Конспект лекцій для студентів базового напрямку 0913 " Метрологія та вимірювальна техніка" стаціонарної та заочної форм навчання
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
Р обм , то імовірність того, що Σ- сигнал не перевершитьмежі ± А о приводиться до функції Лапласа: ( ) dt t z z ∫ − ⋅ = Φ 0 2 2 exp 2 1 π , яка, для зручності використання, є протабульована. Припустивши, щодопустима імовірність обмеження Р обм =10 -3 (імовірність перевищення сигналом межі ± А о ), то А о =3.29 ⋅σ Σ (значення чинника при σ Σ знаходимо за таблицею Лапласа у відповідності до значення z). Отже, 2 29 3 0 n A A i ⋅ ⋅ = , тобто, на заданій лінійній ділянці (що в даному випадку характеризується перевантаженням Р обм =10 -3 ) n A A i / 43 0 0 ⋅ = , тоді як для випадку без 0 A 0 -A 0 U вих U вх 73 перевантаження, n A A i / 0 = , тобто амплітуда яка характеризується певним перевантаженням набагато менша ніж у випадку без перевантаження. З метою порівняння вибору амплітуди канальних сигналів за приведеними критеріями введемо чинник χ , що визначається наступним чином: A A Р Р обм обм i Р i 0 = = = χ Для приведених даних, значення чинника χстановить: n n A n A ⋅ = ⋅ = 43 0 / / 43 0 0 0 χ Таким чином, при зростанні Р обм зростає й чинник χ,тобто,зростає завадостійкість системи. Для випадку значної кількості каналів, вибір амплітуди канального сигналу за критерієм допустимого перевантаження є більш доцільним, ніж за критерієм відсутності перевантаження. Якщо ж припустити більшу імовірність перевантаження, то виграш за амплітудою канального сигналу буде зростати, та разом з ним зростатиме й вплив перехресних завад. Оскільки завадостійкість системи визначається середньою потужністю сигналу, то при виборі амплітуди канального сигналу по критерію допустимого перевантаження, ми тим самим покращуємо цей показник. Імовірні перевищення сумарним сигналом рівня обмеження А 0 являють собою імпульси випадкової амплітуди, форми та тривалості. χ n 0 10 100 1 2 3 4 5 Р обм =10 -2 Р обм =10 -3 74 Такий випадковий сигнал, подібно як шум, характеризується суцільним широким спектром та впливає на всі роздільчі пасмові фільтри, аналогічно як завада. ПРИКЛАД: якщо імовірність виходу сумарного сигналу за межі ±А 0 становить Р обм =10 -3 (тобто, якщо час, протягом якого сумарний сигнал приймає значення, що більші за модулем, аніж А 0 , в стосунку до сумарного часу роботи системи), то спричинена цим похибка - складає 0.5%. ВПЛИВ ЗАВАД ПО СУСІДНЬОМУ КАНАЛУ а) Для випадку амплітудної модуляції На рис.25 представлена типова структурна схема приймальної частини радіосистеми з амплітудною модуляцією, в склад якої входять розв’язуючі фільтри, амплітудні детектори і фільтри нижніх частот. Рис.25 Типова структурна схема приймальної частини радіосистеми з амплітудною модуляцією Принцип дії приймальної частини продемонстровано на графіку амплітудно- частотної характеристики системи. Тут К 12 – чинник передачі 1-го сигналу на частоті 2-го. Припустимо, що відбувається модуляція незмінним параметром – сигналом сталої інтенсивності. Тоді в пасмі пропускання 1-го фільтра матимемо: Розв`яз. Фільтр 1 Ампл. Детектор 1 ФНЧ 1 Розв`яз. Фільтр n Ампл. Детектор n ФНЧ n S Σ (t) K(jω) 0 ω ω 1 ω 2 K 12 ≠0 РФ 1 РФ 2 75 Тут ( ) t ⋅ − = ω ω ϕ 1 2 , а U U U = = • • 2max 1max За теоремою косинусів можемо визначити U m : ( ) t K K U m ω ω 1 2 12 2 12 cos 2 1 − + + = Слід мати на увазі, що ( ( ) ω ω 1 2 12 2 12 cos 2 − + K K ) << 1. Фазова похибка ψ, як кут зсуву внаслідок неідеальності фільтра, визначається наступним чином: t U K U t U K arctg ) cos( ) sin( 1 2 12 1 2 12 ω ω ω ω ψ − + − = При К 12 ≈ 0: ( ) t K ω ω ϕ 1 2 12 sin − ≈ . Вимірювальна інформація, в цьому випадку, вкладена в амплітуду, тому нас цікавить співвідношення між U m • та U 1 • Для амплітудного детектора чинник передачі становить: U K U K U m АД вх АД вих АД АД ⋅ = ⋅ = 1 1 1 1 Для ідеального випадку 1 1 = K АД . Для спрощення аналізу приймемо, що t U K K U U U K m АД ) cos( 2 , 1 1 2 12 2 12 1 1 ω ω ω − + + ≅ = Таким чином, АД виділяє огинаючу напруги U m . Тому, при передачі по каналу сигналу амплітудою U, виникають додаткові постійні та змінні складові, котрі і є завадою по сусідньому каналу. На відміну від перехресних завад, коли всі канали заважають собі навзаєм, для завади по сусідньому каналу - характерним є вплив лишень по сусідньому каналу. Задаючись допустимим значенням цієї завади, можна визначити вимоги до розв'язуючих фільтрів каналів. K 12 ⋅U 2 ⋅ sin ϕ ϕ ( ω 2 - ω 1 ) ⋅t U 1 ψ U m • (Приходить на РФ 1 ) K 12 ⋅U 2 76 б) Для випадку частотної модуляції На рис.26 представлена типова структурна схема приймальної частини радіосистеми з частотною модуляцією, в склад якої входять розв’язуючі фільтри, обмежувачі каналу, частотні детектори і фільтри нижніх частот Рис.26 Типова структурна схема приймальної частини радіосистеми. Сигнал з виходу РФ та ОК подається на ЧД, вихідна напруга якого пропорційна відхиленню миттєвої частоти з виходу РФ від його резонансної частоти ω рі , котра співпадає з частотою настроювання ЧД. ω ріРФ = ω ніЧД ξU m = ω 1 + φ U ЧД1 = К ЧД1 . U . [d ξ 1 /dt - ω р1 ] Вихідний сигнал ЧД пропорційний відхиленню миттєвої частоти від резонансної: U ЧД1 = К ЧД1 . U . [ ω 1 + ( К 12 sin (ω 2 - ω 1 )t)(ω 2 - ω 1 ) - ω 1p ] Якщо ж чинник передачі К для ФНЧ 1 на частоті (ω 2 - ω 1 ) позначити як К Ф12 , то на виході 1 -го каналу матимемо: U вих = К ЧД1 U[ (ω 1 - ω 1р ) + К 12 К Ф12 (ω 2 - ω 1 )cos[ (ω 2 - ω 1 )t] ] S Σ (t) Розв’яз. Фільтр 1 Частотн. Детектор 1 ФНЧ 1 Обмеж. каналу 1 Розв’яз. Фільтр n Частотн. Детектор n ФНЧ n Обмеж. каналу n • U U m φ Паразитна складова (сигнал з сусіднього каналу) Інформаційна складова 77 Головні переваги частотної модуляції каналів в стосунку до амплітудної: 1) відсутні постійні складові завад; 2) менш жорсткі вимоги до лінійності групового тракту. Для боротьби з завадою по сусідньому каналу слід застосовувати роздільчі фільтри та ФНЧ з хорошою вибірністю. Осільки ідеальні АЧХще не реалізовано, то для зменшення завади по сусідньому каналу між спектрами сусідніх каналів переважно встановлюють захисні пасма частот, проте, зі зростанням їх ширини - зменшується не лише вплив завад, а й кількість каналів, що ущільнюються у відведеному для системи пасмі частот. Таким чином, вибір канальних сигналів слід здійснювати, виходячи із допустимого рівня завад по сусідньому каналу та ефективного використання заданого пасма частот. АНАЛІЗ СИСТЕМ З РКФ ТА З ЧРК Якщо в системі з ЧРК груповому сигналу відведено пасмо шириною F, а кожному каналу виділяється пасмо ∆f , то кількість ущільнених каналів рівна: К n зах ЧРК f F ⋅ ∆ = , де К зах – чинник, що враховує неідеальність АЧХ фільтрів: Якщо припустити, що при ЧРК в ролі канального сигналу використовується простий (∆f=1/T), то: T F T F К n зах ЧРК ⋅ ≈ ⋅ = РЕЗЮМЕ: як у випадку простих так і складуваних сигналів, у заданому пасмі F , можна розмістити однакову кількість ущільнюваних каналів: n ЧРК = n РКФ Проте, завдяки тому, що в реальних умовах одночасно працюють не всі канали, в системах з РКФ, що використовують складувані сигнали, рівень завад значно зменшується, оскільки він пропорційний кількості одночасно активних каналів, тоді як в системах, що використовують прості сигнали з базою, близькою до 1, рівень завад, як звичайно, визначається загальною кількістю ущільнюваних каналів. 0 f A Пропорційно К зах 78 ЧАСОВЕ РОЗДІЛЕННЯ КАНАЛІВ (ЧасРК) Вибір частоти опитування комутатора в системі з ЧРК найчастіше відбувається за двома критеріями: 1) за теоремою відліків Котельникова; 2) згідно заданого значення похибки. 1) До недоліків систем, що реалізовані згідно першого критерію, слід віднести те, що кожен з сенсорів обслуговуєтьсязгідно максимальної частоти спектра, а звідси - надлишковість інформації, яку доводиться усувати різними адаптаційними методами. 2) Похибка не перевищує заданого рівня: Знайшовши зв’язок між СКЗ похибки та періодом опитування, можна, знаючи або ж задавши, перше визначити необхідне значення другого. Канальний сигнал з обмеженим спектром, у якому відсутні складові з частотами, що перевищують f max , однозначно визначається своїми миттєвими значеннями, котрі береться з процесу з періодом T=1/2f max Ці відліки дають змогу відтворити неперервний сигнал. Вільні від передачі інтервали часу між відліками можна зайняти для передачі відліків від інших каналів. На приймальному боці розділення каналів реалізується груповим вибірним блоком, що має ще назву - синхронний комутатор. При цьому, спектру частот окремих сигналів відводиться одне й те ж пасмо частот. Насправді, канальні сигнали характеризуються безмежним пасмом частот. На практиці його обмежують певною верхньою складовою, вище якої енергетичні вклади є нехтуюче малими. При ЧАСОВОМУ розділенні та ущільненні каналів різні канальні сигнали передаються по лінії зв’язку ПОЧЕРГОВО та у цій же ж послідовності і комутуються вони до входів приймачів (рис.27). Отже, для нормальної роботи цих систем необхідно забезпечити синхронну та синфазну роботу пристроїв ущільнення та розділення каналів (комутаторів). Рис.27. Система з часовим розділенням каналів. ЧЕ1 ЧЕn К ом ут ат ор пер ед ав ача … Л ін ія зв ’я зк у Р ш Д ек ом ут ат ор Пр1 Прn … 79 Забезпечення синхронної та синфазної роботи системи досягається шляхом введення додаткового синхроканалу. Виділення синхросигналуз послідовності імпульсів реалізується на основі постійної та апріорі відомої відмінності між параметрами синхронізуючих та канальних (інформативних) імпульсів (символів), а саме: тривалості, амплітуди, форми. В цифрових системах – за структурою синхросигналів (синхрослів). Послідовність слів між двома синхроімпульсами називають кадром. Синхрослово повинно мати таку будову, яка дає змогу виділити його на фоні інших. Загальний вигляд структури синхрослова: С 1 2 3 n С При ЧРКзастосовують, головним чином, такі типи модуляції: 1) аналогові (параметричні) види модуляції: АІМ – амплітудно – імпульсну; ФІМ – фазо – імпульсну; ШІМ – широтно-імпульсну; ЧІМ – часово-імпульсну. 2) цифрові (непараметричні) види модуляції: КІМ – кодоімпульсну з двійковою основою (q=2) та дельта-модуляцію ДМ. Для систем з АІМ, КІМ та ДМ канальний інтервал та тривалість імпульсу не залежить від глибини модуляції, а в системах з ШІМ, ФІМ та ЧІМ – із збільшенням глибини модуляції зростає час, що відводиться на один канал, а отже, падає загальна кількість каналів в наданому для системи пасмі частот. Найвище число каналів можна розмістити в системі з АІМ. АНАЛІЗ СИСТЕМ З ЧРК ТА З ЧасРК В стосунку до систем з ЧРК , системи з ЧасРК мають ряд переваг: 1) простота(в системах з ЧРК застосовують оригінальні пасмові фільтри на кожен канал, а в системах з ЧасРК використовують відносно прості синхронні комутатори. Для детектування необхідно мати лише однакові для усіх каналів ФНЧ) 2) системи з ЧасРК,практично, не є чутливі до нелінійності групового тракту; наявність нелінійності не створює перехресних завад, оскільки передача канальних сигналів рознесена в часі. Проте, системам з ЧасРК властиві також і певні недоліки: 1) менш ефективне використання відведеного пасма частот; 2) наявність завад по сусідньому каналу, внаслідок неідеальності АЧХ фільтрів. Реалізацію системи з часовим розділенням каналів покажемо на прикладі використанні кодо-імпульсної модуляції, представленої на рис.28. 80 Рис.28. Реалізація системи з ЧасРК, що застосовує КІМ Як бачимо з рис.28 інформація від сенсорів іде на комутатор, підсилювач аналогових сигналів і перетворюється за допомогою АЦП в цифрову форму. Зазначимо, що всім цим керує програмуючий пристрій та синхрогенератор системи з КІМ, інформація з якогоразом із інформацією від цифрових каналів поступає на блок узгодження з лінією зв’язку, а потім передається далі лінією зв’язку. А нал ог ові к ан ал и П ід си лю ва ч ан ало го ви х си гн алів АЦП Об’єкт/ |