Согласование параметров измерительного сигнала с параметрами передающего канала

На рис.15 приведена обобщенная схема измерительной системы, в которой измеряемая величина преобразовывается в измерительный сигнал X(t), носителями измерительной информации (измерительными сигналами) могут быть электрический ток, луч света, звуковые колебания, радиоволны, механические смещения, деформации и т.д. Измерительный сигнал передается по каналу связи, в качестве которого

может быть использован электрический провод, кабель, световод, водная среда, воздушная среда, вакуум и т.д. Выбор носителя измерительной информации составляет предварительный этап согласования параметров передаваемого сигнала с параметрами передающего канала.

Частными количественными характеристиками, определяющими возможности передающего канала, являются: ­ T ­_к­ - время, в течение которого передающий канал предоставлен для передачи измерительной информации; F­ _{к ­} - ширина полосы пропускания; H ­_к­ - динамический диапазон, т.е. отношение мощности в канале к мощности помех в канале. Комплексной характеристикой, определяющей функциональные возможности передающих каналов, является емкость канала .

Частными количественными характеристиками, определяющими свойства передаваемой информации, являются: T­_с - время, в течение которого передается измерительная информация; F­ _с – ширина спектра; H­ _{с ­} динамический диапазон, т.е. отношение максимальной мощности к минимальной. Комплексной характеристикой является объем передаваемого сигнала .

Условие согласования функциональных возможностей передающего канала с параметрами передаваемого сигнала, обеспечивающее передачу измерительной информации без потерь и искажений, состоит в том, что , т.е. или этого условия возможны обменные соотношения между частными параметрами.

Например, сигнал, имеющий ширину спектра 3кГц, необходимо передать по каналу, полоса пропускания

Рис.14. Классификация кодов измерительных сигналов

Рис.15. Схема измерительной системы

которого равна 300 Гц. Это можно сделать, если предварительно записать сигнал на носитель, а затем воспроизводить его со скоростью в 10 раз меньшей скорости записи. При этом все частоты исходного сигнала уменьшатся в 10 раз и во столько же раз увеличится время передачи сигнала. Принятый сигнал необходимо также записать на носитель и воспроизводить его со скоростью, превышающей скорость записи во столько же раз.

Максимальная скорость безошибочной передачи измерительной информации определяется по формуле К.Шеннона где P ­_{c ­ ­}и P ­_п­ – мощности сигнала и помех.

При при безошибочная передача сигнала возможна, но с очень малой скоростью.

Помехоустойчивость каналов связи определяется как где - вероятность ошибки пре передаче информации, т.е. отношение ошибочно переданных знаков к их общему числу. Так при , а при .

Эффективным способом повышения помехоустойчивости является накопление при передаче измерительной информации. Сигнал передается несколько раз, его значения в соответствующие моменты времени суммируются, помеха, являясь случайной, частично компенсируется. При N - кратном повторении сигнала вероятность ошибки будет равна , помехоустойчивость станет равной Для повышения помехоустойчивости также увеличивают объем сигнала, т.е. используют сигнал с наполнением, при этом возрастает величина . Таким образом, противоречивость требований к эффективности и помехоустойчивости побуждает увеличивать или уменьшать объем передаваемого сигнала, не нарушая его согласования с передающим каналом, т.е. не меняя количество содержащейся в нем информации.

Пропускная способность передающего канала определяется выражением

где - множество возможных методов передачи и приема сигнала; С – скорость передачи; I­_T­ – количество информации, получаемое за время передачи T; - априорная энтропия за единицу времени; - средняя апостериорная энтропия в единицу времени.

Если ширина полосы пропускания равна , пропускная способность передающего канала может быть определена как

,

где - средняя плотность шумов в канале; - помеха в канале.

Таким образом, пропускная способность передающего канала будет максимальной, если сигнал закодирован с равномерным спектром в полосе частот, а распределение мгновенных значений сигнала подчиняется нормальному закону распределения вероятности. Фактическая же пропускная способность равна , где - фактически переданная информация