Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Более высокая частотвыь борки ничего не прибавляет к информации, необходимой для восстановления снгв. ла. Здесь возникает проблема предельного значения; ца практике, для того чтобы!в ростить восстановление сигнала, частота выборки принимается несколько вьнч частоты Найквиста. бн ости н в' В технической литературе иногда путают понятия пропускной способност — яспояьзу лосы пропускапия канала, поскольку один и тот же термин — ЬапсСм!асй — ь и именииа ется для двух разных вешей. Пропускная способность — общее понятие, пря ,, фнзььчвсхв к любому виду канала и типу связи и не ограниченное конкретным типом ф тоньке К "В го носителя.
С другой стороны, полоса пропускания канала относится то: я с опресни тотному диапазону, в котором электромагнитные сигналы передаются сканяя нкк ным максимальным затуханием. Само по себе понятие полосы пропус не говорит о пропускной способности канала. ььРв" житель вар При передаче двоичных данных И =. 2 и логарифмический сомцожит: 'л ж ение что 1 ния (9.2) равен единице. Отсюда вытекает распространенное заолужд пускная способность капала в бит/с равна удвоенной полосе пропус скания н Г" ия на коли" ответствии с выражением (9.1) не существует ограничения испояьзуетсн информации, которое способен передать канал, при условии, что исп ' точно болыпос число символов. хн (ий Важным фактором, отрицательно влияюшим на связь, являются тся помех Помехи — это неизбежная реальность окружаюшего мира и неоть: „н ем немое ' канала связи. В электромагнитном канале помехи связаны со случ , айпым те .
движением электронов, а их влияние пропорционально полосе пропу „яв' сканяя нем окр 11омехи могУт возникать в электРическом пРоводнике и под воэдействн вняв мы в шсй среды, при этом проводник велет себя как приемная антенна. Шу нваются относительно уровня мощности передаваемых сигналов. Шум мосатр ить пренебрежимо малые искажения, однако если его уровень мощности ,, внось , велик по отношению к уровню мошности исходного сигнала, то последний ,яком быть искажен до такой степени, что сообшенне ьютеряет первоначачьный г ((Рнемник может неправильно расшифровать сооошение и выполнить не то исв. „, которое предусматривалось передатчиком.
Если для кодирования симво,„вие, ' пользуется много близких уровней напряжения, то символы становится труд„,снол слить и однозначно идентифицировать. Небольшой всплеск напряжения на вивел „вызванный шумом, может быть ошибочно воспринят как сигнал другого чни, в „„соответствующий другому символу.
Поэтому защита от шума и восстановлеввня, ,„квжспных данных являются важными проблемами связи. При выборе пара,,х каналов связи шум является одним из факторов, определяющим большиц,рнрнннмаемых компромиссов. В принципе, шум можно устранить, но ценой нжях затрат; на практике существуют способы борьбы с шумом, позволяющие ;вехи его до безопасного уровня. ПРвблеьяы связи в условиях шума изучались американским математиком Клодом .'.ннояом (С!ацс)е 5(ьаппоп).
В 1948 году. в работе, которая по сей день считается .евой теории связи, Шеннон предложил соотношение, описывающее канал с половвропусканпя И' (Гц), находящийся под влиянием шума. Шеннон ввел характери.ву какала — отношение сигнал/шум ( выпас-со-павке гас(о — 5/ЬС). Она представлясвбой отношение срелних уровней мощности исходного сигнала и шума. чюшенне 5/Сьь обычно выражается в логарифмических единицах — децибелах [дБ!. Свгласно Шеннону, максимальная пропускная способность канала Я„„„(бит/с! 'месой пропускания И' !Гц! и отношением сигнал/шум 5/Ю выражается следуюшв образом )ььнвх = И !082(1 5, М) (9.3) свети етношение Шеннона дает максимальную скорость передачи данных оез иска- вьввя и врн определенном уровне шума. Ее следует рассматривать как фундаменталь- вв"физнч Ф знческий предел, который нельзя достигнуть на практике.
Это понятие экви- вцвввно те термодинамическому пределу преобразования тепла в работу. Так же как и Виедннам ьнег ь нампке, соотношение Шеннона дает наглядное представление о качестве Р е"о процесса связи. (вврактн« 'ввваяодио-, Р яке очень сложно даже приблизиться к пределу Шеннона. Скорость передадной трети от теоретического максимума, обычно считается более чем улов"Рятельвой. Д, "Резание сщ.цой.
Для превышения этого уровня требуется специальное многоуровневое ' игнала, что увеличивает время его обработки (не следует путать со сжатиных кого ое орое уменьшает количество символов, подлежаших передаче). Выигрыш стн передачи може р дачи может обернугься потерями при кодировании и декодировании пехом и ппиемником Р емником. Если данные передаются по каналу со скоростью, превыша"едел Шеннона, то о нона, то ошибки, вносимые шумом, исказят сигнал до такой степени, емннк не с, е сможет его правильно декодировать, внз я!Пеннона показывает, что максимальную скорость передачи ' Уравнения жпо повысит овыснть за счет увеличения полосы пропускация, уровня мощности «ия уровня шума.
При фиксированном (неизменном) уровне шулва И снижен лесы пропускания более эффективно, чем увеличение уровня мошноевне по ' соотвр етствепно, отношения э/Сьс В суцпьостьц все современные разработки 354 355 Глава 9. Цифровые коммуникации в управлении а р цн н ические соединения — физический уровень модели ВОС , Эизи в технике связи нацелены на расширение полосы пропускания в большев й стене чем на повышение уровня мощности. енн Следует обратить внимание, что выражение (9.2) не является частным случ лучани нь. ражения (9.3) при отсутствии шума (т.
е. для Я/аУ оо). Соотношение Н- айквн, представляет собой функцию числа кодируюших символов и приводит к тео ю ' 1 нческн бесконечной пропускной способности для любого канала, Утверждение щ, е клона представляет собой функцию отношения 5/У. В соответствии с выражением (9 2) отсутствии шума и любой полосе пропускания иг > О, можно передавать сколах ) Пан олька у„ но информации при условии, что выбран подходящий способ кодирования В,, случае телефонной линии с полосой пропускания 3000 Гц и типичном отношении 5 'дан 30 ь а (мошность сигнала превышает шум в 1000 раз) предел Шеннона равен 30 кбиту С с.
ь отношение Найквиста определяет, что для передачи зтого количества информ„„ малан должна быть использована схема кодирования с 32 различными уровнями сиш гнма Скорость передачи, опредсляемая соотношением Шеннона, может покаазтм тьса очень маленькой по сравнению с теми скоростями, которые сейчас необходимы, на. пример, для графических рабочих станций, работаюнаих с мультимедийными пряли жениями. Рабочая станция в офисной среде обы цю постоянно соединена с сернерлн высокоскоростными каналами практически при отсутствии внешних помех, Валуа тив, во многих приложениях, связанных с управлением промышленными и техноло.
гическими объектами, физический носитель имеет ограниченную пропускную сно. собность, а уровень шума гораздо выше. В заключение еше раз отметим, что основными ограничениями при создании канала связи являются полоса пропускания и соотношение сигнал/шум. Доступная на. лоса пропускания должна соответствовать необходимой пропускной способностн Если зто условие не выполняется, никакие совершенные средства связи не помоги решить проблему. 9.3.2.
Электрические проводники Наиболее распространенные типы электрических проводников, используеии емые для связи, — зто витая пара и коаксиальный кабель (раздел 4.5.2). Витая пара бс"и елее чувствительна к электромагнитному науму, особенно вблизи силовых каоелей электрооборудования. Оболочка коаксиального кабеля обеспечивает лучшее зкй экрасканна нирование и, следовательно, большую устойчивость к помехам. Полоса пропускав е моки витой пары ограничена несколькими мегагерцами. Это означает, что она не и алка обеспечить скорости передачи выше, чем несколько Мбит/с на расстояния п"р з часта километра.
Однако благодаря своей простоте и низкой стоимости витая пара применяется в качестве среды передачи. спольа)" Коаксиальный кабель имеет полосу пропускания до 500 МГц и ооычно испо - нолосс ется для персдачи радио- и телевизионных сигналов. Благодаря широкой н ' высокгк пропускания коаксиальный кабель позволяет обеспечить значительно более вы скорости передачи, чем витая пара. р~ лосньо Существует функциональное различие между узкополосным и ш прокопал коаксиальным кабелем.
узкополосный (бакебалг() коаксиальный кабель исп полна' узко' ется для цифровой связи иа одной нссугцеи частоте, обычна 5, 10 или 20 МГц аенны полоспый кабель является станлартным решением для большинства промышле чи на приложений. 1Пирокополосный (ЬгооааоопЫ) кабель используется для переда е расстояния нескольких сигналов на разных частотах, так как его козффици, „ьнаиер ухания меньше. Этот кабель мало применяется в промьппленных системах, ,нг аатуха ,ку здесь редко возникает необходимость совмещать передачу телефонных „аскольк ров, офисных данных, телевизионного сигнала и сигналов промышленной ав;онора ки по одному физическому проводу. Прокладка и обслуживание витой пары и ,ач алики льного кабеля обычно не вызывает проблем.
Сети промышленных объектов, коаксизл не будут описаны ниже, используют витую пару и коаксиальный или оптичес,оторие бель в качестве физической среды передачи. „ай ка Одна из основных проблем при применении электрических проводников — зто -енные сигналы. Они вызваны несогласованностью сопротивлений, из-за чего заражен .асгь сит ь сигнала передается нормально, а часть отражается (раздел 4.5.2). Рассогласоаанне с , не сопротивлений обычно связано с изгибами кабеля или дефектными компоненааин— ин — соединителями, терминаторами или отводами. Отраженные сигналы нарувают нормальную передачу, вызывают помехи и ухудшают качества связи. для локализации источников рассогласования используются специальные прим ран называемые кабельными анализаторами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
