Основные параметры дискретных и аналоговых каналов

В многоканальных системах передачи мерой емкости служит канал тональной частоты (КТЧ).

Канал ТЧ - совокупность средств связи и среды распространения, обеспечивающие передачу сигнала в полосе частот: 0,3 - 3,4 кГц с уровнем передачи - 1,5 Нп (- 13 дБ) и уровнем шума +0,5 Нп (+ 4 дБ) на нагрузку 600 Ом.

Для всех каналов, организованных в различных системах связи устанавливается перечень технических характеристик, позволяющих объективно оценить качество связи.

Основными характеристиками являются:

• остаточное затухание (ОЗ);
• частотная характеристика остаточного затухания (ЧХОЗ);
• шумовая защищенность;
• фазовая характеристика;
• амплитудная характеристика;
• коэффициент нелинейных искажений.

На практике в первую очередь измерения подвергаются три первых параметра, как наиболее часто выходящие за допустимые нормы.

ОЗ КТЧ - называют разность между уровнями сигнала частотой 800 Гц на входе и выходе канала при условии:

, т.е.

,где p_пер и р_пр - абсолютные уровни сигнала на входе и выходе КТЧ соответственно.

Физическая сущность названия “остаточного затухания” видна из другого определения:

Остаточное затухание - это разность между суммой всех затуханий и суммой всех усилений в канале при условии согласованного включения всех его элементов:

,

где:

а_i - затухание i - ого элемента канала;

s_j - усиление j - ого усилителя в канале.

Если первая сумма больше второй, то в канале произошло затухание (уменьшение уровня) сигнала, если же наоборот, вторая сумма больше, то остаточное затухание будет отрицательным, значит, в канале произошло усиление сигнала.

Схема для измерения остаточного затухания имеет вид (рис.41)

рис. 41

Остаточное затухание считается в норме, если его значение равно номинальному с точностью ± 0,06 Нп (± 0,5 дБ).

Остаточное затухание является одним из основных параметров, обеспечивающих качество передачи сигналов. Снижение уровня принимаемого сигнала ухудшает слышимость телефонной передачи, может вызвать ошибки в приеме сигналов тонального телеграфа, передачи данных, а при значительных снижениях уровня прием дискретной информации не возможен.

Частотной характеристикой (ЧХ) ОЗ называется зависимость его от частоты аr = j (f), при рвх =const.

Этот параметр определяет амплитудно-частотные искажения сигнала, передаваемого по каналу. Они обусловлены главным образом количеством и качеством полосовых фильтров в аппаратуре канального преобразования.

Амплитудно - частотные искажения в канале отрицательно сказываются на качестве передачи сигналов любого вида связи, но особенно влияют на передачу дискретной информации.

Частотная характеристика ОЗ нормируется в эффективно передаваемой полосе частот (ЭППЧ) канала.

ЭППЧ - это такая полоса частот канала, в пределах которой при максимальной дальности связи остаточное затухание превышает свое значение на частоте 800 Гц не более чем на 1 Нп (8,7 дБ).

Нормы на частотную характеристику канала задаются в виде зависимости D аr = j (f) т.е. отклонения между остаточным затуханием на данной частоте и остаточным затуханием на частоте 800 Гц.

Для удобства пользования строятся графики - шаблоны (рис.42).

рис. 42

Если измеренная характеристика не выходит за пределы заштрихованной части, то канал по данному параметру находится в норме.

Шумовая защищенность КТЧ позволяет оценить уровень шума в канале и определить соотношение сигнал/шум.

Шумы являются основной причиной, которая отрицательно сказывается на качестве передачи любых видов информации.

При телефонной передаче мешающее действие отдельных частотных составляющих шума неодинаково, поэтому оценка шума проводится взвешенными единицами измерения, которые получили название псофометрических (взвешенных).

Псофометрическим (взвешенным) напряжением (мощностью) шума называется такое действующее значение напряжения (мощности) чистого тока с частотой 800 Гц, мешающее действие которого на телефонную передачу такое же, как и шума во всей полосе канала.

Для оценки влияния шума на качество передачи других видов информации необходимо знать среднее значение напряжения (мощности) шума. Такие шумы получили название интегральные (невзвешенные).

Интегральным (невзвешенным) напряжением (мощностью) шума на выходе канала называют действующее значение напряжения (мощности) шума в полосе канала.

Взвешенные и невзвешенные шумы в КТЧ взаимосвязаны следующим образом:

,

где:

k - коэффициент 0,75;

Uд - действующее (невзвешенное) значение напряжения шума;

Рд - действующее (невзвешенное) значение мощности шума.

Остальные параметры КТЧ рассматривать не будем.

В цифровых системах передачи емкостью служит дискретный (цифровой) канал.

Основными характеристиками, позволяющими оценить дискретный канал, являются:

• номинальная скорость передачи (приема) сигнала;
• параметры стыка;
• достоверность передачи информации;
• краевые искажения.

Номинальная скорость передачи (приема) сигнала определяется как:

где t - длительность первичных информационных импульсов (рис.43)

рис. 43

Скорость передачи дискретных сигналов в общем случае ограничивается шириной полосы частот, пропускаемых каналом связи.

Например, КТЧ с полосой 0,3 - 3,4 кГц допускает передачу дискретных сигналов по ним со скоростью 1200 Бод.

По скорости передачи (пропускной способности) дискретные каналы делятся на:

• низкоскоростные (50 - 200 Бод);
• среднескоростные (600 - 9600 Бод);
• высокоскоростные более 9600 Бод.

Дискретные каналы могут быть:

• “прозрачные” (кодонезависимые);
• “непрозрачные” (кодозависимые).

По “прозрачным” каналам дискретные сигналы могут передаваться любым кодом и с любой скоростью передачи. Скорость передачи ограничивается пропускной способностью канала.

По “непрозрачным” каналам передаются сигналы определенного кода (вида) с определенной скоростью.

По точности соблюдения скоростей передачи дискретные каналы подразделяются на:

• асинхронные;
• синхронные.

Асинхронные потоки поступают от различных абонентов, даже если скорости абонентских потоков одинаковы по номиналу, всегда имеется неточность частоты опорных генераторов, следовательно, такие потоки не являются синхронными относительно друг друга. Относительное изменение скорости по асинхронному каналу от номинального значения допускается

» 0.0001 (10 в степени (-4)).

Синхронные каналы - это такие каналы у которых скорость передачи жестко связана с тактовой частотой цифровой системы передачи.

Параметры стыка (с сопряженными устройствами или соединительной линией)

К параметрам стыка относятся:

• входное и выходное сопротивление;
• форма импульсной последовательности;
• амплитуда импульсов.

Достоверность передачи информации - оценивается коэффициентом ошибок:

где:

Nош - число зарегистрированных ошибок;

В - скорость передачи, Бод;

Т - время измерения, сек.

В практике измерений используют следующее выражение для коэффициента ошибок:

где:

Nош - число зарегистрированных ошибок;

N - общее число переданных импульсов.

На величину Кош в основном влияют:

• величина и частота импульсных помех;
• глубина и частость кратковременных изменений уровня сигнала;
• скачкообразное изменение фазы передаваемого сигнала;
• пульсации в цепях питания.

Краевые искажения - искажения, выражающиеся в изменении длительности его значащего интервала времени по сравнению с длительностью идеального значащего интервала этого сигнала.

Оборудование дискретного канала вносит различного вида искажения. Совокупность этих искажений называется собственными краевыми искажениями. Они делятся на три вида:

• случайные - величина их изменяется во времени по случайному закону;
• характеристические - обусловлены переходными процессами в канале передачи и устройстве преобразования;
• типа “преобладание” - возникающие вследствие асимметрии устройств преобразования.

Все параметры для аналогового и дискретного канала нормируются. Нормы устанавливает МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии).

ГЛАВА VI Элементы аппаратуры объединения и разделения цифровых потоков.

В цифровой системе передачи одним из основных элементов аппаратуры являются устройства объединения и разделения цифровых потоков. Элементной базой для данных устройств являются импульсные, цифровые и аналоговые схемы. Основу данных схем составляют логические элементы, выполненные в виде микросхем. В данной главе рассмотрим основы кодирования сигнала двоичным кодом и устройства, которые работают в логическом режиме.

6.1. Логические элементы.

Во многих электронных устройствах для передачи сообщений кодированные сигналы в двоичном виде.

Двоичными называют цифровые сигналы, имеющие два уровня, обозначенные логическими 0 (нулями) и 1 (единицами) (рис.44).

рис. 44

Сочетание нулей и единиц, например 01101, называется кодом. Любое десятичное число можно перевести из десятичной формы в двоичную и наоборот.

Например: число 6 представить двоичным кодом, для этого необходимо:

6: 2 = 3 (остаток 0)

3: 2 = 1 (остаток 1)

1: 2 = 0 (остаток 1)

Соответственно код числа 6 в двоичной форме:1 1 0.

Для обратного перехода используют следующую зависимость:

,

где А0, А1, А2 - код соответствующего числа.

тогда для кода 1 1 0имеем:

1*1 + 1*2 + 0*2*2 = 6.

Операции по обработке двоичных кодов выполняют логические элементы, которые нашли широкое применение в системе связи.

Основными логическими элементами являются:

• элемент логического отрицания - НЕ;
• элемент логического сложения - ИЛИ;
• элемент логического умножения - И.

Операция логического отрицания (НЕ) сводится к инверсии:

НЕ А = В, т.е. НЕ 0 = 1, НЕ 1 = 0

Условное обозначение элемента НЕ имеет вид (рис.45)

рис. 45

Операция логического сложения (ИЛИ) выполняется по правилу:

А + В = С

0 ИЛИ 0 = 0

1 ИЛИ 0 = 1

0 ИЛИ 1 = 1

1 ИЛИ 1 = 1

Условное обозначение элемента ИЛИ имеет вид (рис.46)

рис. 46

Логическое умножение (И) выполняется по правилу:

А * В = С

0 И 0 = 0

1 И 0 = 0

0 И 1 = 0

1 И 1 = 1

Условное обозначение элемента И имеет вид (рис.47)

рис. 47

Отдельно логические элементы, как правило, не выпускаются промышленностью, а изготавливаются универсальные схемы (на основе логических операций), выполняющие ряд функций. Например (рис.48)

рис. 48

Количество входов может быть различным, и они могут объединяться в различные конфигурации.

Универсальные логические элементы в свою очередь служат основой для создания других устройств, например, триггеров, мультиплексоров, счетчиков, делителей и т. д.

6.2. Триггеры.

Триггером называется устройство, обладающее двумя устойчивыми состояниями равновесия и способное переключаться из одного состояния в другое каждый раз, когда входной управляющий сигнал превосходит определенный уровень, называемый порогом срабатывания.

В электронных приборах триггер используется:

• для формирования прямоугольных импульсов из входных сигналов, имеющих другую форму;
• как ячейка памяти для хранения одного бита информации;
• для построения других устройств - регистров, счетчиков, делителей и т.д.

В настоящее время широкое распространение в импульсной и цифровой технике получили триггерные устройства, реализованные на основе импульсных схем И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

В зависимости от способа записи информации триггеры разделяются на асинхронные и синхронные (тактируемые).

В асинхронных триггерах запись информации производится в произвольные моменты времени, непосредственно при подаче сигнала на информационные входы триггеров.

Синхронные триггеры имеют наряду с информационными входами дополнительный вход С, на который поступает тактовый сигнал, т.е. для переключения такого триггера требуется наличие сигналов на информационном входе и на дополнительном одновременно.

Входы триггера, по которым он переключается фронтом или срезом импульса называют динамическими. Если триггер переключается уровнем входного сигнала, т.е. требует большой длительности сигнала, то такой вход называют статическим.

рис. 49

На рис.49 приведены условные обозначения простейшего асинхронного триггера с устойчивыми входами или RS - триггера.

Треугольники на входах триггера, направленные остриями в правую сторону (рис.49 а), показывают, что триггер переключается фронтом положительного перепада входного сигнала. Если треугольники направляют остриями в левую сторону (рис.49 б), то триггер переключается фронтом отрицательного перепада входного сигнала.

В изображении статических входов триггера треугольники отсутствуют (рис.49 в).

Схема асинхронного RS - триггера, реализованного на основе элементов И-НЕ, показана на рис.50.

рис. 50

Выходное состояние триггера при действии на его входах различных комбинаций сигналов в двоичной системе характеризуется таблицей состояний (переходов).

S	R	Q	¬Q
		-	-	не изменяется
		Х	Х	не допускается
S - установочный вход; R - сброс; Q - прямой вход; ¬Q - инверсный вход.		входы триггера

Схема синхронного RSС - триггера состоит из асинхронного триггера и двух элементов И-НЕ рис.51, благодаря которым триггер переключается только в том случае, если сигнал логической единицы поступает одновременно на тактовый вход С и один из информационных входов R или S.

В отсутствии сигнала =1= на тактовом входе RSС-триггер работает в режиме запоминания предыдущей информации.

рис. 51

Кроме RS-триггера, рассмотренного выше, нашли широкое применение триггеры других типов:

• Т-триггер;
• D-триггер;
• JK- триггер;
• триггер Шмитта.

Т-триггер - счетный триггер, т.к. он переключается каждый раз, когда на его входе появляется сигнал.

Асинхронный Т-триггер имеет один информационный вход (рис.52 а) и переключается каждый раз при наличии на его входе импульса (рис.52 б).

рис. 52

Синхронный двухступенчатый Т-триггер (рис.53 а) переключается после окончания действия тактового импульса (вх.С) при наличии логической единицы на информационном входе Т (рис.53 б).

рис. 53

D-триггер с задержкой, имеет 2 входа D- информационный и

С-тактовый (рис.54 а).

Триггер переключается в момент поступления очередного тактового импульса, если уровни сигналов на входе D и выходе Q различны (рис.54 б).

рис. 54

JK- триггер является универсальным, т.к. не имеет запрещенных комбинаций входных сигналов.

Синхронный JKC- триггер имеет информационные входы J и K, и тактовый вход С (рис.55).

На основе JK -триггера легко реализовать остальные типы тактируемых триггеров. Например, если объединить J и K в один общий вход, то получим синхронный Т-триггер.

рис. 55

Триггер Шмитта - представляет собой устройство, в котором переход из одного устойчивого состояния в другое осуществляется только при определенных условиях входного напряжения Е1 и Е2, называемых пороговыми условиями (рис.56).

Наличие двух пороговых уровней входного сигнала в схеме свидетельствует о гистерезисном характере передаточной характеристики данного устройства. Идеализированная передаточная характеристика триггера Шмитта представлена на рисунке 56 б.

рис. 56

6.3. Элементы аппаратуры объединения и разделения цифровых потоков.

В аппаратуре временного объединения и разделения цифровых потоков станций спутниковой связи широкое распространение получили ряд устройств, таких как:

• счетчики;
• регистры;
• распределители.

Счетчиком называется электронное устройство, выполненное на основе триггеров и предназначенное для подсчета числа импульсов, деления частоты их следования и других преобразований цифровых сигналов.

Счетчик характеризуется модулем счета Мсч, т.е. число входных импульсов, при котором счетчик возвращается в исходное состояние.

,

где n - число Т- триггеров.

Счетчики, выполненные на основе Т- триггеров, называют двоичными.

В зависимости от порядка счета импульсов различают суммирующие, вычитающие и реверсные счетчики.

Суммирующий счетчик (рис.57) с приходом первого импульса записывает минимальное двоичное число (рис.58 а).

Вычитающий счетчик (рис.59 а) с приходом первого импульса записывает максимальное двоичное число (рис.59 б).

Реверсные счетчики имеют два счетных входа Т(+) и Т(-). При поступлении последовательности импульсов на вход Т(+) счетчик работает как суммирующий, при подаче импульсов на вход Т(-) - как вычитающий (рис.60).

Работу счетчика можно проанализировать по таблице переходов и диаграмме работы.

рис. 58

Схема вычитающего счетчика имеет вид:

рис. 59

Схема реверсного четырехразрядного счетчика с установочными входами R и S для всех разрядов имеет вид:

рис.60

На рис.58 б видно, что счетчик производит деление частоты следования импульсов. Частота следования импульсов на выходах триггера:

f(Q3) = fвх/ 2; f(Q2) = fвх/ 2; f(Q1) = fвх/ 2.

При необходимости можно получить схему с любым коэффициентом деления, в том числе и с переменным (управляемые).

В интегральном исполнении выпускаются 4, 8 и 12-ти разрядные счетчики.

Регистром называется устройство, предназначенное для ввода (записи), хранения и выдачи (считывания) цифрового кода, выраженного в виде двоичного числа.

Основными элементами регистра являются двоичные ячейки памяти, роль которых играют триггеры различных типов.

Количество ячеек (триггеров) определяется количеством разрядов двоичного числа, предназначенного для ввода в регистр.

Регистры подразделяются на:

• параллельный или регистр памяти - разряды двоичного числа записываются в ячейки одновременно;
• последовательный или регистр сдвига - разряды двоичного числа записываются и считываются последовательно во времени - разряд за разрядом.

Наиболее распространенным является регистр сдвига, т.е. код, формируемый на входах, можно сдвигать на один разряд подачей тактовых импульсов.

Структурная схема регистра на JK триггерах представлена на рис.61.

рис. 61

Для записи числа все триггеры предварительно устанавливаются в нулевое состояние. Затем на вход подается серия импульсов, соответствующая записываемому числу, например 011. Под действием 3-х тактовых импульсов (С) все цифры последовательно запишутся в соответствующие разряды. Для хранения этой информации подача синхроимпульсов прекращается.

Выдача может быть параллельной, когда она снимется сразу со всех трех входов, или последовательной - когда информация выдается с выхода последней ячейки (в данном случае на информационный вход первой ячейки сигнал не подается, а подаются только три импульса синхронизации).

Во многих случаях при построении устройств необходимо осуществлять сдвиг информации вправо и влево. Регистры, обеспечивающие сдвиг информации в обоих направлениях, называются реверсивными.

Распределителем - называют устройство, выполняющее функцию поочередной выдачи импульсов по различным каналам.

Распределители реализуются на основе триггеров, счетчиков и других логических элементах.

Схема трехканального распределителя и диаграмма работы представлена на рисунке 62 и 63.

рис. 62

рис. 63

Структурная схема распределителя включает делитель на двух JK триггерах и канальные элементы ИЛИ-НЕ.

В исходном состоянии на выходах Q1 и Q2 - уровни логической "1" (устанавливается подачей импульса установки "1" на вход S). По окончании первого импульса оба триггера устанавливаются в состояние "0". При этом: на вход первой схемы ИЛИ-НЕ поступают два логических нуля, соответственно на выходе появляется логическая "1".

На входах 2-ой и 3-ей схемы ИЛИ-НЕ - комбинации 10 и 11 соответственно, поэтому на выходах "0".

По окончании второго импульса происходит подключение только 1-ого триггера и на выходе Q1 появляется "1", а на выходе Q1- "0". При этом на обоих входах второй схемы ИЛИ-НЕ появляется комбинация "0 0", на выходе "1".

Под воздействием 4-ого входного импульса на всех выходах "0".

После этого цикл повторяется, и на выходах распределителя появляются импульсы с частотой следования:

где:

ft - тактовая частота входной последовательности импульсов;

k - коэффициент деления счетчика делителя.

В зависимости от числа и комбинации триггеров и элементов ИЛИ-НЕ можно получить распределители на требуемое число каналов.

ГЛАВА VII Методы формирования и разделения групповых цифровых сигналов.

Потоки цифровой информации порождаются различными источниками, поэтому абонентские потоки будут асинхронными и в зависимости от типов каналов (ТФ, ТГ) могут иметь различные скорости передачи информации. Даже если скорости абонентских потоков одинаковые по номиналу, всегда имеется неточность частоты опорных генераторов, следовательно, такие потоки не являются синхронными ни относительно друг друга, ни по сравнению с опорной частотой станций.

Известные в настоящее время методы объединения асинхронных потоков реализуются, как правило, в два этапа. На первом этапе асинхронные потоки преобразуются в синхронные, на втором - синхронные потоки объединяются в единый групповой поток.

Для преобразования асинхронных потоков в синхронные наиболее широкое применение нашли следующие методы:

• метод согласования скоростей передачи (метод “вставки”);
• метод “чистого окна”;
• метод наложения (метод “скользящего индекса с подтверждением”);
• метод стартстопно-синхронного перехода.

7.1. Метод согласования скоростей передачи (метод “вставки”).

Данный метод применяется для объединения асинхронных цифровых потоков, имеющих сравнительно высокие скорости передачи.

Суть метода состоит в том, что исходные асинхронные потоки стробируются тактовыми импульсами, создаваемыми специальным генератором аппаратуры.

В зависимости от длительности элемента абонентского сигнала (tс) и периода следования стробирующих импульсов (Та) различают:

• метод “положительных вставок”, когда tс>Та. В данном случае при стробировании, на длительность одного информационного импульса могут быть два стробирующих импульса. Так как второй стробирующий импульс информации не несет, то он получил название импульса “вставки”. На приемной стороне импульсы “вставки” необходимо изымать, для этого в цикле выделены дополнительные позиции для передачи команды сигнализации о наличии “вставки”;
• метод “отрицательных вставок”, когда Та>tс. В этом случае, если на длительности информационного импульса не укладывается ни одного стробирующего импульса, то данный элемент в передаваемом потоке теряется. Чтобы этого избежать на дополнительных позициях цикла передаются “потерянные” информационные импульсы;
• метод “двухсторонних вставок”, когда Та» tс. В этом случае в принимаемой информации может быть недостача или избыток импульсов.

Для примера, рассмотрим метод “положительных вставок” (рис.64), когда Та<tс.

рис.64

Из рисунка 64 видно, что в передающем тракте сигнал абонента (а) простробирован импульсами (б), на некоторые информационные импульсы пришлось два стробирующих. В передающей части эти импульсы “вставки” переданы как команда сигнализации, что эти импульсы на приеме необходимо изъять (в).

В приемной части “вставки” изымаются (г) и в таком виде записываются в буферную память, затем считываются импульсами счета, у которых период следования равен длительности информационного сигнала (д). В результате считывания восстанавливается исходная информационная последовательность (е).

Основными недостатками вышеперечисленных методов являются:

• снижение пропускной способности группового тракта, т.к. необходимо выделять дополнительные временные позиции в цикле для передачи информации о вставках;
• ошибочный прием команд сигнализации вставок вызывает рассогласование оконечных устройств и ставит проблему обрывоустойчивости, т.е. способность оконечной аппаратуры сохранять некоторое время синхронизм при кратковременных обрывах канала связи.

В аппаратуре временного объединения и разделения каналов используют:

• метод “положительных вставок” для объединения каналов со скоростями 1,2 или 2,4 кБод в группу 4,8 кБод, и групп 4,8 кБод в поток 48 кБод;
• метод “двухсторонних вставок” - при образовании потоков 96; 114; 480 кБод.

7.2. Метод “чистого окна”.

Один из путей решения проблемы обрывоустойчивости заключается в отказе от передачи корреспонденту команд сигнализации “вставок” на отдельных позициях цикла.

Метод, основанный на поиске импульсов “вставок” в принимаемой информационной последовательности, получил наименование метода “чистого окна”.

Его сущность заключается в следующем: абонентский сигнал стробируется импульсами, у которых период следования равен 0,5t с<Tа<t с.

Как и в методе “положительных вставок” на один информационный импульс могут приходиться два тактовых, но в методе “чистого окна” значащие импульсы и импульсы вставок будут передаваться одной последовательностью. Задача на приеме выделить значащие импульсы и изъять импульсы “вставки”.

Данный метод поясняется рисунком 65.

рис. 65

В тракте передачи информационный сигнал (65 а) стробируется тактовыми импульсами (65 б) с периодом 0,5t с<Tа<t с. Импульсы “вставок” передаются в общей последовательности (65 в).

Задача приемного устройства - обнаружить импульсы вставок и изъять их из общей последовательности. Работа обнаружителя вставок основана на том, что импульсы вставок могут занимать строго определенные временные положения относительно импульсов абонентского сигнала.

Каждый импульс абонентского сигнала условно можно разделить на две части (65 а). Первая часть от начала импульса до момента Та и вторая от Та до конца импульса абонентского сигнала (рис.65 а [заштрихована]).

Если стробирующий импульс попадает в первую часть, то он будет значащим, если во вторую, то он становится импульсом “вставки”, т.к. значащим оказался предыдущий импульс.

Т.о. в абонентской синхронной последовательности (рис.65 а) существует зона, в которую значащие импульсы не попадают, эта зона получила название “чистого окна”. Длительность зоны “чистого окна” равна:

Если на приеме найти временное положение “чистого окна”, то все импульсы, попавшие в неё, будут изъяты из принимаемой информационной последовательности.

Поиск зоны “чистого окна” осуществляется следующим образом:

1. Принимаемая импульсная последовательность (рис.65 в) преобразуется в искаженную информационную последовательность с выделением фронтов (рис.65 г).
2. В результате из информационной последовательности (65 в) с помощью искаженной последовательности (65 г) будут выделены значащие импульсы (65 д).
3. Затем на приеме формируется несинхронная последовательность импульсов “чистого окна” (65 е), т.е. последовательность с периодом следования t с и длительностью импульсов t чо. Далее временные положения значащих импульсов (65 д) и импульсов “чистого окна” (65 е) сравниваются. Если значащие импульсы попадают на временные интервалы импульсов “чистого окна”, то временное положение последних на приеме не соответствует временному положению “чистого окна” на передаче. Сдвиг импульсной последовательности “чистого окна” на приеме осуществляется схемой дискретной автоподстройки фазы (ДАПФ). Подстройка импульсной последовательности “чистого окна” производится до момента, когда ни один из значащих импульсов (65 д) не будет попадать в “чистое окно” (65 ж). В результате временное положение “чистого окна” на приеме окажется синхронным с “чистым окном” на передачу (65 ж).
4. После определения на приеме временного положения “чистого окна” осуществляется изъятие из принимаемой информационной последовательности (65 в) всех импульсов вставок, т.е. импульсов, попавших в “чистое окно” (65 ж). Это реализуется с помощью схемы совпадения, сравнивающей последовательность 65 в с последовательностью 65 ж.
5. В результате сравнения образуется восстановленная синхронная последовательность импульсов (65 з) из которой при помощи триггера со счетным входом формируется абонентская последовательность с длительностью импульсов t с (65 и).

Метод “чистого окна” нашел широкое применение в аппаратуре объединения и разделения цифровых потоков станций спутниковой связи.

7.3. Метод наложения (метод “скользящего индекса с подтверждением”).

Данный метод применяется для объединения низкоскоростных потоков со скоростями до 100 Бод. Достоинством метода является возможность подключения к каналу связи оконечной аппаратуры, работающей с любыми значениями скоростей передачи до 100 Бод.

Сущность метода поясняется с помощью рисунка 66.

рис. 66

Исходная абонентская последовательность (66 а) стробируется импульсами (66 б) с периодом следования Та. Период стробирующей последовательности выбирается таким, что бы на каждый информационный символ приходилось не менее четырех стробирующих импульсов. В результате стробирования получается информационная последовательность (66 г). В этой последовательности момент перехода от "0" к "1" и наоборот жестко привязан по времени к стробирующим импульсам (66 д). При этом появляются краевые искажения, максимальная величина которых может достигать длительности периода стробирующей последовательности, т.е.:

Для уменьшения краевых искажений используется вспомогательная импульсная последовательность фиксации моментов перехода (66 в) с периодом Тф=0,25Та, которая сокращает краевые искажения до величины D tu max < Tф, т.е. примерно в 4 раза. Это достигается следующим образом.

Временной интервал Та (66 б) с помощью вспомогательной последовательности (65 в) разбивается на четыре равных промежутка. Номер промежутка, где произошел переход от "0" к "1" и наоборот кодируется двоичным кодом:

• переход в первой четверти кодируется "00";
• переход во второй четверти кодируется "01";
• переход в третьей четверти кодируется "10";
• переход в четвертой четверти кодируется "11".

Т.к. на длительность каждого информационного импульса укладывается не менее 4-х стробирующих импульсов, второй и третий после перехода импульсы стробированной последовательности не несут информации и их временные положения используют для передачи кода момента перехода.

На рисунке 66.е показана структура кодированной ТГ последовательности. Она включает импульсы:

• отражающие факт перехода от "0" к "1" (или наоборот);
• кодовой комбинации, уточняющие моменты перехода;
• подтверждающие характер перехода.

Число подтверждающих импульсов при постоянном значении Тс зависит от длительности информационных посылок, т.е. определяется скоростью передачи исходного информационного потока.

7.4. Метод стартстопно-синхронного перехода.

Данный метод используется при объединении в групповой поток информации от стартстопных систем. Достоинством метода являются минимальные затраты пропускной способности телеграфного канала, т.к. для передачи одного информационного символа расходуется только одна временная позиция группового сигнала.

Сущность метода заключается в том, что каждой кодовой комбинации телеграфного знака ставится в соответствие кодовая группа в цикле передачи группового сигнала. Эта кодовая группа включает один стартовый импульс (бестоковый) и пять информационных импульсов. Стоповый импульс в аппаратуре временного объединения исключается и в канал не передается. Его восстановление осуществляется на приемной стороне в аппаратуре временного разделения.

Процесс преобразования кодовой комбинации телеграфного знака в кодовую группу поясняется с помощью рис.67.

рис. 67

Асинхронная телеграфная последовательность, включающая один стартовый и пять информационных импульсов (рис.66 а), записывается в эластичную память. С помощью считывающей последовательности, представляющие собой периодически повторяющиеся "пачки" из шести импульсов (рис.67 б), осуществляется синхронное считывание в канал.

Период следования считывающей последовательности выбирается меньшим, чем период поступления асинхронной телеграфной последовательности Тси<Тзап, поэтому буферная память склонна к опустошению.

Если к моменту считывания в буферной памяти телеграфный знак не записан, то в канал передается сама считывающая последовательность вставки (рис.66 в). Т.к. у вставки все импульсы токовые (стоповые), то приемным телеграфным аппаратом она не фиксируется и, следовательно, отпадает необходимость в передаче специальных команд о наличии вставок.

7.5. Формирование групповых импульсных потоков.

Формирование групповых импульсных потоков на всех этапах (ступенях) осуществляется на циклической основе. В каждом цикле выделяются:

• отдельные временные позиции для каждого высокоскоростного потока;
• одна сменная временная позиция, общая для всех низкоскоростных потоков.

Таким образом, цикл передачи группового сигнала содержит n+1 позиции, где n - число объединяемых высокоскоростных потоков.

Пример группового импульсного потока приведен на рисунке 68.

рис. 68

В приведенном рисунке цикл содержит:

• временные позиции 1, 2, 3 высокоскоростных каналов;
• одна позиция сменная (СП).

На сменной позиции последовательно передаются:

• сигналы оперативных телеграфных каналов;
• сигналы телеграфного служебного канала;
• сигналы телеконтроля;
• команды сигнализации “вставок”;
• сигналы контроля канала;
• сигналы синхронизации.

Что бы сократить время, отводимое на передачу синхросигналов, несколько циклов объединяются в общий цикл (сверхцикл), на границе которого передаются синхросигналы (S) (рис.68).

Время сверхцикла Тсц выбирается так, чтобы в течение сверхцикла передавался один телеграфный знак (буква, цифра) по стартстопному каналу.

ГЛАВА VIII Модуляция электрических колебаний.

В различных системах связи для передачи информации используются высокочастотные гармонические колебания, параметры которых управляются первичными (низкоскоростными) сигналами.

Модуляция - это процесс управления параметрами ВЧ колебания первичным (НЧ) сигналом.

ВЧ колебания, которые используются для передачи сообщений по каналу связи, называются несущими.

Гармоническое колебание может быть представлено выражением:

где:

ao - амплитуда гармонического колебания;

w o - частота гармонического колебания;

j o - фаза гармонического колебания.

Значения ao, w o, j o - являются основными параметрами колебания.

Общий принцип модуляции состоит в изменении значений параметров несущего колебания в соответствии с функцией первичного сигнала.

В зависимости от того, какой из параметров подвергается воздействию, различают следующие виды модуляции:

• амплитудная;
• частотная;
• фазовая.

Если в качестве первичного (НЧ) сигнала используется дискретный сигнал, то процесс его воздействия на параметры несущего колебания называются манипуляцией. Она свойственна для цифровых систем передачи. В этом случае амплитуда, частота или фаза ВЧ колебания изменяется скачкообразно.

Выбор вида модуляции (манипуляции) в значительной мере определяет технические характеристики и особенности построения аппаратуры, помехоустойчивость канала связи.

8.1. Виды модуляции.

В данном разделе рассмотрим основные виды модуляций.

Амплитудная манипуляция - это манипуляция, при которой ВЧ колебания изменяются по закону изменения мгновенных амплитуд модулирующего сигнала, т.е. логической единице соответствует гармонический сигнал A(t) = a_o cos (w _ot + j _o), логическому нулю - пауза (a_o= 0): (рис.69).

рис. 69

Частотная манипуляция (частотное телеграфирование - (ЧТ)) - представляет собой такой способ управления колебаниями, при котором передаче =нуля= соответствует работа передатчика на одной частоте, а передаче =единицы= - на другой частоте.

Процесс ЧМ (ЧТ) объясняется рисунком 70.

рис. 70

Из рисунка видно, что для =нуля= сигнал описывается формулой:

,

а для =единицы=:

,

т.е. под воздействием информационного сигнала несущее колебание с частотой w _o изменяется до w₁ и w₂.

Максимальное отклонение частоту от w 0 (несущее колебание) называется девиацией частоты.

.

Величина D w (удвоенное значение девиации частоты) определяет разнос частот. Для режима работы с ЧТ разнос частот может иметь различные значения и обозначается, например:

ЧТ-125; ЧТ-20; ЧТ-200 (кГц).

Выбор значения Dw определяется степенью сложности технической реализации аппаратуры и ограничивается требуемой скоростью передачи и используемой полосой частот.

Различают следующие способы частотной манипуляции:

• с разрывом фазы;
• без разрыва фазы.

Частотная манипуляция в передатчиках осуществляется в возбудителях.

Фазовая манипуляция (ФМ) - представляет процесс управления фазой ВЧ колебания.

Данный процесс может осуществляться двумя способами:

• способом абсолютной фазовой манипуляции (ФМ);
• способом относительной фазовой манипуляции (ОФМ) (относительного фазового телеграфирования (ОФТ)).

Первый способ заключается в том, что передаче =нуля= или =единицы= соответствует изменение фазы относительно не манипулированного колебания на определенные углы j 1 и j 2 соответственно, т.е. при передаче сигнала, изменение фазы несущего колебания происходит каждый раз, когда осуществляется переход от "0" к "1" и от "1" к "0" (рис.71).

рис. 71

Способ ФМ практического применения не нашел, т.к. из-за случайных искажений радиосигнала имеет место неопределенность фазы, что является причиной “обратной работы”, т.е. импульсы принимаются в негативе.

На практике используется способ ОФТ, предложенный Н.Т. Петровичем.

Этот способ заключается в том, что каждой последующей информационной посылке соответствует сигнал, фаза которого сдвигается на определенный угол относительно фазы предшествующей посылки.

Например, при передаче каждой =единицы= фаза сигнала меняется на 180° по сравнению с фазой предшествующего сигнала, а при передаче =нуля= фаза не изменяется (рис.72).

рис. 72

Одной из разновидностей метода ОФМ является двойная ОФМ (ДОФМ, ДОФТ).

Сущность метода заключается в том, что исходная информационная последовательность с длительностью импульсов t (рис.73 а) предварительно преобразуется в 2 последовательности с длительностью импульса 2t (рис.73 б и в). Далее они сравниваются (рис.73 г) и комбинации двоичных элементов (00, 01, 10, 11) (рис.73 д) модулируют фазу несущего колебания на 0°, 90°, 180°, 270° соответственно (рис.73 е).

рис. 73

Давая сравнительную оценку различных методов манипуляции необходимо отметить, что с точки зрения электрических и эксплуатационных характеристик системы связи с ОФМ являются более предпочтительными, чем с АМ и ЧМ по следующим причинам:

• большая помехоустойчивость;
• выигрыш в мощности составляет:
• 5 дБ по сравнению с ЧМ,
• 10 дБ по сравнению с АМ;
• ширина спектра сигналов ОФМ примерно такая же, как и при АМ и почти в 2 раза меньше чем при ЧМ, что обеспечивает эффективность использования занимаемой полосы частот;
• возможность работы при больших скоростях передачи.

Из недостатков ОФМ необходимо отметить:

• относительная сложность аппаратуры;
• жесткие требования к стабильности частоты радиолинии.

8.2. Принцип построения модуляторов и демодуляторов.

В общем случае схема передачи и приема манипулированных сигналов имеет вид (рис.74):

рис. 74

где:

С(t) - первичный (НЧ) сигнал;

Ао(t) - несущее (ВЧ) колебание;

Ам(t) - модулированный сигнал.

Таким образом, в передающей части аппаратуры (модуляторе) несущее колебание модулируется первичным (информационным) сигналом, т.е. формируется модулированный сигнал, а на приеме детектор восстанавливает исходный (первичный) сигнал.

Существует большое разнообразие технических решений, позволяющих осуществить тот или иной способ модуляции и демодуляции.

Дата добавления: 2014-01-06