Передача сообщений (стр. 2 )

Помехоустойчивость СП зависит не только от их параметров (N* и k*), но и от характеристик помех и способа выявления СП. Так АСП, имеющий самую низкую помехоустойчивость, заметно повышает её при замене порогового декодирования на пороговое со стробированием или на интегральный приём. Зато КИ СП может давать увеличенное число ошибок типа „стирание“ против ошибок типа „трансформация“ (в первом случае искажённый сигнал воспринимается как запрещённый и не декодируется ни как „0“, ни как „1“, ни как „2“, а во втором – декодируется, но неверно, происходит трансформация одного разрешённого сигнала в другой разрешённый), в то же время „стирание“ у ЧИ СП с пассивным нулём в принципе отсутствует. Ошибкой „стирания“ также следует считать выявление на одном временном интервале одновременно двух или более значений СП (например, у АСП при пороговом приёме).

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд позволяет ознакомиться с различными вариантами девяти сигнальных признаков и исследовать их помехоустойчивость при действии импульсных и флуктуационных помех различной интенсивности. Стенд состоит из передающей и приёмной частей, функциональные схемы которых приведены на рис.1 и 2.

Передающая часть состоит из ключей набора, распределителя, схем формирования сигнальных признаков и элементов схемы управления. Подлежащая передаче кодовая комбинация 7-разрядного кода набирается на сдвоенных трёхпозиционных ключах S1ёS7. Число значений исследуемых СП равно 3, поэтому используемый код может быть двоичным или троичным. С помощью распределителя, реализованного на счётчике DD5 и мультиплексорах DD6, DD7 параллельный код преобразуется в последовательный и поступает на формирователи СП, которые реализованы на фильтрах Ф0, Ф1, Ф2, кодерах 1 и 2, формирователях ФКИ3 и ФКИ4, элементах DD9, DD10, DD11, DD20, DD21 и мультиплексорах DD12ёDD19. В зависимости от положения ключей S1ёS7 („0“, „1“ или „2“) на соответствующих временных позициях, на выходах DD6 и DD7 будут появляться комбинации 10, 01 и 11. Переключателем S13 можно выбирать активное значение нуля („Акт.0“) или пассивное („Пасс.0“). При активном нуле сигналы на выходах DD10, DD11 будут повторять сигналы с мультиплексоров DD6, DD7, а при пассивном нуле вместо комбинации 10 будет формироваться комбинация 00. Сигналы могут передаваться в линию связи с разделительной паузой или без, что задаётся соответствующим положением

тумблера S12 („РП“, „без РП“). При положении „РП“ элементы DD10, DD11 стробируются сигналом со схемы „формирования импульсов 1“, что позволяет формировать разделительную паузу в конце каждого временного интервала. Сигналы с DD10, DD11 подаются на адресные входы мультиплексоров DD12ёDD17 и схемы кодеров 1 и 2. Вид используемого СП выбирается переключателем S11.

Амплитудный СП формируется с помощью мультиплексора DD12, который коммутирует на выход уровни напряжений ноль, U0, U1 или U2 в зависимости от комбинации сигналов на адресных входах А0, А1.

Полярный СП формируется мультиплексором DD13, на выходе появляются уровни напряжений положительной Uпол, отрицательной Uотр полярности или нулевой. При активном нуле кодер 1 преобразует код 10 в 01 и 01 в 10, код 00 не изменяется, комбинация 11 запрещена. При пассивном н – в 10, 11 – в 01, код 00 не изменяется.

Фазовый СП формируется мультиплексором DD14 и фильтрами Ф0, которые выделяют первую гармонику из последовательностей прямоугольных импульсов, формируемых схемой формирования импульсов 1 и сдвинутых по фазе друг относительно друга.

Частотный СП формируется мультиплексором DD15 и фильтрами Ф0, Ф1, Ф2 которые выделяют первую гармонику из последовательностей импульсов поступающих со схемы формирования импульсов 1 и настроены на соответствующие частоты. В зависимости от сигналов на адресных входах А0, А1 на выход поступают гармонические сигналы с частотами f0, f1, f2 и потенциал „земли“ (ноль).

Частотно-импульсный СП формируется мультиплексором DD16, который коммутирует на выход „землю“ или импульсные сигналы с различными частотами, формируемые схемой формирования импульсов 1, в зависимости от сигналов на входах А0, А1.

Время-импульсный СП формируется аналогично, только мультиплексором DD17 коммутируются импульсы различной длительности.

Число-импульсный СП формируется с помощью временного путём заполнения импульсов различной длительности высокочастотными тактовыми импульсами ТИ с генератора G1. Схема реализована на элементе DD20.

Фазо-импульсный СП также формируется на основе временного. Формирователи ФКИ3 и ФКИ4 срабатывают соответственно по переднему и заднему фронтам импульса с DD17 и коммутируют на выход мультиплексора DD18 уровни опорный Uоп или сигнальный Uсиг. При отсутствии импульсов на выходах ФКИ, на выходе DD18 будет потенциал земли.

Кодо-импульсный формируется кодером 2, мультиплексором DD19 и элементом DD21, однако на адресные входы А0, А1 поступают не сигналы с DD10 и DD11, а импульсы с выходов Q2, Q3 счётчика DD1. Кодер 2 в зависимости от сигналов, поступающих с DD10, DD11 формирует на выходах I0ёI3 DD19 коды 0000 (пассивный ноль), 0110 (активный ноль), 1011 („1“), 1101 („2“). На элементе DD21 формируется разделительная пауза между элементарными символами кода.

Тактирование распределителя DD6,DD7 осуществляется от генератора G1 через делитель частоты DD1 и элементы DD3,DD4. Запуск схемы осуществляется нажатием кнопки S8 „ Пуск“, при этом триггер DD2 устанавливается в состояние „1“ и импульсы с DD1 через DD3 и DD4 начинают поступать на счётчик DD5. Если тумблер S9 установлен в положение „РАЗОВ“ (разовый), то после передачи последнего элемента сообщения по сигналу со схемы „ИЛИ“ DD8 через ФКИ2 триггер DD2 устанавливается в состояние „0“ и система останавливается. Если S9 находится в положении „НЕПР“ (непрерывный), то система не останавливается и набранное сообщение передаётся непрерывно. В ряде случаев можно использовать передачу сигналов не с постоянным, а с переменным периодом следования. Для этого необходимо переключатель S10 „Период ПЕРЕМ. – ПОСТ.“ установить в положение „ПЕРЕМ“. Тогда переключение счётчика DD5 будет происходить по окончанию импульса на выходе DD17 через элементы ФКИ4 , ФКИ1 которые формируют паузу между соседними сигналами. При положении S10 „ПОСТ“ сигналы формируются с постоянным шагом (основной режим работы).

Приёмная часть стенда состоит из схем выявления сигнальных признаков, распределителя, устройства фиксации принятых значений СП с элементами индикации и элементов схемы управления.

Амплитудный СП может выявляться тремя различными методами – пороговым, пороговым со стробированием, пороговым с интегрированием. Выбор метода осуществляется переключателем S14 „П – ПС – ПИ“. При пороговом методе выявления амплитуда пришедшего сигнала выявляется компараторами DD22, DD23, DD24 на вторые входы которых задаются пороговые значения „нуля“, „единицы“ и „двойки“ (Uп0,Uп1,Uп2). При поступлении из ЛС сигнала „0“ (активного или пассивного) на выходе преобразователя кодов DD35 сигнал появится на выходе „0“, при поступлении „1“ – на выходе „1“, при поступлении „2“ – на выходе „2“. Далее эти сигналы поступают на элементы DD44, где стробируются длинным (половина временной позиции) импульсом со схемы формирования импульсов 2 и затем через переключатель S14 на соответствующие схемы „И“ и триггеры устройства фиксации принятых значений СП. При этом если пришедший из ЛС сигнал искажён помехами и значительно изменяется по уровню в течение длительности импульса стробирования, в состояние „1“ могут установиться несколько триггеров устройства фиксации соответствующих одной временной позиции. Это создаёт неопределённость и свидетельствует о неверном выявлении СП. При выявлении со стробированием, сигналы с DD35 стробируются на элементах DD45 коротким импульсом со схемы формирования импульсов 2, который приходится на середину поступающего из ЛС сигнала. Выявленные значения фиксируются в соответствующих триггерах устройства фиксации. Неоднозначность (как в пороговом методе) здесь практически исключаются, хотя ошибочное выявление конкретных значений СП сохраняется. При выявлении амплитудного СП методом интегрирования сигналы с DD35

заполняются импульсами с различным периодом следования, которые поступают со схемы формирования импульсов 2 на элемент DD42. Далее эти импульсы через переключатель S11 поступают на счётчик DD46, где реализуется число-импульсное интегрирование (подсчёт числа импульсов, заполняющих сигнал с DD35). Дешифратор DD47 и триггеры DD48 реализуют ту же функцию, что и компараторы DD22ё24 – в зависимости от уровня поступившего из ЛС сигнала счётчик DD46 досчитает с нуля до определённого значения и по сигналам с выходов Q2, Q6, Q10 дешифратора DD47 те или иные триггеры DD48 установятся в состояние „1“. Преобразователь кода DD50 работает аналогично преобразователю DD35. По окончанию цикла интегрирования формирователи ФКИ7 , ФКИ8 из сигнала „ТАКТ“ формируют короткий импульс, который через элементы DD49, DD53, переключатель S14 обеспечивает запись результата в соответствующий триггер устройства фиксации. В этом случае неоднозначность декодирования исключается полностью, а правильность выявления СП возрастает. При выявлении всех остальных СП переключатель S14 всегда должен находиться в положении „ПИ“ (интегральный приём).

Полярный СП выявляется компараторами DD23,DD25 и преобразователем кода DD36. Компараторы имеют положительный (Uп1 ) и отрицательный (Uп отр) пороги срабатывания. В отличии от выявления амплитудного СП, когда одновременно могли сработать несколько компараторов DD22 ё24, здесь может сработать или один из двух компараторов, или ни один (при пассивном нуле). Поэтому логика работы преобразователя DD36 отличается от DD35, но как и прежде обеспечивается формирование сигналов на выходах „0“, „1“ или „2“ DD36 при выявлении соответственно нуля, единицы или двойки переданных полярным СП. Дальнейшее выявление значения и его фиксация осуществляются через элемент DD43, переключатель S11 по той же схеме, что и амплитудный СП с интегральным приёмом (счётчик DD46, дешифратор DD47 и т. д.).

Фазовый СП выявляется с помощью компаратора DD26, который работает в режиме нуль-органа, формирователя ФКИ6 и триггера DD37. Фаза пришедшего из ЛС относительно опорных импульсов, формируемых схемой формирования импульсов 2, преобразуется во временной интервал (выход триггера DD37), который заполняется тактовыми импульсами приёмника (ТИ пр) с генератора G2. Поскольку фазы нуля, единицы и двойки имеют разное запаздывание относительно опорной последовательности, число импульсов на выходе DD39 будет зависеть от принятого значения. Подсчёт числа импульсов и фиксация результата обеспечивается как и раньше (элементы DD46,DD47 и т. д.). В фазовом СП используется только активный ноль ( при отсутствии сигнала его фаза не может быть определена).

Частотный СП выявляется с помощью нуль-органа (компаратор DD26), который преобразует гармонический сигнал в последовательность прямоугольных импульсов той же частоты. Число импульсов на временном интервале (а следовательно и частота) подсчитывается счётчиком DD46. Вся дальнейшая обработка и фиксация выполняется по рассмотренной выше схеме.

Частотно-импульсный СП выявляется путём подсчёта числа поступивших непосредственно из ЛС импульсов на данном временном интервале. В этом случае как и ранее используется счётчик DD46 и другие рассмотренные элементы.

Время-импульсный СП выявляется с помощью элемента DD40 и рассмотренной схемы подсчёта числа импульсов и фиксации результата. Поступивший из ЛС импульс на элементе DD40 заполняется тактовыми импульсами ТИ Пр. Для нормальной работы схемы обязательно должен использоваться активный ноль и разделительная пауза.

Число-импульсный СП выявляется так же, как частотно-импульсный, но ноль здесь может быть только активным.

Фазо-импульсный СП сначала на элементах DD27, DD28, DD31, DD32, DD38 преобразуется во временной, а далее через элемент DD41 по известной схеме.

Кодо-импульсный СП выявляется с помощью элементов DD51, DD52. Поступающий из ЛС код записывается в сдвигающий регистр DD51 (тактирование осуществляется импульсами Q0, которые соответствуют периоду следования элементов кода – импульсов и разделительных пауз), а затем декодируется дешифратором DD52. Запись результата декодирования в триггеры устройства фиксации осуществляется сигналом, формируемым формирователями ФКИ7 , ФКИ8 из сигнала „ТАКТ“, через элементы DD49, DD53 и переключатель S14.

Распределитель приёмной части выполнен на элементах DD29, DD33 по схеме счётчик-дешифратор и переключается по заднему фронту сигнала „ТАКТ“ (формируется на передающей стороне, вопросы синхронизации распределителей в рамках лабораторной работы не рассматриваются). Начальная установка и разрешение работы распределителя обеспечиваются сигналом „ЦИКЛ“, который формируется на элементе „3 ИЛИ“ DD8 передающей части. Этим же сигналом обеспечивается начальная установка и разрешение работы схемы тактирования приёмной части (генератор G2 и счётчик DD30), а так же сброс в исходное состояние триггеров устройства фиксации принятых значений СП (DD57ёDD95) в начале каждого цикла передачи. По сигналам с распределителя (выходы Q1ёQ7 дешифратора DD33) через схемы „И“ (DD54ёDD92) выявленные значения сигнальных признаков записываются в триггеры (нули – в нижнюю линейку, единицы – в среднюю, двойки – в верхнюю) на соответствующих временных позициях с первой по седьмую. В начале каждого временного интервала (определяется сигналом „ТАКТ“) по сигналу с ФКИ7 обеспечивается стирание предыдущего значения в счётчике DD46, запись результата выявления СП с триггеров DD48 или дешифратора DD52 в триггеры устройства фиксации принятых значений (DD57ёDD95) по сигналу с ФКИ8, и после этого – обнуление триггеров DD48.

В состав схемы управления стендом входит блок контроля режимов, который вырабатывает сигналы „КИ“ (кодо-импульсный СП) для разрешения или запрета работы элементов DD49 в соответствующих режимах и „НКК“ (неверная комбинация ключей) для запрещения работы стенда при неверно заданных режимах (например, ВИ СП без разделительной паузы). В этом случае работа стенда блокируется через элементы DD10, DD11, а записанная в триггерах устройства фиксации информация стирается.

Так же в стенде имеется генератор помех, который позволяет накладывать на передаваемые сигналы импульсные помехи или „белый шум“ (переключатель „ИП-БШ“) низкой или высокой частоты (переключатель „НЧ-ВЧ“). Регулятор интенсивности помех совмещён с выключателем генератора. Стрелочный прибор показывает относительное изменение уровня помех.

Порядок выполнения лабораторной работы

Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо получить у преподавателя номер варианта задания (таблица 3) или перечень СП и пунктов, подлежащих выполнению, а так же номер передаваемого сообщения.

1.  Ознакомление с сигнальными признаками

В этом случае стенд работает в непрерывном режиме (S9 в положении „НЕПР“), виды СП выбираются переключателем S11, а их разновидности – переключателями S12, S13, период следования выбирается переключателем S10. Подлежащие передачи сообщения набираются на ключах S1ёS7 (семиразрядный двоичный или троичный код). После включения питания тумблером „СЕТЬ“, набора передаваемого сообщения и задания режима работы запуск стенда осуществляется нажатием кнопки S8 „ПУСК“. Контроль за работой стенда осуществляется по сигналам, наблюдаемым в ЛС с помощью осциллографа и элементам индикации стенда. Неправильное задание режимов работы приводит к блокированию работы стенда, сигналы в ЛС не наблюдаются, на блоке контроля режима загорается светодиод „НКК“.

В соответствии с полученным заданием необходимо снять осциллограммы сигналов в ЛС и измерить их уровни (для всех СП) и информативные параметры. По полученным данным рассчитать k* и N*. Результаты расчётов и измерений поместить в отчёте рядом с соответствующими диаграммами сигналов в ЛС. При снятии осциллограмм подать на осциллограф сигнал внешней синхронизации с соответствующего гнезда стенда.

2.Исследование помехоустойчивости сигнальных признаков

По указанию преподавателя СП и метод его выявления, вид и интенсивность помехи задаются соответствующими переключателями, расположенными на стенде.

При выявлении искажёнными помехами СП возможны ошибки типа „трансформация“, когда передаётся одно значение СП (набранное на ключах), а выявляется другое и ошибки типа „стирание“, когда вместо одного конкретного передаваемого значения СП на приёмной стороне выявляются одновременно несколько значений или не выявляется ни одно. При исследовании помехоустойчивости СП необходимо фиксировать число „трансформаций“ и „стираний“ по каждому значению признака отдельно. По полученным данным рассчитываются вероятности трансформации и стирания нулей (Ртр0, Рст0), единиц

(Ртр1, Рст1) и двоек (Ртр2, Рст2), а так же общая вероятность трансформации и стирания исследуемого СП (Ртр, Рст)

Здесь nтрi и nстi соответственно число трансформированных и стёртых СП при передаче i – значения Ni раз.

Результаты экспериментов и расчётов заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Параметры помехи	N	nст	Pст	nтр	Pтр
„0“
„1“
„2“
Вид СП

В клеточке „Параметры помехи“ указывается вид помехи и её интенсивность в виде отношения сигнал/помеха (отношение уровней полезного сигнала и помехи, замеряется по осциллографу), а в клеточке „Вид СП“ конкретный СП, для которого проводятся исследования. Для получения достоверных результатов число Ni должно быть не менее 100, поэтому рекомендуется при проведении подобных исследований передавать сообщения, состоящие из одинаковых символов. В этом случае для передачи 105 одинаковых значений потребуется всего 15 циклов передачи, а фиксация ошибок на устройстве отображения значительно упрощается.

При проведении исследований S9 устанавливается в положение „НЕПР“, выставляется требуемый уровень помех (контролируется по осциллографу), а затем S9 переводится в положение „РАЗОВ“ и нажатием кнопки S8 „ПУСК“ обеспечивается требуемое число циклов передачи. Исследование помехоустойчивости может проводиться как для отдельного СП(строятся зависимости Рст и Ртр от отношения сигнал/помеха), так и для нескольких СП (проводится сравнительный анализ помехоустойчивости). В последнем случае необходимо при заданных параметрах помехи поочерёдно исследовать различные СП (выбираются переключателем S11), а при изменении уровня помех проводить исследования в той же последовательности.

Определение порогового значения сигнал/помеха проводится при непрерывном режиме работы стенда (S9 в положении „НЕПР“). Постепенно увеличивая уровень помех в ЛС, по элементам индикации регистрируют появление сбоев, по осциллографу измеряют соотношение сигнал/помеха. Пороговое значение может определяться как для каждого значения СП и типа ошибок, так и для СП в целом.

Таблица 3

№ варианта	СП и пункты порядка выполнения
А	П	Ф	Ч	ЧИ	ВИ	ЧиИ	ФИ	КИ
1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2
1	+	-	+	+	+	+	+	-	+	-	+	-	+	-	+	-	+	-
2	+	+	+	-	+	-	+	-	+	-	+	-	-	-	+	-	+	-
3	+	-	+	-	+	-	+	+	-	-	+	-	+	-	+	+	+	-
4	+	-	+	+	+	+	+	+	-	-	+	-	-	-	+	-	+	-
5	+	+	+	+	+	-	+	+	+	-	+	-	-	-	+	-	-	-
6	+	+	+	-	+	-	+	-	-	-	+	-	+	-	-	-	+	+
7	+	-	-	+	+	-	+	-	+	-	+	+	+	-	-	-	+	-
8	+	-	+	-	+	+	+	-	+	+	+	-	-	-	+	-	+	-
9	+	+	+	-	+	-	+	+	+	+	-	-	-	-	-	-	+	-
10	+	-	+	+	+	-	+	-	+	-	+	+	-	-	+	+	-	-

Содержание отчёта

1.  Цель работы.

2.  Функциональные схемы формирования и выявления отдельных СП или стенда в целом (по указанию преподавателя).

3.  Диаграммы сигналов в ЛС и их параметры (в соответствии с п.1 порядка выполнения).

4.  Результаты исследования помехоустойчивости СП в соответствии с п.2 порядка выполнения (параметры, таблицы, графики).

5.  Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.  Свойства и параметры СП.

2.  Помехоустойчивость различных СП по отношению к помехам разных видов.

3.  Изобразить диаграмму сигналов в ЛС при передаче заданного сообщения всеми СП.

4.  Чем определяется число значений используемых на практике СП?

5.  С помощью каких СП и как можно организовать параллельную передачу сообщений?

6.  Работа передающей части стенда.

7.  Работа приёмной части стенда.

8.  Предложите другие схемы формирования и выявления СП, отличные от используемых в стенде.

9.  Сравните различные методы выявления АСП.

10.  Какой из реализованных в стенде СП принципиально отличается от всех остальных и чем?

Литература

1.  Тутевич . – М.: Высшая школа, 1985.

2.  , , Дмитриев основы информационной техники. – М.: Энергия, 1979.

3.  Ильин и телеизмерение. – М.: Энергоиздат, 1982.

4.  Теория передачи сигналов / , , . – М.: Радио и связь, 1986.

Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ИЗБИРАНИЯ

Цель работы

1.  Ознакомление студентов с принципами многократного использования линий связи, методами избирания сообщений и сигналов, которые применяются в системах телемеханики и передачи данных.

2.  Исследование дискретных сигналов и схем, используемых в различных методах при реализации одноступенчатого избирания.

Основные сведения

Одним из важнейших принципов построения систем телемеханики (СТМ) и передачи данных (СПД) является принцип многократного использования линий связи (ЛС). Он заключается в том, что для передачи множества сообщений используется ограниченное число ЛС, которое много меньше числа передаваемых сообщений. Во многих случаях все сообщения передаются по одной ЛС, что позволяет реализовывать многоканальные системы даже при наличии одной ЛС. Характеристики и параметры таких систем во многом будут определяться используемым методом избирания.

Под избиранием понимают обеспечение адресной передачи и приема сообщений и сигналов, т. е. сообщение отправленное конкретному получателю (по заданному адресу) получает именно он, все прочие сообщения адресованные другим получателям им не воспринимаются. Избирание может быть одноступенчатым (прямым) или многоступенчатым (на практике встречаются оба варианта). Все методы избирания (МИ) можно разделить на циркулярные и нециркулярные. В первом случае за один цикл работы системы можно передавать сообщения всем получателям. Если это условие не выполняется, то МИ считается нециркулярным, хотя частичная циркулярность (возможность передачи нескольких сообщений за один цикл работы системы) может и сохраняться. Циркулярность реализуется в многоканальных МИ, комбинационные (или кодовые) МИ циркулярностью не обладают. В многоканальных МИ каждое сообщение (команда) представляется одним элементарным сигналом с определенными параметрами, а в комбинационных МИ каждому сообщению ставится в соответствие комбинация (совокупность) элементарных сигналов, которая является уникальной и не совпадает с комбинациями других сообщений. К многоканальным методам относятся : распределительный, разделительный, распределительно - разделительный МИ, к комбинационным (или кодовым) – комбинационно – распределительный, комбинационно – разделительный, комбинационно – распределительно – разделительный.

Распределительный МИ характеризуется тем, что для передачи каждого сообщения выделяется отдельный временной интервал (сигналы распределены во времени), т. е. осуществляется временное разделение каналов. Схема, реализующая распределительный МИ, представлена на рис. 1.

Рис.1.

По сигналу с пускового устройства (ПУ) на передающей стороне запускается распределитель, который поочередно формирует разнесенные во времени сигналы на своих выходах начиная с нулевого по nt. Сигналом с нулевой позиции запускается формирователь синхросигнала, который первым уходит через линейное устройство (ЛУ) в ЛС и используется для обозначения начала цикла передачи. При замыкании ключей управления (Кл. 1¸М) в ЛС будут отправляться сигналы на соответствующих временных позициях. На приемной стороне синхросигнал выявляется выявителем синхросигнала (ВСС) и происходит запуск распределителя приемника (ВСС здесь выполняет ту же роль, что и ПУ на передающей стороне). После этого распределители на передатчике и приемнике работают синхронно и синфазно. Поступающие из ЛС сигналы выделяются соответствующими схемами совпадения ( схемами «И») и направляются к тем или иным объектам. Мощность данного МИ (число различных команд, которые можно передать) М зависит от числа имеющихся временных каналов nt (позиций распределителя) и определяется по формуле М= nt. При простой технической реализации распределительный метод имеет малую мощность и требует надежной синхронизации.

Разделительный МИ использует параллельные (как правило, частотные) каналы и обеспечивает передачу всех команд в течение одного временного интервала. Схема, реализующая разделительный МИ, представлена на рис. 2.

Рис.2.

По сигналу с ПУ в зависимости от положения ключей управления Кл. 1¸М будут запускаться те или иные генераторы гармонических сигналов (Г1¸ Гnf), эти сигналы будут смешиваться в смесителе и отправляться через ЛУ в ЛС. На приемной стороне смесь из сигналов различных частот поступает из ЛС через ЛУ на узкополосные фильтры (Ф1¸ Фnf) и далее через демодуляторы (выделяют огибающую гармонического сигнала) к объектам. Одноименные генераторы и фильтры настраиваются на одинаковые частоты. Мощность метода будет зависеть от числа параллельных каналов nf и определяется по формуле М= nf. При высокой скорости передачи и отсутствии канала синхронизации разделительный МИ обладает малой мощностью и требует наличия широкополосной ЛС, кроме того, при увеличении числа nf будет усложняться техническая реализация узкополосных фильтров с высокой добротностью.

Распределительно – разделительный МИ совмещает в себе два предыдущих метода, здесь используется как временное, так и частотное разделение каналов. На рис. 3. представлена схема, реализующая данный МИ.

Рис.3.

Здесь, как и в первом методе, сигналы распределяются во времени, но отличием является то, что на одном временном интервале одновременно могут присутствовать несколько гармонических сигналов с различными частотами. Мощность метода будет зависеть как от числа временных каналов nt, так и от числа частотных каналов nf и определяется по формуле М=nt×nf. На представленной схеме реализованы два частотных канала, в общем случае их число nf может быть произвольным. При формировании сообщений перебор может осуществляться сначала по частотным каналам, а затем по временным (как представлено на схеме рис. 3.), или наоборот (как представлено на лабораторном стенде). Распределительно – разделительный МИ обеспечивает большую мощность, чем рассмотренные ранее, но для его реализации надо иметь надежную синхронизацию и широкополосную линию связи.

В комбинационно – распределительном МИ, как и во всех кодовых методах, сообщение представляется комбинацией сигналов, которые в данном случае распределены во времени. Для формирования комбинаций соответствующих различным сообщениям здесь используется кодер, который имеет М входов и при поступлении сигнала на один из них генерирует n – разрядный параллельный двоичный код (рис. 4.). По сигналам с распределителя также поступающим на кодер, параллельный код преобразуется в последовательный и начиная со старшего разряда через ЛУ уходит в ЛС. В начале цикла передачи в ЛС, как и раньше, передается синхросигнал, формируемый ФСС. На приемной стороне после запуска распределителя от ВСС, поступающий из ЛС последовательный код записывается в устройство фиксации кодов (УФК) и преобразуется в параллельный.

Рис.4.

Далее параллельный код декодируется декодером (сигнал появляется на одном из его М – выходов в зависимости от принятой кодовой комбинации). Для правильного декодирования его нужно проводить только после приема всех элементов кода. Это обеспечивается подачей на декодер сигнала разрешения исполнения (РИ) с последней ячейки распределителя, который разрешает декодирование записанной в УФК комбинации. Перед поступлением нового сообщения по сигналу с ВСС одновременно с запуском распределителя записанная ранее в УФК комбинация стирается. Так как число позиций распределителя nt должно соответствовать разрядности передаваемого кода (нулевая позиция является служебной, на ней формируется и передается синхросигнал), то мощность комбинационно – распределительного МИ будет определяться по формуле М=2nt, из которой видно, что здесь мощность будет значительно больше, чем в ранее рассмотренных многоканальных методах. Очевидно, что данный МИ требует надежной синхронизации и позволяет за один цикл работы системы передать только одно сообщение.

Комбинационно – разделительный МИ реализуется схемой, представленной на рис. 5.

Рис.5.

Здесь сигналами параллельного кода с выходов кодера обеспечивается запуск определенных генераторов гармонических сигналов Гnf (запускаются те генераторы, на которые поступает сигнал логической единицы с соответствующего выхода кодера). Смесь из сигналов разных частот на приемной стороне расфильтровывается узкополосными фильтрами Ф1¸ Фnf и принятый параллельный код с выходов демодуляторов подается на декодер и декодируется. УФК в данной схеме можно не использовать, его ставят в том случае, если необходимо учесть различные запаздывания в схемах фильтров и демодуляторов. Так как сигналов синхронизации в данной системе нет, отличить факт передачи кодовой комбинации состоящей из одних нулей от отсутствия передачи не представляется возможным. Поэтому нулевую кодовую комбинацию в данном МИ использовать нельзя и его мощность будет определяться по формуле М=2nf-1. Для комбинационно – разделительного МИ характерны высокая скорость передачи, возможность передачи за один цикл работы системы только одного сообщения и необходимость наличия широкополосной ЛС.

Комбинационно – распределительно – разделительный МИ обладает наибольшей мощностью. В этом методе используются как временные, так и частотные каналы, однако вводится ограничение на комбинирование последних. Это означает, что на любой временной позиции может появиться только одна из nf используемых частот. Схема, реализующая данный метод с указанным ограничением, представлена на рис. 6. Здесь, в отличие от рассмотренных методов, кодер формирует недвоичный параллельный код, который по сигналам с распределителя преобразуется в последовательный и подается на генераторы гармонических сигналов Г1¸ Гnf. При этом основание кода q= nf и на каждом такте работы распределителя всегда запускается только один генератор. В начале цикла передачи в ЛС передается формируемый на нулевой позиции распределителя синхросигнал. Приемная часть работает как в комбинационно – распределительном методе, но при реализации УФК и декодера необходимо учесть, что здесь используются недвоичные коды. Мощность комбинационно –

Рис.6.

распределительно – разделительного МИ при оговоренных ограничениях определяется по формуле М= nf nt. Обладая огромной мощностью, данный МИ обеспечивает передачу за один цикл работы системы только одной команды и требует надежной синхронизации и широкополосной ЛС.

Все рассмотренные схемы реализуют одноступенчатое или прямое избирание, когда принятая кодовая комбинация или сигнал напрямую преобразуются в сигнал, поступающий к объектам или получателям. При большом числе передаваемых сообщений чаще используется многоступенчатое избирание. В этом случае все множество получателей (или, соответственно, передаваемых сообщений) разбивается на группы, которые в свою очередь разбиваются на подгруппы, те – на подподгруппы и т. д. вплоть до отдельных объектов. Число ступеней разбиения может быть произвольным. Всё сообщение (или номер объекта) формируется из отдельных фрагментов, которые указывают номер группы, номер подгруппы и т. д. до номера объекта на последней ступени разбиения. Формирование сообщения (кодирование) на передающей стороне и его обратное преобразование (декодирование) на приемной осуществляются по ступеням, причем преобразование в каждой ступени выполняется независимо. Как правило, во всех ступенях используется один и тот же МИ (любой из шести рассмотренных ранее). Схема системы с многоступенчатым избиранием строится на основе вышеприведенных схем в зависимости от применяемого МИ. Использование в многоступенчатом избирании многоканальных методов позволяет по сравнению с прямым избиранием уменьшить число временных каналов nt, или частотных nf или и тех и других одновременно. При этом увеличивается быстродействие системы или сужается занимаемая полоса частот. Если в пределах каждой ступени используются кодовые МИ, то выигрыша в быстродействии или полосе частот не будет (а может быть даже и проигрыш), но при этом резко упрощается реализация кодеров и декодеров (будет несколько небольших схем для каждой ступени вместо одной для всей системы). В современных системах ТМ и ПД используют как одноступенчатое, так и многоступенчатое избирание.

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд позволяет исследовать шесть различных методов прямого (одноступенчатого) избирания. Выбор метода осуществляется пакетным переключателем, расположенным на передней панели стенда. Положение переключателя соответствует следующим методам избирания:

I.  Распределительный,

II.  Разделительный,

III.  Распределительно – разделительный,

IV.  Комбинационно – распределительный,

V.  Комбинационно – разделительный

VI.  Комбинационно – распределительно – разделительный.

Функциональная схема стенда приведена на рис. 7¸9. При выборе конкретного метода избирания с помощью пакетного переключателя на выводы элементов обозначенные цифрами с I по VI подается уровень логической еди-

Рис.7.

Рис.8.

Рис.9.

ницы в соответствии с положением переключателя. Номер передаваемого сообщения во всех методах задается с помощью ключей Кл. 1¸8 (рис. 7, схема передающей части). Номер принятого сообщения отображается с помощью элементов индикации как состояние соответствующих триггеров DD 39.1¸39.8 (рис. 9, схема фиксации сообщений на приемной части с устройствами синхронизации У1¸8). Временные каналы на передающей и приемной сторонах (соответственно рис. 7 и рис. 8) формируются с помощью распределителей Р-I и Р-II, а частотные каналы – с помощью генераторов гармонических сигналов G 1¸8 и узкополосных фильтров с демодуляторами ФД1¸ФД8. Синхронизация распределителей обеспечивается с помощью устройств формирования и выявления синхросигналов (ФСС и ВСС соответственно) и элементов DD6 и DD9.2, которые разрешают или запрещают формирование синхросигнала в зависимости от выбранного МИ. При использовании только параллельных каналов (методы II и V), они формируются в начале цикла работы системы по сигналу с первой позиции распределителя Р-I. В комбинационных методах избирания кодирование сообщений двоичным кодом и их декодирование осуществляется схемами кодера (CD) и декодера (DC). Специальные устройства синхронизации У1¸8 обеспечивают правильную фиксацию номера принятого сообщения в объектных триггерах DD39.1¸DD39.8 при различных методах избирания.

Порядок выполнения работы

1.  Получить у преподавателя исходные данные (номера передаваемых сообщений).

2.  Составить диаграммы сигналов в ЛС для всех МИ в соответствии с полученным заданием и представить для проверки преподавателю.

3.  Включить осциллограф и лабораторный стенд. Снять осциллограммы сигналов в ЛС при передаче заданных сообщений всеми МИ. Правильность работы стенда контролировать по наблюдаемым сигналам в ЛС, положениям ключей Кл1¸8 и состояниям элементов индикации.

4.  Сравнить диаграммы сигналов из пп. 2 и 3 (теоретические и практические).

5.  По указанию преподавателя определить параметры сигналов и методов избирания, изобразить диаграммы сигналов в заданных точках схемы.

Содержание отчета

1.  Цель работы.

2.  Схема стенда полностью или частично (для реализации некоторых МИ) – по указанию преподавателя.

3.  Диаграммы сигналов в ЛС по пп. 2, 3.

4.  Параметры и диаграммы сигналов по п. 5.

5.  Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.  Какие методы избирания относятся к циркулярным, а какие – к нециркулярным?

2.  Нарисуйте схемы и поясните их работу для многоканальных и кодовых методов избирания.

3.  Назовите достоинства и недостатки каждого МИ и дайте рекомендации по их применению.

4.  Изобразите диаграммы сигналов в ЛС при передаче какого – либо сообщения при различных МИ.

5.  Что изменится в схеме и параметрах комбинационно – распределительно – разделительного МИ, если снять ограничение на комбинирование параллельных (частотных) каналов?

6.  Что такое «многоступенчатое избирание» и в чем заключаются его достоинства и недостатки по сравнению с одноступенчатым?

7.  Нарисуйте схемы передатчика и приемника для многоступенчатого избирания при использовании различных МИ.

8.  Для каких сообщений (команд) сохраняется циркулярность в многоступенчатом избирании при использовании многоканальных методов?

9.  Поясните работу лабораторного стенда при использовании различных МИ (по схемам рис. 7¸9).

10.  Что такое «групповой выбор» в методах избирания?

Литература

1.  , Васильев . Ч. I:Конспект лекций /Под общ. ред. . – Новосибирск: НЭТИ, 1969.

2.  Юргенсон цифровых систем передачи телемеханической информации. – Л.: Энегрия, 1971.

3.  Тутевич . – М.: Высшая школа, 1985.

4.  Ильин и телеизмерение. – М.: Энергоиздат, 1982