ПЕРЕДАЧА ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ

ПО СТАНДАРТНОМУ ТЕЛЕФОННОМУ КАНАЛУ

Методические указания

к выполнению учебно-исследовательской

лабораторной работы

по курсам: «Передачи данных

в информационно-управляющих системах»

и «Информационные сети и коммуникации»

Цель работы: изучение методов передачи дискретной информации и принципов построения канальной аппаратуры.

1.  ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Передача данных от одного объекта к другому при их удаленности друг от друга осуществляется по каналу связи.

Исторически сложилось так, что наибольшее развитие получила телеграфная и телефонная связь. В этих сетях используется стандартная аппаратура каналообразования.

Каналообразующая аппаратура позволяет организовать большое количество независимых каналов на основе одного канала связи (КС) или линии связи (ЛС), т. е. осуществляется уплотнение КС или ЛС.

Система с общей линией или каналом связи, по которым организовано несколько независимых каналов данных, называется многоканальной системой.

На рис. 1 приведена обобщенная система многоканальной системы.

Рис. 1. Структурная схема многоканальной системы:

И – источник сообщений;

ПРД – передатчик;

ЛБ – линейный блок;

РАЗД – разделитель;

ПР – приемник;

ПС – приемник сообщений;

На передающей стороне от n источников И1, И2, …, Иn поступают на вход n передатчиков, которые вырабатывают соответствующие сигналы, приспособленные для их разделения в дальнейшем. Затем сигналы подаются на общую линейную аппаратуру (ЛБ) и далее в общую линию связи или канал связи.

На приемной стороне сигналы из линии воздействуют на n разделителей, каждый из которых выделяет свой сигнал, т. е. сигнал данного канала. Выделенный сигнал в приемнике превращается в сообщение и поступает на приемник сообщения (ПС).

Как видно из рис. 1, многоканальная система отличается от одноканальной наличием на приемной стороне разделительных (селектирующих) устройств, выделяющих и пропускающих свой канальный сигнал и не пропускающих сигналы, принадлежащие другим каналам.

Для разделения необходимо, чтобы сигналы различных каналов отличались некоторыми признаками, получившими название избирающих.

В передающей части многоканальной системы должно быть устройство, придающее сигналам разных каналов избирающие признаки с целью разделения сигналов на приемной стороне.

Разделение или избирание различных сигналов может быть осуществлено по времени, частоте, фазе, амплитуде и другим признакам. В многоканальных системах независимо работающими каналами наибольшее применение получило временное и частотное разделение, так как частотные и временные признаки являются независимыми.

В отличие от них такие избирательные признаки, как амплитуда, фаза, форма импульса, полярность относятся к зависимым признакам. Они позволяют организовать в одной системе ограниченное число каналов, во многих случаях не превышающее двух. Например, невозможно по общему каналу связи передать одновременно сигнал нескольких амплитуд.

Число каналов в системе с частотным и временным разделением достигает десятков и сотен.

Рис. 2. Структурная схема n-канальной схемы с частотным разделением каналов:

М – модулятор; Д – демодулятор; Ф – полосовой фильтр; Г – генератор;

ВП – выходной прибор.

На рис. 2 приведена структурная схема n-канальной системы с частотным разделением. Передающая и приемная части системы соединены линией связи (ЛС). Входные сигналы ВХ1, ВХ2, …, ВХn, получаемые, например, с датчиков, подаются на индивидуальные модуляторы М1, М2, …, Мn. На второй вход каждого из модуляторов подается модулируемое переменное напряжение от канального генератора. Генераторы отдельных каналов (Г1, Г2, …, Гn) имеют различные частоты (f1, f2, …, fn). Этим достигается разделение сигналов по частоте.

Частоты генераторов f1, f2, …, fn выбираются так, чтобы спектры сигналов отдельных каналов не перекрывались (рис. 3).

Рис. 3. Спектры сигналов в многоканальной системе с частотным разделением.

Для устранения высших гармоник и других паразитных частоты на выходе каждого модулятора устанавливается фильтр (Ф1, Ф2, …, Фn), пропускающий полезные (рабочие) частоты, расположенные вблизи частоты своего генератора.

В результате амплитудной модуляции происходит перенесение спектра источника сообщений S(f) в область более высоких, например звуковых частот, по обе стороны от данной частоты генератора f1, f2, …, fn. Аналогичный перенос частот происходит при частотной и других видах модуляции.

В приемной части многоканальной системы сигнал каждого канала выделяется индивидуальным полосовым фильтром (Ф1, Ф2, …, Фn), пропускающим рабочую полосу частот только своего канала. При этом фильтр Ф1 пропускает частоту f1 и ближайшие к ней частоты в пределах спектра S(f).

После демодуляции (Д1, Д2, …, Дn) индивидуальные сигналы со спектром S(t) подаются на выходные приборы ВП1, ВП2, …, ВПn.

Для усиления сигнала в линию или какую-либо другую часть системы включаются соответствующие усилители.

При временном разделении каналов информация о сигналах различных каналов передается поочередно, в различные промежутки времени.

Если при частотном разделении каналов из-за неидеальных характеристик полосовых фильтров необходимы защитные интервалы по частоте, то при временном разделении каналов для каждого канала необходимы временные защитные интервалы, равные:

где – время установления процессов передачи и приема;

– время возможного рассогласования сигналов передающей и приемной частей системы.

2.  МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Лабораторная работа выполняется на учебно-исследовательском стенде, разработанном на базе каналообразующей стандартной аппаратуры типа В-3-3 и включающем передающую и приемную части, конструктивно оформленных в двух разных корпусах.

Структурная схема стенда представлена на рис. 4.

Передающая часть стенда содержит:

—  два генератора импульсной последовательности (ГИП1 и ГИП2);

—  индивидуальные модуляторы ИМ1 и ИМ2, представляющие собой кольцевые преобразователи, переносящие с помощью несущей частоты (12 кГц – для первого канала и 20 кГц – для второго канала) исходный сигнал (с частотным диапазоном 300 – 3400 Гц) в групповой спектр с диапазонами 12,3 – 15,8 к Гц – для первого канала и 20,3 – 22,6 кГц для второго канала;

—  полосовые фильтры ПФ1(для первого канала) и ПФ2 (для второго канала), предназначенные для выделения из модулированного сигнала верхней боковой полосы частот, соответствующей тональным частотам 0,3 – 3,4 кГц;

—  дифференциальную систему (ДС), исключающую влияние каналов друг на друга и обеспечивающую параллельную работу полосовых фильтров ПФ1 и ПФ2;

—  групповой преобразователь частоты (ГПУ) с помощью несущей частоты 72 кГц переносит групповой спектр (12 – 24 кГц), содержащий сигналы первого и второго каналов в линейный спектр (84 – 96 кГц).

Приемная часть стенда содержит:

—  искусственную линию, регулирующую уровень группового сигнала на входе приемного тракта;

—  буферный усилитель (БУС), представляющий собой трехкаскадный усилитель с непосредственной связью между каскадами, обеспечивающий необходимый уровень сигнала на входе приемного тракта;

—  усилитель приема (УС. ПР), предназначенный для дополнительного усиления сигналов и устранения влияния переменного выходного сопротивления автоматического регулятора (плоского) – АРП на последующие узлы аппаратуры;

—  групповой преобразователь частот (ГПЧ) переносящий линейный сигнал из диапазона частот 84 – 96 кГц в область спектра 12 – 24 кГц, соответствующую групповому спектру;

—  полосовой фильтр ПФ 12-24, выделяющий из демодулированного сигнала на выходе ГПЧ полезную нижнюю боковую полосу частот (12 – 24 кГц) и подавляющий остальные частоты;

—  усилитель групповой дифференциальный (УГД), обеспечивающий необходимый уровень сигнала на входе индивидуального тракта приема;

—  дифференциальную систему (ДС), обеспечивающую параллельную работу полосовых канальных фильтров приема ПФ1 и ПФ2;

—  полосовые фильтры приема ПФ1 (для первого канала) и ПФ2 (для второго канала), выделяющие из группового спектра полосы частот, соответствующие первому и второму каналам;

—  индивидуальные демодуляторы ИД1 (для первого канала) и ИД2 (для второго канала), осуществляющие перенос частотных спектров первого (12,3 – 15,8 кГц) и второго (20,3 – 22,6 кГц) каналов в полосу частот 0,3 – 3,4 кГц с помощью несущих 12 кГц (для первого канала) и 20 кГц (для второго канала);

—  фильтры низких частот ФНЧ1 (для первого канала) и ФНЧ2 (для второго канала), предназначенные для подавления колебаний с частотой, повышающей 3400 Гц;

—  пороговые устройства ПУ1 (для первого канала) и ПУ2 (для второго канала), формирующие из демодулированного сигнала исходную импульсную последовательность;

—  усилитель контрольной частоты (УКЧ), узкополосный фильтр (УФ 24), усилитель приемника контрольной частоты, модуль управления (УПР), моторно-потенциометрический блок, автоматический регулятор (плоский) (АРП), составляющие систему автоматической регулировки усиления (АРУ), служащую для поддержания постоянного уровня группового сигнала на входах ПФ1 и ПФ2.

3.  ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

Лабораторный стенд, двулучевой осциллограф, звуковой генератор, цифровые вольтметры питаются от силовой промышленной сети переменного тока напряжением 220 В. Макеты передающей и приемной частей содержат блоки питания, преобразующие это напряжение в напряжение 19 В постоянного тока, необходимое для работы каналообразующей аппаратуры.

Макеты передающей и приемной частей, осциллограф, генератор и цифровые вольтметры снабжены предохранителями.

Перед началом работы убедиться в надежном креплении заземляющих проводов, целостности шнуров питания, сетевых вилок и розеток.

Нельзя пользоваться неисправными вилками, шнурами питания.

Во время проведения эксперимента категорически запрещается:

—  вывертывать колпачки предохранителей;

—  открывать передние и задние стенки макетов.

В процессе выполнения лабораторной работы следует использовать органы управления, расположенные на передних панелях передающей и приемной частей стенда.

4.  ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.  Предварительно необходимо подготовить стенд к работе.

1.1.  Убедиться, что тумблер «Сеть» на передней панели находится в положении «Выключено».

1.2.  Соединить гнезда «Линия» приемной и передающей частей стенда.

1.3.  На передней панели приемной части стенда установить элементы регулировки искусственной линии (ИЛ) и моторно-потенциометрического блока (МПБ) в среднее положение.

1.4.  Подключить стенд к сети переменного тока с напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

1.5.  Включить тумблер «Сеть» и убедиться в наличии электропитания по контрольной лампе.

1.6.  Проверить работоспособность стенда.

2.  Проведение эксперимента.

2.1.  Исследовать работу передающей и приемной частей стенда при передаче аналогового сигнала.

2.1.1.  Подать на вход первого и второго каналов синусоидальные сигналы различной частоты с уровнем напряжения 0,01 В.

2.1.2.  Проконтролировать процесс модуляции, передачи и демодуляции сигнала в контрольных гнездах на выходах первого и второго полосовых фильтров (ПФ1 и ПФ2), модуляторов (ИМ1 и ИМ2), группового преобразователя частоты (ГПЧ) – в передающей части стенда; и на выходах первого и второго полосовых фильтров (ПФ1 и ПФ2), демодуляторов (ИД1 и ИД2), фильтров низких частот (ФНЧ1 и ФНЧ2) в приемной части стенда.

2.1.3.  Снять передаточную характеристику индивидуального модулятора (ИМ). От внешнего генератора подать на вход ИМ синусоидальный сигнал и, изменяя уровень от 0 до 3 В, измерять сигнал на выходе ИМ.

Построить графическую зависимость

2.2.  Исследовать работу передающей и приемной частей стенда при передаче дискретной информации.

2.2.1.  Подать синусоидальный сигнал с частотой, указанной преподавателем, в гнездо «Внешний генератор» (ВГ) передающей части стенда.

2.2.2.  Соединить выход генератора импульсной последовательности ГИП1 с входом первого канала, а выход генератора ГИП2 – со входом второго канала.

2.2.3.  С помощью тумблеров задать дискретные сигналы (различные для первого и второго каналов), которые будут передаваться по канальной аппаратуре.

2.2.4.  Проконтролировать сигналы в гнездах ГИП1 и ГИП2, предварительно установив длительность единичного импульса 4,44 мс.

2.2.5.  Для каждого канала провести сравнение входного и выходного сигналов.

2.2.6.  На один из входов осциллографа подать входной сигнал первого канала, на другой – выходной сигнал порогового устройства (ПУ1).

2.2.7.  Проделать пункт 2.2.6 для второго канала.

2.2.8.  Изменяя длительность единичного импульса, определить ту наименьшую длительность, при которой еще возможно передача дискретной информации (отдельно для первого и второго каналов).

5.  ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

При проведении лабораторной работы используется следующее оборудование: осциллограф С1-220, генератор сигналов универсальный DG2041A.

6.  СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА О РАБОТЕ

Каждый отчет должен содержать:

—  титульный лист;

—  формулировку цели работы;

—  исходные данные для выполнения работы;

—  структурные схемы передающей и приемной части стенда;

—  графики временного анализа работы передающей и приемной частей стенда;

—  анализ результатов эксперимента, проведенного согласно заданию;

—  выводы.

7.  ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОРОВЕРКИ

1.  Способы разделения каналов и каналообразующей аппаратуре.

2.  Структурная схема передающей части стенда.

3.  Структурная схема приемной части стенда.

Литература

1.  Чернега В. С., Василенко В. А., Бондарев В. Н. Расчет и проектирование технических средств обмена и передачи информации. М.: Высшая школа, 1990.

2.  Аджемов А. С., Кобленц А. И., Гордиенков В. Н. Многоканальная электросвязь и каналообразующая аппаратура. М.: Радио и связь, 1986.

3.  Емельянов Г. Б., Шварцман В. О. Передача дискретной информации. М.: Связь, 1982.

4.  Васильев В. И., Буркин А. П., Свириденко В. А. Системы связи. М.: Высшая школа, 1897.