Машиностроение \ Метрология, стандартизация и сертификация

Основные понятия метрологии и радиоизмерения. Средства измерения и их метрологические характеристики

Страницы работы

9 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Содержание работы

ЛЕКЦИЯ № 1

Основные понятия метрологии и радиоизмерения

Методы и средства электрорадиоизмерения. Способы обработки результатов измерения и оценивание погрешности. Обеспечение единства измерения. Основные положения законодательной метрологии. Методы стандартизации и сертификации. Тенденция развития в области электрорадиоизмерений.

Структура курса

Основы общей теории измерения.

Общие сведения о средствах измерения.

Измерение электрических величин:

– измерение напряжения и силы тока;

– исследование формы частотного спектра;

– измерение частоты, периода и разности фаз;

– измерение характеристик СП (МО, Д_Х, w(х));

– измерение параметров цепей с распределёнными параметрами.

Основы стандартизации и сертификации.

К основным понятиям метрологии относятся:

измерения; результат измерения; принцип измерения; погрешность измерения; метод измерения; единица измерения.

Измерения – процесс нахождения физической величины опытным путём или экспериментальным путём с помощью специальных технических средств измерения.

Средства измерения – техническое средство для осуществления измерения.

Результат измерения – числовое значение измеряемой величины и наименование единицы измерения (10 В).

Единица физической величины – величина, которой присвоено числовое значение «один».

Принцип измерения – совокупность физических явлений, на которых основано измерение.

Метод измерения – совокупность практических приёмов использования принципов и средств измерения, направленных на результат измерения.

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Хизм Хист DХ = Хизм – Хист

Хд DХ » Хизм – Хд

Действительное значение – в данных условиях можно принять за истинное. Результат измерения всегда должен сопровождаться информацией о погрешности измерения. Погрешность имеет вероятностный смысл вероятность появления погрешности. Широкий диапазон измеряемых величин. Большой набор измеряемых параметров сигнала. Использование сложных автоматических радиоизмерительных систем.

Классификация:

– по способу получения результата

Прямые и косвенные:

Прямые – измерения, в процессе которых результаты измерения получают напрямую из экспериментальных данных (измерение напряжения вольтметром).

Косвенные – измерения, в процессе которых результаты измерения определяются на основании известной математической зависимости между искомой величиной и величинами, измеряемыми прямым способом (определение сопротивления на участке цепи по известным U и I).

Y = f(X₁, X₂, … X_m)

– по методу измерения

– по способу проведения измерения

аналоговые цифровые

(аналоговые величины) (дискретные величины)

Погрешности измерения

Абсолютные (DC, всегда имеет размерность измеряемой величины) и относительные (d, отношение абсолютной погрешности к истинному знчению).

d = ×100 %

По закономерностям появление погрешности бывают: систематические; случайные; грубые; промахи.

Систематическая погрешность – погрешность, которая проявляется в соответствии с определённой закономерностью и может быть записана некоторым детерминированным выражением.

Случайная – это погрешность, которая проявляет себя случайным образом, которую нельзя описать математическим выражением и необходимо использовать вероятностные характеристики (закон распределения вероятности).

Грубая погрешность – погрешность, вызванная неожиданным изменением условий проведения измерения, не по вине оператора.

Промах – погрешность, вызванная неправильными действиями оператора.

D = D_С + , где – случайная; D_С – статическая.

Систематическая составляющая (D_С) – остаётся постоянной в одних и тех же условиях при многократных измерениях.

Для уменьшения D_С используют:

Метод замещения

записывают измеряемую величину;

заменяем регулируемой образцовой мерой;

показания прибора должны совпадать с

записать показания;

сравнить.

Противопоставление – сравнение измеряемой величины с величиной образцовой мерой.

Метод рандомизации – измерение одной и той же величины разными приборами и усреднение их.

Случайная составляющая (D) – проявляется в виде разброса результатов измерения, учесть можно путём многократного проведения измерения.

ЛЕКЦИЯ № 2

Случайные погрешности неустранимы. Их можно анализировать с помощью статической обработки результатов измерений.

(D_Н, Dв); Р(D_Н < < Dв); Р = 0,8

Для определения вероятности попадания погрешности в заданный интервал необходимо знать плотность распределения вероятности

F() =

Плотность вероятности имеет похожий смысл

P(D_Н < < Dв) = = 1

Существует большое количество законов распределения:

нормальный;

равномерный;

треугольный (Симпсона);

закон Стьюдента.

Нормальный f() =

Границы применимости нормального закона распределения.

Возможность изме-ре(не)-ния погрешности Î (– D; X).

Количество многократных измерений должно быть большим (> 20).

Большие погрешности появляются реже, чем маленькие.

Частота появления одинаковых по модулю, но разных по знаку примерно одинакова.

Для нормального распределения справедлива центральная предельная теорема: Р(– 3s < < 3s) = 0,997

Для удобства расчётов используют нормированный нормальный закон: t =

f(t) =

P(– D_B < < Dв) = dt = Ф(Z)

Закон распределения Стьюдента

Он используется для малого количества измерений (от 2 до 20)

f(t) =

Г(t) = dx

Вероятность попадания t в интервал (–t_в; t_в) доверительная вероятность

Равномерный закон

Границы применимости равномерного закона

1. Если случайная погрешность может принимать любые значения в ограниченном интервале.

Характерен для описания погрешностей:

цифровые методы измерений;

аналогово-цифровые преобр.;

f(D) = ; – Dm < < Dm, иначе

P(–D_B < < D_B) =

s =

Анализ результатов прямых измерений с многократным наблюдением. Отдельные наблюдения независимы друг от друга и равноточные.

Методика обработки:

1)Исключение систематической составляющей погрешности из результатов наблюдений.

2)Оценка результата измерения.

3)Допущения: случайная погрешность распределения по нормальному закону, то за истинную величину можно принять оценку и методику обработки (используется её среднее значение).

4)Вычисление среднего значения

5)Вычисление абсолютной погрешности каждого результата измерения

= X_i –

6)Нахождение оценки СКО результатов наблюдения

7)Нахождение оценки СКО результатов измерения

8)Исключение грубых погрешностей

а). Упорядочение результатов наблюдения по возрастанию

t = t_n = ;

b). Задаём уровень значимости (q = 0,01);

с). Определяется граничное значение критерия

t_Г =

9)Определение границ доверительного интервала

Используют доверительную вероятность

X( )

доверительный интервал

Р_д = 0,95 Р_д = 0,99

n ³ 20 в случае нормального распределения

Ф(Z) = Р_д

D_B = Z×; гран (, + D_B)

n < 20 в случае Стьюдента

t(P_д, n)

вычисл. коэффициент Стьюдента

D_B = t(P_д, n)×

10)Оценка не исключенной составляющей систематической погрешности

q = k×; k = 1,1 при Р = 0,95; k = 1,4 при Р = 0,99

11)Формирование результатов измерения

D = ôqô + e

общее выражение погрешности

e = t(P_д, n)

±D(Р_д) (0,25 ± 0,05) В (0,95)

Обработка результатов косвенных измерений

Пусть n – число величин, измеренных прямым способом.

Величина, получаемая в результате косвенного измерения

X_i = + D_i A = f(X₁, X₂, …, X_m)

X_i = + D_i = +(D_C + )

A = + D(A) = + D_C(A) + D(A)

+ D(A) = f(X₁ + D₁, X₂ – D₂, X_m + D_m) » f(, , …, ) + D_i

D_C = D_Ci

(A) = D_i

S(A) =s_is_jr_ij

0, если нез-мы величины измер. прямым путём.

ЛЕКЦИЯ № 3

Средства измерения и их метрологические характеристики

Средство измерения – техническое средство, имеющее определённые метрологические характеристики

Классификация

— по назначению разделяются на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные установки.

Мера – средство измерения для воспроизведения некоторого заданного значения физической величины (измерительный резистор, конденсатор).

Мера:

Однозначная Многозначная

воспроизводит воспроизводит много значе-

одно значение ний (магазин сопротивлений, переменный конденсатор)

Измерительный прибор – средства измерения, которые предназначены для выработки измерительного сигнала, которые несут в себе измерительную информацию в удобной для оператора форме V, A.

Измерительный преобразователь – средство измерения, предназначено для выработки суммарного сигнала в форме, удобной для хранения преобразования, передачи на расстояние.

Измерительная установка – совокупность измеряющих приборов, между которыми имеются функциональные связи и некоторых вспомогательных устройств (установка для проверки манометр).

по структурной схеме:

аналоговые цифровые – "–" дискретной

приборы, у которых показания функции измеряемой

об-ся непрерывной функцией физической величины

измеряемой физической величины

"+" цифровых приборов:

-удобство и объективность отсчёта показаний;

-высокая точность;

-широкий динамический диапазон;

-высокое быстродействие;

-возможность автоматического выбора пределов измерения,

-разрешения, автоматическая коррекция погрешности;

-возможность использования энергонезависимой памяти,

-возможность математической обработки, оценки СКО;

-возможность связи с ПК.

по принципу действия:

электромеханические электронные

Основные характеристики радиоизмерительных приборов

1)Диапазон измерений величины –область значений измеренной величины, в которой измерительный прибор проводит измерения с допустимой погрешностью.

2)Предел измерений – max или min значение диапазона измерений.

3)Цена деления – разность показаний между соседними метками на отсчётном устройстве.

4)Чувствительность –показывает степень реакций показаний входа к входу.

5)Предельная чувствительность – min входная величина, которая может быть измерена с допустимой погрешностью.

6)Разрешающая способность – min различимая разность 2-х значений измеряемой физической величины.

7)Быстродействие – max число измерений с допустимой погрешностью в единицу времени.

8)Время измерения – время от начала измерения до получения результата с допустимой погрешностью.

9)Входное сопротивление – сопротивление со стороны входных зажимов измеряемого прибора Z = R_вх ôô на НЧ – входное сопротивление носит активный характер, ВЧ – ёмкостной.

10)Выходное сопротивление – сопротивление со стороны выходных зажимов, определяет нагрузочную способность.

11)Мощность, потребляемая и измеренная цепи – чем < мощность, тем измерения точней (погрешность <).

12)Инструментальная погрешность – характеризует степень отличия реальных метрических характеристик от номинальных.

Погрешность может быть представлена в формах:

-абсолютная погрешность D;

-относительная погрешность d;

-приведённая

s_пр = ×100 %

некоторое значение измеренной величины

Класс точности – некоторое отвлечённое число из ряда предпочтительных чисел, которое в целом описывает метрологические характеристики.

Погрешность:

основная;

дополнительная.

Среды условий эксплуатации:

нормальные;

рабочие.

Температура воздуха Тв = 20 ± 5° С.

Влажность (65 ± 15 %).

Давление (100 ± 4 КПа).

Напряжение питания (220 ± 4 Вт) = (115 ± 2,5 В).

Частота питания (50 ± 1 Гц) = (400 ±12 Гц).

Погрешность средств измерений в нормальных условиях называют основной.

Рабочие условия включают в себя нормальные условия и характеристики механических воздействий.

Погрешность средств измерений в рабочих условиях называют дополнительной.

Каждое средство измерения характеризуется некоторой градуировочной характеристикой, т. е. некоторой зависимостью (математической) между входной величиной и выходной Y = f(X) – Re

Y_H = f(X_H) – номинальной

Y_H = S_H×X + Y_OH – Re

Y = S×X + Y₀ – номинал.

Абсолютная D = Y – Y_H

D = Y – Y_H = (S – S_H)×X + (Y₀ – Y_OH) = B_X + a , зависит не зависит от измеряемой величины

bx – мультипликативная составляющая

a – аддитивная

a = a×

a + bX_H = C×

a = 100×C = 100(a + bX_k)/X_k

d = 100× – относительная

d = С + a

d_ПР = 100 – приведённая

X_N – нормальные значения

Класс точности выбирается из чисел1×10n; 1,5×10n; 2×10n; 2,5×10n; …n = 0,-1

Несколько форм обозначения класса точности

Приведённая погрешность	Класс точности	Обозначение
Приведённая погрешность	Класс точности	в документе	на приборе
d_ПР= d_ПР = ± P	± P	1	1
d_ПР = ± (C + a	± P

A = ± a A = ± (a + b_X)^Dm

Классификация измерительных приборов по функциональному назначению

Измерители параметров сигнала (U, I, форма сигнала, спектр, f).

Измерители параметров цепей с сосредоточенными и распределёнными параметрами (R, C, L, Q, измерение АЧХ, КСВ – сосред., к-т затухания – распредел.)

Измерительные генераторы (генераторы гармонических колебаний).

Вспомогательные устройства.

По ГОСТу на 20 подгрупп, каждая из которых обозначается буквой русского алфавита.

В – вольтметр;

Г – генератор;

Ч – измеритель частоты;

Е – измеритель параметров цепей с сосредоточенными параметрами

В7–53, 7 – тип (универсальный), 53 – модификация.

Синхронные транспортные иерархии. SDH, SONET.

Большая отказоустойчивость.

Синхронная цифровая иерархия.

Синхронная цифровая иерархия – это иерархия объединения скоростей в сетях.

Синхронный транспортный модуль предназначен для упаковки цифровых потоков кратных основной скорости 155.520 Мбит/с и передачи по сетям.

Применяется в системах с оптоволокном.

Формирование STM.

C – контейнер.

VC – виртуальный контейнер.

TU – транспортная единица.

TUG – транспортная группа.

AU – административная единица.

Структура транспортной сети ADM.

Сети:

1^го уровня – локальные ( местные). /Город, село/.

2^го уровня – региональные ( зоновые).

3^го уровня – магистральные ( глобальные).

Структура сетей одинакова, но скорости разные.

Надежность – сеть должна работать без поломок в течение определенного периода.

Живучесть – сеть работает даже при поломках на отдельных участках.

Резервные системы.

1–1 – создается линия связи разнесенная с основной. Информация передается по обеим.

N+1 – к N линиям добавляется одна и, если произойдут поломки, то включается резервная.

Топология сетей.

Сеть «точка – точка».

Достоинство – простота и экономичность.

Резервный кабель включается при поломке основного.

Сеть «Кольцо».

Используется, когда интенсивность трафика невелика и нужно сделать ответвление трафика, в каких – либо пунктах.

Сеть «Звезда».

Используется довольно часто из-за наличия концентратора.

Топология «кольцо» широко используется на региональных участках.

Однонаправленное кольцо без резервирования применяется в системах с малым трафиком.

Используют кабели и РРЛ.

В двунаправленном кольце, если происходит обрыв кратчайшего расстояния, то информация все равно будет передана обходным путем.

Достоинство – простота, экономичность.

Недостаток – невысокая надежность.

Реконфигурация - изменение структуры сети.

Реконфигурация бывает как централизированная, так и децентрализированная.

При централизированом методе нужен сетевой центр иерархии, который собирает информацию, определяет состояние сети и принимает решение о реконфигурации.

При деценрализированном методе, части системы обмениваются информацией о состоянии сети и вырабатывают согласованное решение

Коммутация

Оперативная коммутация.

Оперативная коммутация – это коммутация между двумя точками, при которой организуют временное соединение абонентов.

Кроссовая коммутация – это коммутация, при которой между двумя точками устанавливается длительное соединение в течение суток и более.

Такие линии называются выделенными (на объектах повышенной важности).

Виды оперативной коммутации:

Каналов – способ, при котором обеспечивается временное прямое соединение каналов сети для образования каналов передачи данных между любой парой оконечных пунктов сети.

Пунктов сети – способ, при котором в каждом центре коммутации происходит прием сообщения, его накопление и передача в соответствии с адресом.

Пакетов – способ, при котором сообщение делится на части определенного формата, которые принимаются, накапливаются и передаются по сети.

Если все пакеты одного сообщения передаются по одному виртуальному каналу, то такой режим коммутации – виртуальный.

Если передача каждой части ведется по самостоятельному маршруту, то такой режим – датаграммый.

Гибридная коммутация – вид, при котором в центре коммутации одна часть сообщения обрабатывается в режиме коммутации каналов, а другая – пакетов.

Компоненты сети.

В режиме передачи по ООД преобразуется поступление электрических сигналов, тогда как АКД преобразует сигналы от ООД, чтобы обеспечить передачу по каналу.

АКД содержит:

блок преобразования сигнала;

блок защиты от ошибок;

блок автоматического вызова и ответа.

Повышение коэффициента эффективности использования пропускной способности канала может быть осуществлено путем статистической обработки и предоставления канала только активным пользователям.

Такой способ называется концентратором или мультиплексором.

С помощью концентратора реализуют коммутацию каналов и пакетов.

Центр коммутации распределения информации между пользователями включает в себя:

коммутационную систему;

систему управления;

периферийное устройство.

Система сигнализации в сетях передачи сообщений.

Установление и разъединение соединений между оконечным оборудованием и оборудованием центра коммутации, а также взаимодействие центров коммутации производится с помощью специальных сигналов управления и соответствующих процедур: СС характеризуется способами и скоростью передачи информации, а также числом управляющих сигналов.

Её характеристики определяются типом оконечных устройств и способами коммутации:

- внутренняя сигнализация;

- общеканальная сигнализация – когда для передачи сигналов управления выделяются специальные каналы.

По этим каналам передаются сигналы управления сразу для нескольких каналов передачи данных.

Прозрачность – свойство участка сети между двумя пользователями, либо между двумя центрами коммутации, либо между пользователем и центром коммутации сохранять неизменным определённое свойство передаваемой последовательности кодовых элементов.

Аналогично может быть определена прозрачность способами защиты от ошибок в системе синхронизации методом контроля потоков и другими особенностями сети.

Основные понятия о семиуровневой модели процессов в сетях.

Взаимооткрытая сеть (ВОС).

Термин открытой системы подчеркивает, что если какая-либо система отвечает стандартам, принятым в данной концепции, то эта система будет открыта для взаимосвязи с любой другой системой, отвечающей тем же стандартам.

Стандартная ВОС – это ВОС, у которой на каждом уровне её модели разрабатываются два стандарта, один из которых определяет совокупность служб данного уровня или список услуг доступных пользователю.

Второй стандарт – протокол уровня, который регламентирует взаимодействие между пользователями.

Эталонная модель ВОС – описание взаимодействия между процессами, протекающими в системах.

Эталонная модель:

Под процессом подсистемы понимаются передачи электросигналов, выполнение процедур синхронизации, фазирования, защиты от ошибок, коммутация, установление соединения.

Названные процессы реализуются с помощью программных компонент или элементов аппаратного обеспечения.

Каждый уровень эталонной модели ВОС, кроме самого верхнего, реализует совокупность услуг для соседнего с ним верхнего уровня.

Услуга – это набор функциональных возможностей данного уровня, предоставляемый в распоряжение компонентам верхнего соседнего уровня, причем в совокупность услуг входят не все функции, выполняемые на данном уровне, а только те, которые могут быть использованы на данном верхнем уровне.

Протокол N-уровня – это совокупность правил, которые управляют взаимосвязью между N компонентами в различный N подсистемах.

Протокол – это набор правил, обеспечивающих логическое процедурное сопряжение между одноуровневыми процессами, реализуемыми в различных технических устройствах.

Процедурное сопряжение устанавливает содержание различных форматов и порядок их применения для управления процессами связи и обработки информации.

Физический уровень обеспечивает непосредственную взаимосвязь со средой передачи.

Он определяет механические и электрические характеристики, требуемые для подключения, поддержания соединения и отключения физической среды.

На физическом уровне определяются правила передачи бита через физический канал.

Протоколы физического уровня зависят от:

- вида физической среды;

- канала передачи сообщения.

Протоколы с высокоскоростной передачей отличаются от протоколов с низкоскоростной передачей. Например, в цифровых сетях: Ethernet – 10 Мбит/с (исторически первая), Fast Ethernet – 100 Мбит/с, Any LAN – 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet – 1000 Мбит/с, Token Ring – 1000 Мбит/с, FDDL, SLIP, PPP.

Основная задача канального уровня – обеспечение канальной передачи информации.

Ethernet:

Пакетный способ передачи данных. Сообщение для n^ой станции – адресата просматривается только им самим, а всеми остальными игнорируется.

Недостаток – низкая безопасность (легко перехватить).

Протокол канального уровня – набор правил для организации канала связи.

Any LAN:

На канальном уровне должна выполняться синхронизация по кодовым комбинациям, протокол должен обеспечивать разбиение информации на отдельные сегменты, называемые кадрами.

Поскольку обмен информацией между источником и получателем содержит много передатчиков и приемников, протокол должен идентифицировать конкретную приемную и передающую станцию, например, путем предварительного назначения адресов.

Канальный протокол должен выполнять функцию обеспечения прозрачности, что позволит пользователю передавать информацию в любом коде;

инвертировать ошибку, подтверждать правильность принятой информации и запрашивать повторение передачи пораженных кадров.

Протокол управления каналов включает ряд вспомогательных процедур по установлению и разъединению канала, управлению и т.д.

Все современные протоколы делятся на: байториенитррованные и биториентиррованные.

Протоколы сетевого уровня.

Протокол сетевого уровня (IP и ICMP).

- обмен информацией межу компонентами транспортного уровня.

Функции: коммутация и маршрутизация.

Протокол транспортного уровня (TCP и UDP).

-обмен между компонентами сеансового уровня с требуемым качеством обслуживания (доводит качество обслуживания сетевого уровня до требований сеансового).

Качество на транспортном уровне определяется:

- задержкой сообщения для сети в целом;

- вероятностью ошибок;

- производительностью сети.

ПТУ – межконцевые (обеспечивают доставку информации между адресатами сети, тогда как протоколы нижних уровней – на отдельных участках сети).

Функции:

1. Контроль качества обслуживания по:

- времени задержки;

- производительности;

- вероятности своевременной доставки.

2. Межконцевое управление потоками данных.

3. Установление и разъединение транспортных каналов.

4. Преобразование транспортных каналов в сетевые каналы.

5. Общий контроль процесса передачи и распределения информации на всем пути от источника до адресата.

Протоколы прикладного уровня.

1. Сеансовый протокол.

Обеспечивает диалог между двумя коммутационными устройствами, при этом способ взаимодействия не зависит от методов и техники передачи и распределения информации. СУ предоставляет в распоряжение пользователя средства необходимые для организации диалога между процессами верхних уровней и для управления обменом данными между двумя этими процессами. SPX/IPX.

2. Протокол предварительного уровня.

Преобразует информацию пользователей и предоставляет её в требуемой форме при обмене между взаимодействующими системами (соглашение о «алфавите»).

3. Прикладной протокол.

Обеспечивает взаимодействие между логическими элементами, выполняющими обработку информации, требуемую для конкретных применений.

Для того чтобы два и более прикладных процесса могли взаимодействовать между собой необходимо определить соглашение о семантике (о смысловом содержании) всех аспектов, которые будут запрошены в процессе обмена между прикладными процессами (выбор «языка»).

(HTTP, FTP, SMTP, IMAP, POP3, TELNET).

Коммутация каналов.

АП – абонентский пункт.

ЦКК – центр коммутации канала.

СВ – сигнал вызова.

СП – сигнал подтверждения.

Н – номер соединения.

А – время анализа номера.

СГ – сигнал готовности.

СС – сигнал соединения.

СО – сигнал отбоя.

Маршрутизация.

Выбор маршрута – это определение из нескольких возможных путей транспортировки сообщения от отправителя к получателю.

Путь между отправителем и получателем выбирают по критерию:

- минимального трафика;

- минимума средней задержки;

- минимума транзитных путей.

В зависимости от коммутации назначают следующие критерии оптимальности:

- минимальной средней задержки (при коммутации пакетов);

- минимального количества транзитных пунктов (при коммутации каналов).

Виды маршрутизации:

1. Методы с маршрутной таблицей (фиксированная маршрутизация), которая указывает наиболее эффективную, по критерию выбранной оптимальности, маршруты для всех возможных пар абонентов.

Содержание маршрутной таблицы не зависит от динамических изменений таблицы и корректируется при радикальных изменениях структуры сети.

2. Методы адаптивной маршрутизации.

Содержание маршрутных таблиц изменяется при колебаниях нагрузки и кратковременных изменениях структуры сети.

3. Методы случайной (вероятностной) маршрутизации.

Маршрутных таблиц нет. Сообщение покидая очередь в накопителе узла коммутации выбирает направление передачи случайным образом.

Пример метода с маршрутной таблицей:

Таблица маршрутизации для АТС1 (по критерию минимума промежуточных станций (транзитных пунктов)):

АТС1 1,2,3,4

АТС2 3,1,2,4

АТС3 1,2,3,4

АТС4 4,3,2,1

АТС5 4,3,2,1

Распределение информации на сети.

План распределения информации на сети – это совокупность таблиц маршрутизации для всех узлов коммутации в сети.

Методы составления планов распределения:

1. Метод рельефов.

i–рельеф – процедура присвоения значения числовой функции каждому тракту передачи сообщения.

i-рельеф стоится следующим образом:

Из i-го узла коммутации по всем исходящим трактам передается число 1. Все узлы, в которые поступило число 1, предают число 2 и так далее.

Чтобы найти кротчайший маршрут достаточно в каждом узле коммутации выбрать исходящий тракт передачи сообщения с наименьшим суммарным весом.

Для сети выбирают наименьший загруженный путь.

2. Логический метод.

Состоит в процедуре выбора, позволяющего определить исходящий тракт передачи сообщений максимально близкий к геометрическому направлению на приемный узел.

Задача ограничения нагрузки.

1 – идеальный случай.

2 – отсутствие системы ограничения нагрузки.

3 – с системой ограничения нагрузки.

Перегрузки в сетях ведут к увеличению времени передачи сообщений.

Волоконно–оптические линии связи.

Передача по световодам сигналов с длинами волн от 0,01 до 340 мкм.

Видимый свет: от 0,4 до 0,75 мкм.

Ослабление сигнала при прохождении 1 км в 1,05 раз.

Волоконные световоды классифицируют по:

- применяемым материалам;

- структуре;

- числу передаваемых типов волн.

Структура:

n₁ и n₂ определяют число типов волн (мод) при заданной длине волны.

Волноводы с градиентным изменением показателя преломления.

Одномодовый волновод 100 Гбит/сек.

Многомодовый волновод:

- со ступенчатым изменением показателя преломления – 20 Мбит/сек;

- с градиентным изменением – 21 Мбит/сек.

Дисперсия зависит от тока волновода, его протяженности, показателя преломления.

В качестве передатчиков связи для ВОЛС используются п/п лазеры и световоды, так как они обладают свойством преобразования электрической энергии в свет и хорошо приспособлены для цифровых методов модуляции.

В качестве приемников используются фотоприемники (фотодиоды).

ИС – источник света.

М – модулятор.

ЛД – лазерный диод.

Р – регенератор.

Ф – фотодиод.

Д – демодулятор.

Регенератор нужен для восстановления и усиления сигнала, который искажается и слабнет за счет затухания в ЛС и дисперсии.

Одномодовые – 40 км.

Многомодовые – 25 км. Чаще из-за дисперсии.

ВОЛС допускает уплотнение по длине волны, подобно тому, как уплотняют линии с ЧРК и ВРК. При этом методе уплотнения информационные каналы на разных длинах волн без взаимного влияния. Разделяют с помощью фильтров по 10…20 каналов со скоростью 140 Мбит/сек.

Радиорелейные линии прямой видимости.

Система пассивной ретрансляции.

ОРС – оконечная РРС, на которой происходит преобразование сообщений, поступающих по соединительным линиям от междугородных телефонных станций, междугородных телевизионных станций. На ОРС начинается и заканчивается линейный тракт.

С помощью УРС (узловых РС) обычно решаются задачи разветвления и объединения потоков информации, передаваемых по разным РРЛ, на пересечении которых и располагается УРС.

К УРС относятся также станции, на которых осуществляется ввод и вывод ТФ и ТВ сигналов с различный населенных пунктов.

На ОРС и УРС всегда имеется технический персонал, который обслуживает не только эти станции, но и осуществляет контроль и управление с помощью систем обслуживания ближайшими ПРС.

Участок РРЛ – 300-500 км между обслуживающими станциями (делится пополам так, чтобы часть ПРС выходила в зону одной УРС, а другая часть ПРС – в зону другой).

Передатчики и приемники, установленные на оконечных РС и УРС, ПРС участка образуют ВЧ – ствол.

Если на участке РРЛ предусматривается связь в прямом и обратном направлении, то ствол называется дуплексным.

Комплекс оборудования, предназначенный для передачи ТФ сообщений, включающий кроме ВЧ – ствола модем и аппаратуру объединения и разъединения каналов – ТФ-ствол.

Комплекс для передачи ТВ – ТВ-ствол.

Большинство современных РРЛ – многостволовые.

Кроме рабочих стволов может быть ещё 1-2 резервных ствола.

Углы излома выбирают с расчетом на уменьшение влияния сигналов и уровня помех за допустимые нормы.

В дециметровом диапазоне применяют четырехчастотный метод (план).

Недостаток плана – увеличение полосы частот в 2 раза и, как следствие, уменьшение числа стволов.

Пространственное разнесение РРЛ связи

Классификация РРЛ

Классификация каналов.

По разделению каналов:

1. РРЛ с ЧРК с ЧМ гармонической несущей.

2. РРЛ с ВРК с аналоговой модуляцией сигналов.

3. Цифровые РРЛ (ЦРРЛ).

Отсчеты квантуются по уровням и кодируются.

По диапазону рабочей (несущей) частоты:

1. Дециметровые.

2. Сантиметровые.

Полосы частот: 2, 4, 6, 8, 11, 15 ГГц.

Ведутся исследования на частотах 18 ГГц и выше, недостаток – сильное увеличение ослабления сигнала при осадках.

По емкости:

1. РРЛ большой емкости (в одном стволе свыше 600 и более телефонных каналов).

2. РРЛ средней емкости (в одном стволе от 60 до 600 телефонных каналов).

3. РРЛ малой емкости (в одном стволе до 60 телефонных каналов).

Спутниковые системы связи.

Связь только на отрезке а^/-б^/.

Принцип геостационарной орбиты – когда спутник не вращается, а «висит» над одной точкой поверхности Земли.

V_З=V_C.

СРС при наличии бортовой аппаратуры – система с активной ретрансляцией сигнала (АРС):

РФ – разделительный фильтр.

Система без бортовой аппаратуры – система связи с пассивной ретрансляцией сигнала.

Системы с ПРС работают как РРЛ (т.е. как «зеркало»). Пример – Луна (2…3 телефонных канала).

Система связи с памятью (с задержкой ретрансляции передачи сигнала при определенных условиях – управляющих сигналах).

В системы с АРС могут быть с задержанной ретрансляцией и с мгновенной ретрансляцией.

В системах связи могут быть использованы ИСЗ со следующими параметрами:

- круговая или эллиптическая форма орбиты;

- высота или расстояние до центра Земли;

- наклонение, т.е. угол между экваториальной плоскостью Земли и плоскостью орбиты (экваториальные – 0, полярные – 90, наклонные от 0 до 90).

Эллиптические орбиты характеризуются апогеем и перигеем.

Используется аппаратура корректирования орбиты.

Геостационарная орбита – круговая в экваториальной плоскости на расстоянии 36000 км.

Структурная схема 2-х сигналов:

Преимущество ГО.

1. Возможность приема/передачи при помощи аппаратных систем.

2. Возможность осуществления круглосуточной непрерывной связи на территории 1/3 Земли.

3. Через геостационарный спутник затруднительно применять связь с приполярными районами (выше 65…78^о).

Советские системы геостационарной орбиты – «Радуга» и «Горизонт».

При использовании негеостационарных систем необходимо несколько спутников:

Другая система:

Система связи с многостанционным доступом.

Другим вариантом этой системы является коммутация бортовой аппаратуры на фиксированную точку земной поверхности.

Коммутационные станции на ИСЗ могут быть разделены:

1. Постоянные (закрепленные) – для связи только между определенными нужными станциями (мгновенно).

2. Непостоянные (незакрепленные) – временно организуются между различными станциями в зависимости от потребностей (требуется выполнение определенной процедуры, аналогичной городской АТС).

Прежде чем передать сигнал необходимо:

1. Получить сведения о свободном канале.

2. Набрать адрес нужного корреспондента.

3. Убедиться в том, что свободен канал к корреспонденту.

Системы подвижной связи.

Недостаток использования метровых волн на УКВ – диапазоне – появление замирания.

Условия ПС:

ПС – связь между подвижными или между подвижным и фиксированным объектами.

ПС используется везде и для обслуживания индивидуальных пользователей.

Сложности:

1. В зависимости от условий распространения радиоволн, передвижение принимаемого абонента вызывает изменение уровня принимаемого сигнала, причем пределы могут быть высокими.

2. При перемещении в условиях города, пересеченной местности, на антенну этой станции помимо волн поступающих непосредственно передающей станции могут действовать волны от этой же станции после отражения от домов и других объектов. Поскольку расстояния пробегаемые этими волнами неодинаковое, наблюдается многолучевость (один и тот же сигнал принимается неоднократно с различными сдвигами во времени). Возникающая при этом интерференция волн усиливает непостоянство уровня результирующего сигнала, причем при совпадении по фазе сигнал усиливается, а при несовпадении ослабляется.

3. При перемещениях приемника он может оказаться в условиях, когда на него действуют волны постороннего происхождения – радиопомехи от различных источников и со своими свойствами.

Нестабильность интенсивности и структуры радиопомех может иметь широкие пределы, что затрудняет приспособление приема к помеховой обстановке.

4. В условиях перемещения связывающихся радиостанций затруднена ориентация их антенн, необходимая для создания оптимальных условий приема и передачи информации. Если регулирование возможно, то увеличивается сложность оборудования.

5. На конструкцию персональной радиостанции накладываются жесткие ограничения на габариты, массу, потребляемую мощность и т.д.

6. В условиях постоянного перемещения абонентской аппаратуры увеличивается вероятность её повреждения и влияния климатических и метеорологических условий. В условиях повышенной вероятности аварии необходима надежная сигнализация об аварии.

Признаки СПРС.

1. По местонахождению связывающихся абонентов или БС:

- Сухопутные;Морские;Воздушные;Спутниковые;

- Смешанные.

2. По виду используемых сигналов и аппаратуре:

- Аналоговые (недостатки – несовместимость стандартов, трудности в улучшении качества, нерациональное использование каналов связи);

- Цифровые (достоинства – высокая надежность и помехоустойчивость, возможность шифрования и аутентификации пользователя, большая унифицированность и стандартизация, возможность пакетной передачи данных и маршрутизации пакетов, что способствует повышению пропускной способности канала и увеличивает верность передачи информации);

- Смешанные.

3. По предоставляемым услугам:

- сети передачи данных;

- речи;

- персонального вызова;

- локационные (местоположение);

- радиотелефоны.

4. По степени автономности:

- имеющие вход с другой сети;

- автономные (изолированные от других сетей).

5. По категории пользователей:

- общего доступа;

- специализированные.

СПРС по назначению.

1. Радиотелефонные сети общественного пользования.

Обеспечивают соединение с ТФ сетью общего пользования, при этом абонент не должен замечать разницы в организации связи и ведении переговоров, если он осуществляет связь с другим абонентом фиксированной сети или с абонентом находящимся в подвижном объекте.

Строятся по принципам:

- адиальному (в пределах прямой видимости БС. 30 – 50 км).

- Территориальному (территория делится на зоны с радиусом 1,5 – 5 км, в каждой зоне есть БС, обслуживающая абонентов находящихся только в этой зоне).

- Линейному (БС вдоль транспортной магистрали, каждые 5 –10 км и обслуживают абонентов на магистрали).

ССПРС строятся по территориальному и линейному принципу.

При расчете зоны обслуживания необходимо учитывать, что из-за многолучевого распространения радиоволн обусловленного отражением возможно замирание сигнала глубиной до 40 дБ от среднего уровня, причем соседние минимумы этих замираний расположены через полволны несущей.

2. Диспетчерские радиотелефонные сети.

3. Автономные радиотелефонные сети.

4. Сети персонального вызова.

5. Сети аварийной радиосвязи.

6. Сети без шнуровых телефонов общего пользования.

Преимущества ССС перед радиальной:

1. ССС обеспечивает более высокую надежность и качество связи во всей рабочей зоне. Улучшается ЭМ обстановка из-за уменьшения размеров ячеек, что ведет к уменьшению потребляемой мощности, габаритов и стоимости РС.

2. В ССС возможно более эффективное использование ресурсов путем многократного задействования одних и тех же частот при пространственном разнесении БС, что значительно увеличивает емкость сети.

Недостатки ССС:

1. Большая сложность реализации (большое число проводных каналов для БС).

2. Сложность осуществления перехода из одной ячейки в другую по мере перемещения абонента.

3. Усложнение процедуры вызова.

Характеристика аппаратуры СПРС.

1. По мощности передатчика.

2. По используемому спектру частот.

3. По виду используемой модуляции.

4. По подвижности:

- стационарная;

- возимая;

- носимая.

5. По количеству каналов:

- одноканальные;

- многоканальные.

6. По виду работы:

- симплексная;

- дуплексная.

Диапазон частот:

РС: от 10 кГц до 275 ГГц.

ПРС: от 10 кГц до 1000 МГц (10 кГц–30 МГц – однополосная модуляция, 30 МГц–1000 МГц – угловая модуляция).

Особенности распространения радиоволн.

1. Многолучевость.

2. В движении возможно появление эффекта Доплера, приводящего к изменению ширины спектра и паразитной модуляционной частоты.

3. Более быстрое снижение уровня сигнала с увеличением расстояния.

Принцип организации ССС.

Частота повторяется через каждые 2 соты.

Разделение пространства на зоны (соты) как правило бывает регулярным, без учета особенности местности.

Определение размеров и конфигурации сот, мощности пределов, делается с учетом обеспечения необходимой вероятности связи и допустимого влияния соседних передатчиков друг от друга.

Размер соты зависит от интенсивности вызовов в каждой соте и с увеличением интенсивности размер уменьшается.

От размеров соты зависит мощность приемопередающей аппаратуры.

Более оптимальный способ использования частот – метод сигнализации (секториальные антенны).

Секторизация сот позволяет более часто применять одни и те же соты при одновременном снижении помех. Существует деление на сектора по 60^о:

Применение секторного разделения сот обеспечивает увеличение емкости сети на 40%.

Сотовая сеть.

Снижение уровня соканальных помех возможно с помощью автоматической регулировки передачи (адаптации по уровню).

Упрощенная схема СС:

ВСС – всероссийская сеть связи.

Число радиоканалов БС обычно кратно 8.

По одному – управляющему – передается сигнал вызова от абонента ССС.

Соты, образуя группы, связаны соединительными проводами или РРЛ линиями. Если ЦК несколько, то они тоже связываются соединительными линиями.

ЦК обеспечивают управление вызовами и маршрутизацию потоков и эстафетную передачу абонентов между сотами при его передвижении из одной соты в другую и автоматическую смену каналов при появлении помех или неисправностей.

С этой целью ЦК осуществляет непрерывное слежение за ПС в процессе её перемещения в зоне ответственности.

Ещё одна функция ЦК – сопряжение ССС с другими СС: ТСОП, ВСС, БД и другими службами, которое осуществляется с помощью промежуточных устройств – интерфейсов.

Вызов ПС осуществляется одновременно всеми БС, в области действия которых предполагается нахождение абонента.

ПС, приняв вызов, содержащий характерные для неё опознавательные признаки, отвечает сигналом подтверждения на ответной частоте сигнала вызова.

Затем ЦК определяет в соответствии с алгоритмом данной сети частоту и передает канал связи и управления БС, с которой связался абонент. Управление происходит ЦУ.

Принципы распространения частотных КС между сотами:

1. Фиксированное распределение (когда выделенное подмножество каналов постоянно закрепляется между сотами и для обслуживания вызова могут быть использованы каналы только этого подмножества).

Сети, в которых возможен выбор любого канала из определенного подмножества – сети с равнодоступными каналами.

2. Динамическое распределение (частотные каналы распределяются по загруженности всех ячеек и для выделения радиоканалов свободной ячейке осуществляется поиск путем перебора каналов сети).

3. Смешанное распределение (каждой БС выделяется как фиксированный набор каналов, так и некоторое число динамически распределенных каналов). Критерий качества ССС – критерий минимума средней вероятности откуда по всем ячейкам.

Рассмотрим СС построенной по радиальному принципу:

Алтай–3М:

АС – абонентская станция.

ВДП – ведомственная диспетчерский пункт.

ЦС – центральная станция.

ППО – приемопередающее устройство.

ЦРС – центральная радиостанция.

ПУ – пункт управления.

ККО – комплект коммутационного оборудования.

СГО – система генераторного оборудования.

ПЦД – пункт центрального диспетчера.

АОН – аппаратура опознавания номера.

ПАТС – производственная АТС.

УАТС – учережденческая АТС.

Диапазон частот:

301,1375…305,8125 МГц – от АС к ЦК.

337,1375…341,8125 МГц – от ЦС к АС – дуплексный канал связи.

F=25 кГц.

Диапазон частот разбит на 2 участка (ствола), в каждом из которых 8 радиоканалов.

8 25 кГц 22 = 4 МГц.

Радиоканалы ствола полностью доступны и объединены.

Мощность передатчика от 6 до 10 Вт.

Потребляемая мощность не более 3 – 8 Вт.

Рассмотрим ССС:

1. Аналоговая (NMT-450(900)).

Сотел – легко прослушивается.

По каналу вызова передается специальный маркирующий сигнал опознавания.

По свободным разговорным каналам передается специальный сигнал, маркированный как свободный.

Диапазон частот: 453…457,3 МГц.

Размеры соты: 5…25 км.

Модуляция: быстрая ЧМ.

Помимо сигналов маркирующих каналы вызова и разговорные каналы, предусматриваются сигналы для определения зоны обслуживания (страны, номера канала).

Все служебные каналы – цифровые – 1200/1800 бит/с.

Структура рабочего кадра, для передачи служебных сигналов данного стандарта:

2. Цифровая.

Стандарт GSM-900 (в 1992 году принят в России).

Используется кодек преобразования речи с долговременным предсказанием и линейным предикативным предсказанием.

Метод разнесения каналов: перемещение и скачки по частоте.

Используются частоты:

890…915 МГц – передача.

935…960 МГц – прием.

Из-за многолучевого распространения появляются замирания, поэтому частоты меняются каждые 0,01с.

F=25 кГц.

Канал связи 200 кГц, в котором 8 речевых каналов.

Уплотнение КС происходит путем использования временного метода разделения каналов:

124 несущих, в них по 8 временных позиций.

Гауссовская ЧМ.

Структурная схема сети GSM.

ТКУ – транскодирующее устройство.

РПр – регистр перемещения.

РПл – регистр положения.

РК – режим перемещения.

ЦА – центр аутентификации.

РИО – регистр идентификации оборудования.

ЦКС – центр коммутации сети связи.

ЦО – центр обслуживания.

ЦСИС – цифровая сеть с интеграцией служб.

СПД – сеть передачи данных.

ПТС – сеть общего пользования.

В БС входят ряд ППС, где принятый сигнал демодулируется и попадает на КБС.

КБС управляет работой ППС, распределяет каналы, обрабатывает сигналы. После КБС сигнал поступает на ТКУ.

ТКУ осуществляет кодирование и декодирование информации.

При обмене между ППС и ЦКС, ТКУ осуществляет передачу управляющего устройства ППС, КБС, ТКУ, образует БС, которая вместе с ПС образует радиосистему.

ЦКС совместно с регистром положения РПр, РПл, РИО и ИА образуют СК. Сигнал поступивший в ЦКС коммутируется на проводные, ВОЛС, спутниковые системы передачи информации. Коммутируется он на СПД, ПТС и ЦСИС. ЦКС работает с группой сот и служит интерфейсом, связывая сеть подвижной связи с остальными сетями. ЦКС маршрутизирует вызовы. Осуществляет эстафетную передачу и переключение рабочих каналов в соте при неисправной связи.

Максимальная емкость ЦКС ограничена. Все возможности сети GSM (до 60000 абонентов).

РПл является основной базой данных для абонентов. В нем хранится информация о местоположении ПС, которая используется для доставки вызова. Здесь хранятся международный номер, который используется для опознавания абонентов в ЦА, регистрации местоположения, безопасности связи и фиксацию окончания разговора совместно с ЦКС.

ЦА формирует алгоритм опознавания абонента.

В РПр хранится информация о номере области связи, в которой находится ПС.

РИО проверяет соответствует ли стандартам связи данного региона оборудование абонента, является ли оно зарегистрированным в данной сети.

Управление оборудованием сети происходит из ЦО, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети.

ЦУ обеспечивает рациональное использование сети: контролирует трафик сети и обеспечивает управление сетью при сложных аварийных ситуациях.

Принцип построения наземных и спутниковых систем телевизионного и звукового вещания.

Принцип построения наземных и спутниковых систем звукового вещания.

Вещание – организация и доведение с помощью электросвязи передач широкому кругу зрителей и слушателей.

Канал звукового вещания – совокупность средств, позволяющих передавать сигнал с выхода микрофона до антенны передатчика.

Вещательная передача – это законченная в тематическом отношении совокупность сообщений.

Программа вещания – комплекс вещательных передач, используемых последовательно по времени и разделенных по предназначению для этого канала.

Сеть распределения программ звукового вещания образована совокупностью трактов (первичных и вторичных).

Тракт первичного распределения программ начинается на выходе центральной аппаратной радиодома и заканчивается на выходе соединительной линии, по которой сигналы поступают к центральной станции проводного вещания (ЦСПВ) или к передатчику радиовещательной станции (РВС).

Тракт вторичного начинается на выходе соединительной линии и заканчивается выходом антенны передатчика или абонентской розеткой.

Структурная схема сети звукового вещания (фрагмент).

МВА – междугородняя вещательная аппаратная.

ОРС – оконечная радиостанция.

УРС – узловая радиостанция.

КРА – коммутационно – распределительная аппаратная.

СЛ – соединительные линии.

АЦ – центральная аппаратная.

КСП – кабельная СП.

МКЗВ – междугородний канал звукового вещания.

РД – сети каналов вещания.

Связь может быть осуществлена с помощью спутников, РРЛ вещания, кабельных СП данных.

В КРА сигнал усиливается и передается потребителям.

Структурная схема сети телевизионного вещания.

РТПС – радиотелевизионная передающая станция.

ТР – телевизионный ретранслятор.

ГКСТ – головные системы кабельного телевещания.

Сеть телевизионного вещания строится по радиально-распределительному принципу с ветвящейся структурой.

Эта сеть является автоматизированной сетью связи.

АКТВ заканчивается на входе РТПС в ТР или земных передающих станциях спутниковой системы связи.

Информация о работе

ВУЗ:

Новосибирский государственный технический университет (НГТУ)

Предмет:

Метрология, стандартизация и сертификация

Тип:

Шпаргалки

Категория:

Машиностроение (Технические предметы)

Размер файла:

1 Mb

Скачали: