Лекция № 9. Тема 1 . 3 Системы радиосвязи с временным разделением каналов

Тема 1. 3 Системы радиосвязи с временным разделением каналов

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 эф 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 при в течение 10 с должно быть передано некоторое число разнооб 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 необ обеспечить временную синхронизацию или метить каждый временной промежуток для того, чтобы на приемном конце можно было распознать каждый источник данных. На рис. 27 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 значе данных, —«тактовые импульсы». На рис.28,а показаны более подробные функциональные схемы коммутатора и декоммутатора.

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 под к линии радиосвязи в то время, когда счетчик находится в положении 5, или при счете 5.

Рисунок 27 Временное уплотнение линии с временным разделением каналов

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

функциональная схема системы.

На рис. 28,б показана упрощенная схема коммутации и декоммутации. Когда переключатель коммута 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.

Рисунок 28 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 ком 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 стабиль 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 пере, 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 требует скорость дискретизации 5000 выборок в секунду, то необходима скорость коммутации 10×5000 выборка/с = 50000 выборка/с. Ком должен переключаться от источника к источнику с частотой 50 кГц (через 20 мс), так что каждый источник сигналов будет опро 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 секун, 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 лини на рис. 27,б. Выборки данных от группы источников переда, таким образом, на одной из поднесущих в системе с частотным уплотнением каналов. Это позволяет применять оба метода уплот 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 модулируе несущую (к примеру, также путем ЧМ), то в результате получается АИМ/ЧМ/ЧМ- система. Теперь рассмотрим пример, демонстрирующий влияние дискре сигнала на ширину полосы частот системы связи. Рассмотрим несущую с частотой 100 МГц, которая модулируется (ЧМ) поднесущей сцентральной частотой 70 кГц. Информация пере с помощью частотной модуляции поднесущей 70 кГц. Таким образом, имеем ЧМ/ЧМ-канал связи. Чтобы соответствовать стан, 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 уплот 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. попрежнему шире полосы 2100 Гц, которой располагает поднесущая 70 кГц. Отметим, что в случае одного источника данных не требуется ника уплотнения каналов и, следовательно, возможна прямая непре 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) обусловлен свойствами самой дискретизации сигнала. При форми пяти выборок мгновенных значений сигнала на каждый пе 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 неэффек, но это имеет и свои достоинства, проявляющиеся при узкополосных сигналах от источников. Поэтому временное разделение, требующее дискретизации сигнала, в основном используется в при с низкими требованиями к полосе частот. Однако широкополосные сигналы тоже могут быть переданы с использованием длин выборок.

Длительность каждой выборки в таком методе го больше, чем период ннформации, и составляет 5 и более ее периодов. Это просто означает, что выборка содержит не одно мгновенно значение, а конечный отрезок значений сигнала, передавае в данный тактовый интервал времени. При таком методе необ быть уверенным в отсутствии потерь данных за время пере передачи ниформацин от определенного источника.

Выше предполагалось, что способом передачи является ЧМ/ЧМ. Следовательно, в каждый отдельный интервал времени изменяю частота поднесущейпредставляет собой значение измеряе 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. Синхроим вызывает максимальное отклонение частоты и имеет длитель, равную удвоенному обычному временному промежутку. Уширение необходимо для выделения импульсасинхронизации из им выборок сигналов. Установление стандартов и контроль характеристик линий передач осуществляются различными государственными или между органами (взависимости от характера линий: спутнико телеметрия — международными

соглашениями, промышленная телеметрия — органами государственного контроля и т.д.). На, тактовая частота должна поддерживаться постоянной с

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

128 временными интервалами и т.д. (IRIG, «Стан телеметрии»). Отметим

еще, что при высоких частотах поднесущих полоса часто оказывается шире;

значит, частота переключении может быть выше. Для повышения эффективности иногда полезно иметь неодина частоту выборки для разных источников. Источник широкополосной информации должен опрашиваться чаще, чем узкополосный. Это легко достигается простыми изменения во внутренних соединениях коммутатора и декоммутатора. На, если мы соединим положения 1 и 5 в десятиточечном комму (уплотнителе каналов), то источник данных, соединенный с положениями 1 и 5, будет опрошен дважды за один такт, т. е. с уд частотой. Возможно, также произвести подкоммутацию, т.е. выделить один или более временных интервалов, длительность которых разбивается на части для передачи данных от дополнитель 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.

Дата добавления: 2014-01-05