11Изложите идею идеального приемника Котельникова.

12.Дайте графический пример возникновения ложной команды и подавления переданной команды.

13.Укажите наиболее простой и эффективный способ повышения помехо­ устойчивости.

14.Какой вид манипуляции является наиболее помехоустойчивым и почему?

15.Произведите расчет, приведенный в примере 5.1, ддя фазовой манинуляции.

16.Найдите вероятность возникновения двух ошибок при передаче кодовой комбинации 101, если Рю=10"3, Roi = \0"4

17.Найдите вероятность возникновения одной ошибки при передаче кодовой комбинации 10, если Рю=10"3, Рон = \0"4.

18.Изложите сущность передачи информации с повторением.

19.Изложите сущность передачи с ИОС.

20.Изложите сущность передачи с РОС.

21.Как отклоняется стрелка приемного прибора под воздействием помех?

22.Как влияет изменение полосы частот на помехоустойчивость при передаче видеоимпульсов?

23.Сравните непрерывные модуляции AM ДБП, AM ОБП и ЧМ по помехо­ устойчивости.

24.Перечислите методы борьбы с помехами, направленные на уменьшение их энергии.

25.Перечислите методы, основанные на повышении помехоустойчивости пере даваемого сигнала.

26. Перечислите и объясните методы борьбы с импульсными помехами.

27. Перечислите и объясните остальные методы борьбы с помехами.

Глава 6. Организация каналов связи для передачи телемеханической информации

Во введении было дано определение линии и канала связи и указано, что для передачи телемеханической информации с помощью электрических сигналов применяют линии проводной связи, линии электроснабжения и радиотракт, под которым понимают как радиорелейные линии связи, так и отдельные радиопередатчик и радиоприемник. Начала использоваться передача по стеклянным световодам (оптическая связь). Так как в промышленной телемеханике применяются в основном проводные линии связи, уделим им наибольшее внимание.

Проводные линии, используемые только для передачи телемеханической информации, называют физическими проводными линиями связи. Эту пару проводов (воздушную или экранированную) можно использовать ддя передачи многих сообщений методами временного или частотного разделения сигналов (уплотнение линии связи). Физическая цепь или самостоятельная двухпроводная линия связи — лучший вариант для организации каналов связи, по которым можно передавать телемеханические сообщения. Однако он дорог, и прокладку самостоятельной (воздушной или кабельной) линии связи на большие расстояния производят в исключительных случаях.

Как правило, по проложенным проводам передается информация связи (телеграфные и фототелеграфные сообщения, телефонная связь,

передача данных, звуковое вещание и т.д.), а ддя целей телемеханики предназначается телеграфный или телефонный канал, т. е. выделяется определенная полоса частот.

При небольших скоростях передачи телемеханической или другой дискретной информации (50—75 Бод) применяют телеграфные каналы (обычно каналы тонального телеграфирования), а при скоростях до 4800 Бод требуется телефонный канал. При более высоких скоростях передачи используют телевизионные каналы.

Телемеханические сообщения можно передавать в разных диапазонах частот: тональном (300—3400 Гц), надтональном (3400—5300 Гц), высокочастотном (свыше 5300 Гц), а иногда и в подтональном (40—300 Гц).

Передачи одного или двух телемеханических сообщений можно осуществить по занятому телефонному каналу, не прерывая разговора, т. е. без выделения специальной полосы частот (упрощенное уплотнение).

Каналы связи ддя передачи телемеханической информации можно организовать не только по проводным линиям связи, но и по линиям электроснабжения и по радиотракту.

Независимо от типа линии связи должны быть надежны. Это значит, что они должны иметь достаточную механическую прочность (исключая радиотракт) и безотказную аппаратуру. Кроме того, помехи в линии связи не должны превышать допустимого уровня во избежание нарушения достоверности передачи.

§6.1. Каналы связи по физическим проводным линиям связи

Как указывалось, выделенные (физические) проводные линии связи используют для передачи многих телемеханических сообщений с помощью методов временного или частотного разделения сигналов (подробно они будут описаны в гл. 11). Здесь рассмотрим характеристики проводных линий связи, необходимые для понимания материала следующих глав.

Осповпые характеристики проводпых липий связи. Проводные линии связи подразделяют на воздушные и кабельные.

В о з д у ш н ы е л и н и и связ и. Эти линии состоят из металлических проводов, подвешенных с помощью изоляторов и специальной арматуры на столбах. В зависимости от условий, в которых находятся подвешенные провода (гололед, ветер и т. и.), различают воздушные линии связи четырех типов: облегченного, нормального, усиленного и особо усиленного. В качестве проводов (линейной проволоки) применяют провода: стальной диаметрами 5, 4, 3, 2,5; 2; 1,5 мм; медный диаметрами 4; 3,5 и 3 мм; биметаллический сталемедный (стальной провод с медным покрытием толщиной до 0,2 мм) диаметрами 4; 3; 2; 1,6 мм; биметаллический сталеалюминиевый диаметрами 2,6—6,5 мм.

Стальная воздушная линия пронускает частоты до 30 кГц. Медная воздушная линия является лучшей по качеству: она позволяет пропускать частоты до 180 кГц. Недостатки воздушных линий связи — подверженность внешним помехам, малая надежность, большая утечка при ухудшении атмосферных условий (гроза, дождь, гололед), большие затраты материалов при сооружении и необходимость постоянного профилактического обслуживания. При сезонном изменении температуры на 80 °С активное сопротивление проводов изменяется примерно в 1,5 раза.

К а б е л ь н ы е л и н и и связи. Кабель состоит из изолированных параллельных проводников, заключенных в общую влагозащитную оболочку и иногда в броневые покровы. Различают подземные, подводные и воздушные кабели. Конструктивно кабели бывают симметричными и коаксиальными. Симметричные кабели подразделяют на кабели парной и четверочной скрутки. Коаксиальный кабель состоит из круглого проводника, концентрически расположенного внутри другого полого проводника (цилиндра) так, что оси обоих проводников оказываются совмещенными. Внешний провод выполняют в виде цилиндрической оплетки из тонких медных проволочек, защищенной пластмассовой или металлической оболочкой. Кабели бывают высокочастотные (полоса частот от 0 до 10 кГц и выше) и низкочастотные (до 10 кГц). Коаксиальные кабели всегда высокочастотные; их целесообразно применять начиная с частоты 60 кГц. Полоса пропускания такого кабеля достигает нескольких мегагерц. Для телемеханики применяют в основном симметричные многожильные кабели с различной изоляцией:

трубчатой, выполненной из бумажной или пластмассовой ленты, наложенной на жилу кабеля в виде трубки;

кордельной, состоящей из корделя (нити или жгута), расположенного на жиле кабеля спирально, и накладываемой поверх корделя ленты.

Температурные колебания сопротивления у подземных кабелей значительно меньше, чем у воздушных линий. Однако кабели, обладая более тонкими жилами (не более 1,4 мм), имеют значительно большие сопротивление и коэффициент затухания. Кабели с кордельной бумажной изоляцией марок МКГ, МКБ имеют полосу частот до 108 кГц, кабели со стирофлексовой изоляцией марок МКСГ, МКСБ — до 250 кГц.

Первичные параметры проводных линий связи — погонные активное сопротивление проводов R (Ом/км), индуктивность L (Гн/км), емкость С (Ф/км) и проводимость изоляции проводов G (См'км).

А к т и в н о е с о п р о т и в л е н и е определяют из выражения (Б.1)

где Ro — сопротивление постоянного тока; RHO — сопротивление поверхностного эффекта; Ябл — сопротивление эффекта близости; RH — сопротивление потерь в металле (в соседних кабельных цеиях и свинцовой оболочке).

Ддя кабельной линии учитывают все четыре слагаемых в (6.1), а ддя воздушной — только первые два, поскольку Ябл и RMпренебрежимо малы по сравнению с Ro и ЯнэАктивное сопротивление постоянного тока Ro зависит от диаметра провода, материала, температуры и способа скрутки жил (для кабеля).

Сопротивление переменному току учитывается членом ЯнэЭффект близости, так же как и поверхностный эффект, тем сильнее, чем больше магнитная проницаемость материала, диаметр провода и частота тока. Эффект близости возникает за счет взаимного влияния рядом расположенных тока несущих проводов, так как магнитное поле каждого из двух проводов создает вихревые токи в соседнем проводе. Взаимодействие вихревых токов с основным током приводит к увеличению плотности тока на обращенных друг к другу поверхностях проводов. Сопротивление Ябл

увеличивается также при уменьшении расстояния между проводами. Сопротивление потерь в металле возникает из-за того, что вихревые токи, создаваемые внешним магнитным полем цепи, нагревают окружающие металлические части.

И н д у к т и в н о с т ь п р о в о д о в L зависит главным образом от расстояния между проводами, диаметра провода (уменьшается с увеличением диаметра) и в меньшей мере

— от материала провода (у стали L больше, чем у меди) и частоты тока (возрастает с увеличением частоты).

Е м к о с т ь п р о в о д о в С зависит от расстояния между проводами (увеличивается с уменьшением расстояния), диаметра провода и материала диэлектрика между проводами цепи. Произведение LC = ре, где ц. и_е — магнитная и диэлектрическая проницаемости. Дтя воздушной линии LC=1, для кабеля LC = е .

Проводимость изоляции (утечка) зависит от типа изоляции, частоты тока (возрастает с увеличением частоты) и климатических условий. Дтя воздушных цепей на утечку влияют также гололед и иней.

При неизменных данных (конструкция, материал, диаметр провода), за исключением влияния климатических условий, первичные параметры линии будут неизменными для любого километра ее длины. Такую линию называют однородной. Неоднородная линия обладает различными первичными параметрами на разных участках. Первичные параметры некоторых проводных линий связи приведены в табл. 6.1.

Вторичные параметры проводных линий связи — волновое сопротивление Zg и постоянная передачи у. Эти параметры характеризуют условия распространения электромагнитной энергии по линии связи и зависят только от первичных параметров и частоты.

Влиниях небольшой протяженности значение тока практически одинаково в начале и

вконце линии. Если длина проводов велика, то при высокой частоте вследствие влияния емкости по всей длине линии значение тока в начале и в конце линии различно. Падение напряжения в разных точках линии будет иметь также разное значение.

Сопротивление, которым можно заменить отрезанную часть бесконечно длинной линии так, что при этом в любых точках оставшейся линии значения тока и напряжения будут

При частотах больше 10 кГц R и G малы по сравнению с юС и ooL. поэтому можно

где U B X и 1п х — напряжение и ток на входе линии

Входное сопротивление линии зависит от волнового сопротивления, затухания линии и нагрузки в конце линии.

Входное сопротивление совпадает с волновым сопротивлением лишь тогда, когда сопротивление нагрузки ZH=ZB. Только в этом случае будет

и организуются каналы связи для передачи телемеханических сообщений. При этом полоса пропускания, которой обладает линия, разделяется на ряд телефонных каналов (первичное уплотнение), каждый из которых в свою очередь может делиться на телеграфные капалы с шириной полосы частот, как правило, до 140 Гц (вторичное уплотнение).

Ширина полосы телеграфного канала достаточна для передачи обычного телемеханического сообщения, тем более что для образования телеграфных каналов существует хорошо налаженная аппаратура для передачи телеграмм и других сообщений связи. Поэтому в этом случае происходит простая замена сообщений: по аппаратуре связи передаются телемеханические сообщения вместо сообщений связи.

В тональном диапазоне полосу частот 300—3400 Гц иногда разделяют не на телеграфные, а на телемеханические капалы с помощью специальной аппаратуры. Но чаще приходится иметь дело с аппаратурой, предназначенной для телеграфных сообщений, принцип передачи которых излагается ниже.

Телеграфная связь

Телеграфная связь является одним из видов электрической связи и предназначена для передачи текстовых сообщений, низкоскоростной передачи данных и команд для различных счетных и управляющих машин. Телеграфная связь осуществляется постоянным и переменным током.

Телеграфирование постоянным током. По способу эксплуатации телеграфирование может быть симплексным и дуплексным.

Симплексной называют поочередпую двустороннюю связь по одному каналу. На рис. 6.2,а представлен один из вариантов такой связи.

Нажимая ключ К\ на станции /, пропускают ток от батареи Б\ по проводу и земле через электромагнит ЭМ2, который притягивает рычаг. На другом конце рычага прикреплен ролик, смачиваемый в краске. Ролик, поднимаясь, отпечатывает на ленте точку, тире или другой элементарный символ в зависимости от передаваемого кода. Если идет передача со станции 2, то телеграфист на этой стапции замыкает на кратковременные промежутки времени ключом К2 батарею Б2, отчего включается электромагнит ЭМ), и т. д.

Дуплексной называют одновременную двустороннюю связь по одной линии связи Двусторонняя передача телемеханических сообщений, когда по линии одновременно ведутся телефонные разговоры, представлена на рис. 6.2,6.

Для передачи из пункта А\ в пункт А 2 нажимают ключ К\ и импульс тока от батареи через обмотки реле /Г и трансформаторы Тр и Трг поступает на дифференциальное реле Р\ и включает его. Дифференциальное реле Р2 при этом не включается, так как одинаковые токи Г\ и /'г обтекают его обмотки в разных направлениях и суммарный магнитный поток равен нулю. В то же время токи через обмотки

реле Р\ протекают согласно, реле включается и включает электромагнит любого исполнительного механизма, например масляного выключателя.

По способу манипуляции телеграфирование подразделяют на однополюсное и двухполюсное. На рис. 6.3,а слева представлены две комбинации Международного кода 1 при однополюсном телеграфировании (буквы Ы и Р), а справа — условное обозначение устройства, передающего эти комбинации. На рис. 6.3,6 приведены те же комбинации при двухполюсном телеграфировании (буквы Ы и Р). При положении ключа /\, указанном на рис. 6.3, б справа, в линию (провод — земля) поступает положительный видеоимпульс (+U), а при переключении ключа — отрицательный (-U).

информацию по 17 низкоскоростным каналам (скорость передачи 50—75 Бод). В аппаратуре ТТ-17ПЗ стандартный телефонный канал (300— 3400 Гц) разделен так, что расстояние между средними частотами соседних каналов составляет 180 Гц. Девиация частоты равна 50 Гц. По таким характеристикам, как скорость передачи, число каналов, элементная база (транзисторы) и т. д., эта аппаратура не соответствует современным требованиям [20].

А п п а р а т у р а ТН Т-6. Эта аппаратура вынускается в четырех модификациях. Модификация ТТ-6 предназначена для организации шести двусторонних каналов в полосе частот 0,3— 1,5 кГц по четырехпроводным каналам. Модификация ТТ-5 работает в полосе частот 2500—3400 Гц и образует пять двусторонних каналов. Модификации ТТ-5А и ТТ-5Б передают информацию в полосе частот 0,3—2,5 кГц по двухпроводным линиям связи. При этом на станции А устанавливается аппаратура ТТ-5А, а на станции Б — аппаратура ТТ-5Б. Модификация НТ-4 используется для передачи сообщений в полосе частот 4580—5260 Гц и их приема в полосе частот 3140—3820 Гц.

А п п а р а т у р а ТТ-4 8. Эта анпаратура выпускается в трех модификациях. Система ЧМ120 рассчитала на 24 канала со скоростью передачи информации 50 Бод, разносом частот 120 Гц и девиацией частоты 30 Гц, система ЧМ-240 — на 12 капалов со скоростью передачи 100 Бод, разносом частот 240 Гц и девиацией 60 Гц, система ЧМ-480 — на 6 каналов со скоростью передачи 200 Бод, разносом частот 480 Гц и девиацией 120 Гц.

Двухполюсные телеграфные посылки в передатчике системы преобразуются в частотномодулированные колебания. В приемнике эти колебапия проходят сначала через усилитель-ограничитель положительных и отрицательных полуволн для уменьшения искажений и поступают на частотный дискриминатор.

А п п а р а т у р а ТТ - 12 . По своим характеристикам она является самой совершенной среди других типов аппаратуры тонального телеграфирования. Эта аппаратура имеет кварцевую стабилизацию частоты и используется также на магистральных линиях связи.

Аппаратура с временнъш разделением каналов. Несмотря на широкое применение в связи аппаратуры с частотным разделением капалов и ее совершенствование, сам метод частотного разделения имеет ряд существенных недостатков. Главный из них — невозможность эффективного использования полосы частот, т. е. получения большого числа каналов. В этом отношении метод временного разделения капалов имеет значи­ тельные преимущества (о методах разделения каналов см. в гл. 11).

Сейчас на линиях связи эксплуатируется аппаратура частотно-временного телеграфирования ЧВТ-2. В ней телефонный капал (300—3400 Гц) разделяется на четыре узких частотных канала с шириной полосы 700 Гц каждый. В свою очередь, каждый частотный канал уплотняется с помощью временного разделения 12 каналами, один из которых предназначен для синхронизации. Таким образом, аппаратура ЧВТ-2 обеспечивает передачу 44 телеграфных каналов.

На городских линиях связи применяется аппаратура ЧВТ-11 на 11 каналов, ТВУ-12 на 12 каналов и ДАТА на 6 каналов.