Файл: Бездудный, В. Г. Техника безопасности в шахтном строительстве.pdf

ансамбли — результат случайного выбора из множества исходных сообщений. Появление каждого сообщения рассматривают как слу­ чайное событие с заданной вероятностью. Поэтому при выводе основных положений теории информации используют вероятностный подход.

Основная задача теории информации и кодирования — создание систем связи, обеспечивающих заданную точность при минимальных значениях их параметров (мощности, полосы частот, времени передачи и др.). Частными задачами при этом являются: измерение количества информации; изучение свойств информации; разработка оптимальных методов кодирования; разработка методов передачи информации, обес­ печивающих максимальную пропускную способность каналов связи при наличии помех.

Выводы: 1. Не следует путать понятия информация и знание. Создание информации со стороны источника рассматривается как цепь случайных событий и при исследовании ансамблей сообщений ис­ пользуется математический аппарат теории вероятностей.

2.Информация от источника к адресату передается при помощи сигналов, которые могут быть «прочитаны» благодаря тому, что ад­ ресату известен закон формирования сообщений из данных сигналов.

3.Теория информации и кодирования изучает закономерности передачи и приема сообщений с целью создания информационных си­

стем, передающих данные с максимальной точностью при минималь­ ных затратах.

Сообщения передаются от объекта к адресату при помощи совокуп­ ности технических средств, которые образуют систему передачи ин­ формации. Сколько существует методов отображения информации, столько можно создать и способов ее передачи. Поэтому, говоря в дальнейшем о модели системы передачи информации, будем иметь в виду ее наиболее общий вид (рис. 4). К системам передачи информации относится и почта, и телевидение, и сигнализация при помощи костров,

Объект

I

Рис. 4. Обобщенная модель системы передачи информации.

9

которые разжигали в горах древние воины при приближении против­ ника.

В качестве примера рассмотрим работу одноканальной системы передачи информации, в которой объект — скрипач в радиостудии, адресат— слушатель. Первичным преобразователем является микро­ фон. Сигнал с микрофона через систему усилителей и модулятор по­ ступает на передатчик. Затем через приемник демодулированный и усиленный сигнал попадает к адресату. Шифратор и дешифратор в данной системе представлены в неявном виде, так как, с некоторыми допущениями, шифратором можно было бы, например, считать компо-

Рис. 5. Модель многоканальной системы передачи информации.

зитора, кодом — ноты, а дешифратором — элементы слухового и эмоционального восприятия слушателя. Такое допущение сделано с, целью подчеркнуть условность общей модели системы передачи ин­ формации.

В простейших каналах связи приемник, передатчик и преобразо­ ватель мощности могут быть совмещены. Например, телефон (или теле­ граф): сигналы от микрофона (или телетайпа) передаются непосред­ ственно по проводной линии связи.

Для многоканальной системы передачи информации характерны устройства объединения и разделения сигналов (рис. 5). Предположим, требуется передать информацию о состоянии доменных печей. Первич­ ные преобразователи (например, датчики температуры и уровней, газоанализаторы) передают информацию в электронную вычислитель­ ную машину, которая ее обрабатывает и затем в определенной по­ следовательности передает на модулятор. В данном случае ЭВМ иг­ рает роль устройства объединения и шифратора. Адресатом является световое табло, на котором доменные печи обозначены условными сим­ волами. Рядом с символом домны в соответствующих ячейках появля­ ются цифры, отражающие информацию о времени загрузки, проценте содержания кислорода, количестве выплавленного металла и т. д.

Многоканальная система допускает построение кодирующих уст­ ройств до устройства объединения, а декодирующих — после устрой­ ства разделения. Однако ее следует пытаться строить так, как показа­ но на рис. 5, что приводит к существенной экономии аппаратуры.

10

Многоканальная система не обязательно подразумевает передачу информации по нескольким проводам или на нескольких несущих. Не следует путать канал связи и линию связи. Канал связи — совокуп­ ность технических средств, предназначенных для передачи информации от объекта к адресату; линия связи —■среда, в которой распространя­ ются сигналы, несущие информацию. Для повышения пропускной спо­ собности линий связи по ним передают сообщения от нескольких ис­ точников одновременно. Такой прием называется уплотнением. В этом случае сообщения от каждого источника передаются по своему каналу связи, хотя линия связи у них общая.

Рис. 6. Каналы связи.

Вполне возможно, что у одного объекта может быть несколько адресатов, например в системах телеуправления, телеизмерения и телесигнализации. В зависимости от структуры связи объекта с ад­ ресатами каналы связи могут быть: последовательными — однофидер­ ная линия связи проходит через каждого адресата А ± — А ъ (рис. 6, а); радиальными — каждый из адресатов Л, — Лв соединен с объектом отдельной однофидерной линией; число линий связи больше или равно двум (рис. 6, б); кустовыми — однофидерные линии соединяют с объек­ том по несколько адресатов; число линии связи больше или равно двум (рис. 6, в); древовидными — однофидерные линии непосредственно не соединяются с объектом, а подключаются к нему через отдельную ли­ нию; число линий связи больше или равно трем (рис. 6, г).

В зависимости от линии связи каналы связи делятся на провод­ ные, (металл), радио (воздух), оптические (световой луч), гидроаку­ стические (вода).

Передача информации при помощи проводов — наиболее древнее и по сей день наиболее распространенное средство связи объекта с адресатом. Проводные каналы связи бывают одностороннего (симплексный) и двустороннего (дуплексный) действий.

Проводные каналы связи используются обычно в диапазоне от долей герца до 12 кгц. Частотный диапазон проводного канала связи ограничен по той причине, что с увеличением частоты возрастает активное сопротивление провода под влиянием поверхностного эффекта. Максимальная протяженность проводного канала связи определяется затуханиями в нем, которые, в свою очередь, зависят от параметров линии связи: активного сопротивления, индуктивности, емкости и проводимости изоляции проводов. Эти параметры меняются в зависимости от времени года (актив­ ное сопротивление зимой минимальное, летом — максимальное), расстояния между

И

проводами (чем больше расстояние, тем больше емкость), диаметра проводов (чем больше диаметр, тем больше индуктивность), влажности воздуха (чем больше влаж­ ность, тем больше проводимость изоляции проводов). Поэтому при передаче информа­ ции на большие расстояния возникает необходимость в промежуточной аппаратуре, которая осуществляла бы усиление и частичную регенерацию импульсов, а также коррекцию их частотных искажений.

В настоящее время для передачи информации применяют телефонные и теле­ графные каналы, в которых дополнительная аппаратура установлена лишь на переда­ ющем и приемном концах. При этом чаще стараются использовать подземные (кабель­ ные) каналы связи, так как они меньше зависят от внешних условий и имеют стабиль­ ные параметры. Кроме того, у кабелей значительно лучше частотные характеристики. Разработаны специальные коаксиальные кабели, которые могут использоваться в диапазоне от 60 до 12 000 кгц, что позволяет передавать по ним даже телевизионные программы.

Для передачи информации используют также линии электропередачи (ЛЭП). К достоинствам ЛЭП следует отнести высокую прочность конструкций, а также

строгий надзор за ними, меньшую возможность случайных повреждений; к недостат­ кам — ЛЭП могут отключить и планово, и аварийно, и для проверки новых под­ станций.

Особенности передачи информации по радиоканалу определяются преимущест­ венно выбранным рабочим диапазоном частот (табл. 1).

Длинноволновый (ДВ) диапазон. Длинные волны хорошо огибают Землю и сравнительно слабо поглощаются ею. Кроме того, на распространение длинных волн ионосфера практически не влияет, и, следовательно, условия их распространения заметно не изменяются в течение суток. Длинные волны, хорошо отражаются от само­ го нижнего ионизированного слоя атмосферы, и на больших расстояниях напряжен­ ность пространственной волны оказывается больше напряженности поверхностной. Однако для передачи в этом диапазоне необходимо применять высокие антенны, так как к. п. д. антенны зависит от соотношения ее размеров и длины волны, либо мощные передатчики, чтобы компенсировать низкий к. п. д. антенны.

Средневолновый (СВ) диапазон. Средние волны распространяются в виде как поверхностных, так и пространственных волн. Днем пространственные волны испы­ тывают сильное поглощение при отражении от ионосферы, поэтому для связи основ­ ную роль играют поверхностные волны. Ночью поглощение при отражении от ионо­ сферы резко уменьшается, поэтому связь обеспечивается пространственными волна­ ми. В результате интерференции пространственных и поверхностных волн в местах приема с наступлением темноты наблюдаются значительные замирания сигналов с периодом в несколько секунд. Устойчивость связи СВ диапазона в значительной сте­ пени зависит от сезона года и фазы солнечной активности (при одинаковых размерах) к. п. д. антенн для передачи в СВ диапазоне значительно выше, чем в ДВ диапазоне.

Коротковолновый (КВ) диапазон. Короткие волны распространяются в виде как поверхностных, так и пространственных волн. Поверхностные волны испытывают сильное поглощение Землей. Поэтому связь в КВ диапазоне осуществляется преиму­ щественно пространственными волнами. Благодаря способности многократного от­

12

ражения от ионосферы волны КВ диапазона могут распространяться на значитель­ ные расстояния. Устойчивость связи в КВ диапазоне сильно зависит от процессов, происходящих в ионосфере, в связи с чем наблюдаются глубокие замирания сигна­ лов длительностью от десятых долей секунды до нескольких секунд. Качество связи меняется в течение дня, месяца и года, а также в течение цикла солнечной актив­ ности.

Ультракоротковолновый (УКВ) диапазон. Дальность дифракционного распрост­ ранения ультракоротких волн лишь незначительно превышает расстояние прямой видимости и приблизительно равна (рис. 7), ,

(2)

где Лх и /г3 — высота подъема соответственно передающей и приемной антенны.

В ультракоротковолновом диапазоне работают радиорелейные линии связи. Радиорелейные линии очень надежны, что обеспечивается резервированием аппара­

стоянии 0,1 светового года); колоссальная плотность энергии (в середине лазерного луча плотность энергии составляет 1018 вт/м2, а на Солнце — 108 вт!м2); огромная пропускная способность. Последнее свойство представляет интерес для создания ин­ формационных систем с оптическим каналом связи.

Известно, что пропускная способность канала связи прямо пропорциональна рабочей полосе частот. Лазер может обеспечить ширйну полосы порядка 1012—1014 гц (для сравнения напомним: на красном участке оптического спектра частота световых колебаний равна 4 • 10и гц), что позволяет разместить только в этом диапазоне около биллиона телефонных каналов. Другими словами, оптический канал связи может обеспечить одновременную передачу всех телефонных разговоров на всех телефон­ ных станциях мира.

Следует ожидать, что лазеры найдут применение прежде всего в устройствах

1 Слово лазер составлено из первых букв английского названия принципа, по которому работает квантовый генератор: light amplification by stimulated emission of radiation.

13