. Спектры манипулированных сигналов 58

2.5.1. Амплитудная манипуляция 58

2.5.2. Частотная манипуляция 59

2.5.3. Фазовая манипуляция 59

3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИСКРЕТНЫХ КАНАЛОВ 61

3.1. Принципы построения многоканальных систем 61

3.2. Принцип действия канала с амплитудной манипуляцией 63

3.3. Принцип действия канала с частотной манипуляцией 64

3.4. Принцип действия канала с относительной фазовой

модуляцией 67

ГЛАВА 5. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ 70

1. ПЕРВИЧНЫЕ КОДЫ 70

1.1. Простой, безизбыточный код 70

1.2. Коды по законам комбинаторики 71

1.2.1. Коды по закону размещений 71

1.2.2. Коды по закону сочетаний 71

1.2.3. Коды по закону перестановок 71

1.2.4. Сменно–качественные коды 72

2. ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЕ КОДЫ 72

2.1. Основные понятия 72

2.2. Оценка корректирующих свойств кода 74

2.3. Коды для обнаружения одиночных ошибок 74

2.3.1. Код с контролем на четность (нечетность) 74

2.3.2. Код с постоянным весом 75

2.3.3. Корреляционный код 75

2.3.4. Код с инверсным дополнением 75

3. ГРУППОВЫЕ КОДЫ 75

3.1. Определение групповых кодов 75

3.2. Проверочная матрица 78

3.3. Условия обнаружения и исправления ошибок 80

4. ЦИКЛИЧЕСКИЕ КОДЫ 81

4.1. Сведения из алгебры полиномов 81

4.2. Построение циклических кодов 82

4.3.Методы обнаружения и исправления ошибок 84

5. КОДИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 87

5.1. Линейные переключательные схемы 87

5.1.1. Устройство умножения 87

5.1.2. Устройство деления 88

5.1.3. Устройство одновременного умножения и деления 90

5.2. Методы кодирования циклических кодов 90

5.2.1. Модель 1 90

5.2.2. Модель 2 90

5.2.3. Модель 3 92

6. ДЕКОДИРОВАНИЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ КОДОВ 94

6.1. Устройство декодирования для режима обнаружения ошибок 94

6.2. Устройство декодирования для режима исправления ошибок 96

6.2.1. Параллельный метод определения ошибок 96

6.2.2. Последовательный метод определения ошибок 98

ГЛАВА 6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ

СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 102

1. СИНХРОНИЗАЦИЯ И ФАЗИРОВАНИЕ 102

1.1. Общее понятия 102

1.2. Метод приема сигналов с неопределенной фазой 103

1.3. Классификация устройств синхронизации 105

1.4. Требования к устройствам фазирования по циклам 107

2. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ВЕРНОСТИ 109

2.1. Требования к системам передачи дискретной информации 109

2.2. Системы без обратной связи 110

2.3. Системы с обратной связью 111

3.СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

С РЕШАЮЩЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 113

3.1. Система с РОС и ожиданием 113

3.2. Система с РОС и непрерывной передачей информации 117

4.СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

С ИНФОРМАЦИОННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 119

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 122

Введение

Специалисты по автоматизации технологических процессов должны знать и понимать процессы преобразования сигналов при передаче информации от датчиков, оконечного оборудования данных к управляющей ЭВМ, контроллерам или другим устройствам обработки информации. При проектировании информационно-управляющих систем, автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) необходимо понимать процессы передачи и преобразования сигналов, обрабатывать сигналы, находить их модели, решать задачи, связанные с проектированием систем передачи дискретной информации для АСУ ТП.

Студент должен знать и уметь использовать: фундаментальные положения теории информации; методы построения избыточных кодов; передачи непрерывной информации с оценкой ошибок дискретизации по времени и по амплитуде; принципы согласования производительности источника с пропускной способностью канала связи, принципы построения систем передачи информации; возможности информационного подхода к оценке качества функционирования систем.

Данное пособие содержит шесть глав.

В первой главе изучаются принципы построения каналов передачи дискретной информации, модели дискретного канала и ошибок в канале связи.

Во второй главе изучаются математические модели сигналов, изложены принципы дискретизации и квантования сигналов.

В третьей главе изучаются спектры сигналов.

В четвертой главе пособия излагаются принципы построения модуляторов и демодуляторов. Рассматриваются спектры модулированных и манипулированных сигналов, а также некоторые типовые функциональные схемы для амплитудной, частотной и фазовой манипуляций.

В пятой главе изложены основы кодирования и декодирования информации. Рассмотрены первичные коды, коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки на примере групповых кодов. Изложены основы построения кодирующих и декодирующих устройств циклических кодов.

В шестой главе изложены принципы построения систем передачи дискретной информации. Уделено внимание принципам построения систем передачи дискретной информации с решающей и информационной обратными связями.

Дата добавления: 2015-10-21