Конспект лекцій для студентів базового напрямку 0913 " Метрологія та вимірювальна техніка" стаціонарної та заочної форм навчання
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
#m - кількість символів xj=1 у наборі з m двійкових символів. Вказане правило можна розтлумачити так: у кожному розряді групового слова при посимвольному порівнянні всіх вхідних сиґналів, на виході з'являється той символ, кількість яких на вході є більшою, тобто формується "1", якщо кількість одиниць на даній позиції кодового слова у всіх каналах більша m/2 (m- кількість каналів), і "0" - якщо більше нулів. 2.1; t 2.2; t 2.3; t 8.1 t 8.2 t 8.3 t 4; t 1.1 t 1.2 t 1.3 t 3.1 t 3.2 t 3.3 t 7.3 t 7.1 t 7.2 t 9.1 t 9.2 t 9.3 t 65 Якщо кількість каналів парна, то необхідно створити фіктивний канал або довизначити умову (наприклад ≥ m/2). Система працює таким чином: двійковий сигнал від і-го джерела (діаграми 1 .і) надходить на один з входів відповідного суматора за модулем 2, на другий вхід котрого подається сигнал (діаграми 2.і) з генератора канальних сигналів (адресне кодове слово). З суматора отримані кодові послідовності (діаграми 3.і) одночасно надходять на мажоритарний елемент, на виході якого формується груповий сигнал (діаграма 4). Далі груповий сигнал через передавач надходить в лінію зв'язку ЛЗ та приймач Пр. Передавач та приймач здійснюють при необхідності операції модулювання й демодулювання, відповідно. В лінії зв'язку вимірювальна інформація може зазнавати дії зовнішніх завад. На приймальному боці послідовність "0" і "1" групового сигналу надходить на корелятори (перемножувачі), в кожному з яких прийнятий груповий сигнал перемножується на зразки відповідних для кожного каналу адресних кодових слів. Перемножувачі можуть бути реалізовані на суматорах за модулем 2 та інверторах. Далі сигнали з помножувачів (діаграми 7.і) надходять на інтегратори, а звідти (діаграми 8.і) - на роздільчу схему (діаграми 9.і). Якщо сигнал на виході інтегратора додатній тоді на виході розв'язуючої схеми (діаграми 9.і) встановлюється логічний рівень "0" й, навпаки. У даній багатоканальній системі здійснюється нелінійне опрацювання ( ущільнення) канальних сигналів, оскільки ні груповий сигнал, ні його окремі параметри не можна подати сумою окремих канальних.Але при розділенні каналів використовується лінійне опрацювання групового сигналу. 66 СИСТЕМИ З ЧАСТОТНИМ РОЗДІЛЕННЯМ КАНАЛІВ ( ЧРК) Про системи з частотним розділенням каналів йде мова тоді, коли із всієї сукупність канальних сигналів: ) cos( ) ( ψ ω i i i i t t A S + = використовуються лише такі частотні спектри, котрі не перекриваються, або ж перекриваються незначним чином. Ансамбль канальних сигналів повинен залишатися ортогональним чи квазі- ортогональним при будь – яких значеннях А і , ω і та ψ і , тобто, можливі всі види модуляції (амплітудна, частотна чи фазова) відповідного параметру сигналу, параметром, значення якого вимірюється. Всі реальні неперервні сигнали, основна частина енергії яких зосереджена на скінченному інтервалі частот, починаючи з певної частоти, мають нехтуючи малий вклад ВЧ – складових в спектр сигналу. Вибір частот канальних сигналів реалізується таким чином, щоб спектри промодульованих сигналів не перекривались. Оскільки будь – яка реальна лінія зв’язку має обмежене пасмо пропускання, то при багатоканальній передачі кожному окремому каналові відводиться певна частина загального пасма пропускання. На приймальну частину одночасно діють сигнали всіх каналів, що різняться положенням частотних спектрів на осі частот. Однією з особливостей систем з ЧРК є роздільне та послідовне виконання операцій розділення та демодуляції. З метою розділення, без взаємних завад, окремих канальних сигналів, приймальна частина має мати пасмові частотні фільтри, кожен з яких пропускає спектр частот, що належить даному каналові та затримує всі інші частоти. Можливим є також і застосування одного фільтра з почерговим змінним налаштуванням. 0 f A ... ∆ω 1 ∆ω n Виділення за допомогою фільтра 67 На рис.23 представлена структурна схема передаючої частини радіосистеми з частотним розділенням каналів (ЧМ-ЧР). Рис.23. Структурна схема передаючої частини радіосистеми з частотним розділенням каналів (ЧМ-ЧР). Принцип дії передаючої частини радіосистеми з частотним розділенням каналів (частотною модуляцією) наступний: дискретна вимірювальна інформація поступає на комутатор (потім на генератор-модулятор, який генерує модулюючий сигнал), а аналогова вимірювальна інформація поступає зразу на генератори- модулятори, сигнали з виходу яких подаються на підсилювач-суматор, а звідти на передавач, на якому здійснюється частотна модуляція (сумарний сигнал модулюється з високочастотним ВЧ-сигналом). К ом ут ат ор Підсилювач - суматор Ген. Мод. Ген. Мод. Ген. Мод. Ген. Мод. П ер ед ав ач (з с ум ар ним с иг на ло м м од ул ю єть ся ВЧ -с иг на л) ……. Вход и ан ал ог ов ої ви мір ю ва ль но ї і нфо рм аці ї Вх од и д ис кр ет но ї ви мір ю ва ль но ї ін ф ор ма ції 68 На рис.24 представлена структурна схема приймальної частини радіосистеми з частотним розділенням каналів (ЧМ-ЧР). Рис.24. Структурна схема приймальної частини радіосистеми з частотним розділенням каналів (ЧМ-ЧР). Принцип дії приймальної частини радіосистеми з частотним розділенням каналів (частотною модуляцією) наступний: дискретна вимірювальна інформація поступає на декомутатор (потім на дискримінатор частотно-модульованого сигналу, який його дискретизує), а аналогова вимірювальна інформація поступає зразу на дискримінатори частотно-модульованого сигналу з виходу яких подаються на запам’ятовуючий пристрій, а звідти на приймач-демодулятор. Д ек ом ут ат ор Запам'ятовуючий пристрій Дискрим. ЧМ - сигналу Дискрим. ЧМ - сигналу Дискрим. ЧМ - сигналу Дискрим. ЧМ - сигналу Пр ийм ач - Д емо ду ля то р ……. Ви хо ди а на ло го во ї ви мір ю ва ль но ї ін ф орм ац ії Вих од и д ис кр ет но ї ви мір ю ва ль но ї ін ф ор ма ції 69 При частотній модуляції: Важливим є вибір амплітуди та несучої частоти кожного канального сигналу, оскільки амплітуда впливає на роботу групового тракту та визначає лінійність його характеристики. КЛАСИФІКАЦІЯ ЗАВАД СИСТЕМ З ЧРК 1) завади перехресні; 2) завади по сусідньому каналу. Наявність завади по сусідньому каналу викликана неідеальністю пасмових фільтрів і тим, що в реальних системах пасмо частот кожного сигналу не є строго обмеженим. Наявність перехресних завад, головним чином, спричиняється нелінійністю групового тракту. У цьому випадку для n-канальної системи в одному каналі може діяти (n – 1) джерел завад. ПЕРЕХРЕСНІ ЗАВАДИ Якщо груповий тракт має нелінійну характеристику, то її можна представити у вигляді степеневого ряду: U a U a U a U a U n вх т вх вх вх вих реал ⋅ ⋅ ⋅ + + + + ⋅ = 3 3 2 2 1 , де а і – сталі чинники. Враховуючи, що в системі допустимі відносно незначні спотворення (умова лінійності групового тракту), то для аналізу можна обмежитися лише першими 3 – ма членами ряду. Оскільки, для аналізованої системи, вхідна напруга становить: ( ) ψ ω i i i i i i вх t t A S U + ⋅ = = ∑ ∑ cos ) ( , то на виході матимемо: ω нес ω нес - ω 1 ω нес + ω 1 2 ω 1 - пасмо частот промодульованого сигналу; ω нес - несуча частота, на якій здійснюється модуляція; ω 1 - частота модулюючого сигналу. 2 ω 1 70 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) + ⋅ + ⋅ + × × ⋅ ⋅ + + ⋅ + + + + + + ⋅ × × + ⋅ + + + + + ⋅ = ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ψ ω ψ ω ψ ω ψ ω ψ ω ψ ω ψ ω ψ ω ψ ω ψ ω k k j j i i k j i j k i j j i i j j i i i i i i i i i j j j j i i i i i i i i i вих t t t t t t t t t t A A A A A A a A A A a A a U cos cos cos cos 3 cos cos 2 cos cos cos cos 2 2 3 3 3 2 2 2 1 при умові, що i ≠ j ≠ k. Тут нелінійні члени – похибка від перехресних завад. Враховуючи, що ( ) 4 / cos 3 3 cos ; 2 / ) 2 cos 1 ( cos cos 3 2 α α α α α + = + = , можемо визначити спектральні складові перехресних завад, що відповідають першим членам 2- ої та 3- ої складових. Ці складові - гармоніки частот канальних сигналів. Решта складових, що містяться в дужках [ ] - комбінаційні складові перехресних завад, котрі можна визначити, використовуючи залежності: ( ) ( ) ( ) 2 cos cos cos cos β α β α β α + + − = ⋅ ; ( ) ( ) ( ) ( ) 4 cos cos cos cos cos cos cos + + + − + + + − + + − + = ⋅ ⋅ β γ α β γ α α γ β γ β α γ β α Отримані результати приведено в таблиці: № скла- дової Назва складової При чина її появи Повний вираз для неї К-сть складових даного типу 1 Стала а 2 U вх 2 А n 2 2 - га гармон. а 2 U вх 2 А t i ⋅ ω 2 cos n 3 Комбінаційна а 2 U вх 2 2А ) cos( ω ω j i t ± ⋅ n(n-1) 4 Паразитна складова основної частоти a 3 U вх 3 t B i ⋅ ⋅ ⋅ ω cos 2 3 n 5 Паразитна складова основної частоти a 3 U вх 3 t B i ⋅ ⋅ ⋅ ω cos 3 n(n-1) 6 3 - тя гармон a 3 U вх 3 t B i ⋅ ⋅ ⋅ ω cos 2 1 n 7 Комбінаційна a 3 U вх 3 ( ) t t B j i ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ω ω 2 cos 2 3 2n(n-1) 8 Комбінаційна a 3 U вх 3 ( ) t t t B k j i ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ω ω ω cos 3 ( ) ( ) 2 1 3 2 − ⋅ − ⋅ ⋅ n n n 71 Тут: n k j i , 1 , , = ; приймаємо, що А i = А j = А k ;. A a A a i i B A 3 3 2 2 2 ; 2 ⋅ = ⋅ = Розглянемо, які паразитні складові мають місце в системах, що використовують ЧРК: К-сть каналів в системі n Кількість комбінаційних складових з частотами ω i ± ω j 2ω i ± ω j ω i ± ω j ± ω k 5 20 40 40 10 90 180 480 15 210 420 1820 Нелінійність амплітудної характеристики групового тракту спричиняє виникнення не лише гармонік та паразитних складових основних частот, але й значну кількість комбінаційних складових. При зростанні кількості ущільнюваних каналів n, кількість паразитних складових різко зростає,а оскільки амплітуда цих складових не залежить від кількості каналів, то зростання n спричиняє різке зростання рівня перехресних завад. Тому, як правило, в системах з ЧРК кількість каналів n не перевищує 15…20. 1) Якщо кількість каналів n < 6 можна вибрати параметри канальних сигналів таким чином, щоб перехресні завади, практично, не були відчутними. Відомі є типові набори частот, що виключають попадання комбінаційних частот в пасма пропускання фільтрів канальних сигналів. Зокрема, в телеметрії рекомендується використовувати такі частоти: для 4 -ох канальної системи - 3000, 3900, 5400, 7350 Гц; для 6 -ти канальної системи - 2300, 3000, 3900, 5400, 7350, 10500 Гц. Необхідною умовою є те, щоб девіація частоти не перевищувала ± 7,5%. При більшому значенні девіаціїчастоти зростає імовірність появи комбінаційних частот. 2) Якщо ж кількість каналів n>6, то уникнути комбінаційних частот відповідним вибором частоти носія немає змоги. Оскільки комбінаційні завади мають характер флуктуацій, то з ними можна боротися тим самим способом, який застосовують для боротьби з шумом. Зокрема віддають перевагу частотній модуляції перед амплітудною. З метою забезпечення мінімальних перехресних завад доцільно використовувати стандартні частоти канальних сигналів. Для боротьби з перехресними завадами слід також добиватися лінійності групового тракту та правильно вибирати амплітуди канальних сигналів. 72 КРИТЕРІЇ ВИБОРУ АМПЛІТУДИ КАНАЛЬНИХ СИГНАЛІВ Амплітуди канальних сигналів можуть вибиратися згідно критеріїв перевантаження. 1) При відсутності перевантаження амплітуда сигналу i -го каналу A i = A 0 /n, де A 0 - межа лінійності групового тракту. Якщо сигнал ( ) ψ ω i i i i t t A S + ⋅ ⋅ = cos , то для ергодичних сигналів потужність сигналу становить: ( ) ∫ = t c dt t U P 0 2 ; при зменшенні відношення Р с / Р ш похибка зростає. Отже, чим менша амплітуда, тим менша завадостійкість. 2)При допустимому перевантаженні, необхідно, щоб похибки не перевищували заданого рівня при певному співвідношенні А і та А 0 Якщо задавати допустиму імовірність обмеження сигналу |