Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева

Учебные вопросы, время и содержание занятия

Методические приемы

и указания

1 вопрос: Характеристика основных методов модуляции – 25 минут

Для передачи дискретного сигнала по аналоговым каналам связи (каналы тональной частоты) необходимо дискретные сигналы преобразовать в форму, удобную для передачи по этим каналам. Существует ряд методов преобразования дискретных сигналов в аналоговые. Основными из них являются:

- амплитудная модуляция;

- частотная модуляция;

- фазовая модуляция;

Амплитудная модуляция. При этом методе модуляции приемное устройство регистрирует на изменения амплитуды принимаемого сигнала (большая амплитуда фиксируется «1», малая – «0» или наоборот).

Рис. 7.1.1

Рис. 7.1.2

Недостатки амплитудной модуляции:

низкая помехозащищенность;

высокая чувствительность к колебаниям (изменениям) уровня сигнала на входе приемника;

Достоинства амплитудной модуляции:

простота реализации;

для передачи сигнала требуется одна частота на один канал.

Частотная модуляция. При этом методе модуляции частота несущих колебаний изменяется в зависимости от передающего сигнала.

Недостатки частотной модуляции:

неизбежно возникает паразитическая амплитудная модуляция из-за помех, вносимых аналоговым каналом;

высокая чувствительность к изменению частоты модуляции.

Достоинства частотной модуляции:

помехозащищенность лучше, чем при амплитудной модуляции;

мало чувствителен к изменению уровня приема;

относительная простота схемы по сравнению с фазовой модуляцией.

В настоящее время данный метод нашел широкое применение в низкоскоростных системах передачи дискретных сигналов (в системах тонального телеграфирования).

Фазовая модуляция. При этом методе модуляции в момент смены информационного сигнала с «0» на «1» или наоборот изменяется фаза несущего колебания.

Недостатки фазовой модуляции:

сложность реализации (опасность обратной работы);

Достоинства:

высокая помехозащищенность (не хуже чем при амплитудной модуляции);

нечувствительность к изменению уровня приема.

2 вопрос: Системы тонального телеграфирования – 25 минут

Существует три варианта построения систем передачи дискретной информации.

Рис. 7.1.3

При этом варианте импульсная последовательность от источника информации (ИИ) поступает к передатчику через аппаратуру сопряжения (АС), которая выполняет функцию согласования ИИ - передатчика по скорости и коду. Из АС сигнал поступает в устройство повышения достоверности (УПД), в которое на передающей станции вводится избыточный код, а на приемной - определение и устранение ошибок. Модулятор (М) преобразует импульсную последовательность в аналоговый сигнал, который и передается по аналоговому каналу связи.

На приеме происходит обратное преобразование сигнала к дискретной форме и передачи его к получателю информации ПИ.

Аналоговый канал вместе с модулятором и демодулятором (Д) образуют дискретный канал, а дискретный канал с УПД образует канал передачи данных.

По рассмотренному варианту организуются тракты для среднескоростной и высокоскоростной передачи данных.

При втором варианте построения канала передачи дискретных сигналов в ЭППЧ аналогового канала обеспечивается передача сигналов от нескольких низкоскоростных ИИ.

Рис. 7.1.4

В настоящее время телеграфные каналы получают с помощью каналообразующей аппаратуры. Эту аппаратуру, работающую в спектре 0,3-3,4 кГц называют аппаратурой тонального телеграфирования (ТТ), а получаемые с ее помощью телеграфные каналы (каналы ТТ).

Низкоскоростная последовательность импульсов от ИИ поступает в передающую часть индивидуального оборудования (ИО ПЕР), где происходит преобразование каждой такой последовательности.

Способ преобразования определяется методом разделения каналов передачи дискретных сигналов (частотный и частотно-временной). При частотном разделении (П-318М, П-317, П-327, ТТ-48 и т.д.) с помощью преобразования спектр каждой импульсной последовательности размещается в соответствующей полосе частот канала ТЧ. В групповом оборудовании (ГО ПЕР) обеспечивается формирование спектра линейного сигнала. В приемной части аппаратуры (ГО ПР) и (ИО ПР) осуществляются выделение, обратное преобразование и восстановление исходной последовательности импульсов.

В третьем варианте построения канала передачи дискретных сигналов (П-324М, П-317, П-318-4, П-327-2), как правило, верхняя часть ЭППЧ канала ТЧ используется для организации телеграфных каналов, а нижняя ее часть (0,3-2,5 кГц) - для телефонной связи.

С помощью разделительных фильтров для ТГ связи выделяется полоса частот 2,5-3.4 кГц, а полоса 0,3-2,5 кГц используется для телефонной связи.

В настоящее время системы ТТ с ЧМ находят широкое применение для образования телеграфной сети путем использования каналов ТЧ на проводных, радиорелейных и тропосферных линиях связи.

Одним из основных вопросов при разработке систем ТТ является выбор способа формирования группового сигнала с точки зрения наиболее полного использования ЭППЧ канала ТЧ с учетом уменьшения взаимного влияния каналов ТТ вследствие нелинейных искажений.

Рис. 7.1.5

На рисунке приведен вариант взаимного расположения каналов ТТ с частотным разделением каналов и с ЧМ.

При выборе ширины канала ТТ необходимо учитывать два фактора:

Полосу частот желательно иметь как можно уже, чтобы в ЭППЧ канала ТЧ разместить большее количество каналов ТТ. Но для выполнения этого требования возникает необходимость уменьшить индекс модуляции М, что ведет к снижению помехозащищенности. В связи с изложенным, полосу частот канала ТТ при m=1,2 выбирают 80 Гц при скорости передачи 50 Бод, 160 Гц при скорости передачи 100 Бод и 320 Гц при скорости передачи 200 Бод. Ширина полосы расфильтровки δ±P определяется исходя из добротности элементов канальных фильтров. При использовании фильтров LC ширина полосы расфильтровки выбирается равной 40 Гц при скорости передачи 50 Бод, 80 Гц скорости передачи 100 Бод и 160 Гц при скорости передачи 200 Бод. Общее число каналов ТТ, получаемых в канале ТЧ с ЭППЧ 0,3-3,4 кГц определяется по формуле N=3100/δfчм+δfp и составляет 24 канала ТТ при скорости передачи 50 Бод, 12 каналов ТT при скорости 100 Бод и 6 каналов ТТ при скорости 200 Бод. Разнос средних частот δfчм+δf=fi-fi-1=φδf, где fi - средняя частота i -го канала ТТ в ЭППЧ канала ТЧ; δf - девиация частоты

Выбор номинальных значений частот для каждого канала ТТ производится так, чтобы их взаимное влияние за счет продуктов нелинейности, возникающих в канале ТЧ, было минимальным. Известно, что в случае воздействия нескольких гармонических колебаний на устройства с малой нелинейностью из всех возникающих гармоник и комбинационных продуктов наибольшей мощностью будут обладать вторые гармоники и комбинационные продукты второго порядка. Поэтому номинальные значения средних частот аппаратуры ТТ для скоростей телеграфирования 50 и 100 Бод выбирают так, чтобы нелинейные продукты оказывали наименьшее мешавшее действие. Для выполнения этого требования номинальные значения средних частот выбирают по следующим формулам:

для 50-бодных каналов fi=300+120i (i=1-24);

для 100-бодных каналов fi=240+240i (i=1-12);

для 200-бодных каналов fi=120+420i (i =1-6).

При выборе номинальных значений характеристических частот учитывается, что требуемая величина помехозащищенности обеспечивается при индексе модуляции m=1,2. Поэтому дивиация частоты выбирается равной ±30 Гц для 50-бодного, ±60 Гц для 100-бодного и ±120 Гц для 200-бодного канала.

Номинальное значение нижней и верхней характеристической частоты определяется по формулам:

Fн=fi-f;

Fв=fi+f

3 вопрос: Принципы построения каналообразующей аппаратуры тонального телеграфирования – 15 минут

f н1 =128 f н

При построении аппаратуры ТТ используются два способа:

- индивидуальный

- групповой

При индивидуальном способе построения аппаратуры каждый канал ТТ имеет генератор, частота которого определяется формулами:

fср=300+120n - при скорости 50 Бод

fср=240+240n - при скорости 100 Бод

fср=240+480n - при скорости 200 Бод

и фильтры с соответствующей полосой пропускания. Поэтому число типов генераторов, фильтров и частотных дискриминаторов определяется числом каналов системы ТТ.

При групповом способе построения аппаратуры каналы объединяются в группы, линейный спектр которых образуется с помощью групповой модуляции. Поэтому число разнотипных генераторов и фильтров в этом случае неважно.

По сравнению с индивидуальными системами, в групповых сокращается число разнотипных элементов, что упрощает производство аппаратуры и ее настройку.

4 вопрос: Основные элементы устройства преобразования сигналов с частотной модуляцией – 15 минут

Элементами устройств преобразования сигналов являются - частотный модулятор и частотный детектор.

Частотные модуляторы предназначены для преобразования сигналов постоянного тока, поступавших от источника информации в ЧМ сигналы переменного тока.

Различают частотные модуляторы двух типов: с непосредственным воздействием на генератор и без непосредственного воздействия на него. Частотные модуляторы первого типа имеют следующую схему.

Рис. 7.1.6

Другая разновидность модулятора-генератора с непосредственным воздействием на генератор имеет вид рис. 7.1.7

Сигналы постоянного тока, поступающие от источника информации, управляют работой триггера. При поступлении тока отрицательней полярности триггер устанавливается в положение, в котором действует выходной сигнал, открывающий ключевой транзистор Т3 (транзистор Т2 при этом закрыт). Частота колебаний генератора определяется элементами L1, L2 и C (нижняя частота). При поступлении на вход триггера сигнала положительной полярности открывается транзистор Т2 (транзистор Т3 закрыт). Частота колебаний генератора определяется элементами L1, и C (верхняя частота).

При отсутствии сигнала от источника информации генератор вырабатывает верхнюю частоту. Для этого на входе имеется устройство (на схеме не показано), которое принудительно устанавливает в положение, при котором открывается транзистор Т2.

Частотный модулятор без непосредственного воздействия на генератор. Необходимые для формирования ЧМ сигнала последовательности импульсов получают от общего для всех каналов стабилизированного кварцем задающего генератора. Затем делением частоты задающего генератора с помощью дискретного делителя частоты получают необходимый набор гармоник для формирования ЧМ сигнала.

Рис. 7.1.7

Телеграфные сигналы, поступающие на входное устройство 1, управляют работой ключевого устройства 2, которое коммутирует на своем выходе верхнюю (fв=128fв) или нижнюю (fн=128fн) характеристическую частоту нажатия минуса или нажатия плюса. Все характеристические частоты кратны преобразованной девиации частоты 128f=128х30=3840 Гц. Например, для 13-го канала системы при скорости модуляции 50 Бод частота fв=1890 Гц, а fн=1830 Гц. На вход делителя на 128 должны поступать частоты fв = 128х1890 = 211920 Гц и fн=1830х128=234240 Гц. Частота fв=63х3840 Гц, a fн=61х3840 Гц, т.е. характеристические частоты являются 61-й и 63-й гармоникой основной частоты 3840 Гц. Для получения указанных частот в модуляторе используются два сумматора: на один подается первая гармоника частоты 3840 Гц и 2-я гармоника этой же частоты, а на второй - результирующая частота с выхода первого сумматора [(n + 1)-я гармоника] и вторая гармоника частоты 3840 Гц.

Все необходимые гармоники получают делением частоты общего для всей системы задающего генератора и последующим суммированием гармоник, полученных в результате деления.

Частотные детекторы предназначены для преобразования в приемнике ЧМ сигналов в амплитудно-модулированные. Различают детекторы с частотно-зависимыми элементами (катушки индуктивности, конденсаторы) и с дискретными элементами.

Частотный детектор с частотно-зависимыми элементами

ЧМ сигналы, предварительно усиленные усилителем и ограничен­ные по амплитуде ограничителем поступают на два последовательно включенных резонансных контура.

Верхний контур настроен на верхнюю характеристическую частоту, а нижний - на нижнюю. При протекании по контурам тока ЧМ сигнала большее падение напряжения создается на контуре, резонансная часто­та которого ближе к частоте сигнала.

Иногда в качестве частотного детектора используют полосовые фильтры, включенные параллельно.

Частотный детектор на дискретных элементах

Фазовый сдвиг между последовательностями .XI и У12 (частота) 5360 Гц зависит от соотношения частот следования импульсов и частот следования отметок начала и конца периодов ЧМ сигнала. Если на вход дискриминатора поступает средняя частота, то за один период пройдет 15360 : I860 = 8,251 периода импульсов.

Схема формирования предназначена для выработки импульсов начала и конца периодов ЧМ сигнала. Эти импульсы подаются на ячейки управляемого делителя с целью установки его в исходное положение. Получаемый на выходе дискриминатора сигнал, поступает далее на пороговое устройство, которое в зависимости от величины его постоянной составляющей вырабатывает или сигнал "нажатия плюс" или сигнал "нажатия минус".

Название вопроса записать на доске.

Название вопроса записать на доске.

Название вопроса записать на доске.

Название вопроса записать на доске.