Материал: 1832
Примеры:
1)сведения о ходе плавки в мартеновской печи из лаборатории – информация;
2)письмо – сообщение, телеграмма – информация.
В автоматических устройствах сообщения передаются из одного звена устройства к другому в ходе сигналов. Для передачи сигналов используются такие физические процессы, которые обладают свойством перемещен я в пространстве. К ним относятся звуковые и электромагн тные колебан я, движения струй воздуха и т. д. Это так называемые переносч ки информации. Переносчик должен обладать свойством зменять свою форму или параметры под воздействием сообщен я. Сам по се е переносчик не является сигналом.
гнал – это переносчик с нанесенным на нем сообщением или информац ей. С гналы должны образовываться по определенному закону. С гнал подается в линию и поступает к получателю (абоненту), где он снова прео разуется в сообщение или информацию. Такова общая схема передачи соо щений применительно к теории связи.
Разл чают |
|
деальный (рис. 2.1.1,а) |
и реальный (рис. 2.1.1,б) |
|||||||||||
случаи передачи телемеханической информации. |
||||||||||||||
|
Переносчик |
|
Сигнал |
|
|
|
|
Сигнал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Линия |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
связи |
|
Информация |
|||||||
|
|
Информация |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нформация |
||
|
Переносчик |
|
Сигнал |
Помехи |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сигнал |
|
|
|
нформация |
|
||
|
|
|
Сообщение |
|
|
|
|
помехи |
|
Сообщение+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
помехи |
Сообщение |
|
|
|
|
Информация |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
АДИ |
||||||||||||
Сиб |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|||
Рис. 2.1.1. Идеальный (а) и реальный (б) случаи передачи телемеханической информации
Из-за помех необходимо передавать избыточную информацию (например, повторяем сообщение несколько раз), чтобы информация была достоверной.
11
Информация. Циркуляция потоков информации лежит в основе управления процессами. Для того чтобы с наибольшей эффективностью передать сообщение, нужно, во-первых, наилучшим образом использовать возможности сигнала и, во-вторых, обеспечить максимальную пропускную способность канала связи, т.е. передать наи-
большее количество информации без исключений в единицу времени. В основе управления лежит выбор. Если процесс происходит по заранее заданному закону, который нельзя менять, то и управлять нечем. Напр мер, если поезд от одной станции к другой идет с заданной скоростью по прямому пути без всяких ответвлений, то никаких команд (с гналов) ему посылать не надо. Если на его пути есть стрелка, переключ в которую, можно направить поезд на один путь или на
СибАДИРис. 2.1.2. Передача двух сообщений одним сигналом (а); четырех сообщений двумя сигналами (б);
другой (т.е. выбрать направление), значит есть управление. |
|
|
|||||||||
|
гнал может |
ыть простым или сложным. Элементарный сиг- |
|||||||||
нал может пр н мать два или несколько значений, например, им- |
|||||||||||
пульс постоянного тока различной полярности и амплитуды либо |
|||||||||||
импульс с частотой заполнения f1, f2 |
или f3 |
и т. д. [4]. |
|
|
|
|
|||||
На р с. 2.1.2 представлена схема передачи сообщений с исполь- |
|||||||||||
зованием элементарных сигналов, каждый из которых может прини- |
|||||||||||
мать два значения: f1 |
и f2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
f1 |
|
f2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f1 |
f2 |
f1 |
f2 |
|
|
|
|
f1 |
f2 |
|
|
|
в |
|
||
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|||
|
|
|
|
а |
|
f1 |
f2 f1 |
f2 |
f1 |
f2 f1 |
f2 |
|
|
|
f2 |
f1 |
|
||||||
f1 |
f2 |
f1 |
б |
f2 |
|
г |
д |
|
е |
|
ж |
|
в |
|
|
|
|||||||
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 3 |
4 5 |
6 7 |
8 |
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
восьми сообщений тремя сигналами (в)
Для выбора одного из двух путей (рис. 2.1.2,а) нужен один элементарный сигнал, который обеспечит передачу одного из двух сообщений: для переключения стрелки а на путь 1 нужно послать частоту f1, а для переключения этой же стрелки на путь 2 нужно послать f2.
12
Для выбора одного из четырех путей (рис. 2.1.2,б) нужны два элементарных сигнала, каждый из которых может принимать те же значения f1 и f2. Переключение любой из стрелок осуществляется налево частотой f1, направо – частотой f2. Этими двумя элементарными сигналами можно передать четыре сообщения, т.е. выбрать один из
четырех путей, или поочередно каждый из них. Например, чтобы выбрать путь 3, нужно послать сигналы f2, f1.
СибАДИЕсли необходимо сделать выбор из двух возможных вариантов, например направить поезд на первый или второй путь, поехать напра-
Для выбора одного из восьми путей (рис. 2.1.2,в) нужны три элементарных с гнала: для выбора первого пути – f1, f1, f1, для третьего пути – f1, f2, f1. Так м образом, тремя элементами можно передать
уже восемь с гналов.
Из пр меров следует, что число направлений (вариантов, состояний с стемы, соо щений) растет быстрее числа элементарных сигналов, которыми эти направления выбираются. Так, для передачи
двух сообщен й нужен один элементарный сигнал; для четырех со- |
|
общен й нужно два элементарных сигнала; для восьми сообщений |
|
нужно три элементарных сигнала. |
|
В общем случае количество элементов, необходимое для пере- |
|
дачи заданного числа соо щений, |
|
m logn N , |
(2.1.1) |
где n – число элементарных сигналов; N – заданное число сообщений. |
|
При n=2 |
|
m log2 N . |
(2.1.2) |
во или налево и т.п., то это значит, что перед нами имеется какая-то неопределенность. Когда выбор сделан, то эта неопределенность снимается мы получаем информацию. Информация увеличивается, если неопределенность больше, т.е. если перед нами стоит, например, задача осуществить выбор несколько раз, например трехкратный выбор направления поезда на один из восьми путей. Если из этого трехкратного выбора осуществлен только один выбор, то получим недостаточное количество информации о сообщении объекта, т.е. у нас о нем не будет полной определенности.
Таким образом, количество информации о каком-либо событии следует оценивать степенью определенности наших знаний об этом событии (объекте). За единицу количества информации принимают
13
такое ее количество, которое получается при выборе из двух равновероятных возможностей или содержится в ответе «да» или «нет» на простой вопрос и т. п. Поэтому в уравнении (2.1.2) основание логарифма выбрано равным двум.
В качестве устройств, запоминающих информацию, применяют-
ся реле, триггеры, магнитные элементы с прямоугольной петлей гистерезиса и другие устройства, обладающие двумя устойчивыми состояниями. Одно реле, один триггер или другое подобное устройство способно запомн ть одну единицу количества информации. Такая единица называется двоичной единицей или битом (от анг. bit - binary digit – дво чная ц фра). Для направления поезда на одно из двух рав-
СибАДИφ – начальная фаза.
новероятных направлений ыла передана информация в 1 бит. Дво- |
|
ичная ед н |
ца удо на тем, что соответствует двоичной системе |
счислен я, |
спользуемой в вычислительной технике. Восемь бит об- |
разуют од н байт.
Устройство, позволяющее записать количество информации, равное ед н це, ли одному иту, называется двоичной ячейкой. Если система для запом нания информации имеет, например, 32 состояния, то ее информационная емкость равна c=log232=5 двоичным единицам, т.е. равна по емкости пяти двоичным ячейкам. Проще выполнить пять двоичных ячеек, каждая из которых обладает двумя со-
стояниями, чем одну, имеющую 32 состояния.
Переносчики информации. В телемеханике в качестве переносчиков информации используются электромагнитные колебания в виде
переменного тока или импульсов:
а) переменный ток; аналитическое выражение переменного си-
нусоидального тока |
|
I = Imax sin(ωt+φ), |
(2.1.3) |
где I – мгновенное значение тока; Imax – максимальное значение или |
|
амплитуда; ω=2πf – угловая частота; f – |
линейная частота; |
Переменный ток характеризуется амплитудой, частотой и фазой. Изменение этих параметров переменного тока при наложении на него информации осуществляется при помощи модуляции;
б) импульс, спектр, полоса частот; импульсы постоянного тока или напряжения называются видеоимпульсами (рис. 2.1.3,а). Радиоимпульсами (рис. 2.1.3,б) называются импульсы переменного тока,
14
которые образуются при заполнении импульсов постоянного тока вы- |
||
сокочастотными колебаниями. |
|
|
а |
τ |
|
|
|
|
|
А |
|
б |
|
|
|
Р с. 2.1.3. Временные диаграммы видеоимпульсов (а) |
|
|
рад о мпульсов ( ) как переносчиков информации |
|
|
Дл тельность τ отсчитывается на уровне 0,5А, т. е. половины |
|
амплитуды. |
|
|
|
Разл чают пер од следования импульсов Т и скважность Q: |
|
|
Q=T/τ. |
(2.1.4) |
|
2.2. Квантование |
|
|
Квантование по времени. Если замена непрерывной функции |
|
ее отдельными значениями производится в определенные моменты |
||
времени, то этот процесс называется квантованием по времени, или |
||
дискретизацией. На рис. 2.2.1,а показано, что горизонтальная ось |
||
времени делится на интервалы, отстоящие друг от друга на один и тот |
||
же интервал квантования ∆t [2]. |
|
|
|
Далее проводят вертикальные линии до пересечения с квантуе- |
|
мой функцией в точках 1, 2, 3, ..., 9 |
определяют значения функции, |
|
начиная с λ0(t). Это значит, что в интервале Т непрерывная функция |
||
СибАДИλ(t) будет передаваться не бесконечным рядом значений, а в данном |
||
случае всего лишь десятью значениями. Нахождением точек, опреде- |
||
ляющих значение непрерывной функции в дискретные моменты вре- |
||
мени, процесс квантования по времени заканчивается. |
||
|
Если нужно восстановить квантованную функцию, осуществля- |
|
ют один из видов интерполяции, например ступенчатую. При этом |
||
проводят из точек 0, 1, 2, ..., 9 горизонтальные линии до пересечения |
||
15