Системы связи

|19 |93000 |86025 |99975 |1395 |0,25 |6975 |0,050 |

|20 |124000 |114700 |133 300 |1860 |0,19 |9300 |0,038 |

|21 |165000 |152624 |177375 |2475 |0,14 |12375 |0,029 |

| | | |Каналы | | | | |

| | | |(15 % | | | | |

|A |22000 |18700 |25300 |660 |0,53 |3300 |0,106 |

|В |30000 |25500 |34500 |900 |0,39 |4500 |0,078 |

|С |40000 |34000 |46000 |1200 |0,29 |6000 |0,058 |

|D |52500 |44625 |60375 |1575 |0,22 |7875 |0,044 |

|Е |70000 |59500 |80500 |2100 |0,17 |10500 |0,033 |

|F |93000 |79050 |106950 |2790 |0,13 |13950 |0,025 |

|G |124000 |105400 |142600 |3720 |0,09 |18600 |0,018 |

|Н |165000 |140250 |189750 |4950 |0,07 |24750 |0,014 |

Рис. 15. Каналы поднесущих с пропорциональной полосой частот. (Из JRIG,

Telemetry Standards.)

Как отмечено, все они имеют девиацию частоты ±7,5%. Предполагая индекс

модуляции равным 5, можно получить рекомендованную полосу частот

информации. К примеру, 7,5% от 400 Гц канала 1 равны 30 Гц. Тогда полоса

частот сигнала (f равна отношению девиации частоты к индексу модуляции,

т.е. (f = 30/5 = 6 Гц. Максимум полосы частот, показанный в таблице на рис.

15, основан на значении индекса модуляции 1 (30 Гц в приведенном примере).

Приведенное время нарастания T связано с шириной полосы (f как T=0,35/(f

(где T - в мс, а (f - в кГц): таким образом, канал 1 имеет максимальную

полосу частот 30 Гц и минимальное время нарастания T = 0,35/0,03 = 11,7 мс.

Номинальное значение T основано на индексе модуляции 5. Очевидно, что если

для определенных данных требуется более широкая полоса частот, то,

предполагая при этом индекс модуляции неизменным, должна использоваться

большая девиация частоты, например ±15%. Девиация частоты ±15% может быть

использована в сочетании с последними восемью каналами, как это показано в

таблице на рис. 15. Отметим, что не обязательно применять девиацию частоты

±15% на всех восьми каналах. Например, можно испсльзсвать канал А (вместо

канала 14) с девиацией ±15%, а затем каналы с 16-го до 21-го с девиацией

±7,5% (исключив канал 15, примыкающий к каналу А) или вместо каналов 16 и

18 применить каналы С и Е с девиацией ± 15%, исключив смежные каналы 17, В,

D и F.

Таблица, приведенная на рис. 15, базируется на индексах модуляции 1

(максимальная полоса) и 5 (поминальная полоса частот). При надежном приеме

может быть использован индекс модуляции 1. Обычно условия связи требуют

использования индекса модуляции 5. Ясно, что общая суммарная полоса всех

поднесущих должна быть меньше полосы несущей. Ширина полосы несущей должна

допускать разделение не только полос поднесущих, но и самих поднесущих.

Обычно ширина полосы несущей для ЧМ/ЧМ-приложений составляет ±320 кГц в

предназначенном для несущей диапазоне частот 225—260 МГц. Имеются другие

диапазоны частот с различными полосами, которые определены IRIG в

«Стандартах для телеметрии». Например, диапазон 1435—1535 МГц

предназначен для использования правительственными и неправительственными

организациями главным образом для телеметрии полетных испытаний (1435—1485

МГц для пилотируемых и 1485—1535 МГц для беспилотных летательных

аппаратов). Диапазон 2000—2300 МГц предназначен для использования в других

приложениях космических исследований, таких, как стартовые ускорители,

исследовательские ракеты и ракеты военного назначения, космические

двигатели. Стандарты IRIG полностью определяют характеристики несущих и

поднесущих, включая стабильность частоты, передаваемую мощность и т.д.

Девиация частоты поднесущей, согласно стандарту, приведенному в

таблице на рис. 15 (±7,5% или ±15%), пропорциональна центральной частоте,

т. е. чем выше центральная частота, тем больше девиация частоты. Такая

схема частотного уплотнения (или частотного разделения) каналов относится к

схемам, имеющим пропорциональный формат полосы частот. Это означает, что

только поднесущие высоких частот пригодны для передачи сигналов с широким

спектром частот. Возможен другой формат — с постоянной полосой частот. Он

предписывает постоянную девиацию частоты для подпесущих всех каналов. К

примеру, канал 21 между частотами 16 и 176 кГц в этом случае может иметь

максимальную девиацию частоты ±2 кГц (с центральными частотами 16, 24 кГц и

т. д.), или ±4 кГц (32, 48, 64 кГц и т. д.), или ±8 кГц (32, 64, 96 кГц и

т. д.). Полагая индекс модуляции равным 5, получим значения ширины спектра

информации 400, 800 и 1600 Гц для соответствующих девиаций частоты: ±2, ±4,

±8кГц. Как только выбрана определенная девиация частоты, сразу фиксируется

ширина спектра сигнала для всех поднесущих.

3.1.2. Временное разделение каналов (временное уплотнение линии связи)

Метод временного уплотнения используется в многоканальных линиях связи

с временным разделением каналов. По таким линиям связи передаются

импульсные сигналы, в то время как непрерывные сигналы типичны для линий

связи с частотным разделением. При медленно изменяющихся телеметрических

данных сигнал будет узкополосным (например, данные о температуре можно

передавать с малой скоростью; скажем, один раз в 10 с), и крайне неэкономно

занимать таким сигналом всю линию радиосвязи. Для увеличения эффективности

передачи эту же линию связи можно использовать для передачи других

измерений в паузах между передачей значений температуры. Ясно, что

эффективное использование линии связи может быть достигнуто за счет

временного разделения канала связи между несколькими измеряемыми

параметрами, каждый из которых передается с частотой, соответствующей

скорости его изменения. При таком временном разделении каждой измеряемой

величине отводится свой повторяющийся временной интервал. В нашем примере в

течение 10 с должно быть передано некоторое число разнообразных групп

данных. Значения различных измеряемых величин. передаются одна за другой

через одну и ту же линию связи, каждая величина в свои промежутки времени.

Приемное устройство должно быть в состоянии разделить поток значений по

каналам так, чтобы в каждом из каналов образовались последовательности

значений, соответствующие первичной измеряемой величине. Для этого

необходимо обеспечить временную синхронизацию или метить каждый временной

промежуток для того, чтобы на приемном конце можно было распознать каждый

источник данных. На рис. 16 показаны временное уплотнение каналов и

функциональная схема типичной телеметрической системы с разделением каналов

по времени.

Общим методом опознавания каждого временного промежутка является

отсчет его положения по отношению к синхронизующим импульсам, которые

имеются в начале цикла передаваемых значений данных, —«тактовые импульсы».

На рис. 17,а показаны более подробные функциональные схемы коммутатора и

декоммутатора.

[pic]

Рис. 16. Временное уплотнение линии с временным разделением каналов.

а-распределение временных интервалов (10 каналов); б-упрощенная

функциональная схема системы.

Коммутатор собирает множество входных каналов от источников сигналов

в одну линию передачи. Счетчик задает каждый временной промежуток и,

следовательно, место в цикле для каждого источника данных. Например, пятый

канал данных в приведенной схеме подключен к линии радиосвязи в то время,

когда счетчик находится в положении 5, или при счете 5. На рис. 17,б

показана упрощенная схема коммутации и декоммутации. Когда переключатель

коммутатора находится в положении 1, в том же положении находится и

переключатель декоммутатора, роль которого играет коммутатор, работающий в

обратном направлении. Следовательно, данные первого канала передаются и

принимаются.Оба переключателя работают синхронно.

[pic]

Рис. 17. Комутатор - декомутатор.

а - функциональная схема; б - схема взаимодействия. Синхронизирующий сигнал

в приемном устройстве может быть извлечен из передаваемых по линии связи

синхроимпульсов или образован местным генератором.

Тактовый синхроимпульс обеспечивает точную синхронизацию начала цикла,

гарантирующего согласованные переключения коммутатора и декоммутатора.

Отметим, что в коммутаторе и декоммутаторе используется одинаковая

аппаратура; различие заключается лишь в направлении движения данных.

Так как коммутация и декоммутация управляются фиксированной частотной

синхронизацией, частота переключений также стабильна и длительность каждого

временного промежутка одинакова. Однако это может быть невыгодным в

случаях, когда для различных источников данных требуются существенно разные

полосы частот. Для того чтобы понять связь между полосой частот и частотой

переключении, необходимо рассмотреть процесс выборки данных.

Как отмечалось ранее, синусоида может быть восстановлена из

последовательности выборок ее мгновенных значений. Для воспроизведения

синусоиды частоты 1 кГц с высокой верностью (искажения менее 1%) требуется

по меньшей мере 5 выборок из каждого периода сигнала. Следовательно, сигнал

с частотой 1 кГц должен быть подвергнут дискретизации со скоростью 5000

значений в секунду, т. е. 5 выборок на период измеряемой величины. Если мы

предполагаем коммутировать сигналы от 10 источников данных (имеющих полосы

частот по 1 кГц), для каждого из которых требуется скорость дискретизации

5000 выборок в секунду, то необходима скорость коммутации 10(5000 выборка/с

= 50000 выборка/с. Коммутатор должен переключаться от источника к источнику

с частотой 50 кГц (через 20 мс), так что каждый источник сигналов будет

опрошен один раз за каждые 10 переключений, т. е. один раз каждые 20 мс, но

с частотой 5 кГц. Частота тактов, т. е. число тактов в секунду, будет равна

5000 такт/с. Частота переключений равна тактовой частоте, умноженной на

число источников данных в системе, или тактовой частоте, умноженной на

число импульсов в такте (5000(10=50000 имп./с). Линия связи должна быть в

состоянии передавать импульсные данные с такой высокой частотой (50000

имп./с) без ощутимых искажений. Это означает, что необходима система связи.

с шириной полосы пропускания гораздо больше 50000 Гц.

Выборки данных от различных источников в системе, показанной на рис.

16,б, непосредственно модулируют несущую. Наряду с такой непосредственной

модуляцией часто бывает, что выборки данных используются для модуляции

поднесущей, которая в свою ечередь модулирует несущую, как это показано

штриховыми линиями на рис. 16,б. Выборки данных от группы источников

передаются, таким образом, на одной из поднесущих в системе с частотным

уплотнением каналов. Это позволяет применять оба метода уплотнения каналов

в одной линии связи. Сами по себе выборки данных это не что иное, как

импульсные значения сигнала при амплитудно-импульсной модуляции (АИМ), т.е.

информация является амплитудно-нмпульсно-модулированной. Так как такие АИМ-

сигналы модулируют поднесущую (например, путем ЧМ), которая затем

модулирует несущую (к примеру, также путем ЧМ), то в результате получается

АИМ/ЧМ/ЧМ-система.

Теперь рассмотрим пример, демонстрирующий влияние дискретизации

сигнала на ширину полосы частот системы связи.

Рассмотрим несущую с частотой 100 МГц, которая модулируется (ЧМ)

поднесущей с центральной частотой 70 кГц. Информация переносится с помощью

частотной модуляции поднесущей 70 кГц. Таким образом, имеем ЧМ/ЧМ-канал

связи. Чтобы соответствовать стандартам, необходимо ограничить девиацию

частоты поднесущей до ±15%. Это означает, что при индексе модуляции 5

ширина полосы информации ограничена до 2100 Гц, т. е. получается гораздо

уже полосы 50000 Гц, необходимой для предложенной системы с уплотнением

каналов. Если число выборок в такте было бы сокращено до одной, что

означает оставление одного из источников данных, то потребовалась бы

частота переключений 5 кГц, т. е. по-прежнему шире полосы 2100 Гц, которой

располагает поднесущая 70 кГц. Отметим, что в случае одного источника

данных не требуется никакого уплотнения каналов и, следовательно, возможна

прямая непрерывная передача (без выборки). В этом случае ширина полосы 2100

Гц в два раза больше полосы, необходимой для сигнала от одного источника (1

кГц в предыдущем примере). Такое ухудшение эффективности использования

полосы частот (при дискретизации требуется полоса 5 кГц, без дискретизации

— только 1 кГц) обусловлено свойствами самой дискретизации сигнала. При

формировании пяти выборок мгновенных значений сигнала на каждый период

непрерывного сигнала мы расширяем полосу частот сигнала более чем в пять

раз, а следовательно, и требуемую полосу канала. Хотя при использовании

одной поднесущей для передачи сигналов от большого числа источников полоса

частот используется неэффективно, но это имеет и свои достоинства,

проявляющиеся при узкополосных сигналах от источников. Поэтому временное

разделение, требующее дискретизации сигнала, в основном используется в

приложениях с низкими требованиями к полосе частот. Однако широкополосные

сигналы тоже .могут быть переданы с использованием длительных выборок.

Длительность каждой выборки в таком методе гораздо больше, чем период

ннформации, и составляет 5 и более ее периодов. Это просто означает, что

выборка содержит не одно мгновенное значение, а конечный отрезок значений

сигнала, передаваемый в данный тактовый интервал времени. При таком методе

необходимо быть уверенным в отсутствии потерь данных за время перерыва

передачи ниформацин от определенного источника.

Выше предполагалось, что способом передачи является ЧМ/ЧМ.

Следовательно, в каждый отдельный интервал времени изменяющаяся частота

поднесущей представляет собой значение измеряемой величины, подвергнувшейся

выборке в это время. В течение этого интервала времени отклонение частоты

от центра поднесущей соответствует напряжению выборки, которое модулирует

частоту поднесущей. Ширина этих временных интервалов фиксирована, а такт их

последовательности задается синхроимпульсом. Синхроимпульс вызывает

максимальное отклонение частоты и имеет длительность, равную удвоенному

обычному временному промежутку. Уширение необходимо для выделения импульса

синхронизации из импульсов выборок сигналов.

Установление стандартов и контроль характеристик линий передачи

осуществляются различными государственными или международными органами (в

зависимости от характера линий: спутниковая телеметрия — международными

соглашениями, промышленная телеметрия — органами государственного контроля

и т.д.). Например, тактовая частота должна поддерживаться постоянной с

точностью ±5% (долговременная стабильность); длина такта ограничена не

более 128 временными интервалами и т.д. (IRIG , «Стандарты телеметрии»).

Отметим еще, что при высоких частотах поднесущих полоса часто оказывается

шире; значит, частота переключении может быть выше.

Для повышения эффективности иногда полезно иметь неодинаковую частоту

выборки для разных источников.

Источник широкополосной информации должен опрашиваться чаще, чем

узкополосный. Это легко достигается простыми изменениями во внутренних

соединениях коммутатора и декоммутатора. Например, если мы соединим

положения 1 и 5 в десятиточечном коммутаторе (уплотнителе каналов), то

источник данных, соединенный с положениями 1 и 5, будет опрошен дважды за

один такт, т. е. с удвоенной частотой. Возможно также произвести

подкоммутацию, т.е. выделить один или более временных интервалов,

длительность которых разбивается на части для передачи данных от

дополнительного ряда источников. Длительность интервала основного такта

становится при этом подтактом для подкоммутатора.

Эти методы позволяют легко приспособить систему к широкому диапазону

требований к полосе частот.

3. Телеметрический комплекс.

До cиx пор описывались разные отдельные средства телеметрии.

Рассмотрим телеметрическую систему, в которой использованы все эти

различные средства. Это не означает, что такая сложная система является

типичной для телеметрии, однако ее рассмотрение позволит связать между

собой различные технические средства.

На рис. 18,а и 18,б показаны передающее и приемное телеметрические

устройства. Система, как видно, состоит из набора различных блоков и

обслуживает 39 каналов информации. Показанные на рис. 18,а 18 поднесущих

обеспечивают непрерывную передачу информации. Подпесущая 19 (93 кГц)

используется в сочетании с коммутатором и подкоммутатором. Она имеет

относительно большую ширину полосы — 1395 Гц (номинальное значение) и

сравнительно хорошее время нарастания — 0,25 мс. Это означает, что

коммутируемые входные данные не должны состоять из сигналов с временем

нарастания короче чем 0,25 мс. Действительно, существующие стандарты

требуют, чтобы интервал дискретизации был не менее номинального времени

нарастания (здесь 0,25 мкс). Можно положить частоту дискретизации равной 1

кГц, т. е. 1 выборка/с, или 20 мс на один такт. Это позволяет установить

скорость коммутации — 4 шага в 1 мс, или 0,25 мс на импульс выборки (для

входных каналов с 35-го до 38-го). Отметим, что канал 17 соединен с

коммутатором в двух точках и, следовательно, опрашивается дважды за такт.

Входными данными для канала 17 могут быть сигналы, имеющие интервал

дискретизации 10 мс, в то время как прочие каналы опрашиваются только один

раз в каждые 20 мс. Четыре подкоммутированных канала входных данных

опрашиваются за 0,25 мс (каждый импульс выборки может длиться 0,25 мс) один

раз в каждые 20 мс аналогично остальным коммутируемым каналам. Как показано

на схеме, поднесущая С содержит частотно-манипулированный сигнал (ЧМС) с

частотой 4 кГц. Этот сигнал может синхронизировать и контролировать работу

коммутатора (1 кГц образуется делением частоты 4 кГц) и декоммутирующей

секции, обеспечивая точную синхронизацию между коммутатором и

декоммутатором (это не существенно, так как обычно синхронизацию

обеспечивает синхроимпульс в тактовом интервале). Необходимо отметить, что

в целях простоты 20 коммутируемых входных каналов в примере заполняют весь

интервал 20 мс и не оставляют места для синхроимпульса.

[pic]

Рис. 18,а. Передающая телеметрическая система.

Каналы 1—11 содержат узкополосную информацию. Канал 12 содержит КИМ-

сигнал, полученный путем преобразования в цифровой дискретный код

аналогового сигнала (аналого-цифровое преобразование). Целесообразно

использовать синхронизирующие импульсы 4 кГц канала С (с соответствующим

делением по частоте) для синхронизации КИМ-информации обоих каналов 12 и

13. Цифровые данные в канале 13 имеют форму КИМ, все другие каналы несут в

себе непрерывную информацию. Наиболее широкополосные сигналы могут быть

переданы по каналу Н.

[pic]

Рис. 18,б. Приемная телеметрическая система; следующие за коммутатором

фильтры необходимы для воспроизведения аналоговых данных из АИМ-выборок.

На рис. 18,б представлено приемное устройство, соответствующее

передающему устройству, изображенному на рис. 18,а.

Различные части телеметрических систем производятся в виде отдельных

функциональных блоков. К примеру, можно приобрести блоки коммутатора,

декоммутатора и подкоммутатора, ФАП-детектор и ЧМ/АМ-приемиики с полным

набором фильтров и частотных дискриминаторов. Компетентное конструирование

систем телеметрии сводится в большей степени к тщательному подбору

подходящих подсистем.

4. Проблемы телеметрии.

Как и в каждой системе, одной из основных проблем в системах

телеметрии является проблема точности. Мы судим о качестве системы в

большей степени по тому, насколько она точна для различных входных

сигналов. Таким образом, необходимо рассмотреть точность воспроизведения

телеметрической системой сигналов с различной шириной полосы, т. е.

необходимо рассмотреть частотную пропускную способность системы. Вероятно,

основными причинами ухудшения точности являются шум и взаимное влияние

каналов. Улучшить шумовые характеристики линии связи можно путем повышения

уровня передаваемой мощности. Следовательно, необходимо рассмотреть

различные узлы телеметрической системы с точки зрения повышения уровня

передаваемой мощности.

Атмосферные шумы вводятся в электромагнитную волну (передаваемый

сигнал) обычно путем амплитудной модуляции, т. е. шумовой сигнал вызывает

изменение амплитуды полезного сигнала. Это означает, что АМ-радиосвязь

наиболее чувствительна к атмосферным помехам. Сигнал ЧМ переносит

информацию, заключенную в изменениях частоты, а не амплитуды;

следовательно, изменения амплитуды могут быть исключены в приемнике с

помощью «ограничителя». Ограничитель рассчитан на выравнивание амплитуды ЧМ-

сигнала. Он сохраняет постоянной амплитуду ЧМ-сигнала и уменьшает все АМ-

компоненты. Метод ЧМ применяется обычно при больших значениях несущей

частоты (100 МГц и выше) и располагает гораздо большей полосой частот, чем

метод AM. Применение несущей высокой частоты делает ЧМ-системы более

компактными и эффективными. Повышение частоты несущей благоприятствует и

распространению электромагнитных волн, что еще более улучшает шумовые

характеристики ЧМ. Так как большинство систем телеметрии предусматривает

работу на поднесущих, необходимо рассмотреть помехи и шумы, связанные с

уплотнением линии связи введением поднесущих.

Поскольку для передачи информации от многочисленных источников

используется только одна несущая, то между поднесущими можно ожидать

взаимодействия. Межканальное взаимодействие может возникнуть по двум

основным причинам. Во-первых, если межканальное расстояние (интервал частот

между поднесущими) слишком мало и часть информации одного канала может

попадать в смежный канал. Конечно, взаимодействие подобного типа может быть

вызвано и плохими фильтрами поднесущих в приемном устройстве. Во-вторых,

может существовать «взаимная модуляция», при которой одна поднесущая

вызывает амплитудную модуляцию другой поднесущеп. Это может иметь место,

только если существуют нелинейности в звеньях блоков, вырабатывающих

составной многоканальный сигнал. Напомним, что амплитудная модуляция двух

синусоидальных колебаний (например, звукового сигнала и несущей

радиовещания) приводит к суммарной и разностным частотам. Таким образом,

может возникнуть множество новых нежелательных частот; некоторые из них,

конечно, могут попасть в полосы различных поднесущих, вводя шумы

(нежелательные сигналы) в эти каналы. Взаимная модуляция может быть сведена

к минимуму путем сохранения хорошей линейности усиления в соответствующих

звеньях системы.

Необходимо отметить, что межканальное влияние может порождаться самой

коммутацией каналов. Большей частью это является следствием «звона» или

медленной скорости спада напряжения при переключениях, что может вызвать

просачивание в коммутаторе сигнала из одного промежутка времени в другой и

ухудшение точности.

По отношению к методам импульсной модуляции проблемы шума приобретают

несколько иное значение. В импульсных методах, где амплитуда импульсов

фиксирована (КИМ, ШИМ, ЧИМ), шумы должны иметь тот же порядок, что и

импульсы сигнала, чтобы оказывать какое-либо влияние. Ошибки в КИМ могут

быть вызваны лишь введением ложного или пропуском полезного импульса.

Например, двоично-десятичное число 0001 = 1 может превратиться в 1001 = 9

под воздействием ложного импульса. Величина ошибки может быть огромной,

однако для возникновения такой ошибки необходим существенный шумовой

сигнал. На практике метод КИМ в высокой степени невосприимчив к шумам; то

же относится и к методам ШИМ и ЧИМ. Амплитудно-импульсная модуляция, где

представляющим информацию параметром является амплитуда сигнала, гораздо

более чувствительна к влиянию шумов.

5. Аппаратура телеметрии и ее приложения.

На рис. 19 представлена функциональная схема блока телеметрического

устройства, использующего КИМ. Представленная подсистема содержит только

входную секцию и узел обработки импульсов. Это позволяет осуществить

модульную конструкцию телеметрических систем с различным числом (таким,

какое потребуется для данного приложения) одинаковых блоков, подключаемых к

линии связи. Важно отметить, что блок, подобный рассматриваемому, может

быть использован не только для беспроводной связи. Цифровые данные с

использованием частотной манипуляции могут быть направлены в телефонную

линию, рассчитанную на передачу звуковых сигналов, т. е. информации с

полосой около 3000 Гц.

На рис. 19 показаны формирователи сигналов, предназначенные для

усиления и формирования сигналов преобразователя (датчика). Формирователь

сигналов обычно необходим, так как большинство сигналов от датчиков имеет

величину порядка милливольт. Узел обработки аналоговой информации включает

в себя аналоговый уплотнитель с подуплотнителем или подкоммутатором, схему

выборки с удержанием и аналого-цифровой преобразователь.

[pic]Рис. 19. Функциональная схема типичной телеметрической КИМ-

системы.

Цифровая информация вводится через параллельно-последовательный

преобразователь, так как большинство цифровых данных приходит параллельно,

а затем через цифровой уплотнитель каналов. Это означает, что ряд

источников аналоговых и цифровых данных коммутируются и группируются для

образования последовательности КИМ-значений. Аналого-цифровой кодовый

селектор (на первой части диаграммы) управляет последовательностью

коммутации данных и вводит сигнал в шифратор, который предназначен

образовывать подходящие уровни и коды, пригодные для радиолинии или

проволочной передачи. (Эта подсистема может быть использована вместе с

одной лишь поднесущей.) На рисунке показан генератор синхрокода и

идентификации такта. Синхрокод обеспечивает тактовую синхронизацию. Для

метода КИМ обычным является использование полной кодовой группы с особым

кодом, которая встречается лишь один раз за такт (в течение интервала

синхроимпульса). Эта синхронизирующая кодовая группа выполняет функции

тактового синхроимпульса. Временной контроль подсистем обеспечивается

точным импульсным генератором с набором делителей частоты и различных

логических схем контроля. Рассматриваемая подсистема способна обрабатывать

кодовые группы от 1 до 16 бит и такты длиной от 1 до 32 кодовых групп;

число подтактов может быть от 2 до 32. Скорость, с которой работают

различные узлы схемы (т. е. частота бит, частота тактов), контролируется

основным блоком контроля; предусмотрен широкий диапазон этих частот.

В настоящее время в большом количестве производится особый класс

телеметрической аппаратуры — «модем». Модем ( от слов модуляция и

демодуляция) управляет модуляцией и демодуляцией сигналов телеметрии.

Цифровые модемы возникли в связи с широким распространением цифровой

техники. Они манипулируют только цифровыми данными аналогично подсистеме,

изображенной на рис. 19. Применяемый способ модуляции и демодуляции

меняется от модуля к модулю. При чрезмерной скорости следования

последовательных кодовых групп цифровых данных модем преобразует их в

несколько параллельных замедленных строк, которые используются в системе с

уплотнением каналов по частоте. Например, скорость 1200 бит/с получена с

помощью 16-канального частотного уплотнения телефонной линии с полосой

375—3025 Гц. Каждый из 16 каналов переносит частотно-манипулированные

данные со скоростью 75 бит/с для передачи со скоростью 75(16 = 1200 бит/с.

Каналы отстоят друг от друга на 170 Гц, начиная с 425 Гц и кончая 2975 Гц.

Частотно-манипулированный сигнал состоит из сдвига тона на 85 Гц,

сосредоточенного около определенной частоты канала fн. Фактически

образуются три различимых уровня: fн + 42,5 Гц, fн - 42,5 Гц и fн.

Последний уровень не несет информации. Следовательно, как импульс, так и

пауза (или логические «1» и «0») обособлены и отделены от частоты канала.

Фильтры приемного устройства демодулируют 16 частотно-ма-

нипулированных каналов и объединяют их для образования первоначальной

последовательной кодовой группы.

Некоторые модемы вместо частотной манипуляции используют фазовую

манипуляцию. Этот метод сдвигает фазу тона в телефонном канале с частотным

уплотнением по отношению к опорному сигналу. Обычно фазовые сдвиги на 45,

135, 225 и 315° представляют 2 бита (две логические группы «0» и «1»).

Фазовый сдвиг затем измеряется или детектируется в приемном устройстве, и

вырабатывается соответствующий логический уровень.

Рассмотренные выше модемы используют узкополосный канал передачи,

однако использованные методы пригодны и для широкополосной передачи.

Большим преимуществом широкополосной передачи являются очень высокие

частоты следования данных, которые могут быть получены, благодаря чему

исключается необходимость последовательно-параллельного преобразования

данных. Такие широкополосные системы обычно работают на линиях СВЧ, где

шумовые эффекты менее вредны. Например, полоса 48 кГц допускает полную

скорость передачи информации 48 кбит/с. Теоретически возможны и скорости до

3,8 Мбит/с.

3.1.6.Другие системы связи.

Наиболее общими системами связи являются радиовещание и телевидение.

Федеральной комиссией по связи (ФКС) для радиовещания отведены две области

частот. Коммерческое радиовещание использует для АМ-передач частоты

535—1605 кГц с полосой 10 кГц на один канал. Для частотной модуляции

используется диапазон 88—108 МГц с шириной полосы канала 200 кГц: всего 100

каналов, начиная с номера 201 (88,1 МГц) по номер 300 (107,9 МГц).

Коммерческое ЧМ-радиовещание в противоположность другим ЧМ-передачам

ограничено каналами 221—300. Коммерческое телевидение располагает 82

каналами (от номера 1 до 83) в диапазоне частот 44—890 МГц. Распределение

ТВ-каналов приводится в таблице на рис. 20.

|Ка-н|Полоса |Ка-на|Полоса |Ка-на|Полоса |Ка-на|Полоса |

|ал |частот, МГц|л |частот, МГц|л |частот, МГц|л |частот, МГц|

|1 |44-50 |22 |518-524 |43 |644-650 |64 |770-776 |

|2 |54-60 |23 |524-530 |44 |650-656 |65 |776-782 |

|3 |60-66 |24 |530-536 |45 |656-662 |66 |782-788 |

|4 |66-72 |25 |536-542 |46 |662-668 |67 |788-794 |

|5 |76-82 |26 |542-548 |47 |668-674 |68 |794-800 |

|6 |82-88 |27 |548-554 |48 |674-680 |69 |800-806 |

|7 |174-180 |28 |554-560 |49 |680-686 |70 |806-812 |

|8 |180-186 |29 |560-566 |50 |686-692 |71 |812-818 |

|9 |186-192 |30 |566-572 |51 |692-698 |72 |818-824 |

|10 |192-198 |31 |572-578 |52 |698-704 |73 |824-830 |

|11 |198-204 |32 |578-584 |53 |704-710 |74 |830-836 |

|12 |204-210 |33 |584-590 |54 |710-716 |75 |836-842 |

|13 |210-216 |34 |590-596 |55 |716-722 |76 |842-848 |

|14 |470-476 |35 |596-602 |56 |722-728 |77 |848-854 |

|15 |476-482 |36 |602-608 |57 |728-734 |78 |854-860 |

|16 |482-488 |37 |608-614 |58 |734-740 |79 |860-866 |

|17 |488-494 |38 |614-620 |59 |740-746 |80 |866-872 |

|18 |494-500 |39 |620-626 |60 |746-752 |81 |872-878 |

|19 |500-506 |40 |626-632 |61 |752-758 |82 |878-884 |

|20 |506-512 |41 |632-638 |62 |758-764 |83 |884-890 |

|21 |512-518 |42 |638-644 |63 |764-770 | | |

Рис. 20. Распределение ТВ-каналов.

Ширина полосы телевизионного канала составляет 6 МГц. Максимальная

девиация частоты для коммерческого ЧМ-вещания равна ±75 кГц. Это означает,

что индекс модуляции для модулированного сигнала на частоте 15 кГц равен 5

(15 кГц — верхняя граница звуковых частот). Индекс модуляции 5 дает 7 пар

боковых полос значительной амплитуды или общую полосу 7(2(15 = 210 кГц.

Таким образом, предназначенная для одного канала полоса 200 кГц почти

достаточна для полной передачи звукового сигнала 15 кГц. Полоса 10 кГц АМ-

передач (фактическая полоса по уровню —3 дБ составляет около 9 кГц)

допускает максимум звуковой частоты 5 кГц. Как видно, ЧМ-передача

обеспечивает гораздо более широкую полосу и, следовательно, более полное

воспроизведение звукового диапазона в целом (20 Гц —15 кГц). Для сравнения

будет показано ниже, что звуковое ТВ-сопровождение обеспечивается

максимальной девиацией ±25 кГц, что приводит к коэффициенту модуляции 25/15

= 1,67 (для звуковой частоты 15 кГц). Это в свою очередь приводит к трем

парам боковых полос со значительной амплитудой и к необходимой полосе

частот 2(3(15 = 90 кГц. Фактическая передаваемая полоса составляет от 50 до

80 кГц и недостаточна для полного воспроизведения звукового диапазона в

целом.

AM- и ЧМ-радиовещанне следует стандартным методам. Функциональные

схемы AM- и ЧМ-систем представлены на рис. 21 и 22.

[pic]Рис. 21. Функциональная схема системы амплитудной модуляции.

[pic]Рис. 22. Функциональная схема системы частотной модуляции.

Оба приемника для получения промежуточной частоты (ПЧ) используют

методы смешения частот. Основное преимущество метода преобразования частоты

в промежуточную основано на том, что промежуточная частота фиксирована и,

следовательно, удобна для усиления в резонансных усилителях с фиксированной

частотой настройки. Используемая в АМ-приемниках промежуточная частота 455

кГц является частотой биений (разностной частотой) между колебаниями от

местного генератора-гетеродина fг и входным сигналом fн. Таким образом, ПЧ

= fг - fн. При изменении настройки изменяются как fг, так и fн, но их

разность остается неизменной. ЧМ-приемники имеют промежуточную частоту 10,7

МГц. АМ-детектор состоит из простого выпрямителя и высокочастотного

фильтра, который воспроизводит огибающую модулированного сигнала. ЧМ-

дискриминатор воспроизводит звуковой сигнал путем преобразования девиации

частоты fн в соответствующее напряжение. Для частотной дискриминации

разработано большое число схем. Заслуживает внимания тот факт, что ЧМ-

детектору предшествует ограничитель уровня. Амплитуда сигнала

поддерживается на постоянном уровне; это уменьшает помехи, которые обычно

свойственны амплитудной модуляции.

Телевизионная передача несколько более сложна, так как она использует

методы и амплитудной, и частотной модуляций.

[pic]Рис. 23. Функциональная схема ТВ-линии связи.

ТВ-линия связи содержит три основные группы информации. Во-первых, ТВ-

камерой генерируется сигнал изображения, соответствующий форме и яркости

образа. Телекамера развертывающая изображение по горизонтали и вертикали,

управляется схемами развертки и синхронизации. Для обеспечения

синхронизации развертки изображения на экране кинескопа приемника с

разверткой камеры на приемник передаются синхроимпульсы. Строка за строкой

на экране сформируется изображение в строгом соответствии с построчным

сканированием образа передающей камерой. Наконец, для воспроизведения

звукового сопровождения паредаваемой сцены необходимы сигналы звуковой

частоты. Видеосигнал (сигнал изображения) н синхроимпульсы модулируют по

амплитуде высокочастотную несущую, в то время как сигналы звуковой частоты

передаются с помощью частотной модуляции. Для передачи обоих сигналов (ЧМ и

AM) используется полоса частот 5 МГц ТВ-канала.

Для того чтобы получить высококачественное изображение, необходимо

разрешение телекамеры порядка 0,0025 см. Это означает, что каждый участок

экрана телекамеры размером 0,0025 см образует свой локальный яркостный

сигнал. Реальный образ фокусируется на экран телекамеры, покрытый большим

числом миниатюрных (фотоэлементов (размером 0,0025 см), которые и

вырабатывают фото-э. д. с. в соответствии с интенсивностью падающего на них

света. Эти напряжения снимаются последовательно, образуя непрерывный поток

сигналов, в котором каждый уровень сигнала соответствует свету, падающему

на соответствующий фотоэлемент. Совокупный сигнал является видеосигналом

(сигналом изображения). Выборка производится от точки к точке слева

направо. Каждая горизонтальная линия развертки (около 4000 фотоэлементов)

образует строчку видеозначений, которые используются в приемном устройстве

для воспроизведения яркостных изменений изображения. 525 таких линий

полностью покрывают экран телекамеры и,таким образом, содержат видеосигнал,

соответствующий реальному образу. Синхронизирующие импульсы поддерживают

временную зависимость между разверткой телекамеры и разверткой приемной ЭЛТ

(кинескопа), так что положение объектов в реальной картине сохраняется и на

экране кинескопа.

Как отмечалось ранее, посредством амплитудной модуляции или, точнее,

на частично подавленной боковой полосе частот передается видеосигнал,

содержащий также и синхронизирующие импульсы. Как показано на рис. 24,

полоса 6 МГц (по уровню — 20 дБ) телевизионного канала содержит 4,2 МГц

верхней боковой полосы частот и 0,75 МГц нижней полосы.

[pic]

Рис. 24. Распределение частот в пределах полосы стандартного телевизионного

канала.

Это означает, что основная часть сигналов изображения передается на

одной боковой полосе. Низкочастотные видеосигналы (менее 0,75 МГц)

передаются с двумя боковыми полосами, в то время как высшие видеочастоты

передаются с одной боковой полосой (полностью передается только верхняя

боковая полоса). Как показано на рисунке, ЧМ-несущая (несущая звука)

расположена на 4,5 МГц выше несущей канала изображения. Телевизионный

приемник разделяет эти две несущие для выработки видеосигнала в одном

канале и звукового сигнала в другом. Видеосигнал в свою очередь

разделяется, образуя синхронизирующие импульсы и сигналы изображения.

Последние модулируют по инсивности электронныи пучок кинескопа,

воспроизводя передаваемое изображение.

На рис. 25 приведена более детальная (функциональная схема ТВ-

приемника. Как показано на схеме, несущая звука снимается либо с блоков НЧ-

канала изображения на уровне УВЧ (fн=15 МГц), либо с видеоусилителя на

частоте 4,5 МГц путем фильтрации в видеодетекторе. Затем два типа сигналов

(звуковые и видео) обрабатываются раздельно для образования выходных

сигналов звука и изображения.

[pic]Рис. 25. Блок-схема ТВ-приемника с черно-белым изображением.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Электрическая связь - это огромный комплекс передачи, приема и

обработки информации, построение которого в немалой степени обязано

достижениям радиотехники, зародившейся как самостоятельная и техническая

дисциплина.

Отличительная особенность нашего времени - непрерывно возрастающая

потребность в передаче потоков информации на большие расстояния. Это

обусловлено многими причинами, и в первую очередь тем, что электрическая

связь стала одним из самых мощных рычагов управления.

Претерпевая значительные изменения, становясь многосторонней и

всеобъемлющей, электрическая связь становится все более интегрированной в

мировое телекоммуникационное пространство.

5. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1) Г. Зангер. «Электронные системы» 1980 г.

2) В. В. Мигулин «100 лет радио» 1995 г.

3) А. С. Касаткин «Электротехника» 1965 г.

4) В. Г. Герасимов «Основы промышленной электроники» 1986 г.

Страницы: 1, 2