- •В.Г. Шахов основы информационных технологий
- •Введение
- •Глава 1 Теоретические основы информационных технологий
- •1.1. Теория сигналов и спектральный анализ
- •1.2. Управление колебаниями
- •1.3. Теория информации
- •1.4. Дискретизация и квантование
- •Глава 2 Сжатие информации
- •2.1. Адаптивная дискретизация, разностная и дельта-модуляция.
- •2.2. Статистическое сжатие
- •2.3 Сжатие динамического диапазона.
- •2.4. Эффективное кодирование
- •2.5. Модификации кодов Хафмана
- •2.6. Алгоритмы Лемпеля – Зива
- •2.7. Сжатие графических изображений
- •2.8. Видеостандарт mpeg
- •Глава 3 Многоканальная передача и уплотнение линий связи
- •3.1. Сравнение и анализ основных методов разделения каналов
- •3.3. Адресное разделение каналов
- •3.4. Разделение каналов на основе псевдослучайных последовательностей
- •3.5. Комбинированное разделение каналов
- •Глава 4 Случайные процессы и их приложения
- •4.1. Основы теории случайных событий и величин
- •4.2 Основы теории случайных процессов
- •Глава 5 Основы цифровой обработки сигналов
- •5.1. Дискретные экспоненциальные функции (дэф)
- •5.2. Быстрое преобразование Фурье (бпф)
- •5.3. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов
- •5.5. Основы цифровой фильтрации
- •Глава 6 Борьба с помехами
- •6.1. Энергетические методы
- •6.2. Методы импульсной модуляции гармонической несущей
- •6.2. Простейшие методы приема импульсных сигналов
- •6.3. Помехоустойчивый прием модулированных колебаний при импульсной огибающей
- •6.3.1 Некогерентный ам-прием
- •6.3.2 Когерентный чм-прием
- •.3.3 Когерентный фм-прием.
- •6.4.Корректирующие коды.
- •6.4.1. Основные определения корректирующих кодов.
- •6.4.2. Алгебраические коды
- •6.4.3. Матричная запись линейных корректирующих кодов
- •6.4.4. Коды Рида - Маллера I рода
- •6.4.5. Полиномиальные коды
- •6.4.6. Итеративные коды
- •6.5. Непрерывные коды
- •6.5.1. Рекуррентные коды
- •6.5.2 Сверточное кодирование
- •6.5.3. Каскадные коды
- •6.5.4. Нелинейные коды
- •6.6. Системы с обратными связями
- •6.7. Комплексные решения помехоустойчивого приема.
- •Глава 7 Пример расчета параметров информационной системы
- •7.1. Основные сведения о системах телеизмерения
- •7.2. Содержание курсовой работы и исходные данные
- •7.3. Определение полосы занимаемых частот и построение спектральной диаграммы
- •7.3.1 Определение периода опроса
- •7.3.2. Определение верхней частоты спектра импульсной последовательности
- •7.3.3. Варианты модуляции
- •7.3.4. Выбор несущих и построение спектральной диаграммы
- •7.4. Определение максимального уровня помех в канале связи
- •7.4.1. Помехоустойчивость передачи импульсно-модулированных сигналов
- •7.4.2. Помехоустойчивость передачи кодовых посылок
- •7.5. Определение количества информации одного сообщения и скорости передачи информации.
- •7.6. Вычисление эффективности передачи
- •Заключение по курсовой работе
- •Общее заключение по учебному пособию
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Глава 7 278
6.6. Системы с обратными связями
Обратная связь в технической кибернетике более общее понятие, чем в электротехнике и электронике. Классически она представляет энергетическую процедуру снятия части энергии выходного сигнала для управления входом.
На рис. 6.69 приведена классическая схема системы с обратной связью, где и – соответственно вход и выход системы; – коэффициент обратной связи (в простейшем случае константа); ЭЗ – элемент замыкания. Если при замыкании входной сигнал суммируются с частью выходного, образуется положительная обратная связь (ПОС); если вычитается – отрицательная (ООС).
Рис. 6.69. К определению обратной связи
Предположим, объект О – линейная динамическая система, определенная ранее и описываемая линейными дифференциальными уравнениями. Если теперь перейти к преобразованию Лапласа-Карсона [38], дифференциальные уравнения преобразуются в алгебраические, а связь выхода и входа запишется в виде:
|
(6.65) |
Здесь – коэффициент передачи линейного звена. В операторской форме – это дробно-рациональная функция, состоящая из двух многочленов и . Порядок линейного объекта равен сумме степеней полиномов числителя и знаменателя.
При наличии обратной связи общая передаточная функция принимает вид:
|
(6.67) |
где в общем случае представляет передаточную функцию обратной связи, «+» или «-» в знаменателе означают соответственно отрицательную или положительную обратные связи.
В теории информации, в том числе в корректирующих кодах, обратная связь имеет неэнергетическую природу и связана с протоколами взаимодействия выхода и входа.
Существует два типа таких обратных связей: решающая и информационная (РОС и ИОС соответственно). Сущность РОС поясняется структурной схемой, приведенной на рис. 6.70.
Рис. 6.70. Структура системы РОС
Здесь обозначено: И, П – источник и приемник информации, К – кодер, ДК – декодер, М и ДМ – модулятор и демодулятор соответственно; КС и ОКС – прямой и обратный каналы связи.
Информация от источника кодируется и задерживается в буферном регистре на время, необходимое для принятия решения. После модуляции сигнал передается в канал связи, а на приемном конце анализируется в РУ. Если принятый код относится к разряду разрешенных, информация отправляется приемнику, в противном случае по отдельному каналу передается сигнал запрос на повтор (ЗП). При этом кодовый блок стирается из регистра, а вместо него повторно передается задержанный код.
Возможны усложненные варианты ООС. В частности, возможен другой сигнал обратной связи – подтверждения правильности приема. В ряде приложений он носит название квитанция (т. е. подтверждение правильности приема).
Существует достаточно много вариантов реализации РОС (с ожиданием, с непрерывной передачей, адаптивные и т.д.), но в принципе они вписываются в одну вероятностную модель. Обозначим вероятность ошибки по прямому каналу через , по обратному – . Тогда вероятность ошибки в системе с РОС, т. е. представляется выражением:
|
(6.68) |
Учитывая, что и , знаменатель выражения (6.68) близок к 1, а вероятность ошибки . Это подтверждает высокую эффективность систем с обратной связью. При упомянутом свойстве результат ошибки в системе с обратной связью намного меньше исходной ошибки.
Для таких систем существует специфическое требование: максимально возможное различие сигналов обратной связи между собой (имеются в виду коды ПП и ЗП), а также от помехи. Если это требование не выполняется, возникают специфические ошибки. Первая появляется, если код ПП воспринимается как ЗП (или не воспринимается вообще в случае непринятия квитанции). Тогда сообщение или его фрагмент передаются повторно, что в результате снижает поток информации и эффективность всей системы снижаются. Такая ситуация называется вставкой.
Противоположная ситуация – искажение сигнала ЗП до уровня ПП (или восстановление квитанции при ее отсутствии). При этом код повторно не передается, и информация теряется: выпадение. Для снижения обоих типов таких искажений желательно как можно дальше разнести по кодовому расстоянию коды ПП и ЗП.
Системы с ИОС отличаются тем, что решения о дальнейшей передаче или повторе принимаются на предающей стороне. Приемник при этом передает принятое сообщение или его часть передатчику, а в нем происходит сравнение принятого кода с исходным. По результатам сравнения принимается решение или о повторной передаче, или о продолжении сеанса связи.