Системы связи

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, 3, 4