3. Список условных обозначений и сокращений

СПИ система передачи информации

ЧУ частотное уплотнение

ВУ временное уплотнение

4. Спи для телефонии

Дано: 1) 48 телефонных каналов;

2) временное уплотнение;

3) модуляция в первой ступени уплотнения телефонных каналовОШИМ;

4.1. Представление непрерывного ТФ сигнала импульсным модулированным колебанием

Импульсные модулированные колебания получаются при модуляции периодической последовательности импульсов (импульсной поднесущей). Импульсная модуляция широко применяется при временном уплотнении каналов.

Односторонняя широтно-импульсная модуляция (ОШИМ). При ОШИМ модулируется ширина (длительность) импульсов, а остальные параметры остаются неизменными. При этом положение одного из фронтов импульса (переднего) остается неизменным относительно тактовой точки, а положение другого фронта (заднего) меняется в соответствии с модулирующим сообщением.

, прии, где

 положение заднего фронта при нулевом модулирующем сообщении (начальное значение);

 девиация фронта импульсамаксимальный временной сдвиг модулируемого фронта относительно его начального значения;

 модулирующее сообщение.

Выбор периода импульсной поднесущей должен производиться в соответствии с теоремой Котельникова: любой аналоговый сигнал с ограниченной сверху шириной спектра () можно точно передать в дискретном виде с помощью отсчетов, если частота дискретизации будет больше чем.

или

Телефонный сигнал ограничивают полосой частот (0,33,4)кГц. Частоту дискретизации берем с запасом : 8кГц, тогда период следования отсчетов будет 125мкс.

4.2. Передающая часть

4.2.1. Расчет параметров группового сигнала

_{Введем обозначения:}

временной интервал, отводимый на передачу одного отсчета одного канала;

временной интервал, отводимый на передачу синхронизирующего импульса и отсчетов каждого канала;

 длительность циклового синхроимпульса;

 длительность импульса ОШИМ при нулевом сигнале;

 длительность импульса ОШИМ при минимальном сигнале;

 длительность импульса ОШИМ при максимальном сигнале;

 длительность защитного интервала;

Принцип временного разделения каналов (ВРК) основан на временной дискретизации передаваемых сообщений (представление непрерывного сигнала последовательностью ОШИМ отсчетов) и разнесении во времени канальных сигналов. Для передачи сигналов каждого источника (отсчета) отводится отдельный участок времени . Физическое выделение временных участков производится с помощью синхронных на передающем и приемном устройстве коммутаторов или распределителей. Возникает необходимость передачи синхронизирующих сигналов (импульсов), относительно которых производится однозначный отсчет участков времени отдельных каналов в обоих пунктах системы. Для того чтобы в приемном пункте можно было отличать импульсы синхронизации от информационных, сделаем длительность синхроимпульса больше длительности любого информационного.

Для правильной передачи информации ТФ сообщения необходимо, чтобы ОШИМ импульсы следовали друг за другом через 125 мкс (цикл). За это время нужно передать 48 информационных ОШИМ импульсов и один синхронизирующий импульс. На передачу синхроимпульса отведем два канальных интервала, т.е. .

Требуется 50 канальных интервалов длительностью:

Примем ,

,

Длительность защитного интервала равна минимальной длительности импульса ОШИМ, т.к. ширина спектра определяется самым коротким импульсом.

Групповой сигнал представлен на рисунке 4.2 (Эпюра)

4.2.2. Структурная схема передающей части и пояснение ее работы

Структурная схема передающей части приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Структурная схема передающей части.

• ГТИ генератор тактовых импульсов

• Р распределитель

• УФСИ устройство формирования синхронизирующих импульсов

• И источник сообщения

• КМ канальный модулятор

• сумматор

• ПФ полосовой фильтр

• АМ амплитудный модулятор

• ПЕР передатчик.

Рисунок 4.2. Эпюры, поясняющие работу передающей части.

Ритм работы системы с ВРК (см. рисунок 4.2.)задается высокостабильным генератором тактовых импульсов ГТИ (). Тактовые импульсы с периодом поступают на распределитель канальных импульсовР. Распределитель вырабатывает канальные импульсы с периодом в сдвинутые друг относительно друга на(, ., ). Эти импульсы с распределителя поступают на входы канальных модуляторов (КМ). На вторые входы канальных модуляторов поступают информационные сигналы от источников (И) (, ). На выходах КМ образуются ОШИМ сигналы каждого информационного канала (, ), которые поступают на входы сумматора  . Для обеспечения возможности выделения цикловой синхронизации в приемнике, необходимо в групповой сигнал ввести цикловый синхронизирующий сигнал. Эту функцию выполняет устройство формирования синхронизирующих импульсов (УФСИ). Как уже было оговорено выше длительность СИ , значит, на его передачу необходимо отвести два канальных интервала. Для этого на УФСИ необходимо направить с распределителя импульс с периодоми длительностью().

Замечание по схеме: в качестве распределителя можно использовать кольцевой регистр «сдвига 1». При этом на УФСИ должны подаваться сигналы с рядом расположенных выходов регистра, объединенные по схеме «логическое или».

• Рассмотрим устройство канального модулятора (КМ). Функциональная схема КМ приведена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3. Устройство канального модулятора

Состав: 1) генератор коротких импульсов

2) генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН)

3)Схема сравнения. Если сигнал (напряжение) от источника информации больше напряжения ГЛИН, то на выходе логический ноль, иначелогическая единица

4) триггер (Т) с динамическим управлением, т.е. изменяет свое состояние в момент прихода переднего фронта управляющего импульса.

Рассмотрим работу КМ. В исходном состоянии на выходе триггера лог 0. Импульс с Р запускает генератор коротких импульсов. В момент перепада лог.01 (передний фронт) триггер переводится в состояние лог 1 и одновременно с этим запускается ГЛИН. В момент времени, когда напряжение ГЛИН сравняется с напряжением источника сообщения, схема сравнения выработает лог 1 на выходе (произойдет перепад 01). Этот перепад переключит триггер в состояние лог 0. Нетрудно видеть, что в этом случае длительность импульса на выходе триггера зависит от величины входного напряжения. Эпюры, поясняющие принцип работы КМ представлены на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4. Пояснение принципа работы канального модулятора.

4.2.3. Задание способа сопряжения системы со стандартной аппаратурой ЧУ КТЧ.

Для дальнейшей передачи группового сигнала необходимо использовать групповой тракт стандартной аппаратуры. Определим полосу частот, необходимую для передачи группового сигнала (рисунок 4.5.).

Рисунок 4.5. Групповой сигнал.

Теоретически спектр такого сигнала бесконечен (рисунок 4.6.), но для передачи такого сигнала по существующим линиям связи необходимо спектр ограничить.

Из теории известно, что ограничение спектра сигнала сверху приводит к “расплыванию ” фронтов сигнала (действие интегрирующей цепи). При ОШИМ информация содержится в длительности отсчета, т.е. в приемном устройстве необходимо достаточно точно определять начало и конец импульса, для этого фронты импульсов должны быть достаточно крутыми.

Рисунок 4.6. Спектр группового сигнала.

Известно, что имеется связь между временем установления импульса (нарастания амплитуды от 0,1 до 0,9 от установившегося значения) и верхней граничной частотой спектра сигнала:. Примем, что для точного определения начала и конца импульса необходимо, чтобы время установления было. Тогда.

ПФ1 в передатчике это ФНЧ с

Таким образом, мы определили, что для передачи группового сигнала с приемлемыми параметрами (время установления) требуется полоса частот . Этот сигнал нужно передать используя стандартный групповой тракт. В целях экономии частотного ресурса будем использовать амплитудную модуляцию с одной нижней боковой полосой (АМ ОБП).

Рассмотрим стандартную четвертую ступень уплотнения системы с ЧРК (Частотное Разделение Каналов).

На входе 5 сигналов (групп сигналов) со спектром в диапазоне: . Каждая группа посредством АМ ОБП (нижняя) с несущими частотамипереносится по частоте в следующие области

Группа 1:

Группа 2:

Группа 3:

Группа 4:

Группа 5:

Арендуем часть четвертичного группового сигнала, наш групповой сигнал будем передавать в полосе . Найдем частоту несущей.

Для корректной передачи необходимо, чтобы на границах выбранного диапазона частот полезный сигнал отсутствовал.

Имеем полосу

Необходимо передать . Спектр информационного сигнала расположим в середине арендованного частотного диапазона. Защитные частотные интервалы сверху и снизу (см. рисунок 4.7.):

Несущая частота . Убедимся, что в таком случае сигнал может быть передан в указанной полосе частот, и при этом параметры фильтров являются физически реализуемыми.

Рисунок 4.7. Спектр группового сигнала в линии связи.

Эффективность фильтрации характеризуется относительной расфильтровкой: отношением полосы в пределах которой происходит снижение коэффициента передачи на 60 дБ к центральной частоте. Чем меньше эта величина, тем сложнее реализовать фильтр. Известно, что реально достижимые величины относительной расфильтровки дляLC фильтров , а для кварцевых фильтров.

В нашем случае , т.е. фильтрацию можно осуществить с помощьюLC фильтров.

4.3. Приемная часть

Структурная схема представлена на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8. Структурная схема приемной части.

• ПР приемник

• ОД общий демодулятор

• ССИ селектор синхроимпульсов (цикловых)

• ГКСИ генератор канальных селекторных импульсов

• КС канальный селектор

• КД канальный демодулятор

• П получатель

Эпюры, поясняющие принцип работы приемной части приведены на рисунке 4.9.

Принятый сигнал усиливается и фильтруется в линейной части приемника ПР, затем демодулируется в общем демодуляторе ОД, на выходе которого выделяется оценка группового сигнала . Выделенный групповой сигнал () подается на селектор синхроимпульсов ССИ, который представляет собой интегрирующую цепь с пороговым устройством на выходе. Так же на ССИ помимо функций выделения из принимаемого сигнала цикловой синхронизации возложена функция выделения тактовой частоты. Выделенные синхроимпульсы () поступают на генератор канальных селекторных импульсов ГКСИ, имеющий 48 выходов. На каждом выходе ГКСИ формируется импульсная последовательность, временное положение которой совпадает с одним из канальных сигналов (,,). Эти последовательности подаются на канальные селекторы КС, которые выделяют канальные сигналы (,). Эти сигналы поступают на канальные демодуляторы КД, где формируются оценки переданных сообщений, поступающие к получателям П (,). Канальные демодуляторы представляют собой ФНЧ с верхней граничной частотой равной верхней граничной частоте спектра передаваемого сообщения, в нашем случае полоса пропускания фильтра .

Рисунок 4.9. Пояснение принципа работы приемной части.

• Рассмотрим строение ССИ.

Структурная схема приведена на рисунке 4.10.

Рисунок 4.10. Структурная схема ССИ.

ССИ по выполняемым функциям можно разделить на два блока: собственно селектор синхроимпульсов и УВТЧ устройство выделения тактовой частоты. Как уже говорилось выше, селекция циклового синхроимпульса производится с помощью интегрирующей цепи и порогового устройства. Принцип выделения тактовой частоты состоит в следующем: спектр группового сигнала содержит тактовую частоту , имеется генератор (Г) с частотой, близкой к тактовой (). Производится фазовая автоподстройка частоты этого генератора. Цепь ФАПЧ содержит фазовый детектор и фильтр нижних частот (ФНЧ). На выходе генератора получаем синусоидальное колебание. Оно преобразуется формирователем в последовательность прямоугольных импульсов с тактовой частотой (скважность =2).

• Рассмотрим строение КС.

Канальный селектор представляет собой двухвходовую логическую ячейку И. . На один вход подается групповой сигнал, а на второй селектирующий импульс (в момент времени, когда групповой сигнал содержит ОШИМ отсчет нужного канала)

• Рассмотрим строение ГКСИ.

Генератор канальных селекторных импульсов может представлять из себя дешифратор, либо, как в передающей части, кольцевой регистр «сдвига 1».

• Рассмотрим строение ОД.

Структурная схема ОД приведена на рисунке 4.11.

При детектировании АМОБП используется следующий процесс: детектирование биений, полученных в результате суммирования колебаний АМОБП и местного гетеродина (Г), амплитудным детектором (АД).

Рисунок 4.11. Структурная схема общего демодулятора.

В этой схеме используется ФАПЧ гетеродина по принимаемому сигналу. Частота настройки:

4.4. Итоги.

Произведено временное уплотнение 48 телефонных каналов. Для передачи группового сигнала арендуем часть четвертичного тракта.