Файл: Рожков, Л. И. Средства радиосвязи учеб. пособие.pdf

Телеуправление — раздел телемеханики, включающий ме­ тоды и технические средства для передачи на расстояние дис­ кретных или непрерывных команд управления. Наиболее ши­ рокое применение нашли системы телеуправления, использую­ щие дискретные команды управления. В таких системах с пункта управления к различным объектам — получателям ин­ формации (самолетам, ракетам и т. п.) передается большое количество команд типа «Включить», «Выключить», «Да», «Нет», «Форсаж», а также характеристики дальность, курс, скорость, высота, азимут и др.

Следует отметить, что телеуправление без контроля за со­ стоянием управляемых объектов затруднено. Отсюда вытекает необходимость систем телеконтроля. Телеконтроль разделяет­ ся на дискретный и непрерывный. Дискретный телеконтроль обеспечивается системами телесигнализации, а непрерывный телеконтроль — системами телеизмерения.

Телесигнализация — раздел телемеханики, к которому от­ носится передача дискретной информации на пункт управле­ ния с контролируемых объектов об их состоянии.

Телеизмерение (или телеметрия) — область телемеханики, охватывающая теорию и технические средства передачи на расстояние непрерывных величин контролируемых парамет­ ров.

При телеметрии контролируемая величина преобразуется в сигнал, приспособленный для передачи по каналу связи. Сиг­ нал выбирается таким, чтобы его искажения при передаче по каналу связи из-за воздействия помех и изменения параметров канала были достаточно малыми.

Системы передачи данных

Этот вид систем передачи информации является самым но­ вым и быстро развивающимся и предназначен для обмена цифровой информацией (данными) между территориально удаленными объектами АСУ, в частности между ЭЦВМ.

Область техники, обеспечивающая передачу и прием циф­ ровой информации, получила наименование техники передачи данных. Вместо термина «передача данных» часто употребля­ ют термины «электросвязь», «телекодовая связь» и «оргсвязь».

Одной из особенностей передачи данных является то, что форма представления информации в ней не приспособлена для непосредственного восприятия человеком. Процессы от­ правления и получения информации при передаче данных со­ вершаются, как правило, автоматически.

Типичный пример системы передачи данных — система «Аккорд-1200», которая обеспечивает обмен информацией

между объектами АСУ по телефонным каналам связи [16]. В системах передачи данных используются двоичные или много­ основные коды.

Широкое применение двоичных кодов в ЭЦВМ и системах передачи обусловлено тем, что они обеспечивают сравнитель­ но высокую помехоустойчивость, позволяют существенно уп­ ростить кодирующие и декодирующие устройства за счет при­ менения электрических схем, имеющих всего два устойчивых состояния (триггеры, магнитные элементы и др.). Однако по­ следнее время все большее внимание уделяется многооснов­ ным кодам (т > 2), которые позволяют лучше использовать пропускную способность каналов связи, хотя и требуют более сложных кодирующих и декодирующих устройств.

По степени помехозащищенности коды делятся на обыкно­ венные и корректирующие. Корректирующие коды позволяют обнаруживать и исправлять ошибки, обыкновенные коды эти­ ми свойствами не обладают, т. е. они не помехозащищенньш.

Обыкновенные коды могут быть равномерными и неравно­ мерными. Равномерными называются такие коды, у которых каждая кодовая комбинация состоит из одинакового числа элементов равной длительности т0. Равномерным кодом мож­ но передать М = тп различных кодовых комбинаций.

Необходимо иметь в виду, что равномерными могут быть не только обыкновенные, но и корректирующие коды. Именно равномерные корректирующие двоичные коды преимущест­ венно и используют в системах телемеханики и передачи дан­ ных.

Примером двоичного обыкновенного равномерного кода цвляется международный телеграфный код МТК-2, в котором каждому элементарному сообщению — знаку телеграфного текста соответствует определенное сочетание пяти импульсов положительной (1) и отрицательной (0) полярности. Этот код, как известно, позволяет передать М= 25 = 32 кодовых комби­ наций.

Неравномерными называются такие коды, у которых кодо­ вые комбинации отличаются друг от друга количеством эле­ ментов. Это приводит к неодинаковой длительности комбина­ ций, чем и обусловлено название кодов. К неравномерным ко­ дам относится код Морзе, в котором 1 и 0 используются в двух сочетаниях: как одиночные (1 и 0) или как тройные (111 и 000). Сигнал, соответствующий одной единице, называется

точкой, трем единицам — тире. Элемент 0 используется как разделительный внутри кодовой комбинации, а совокупность трех нулей отделяет одну кодовую комбинацию от другой. Код

18

Морзе ценен тем, что его кодовые комбинации можно прини­ мать на слух, поэтому он широко применяется в радиосвязи.

В заключение следует отметить, что общей теоретической основой всех разновидностей систем передачи является теория передачи информации, включающая в себя: теорию сигналов; теорию помехоустойчивого кодирования и теорию информа­ ции.

Основная проблема теории передачи информации — отыс­ кание методов построения оптимальных систем передачи, обес­ печивающих передачу наибольшего количества информации и высокую ее достоверность (г. е. соответствие принятых сооб­ щений переданным при наличии помех).

§4. Основные характеристики сигналов

иканалов связи

Ширина спектра

При управлении информация передается преимущественно следующими видами сигналов: телефонными, телеграфными, телекодовыми.

По своей физической природе телефонный сигнал имеет не­ прерывный характер. Наиболее важной его характеристикой является ширина спектра. Человек воспринимает звуковые ко­ лебания с частотой не выше 15 кГц. Поэтому при ограничении спектра частотой 15 кГц можно получить практически идеаль­ ное воспроизведение звука, что и учитывается в радиовещании.

Однако передача столь широкого спектра связана с боль­ шими техническими трудностями, а в телефонолинии просто неэффективна, так как достаточная разборчиность речи может быть обеспечена при существенно более узком спектре. Поэто­ му для телефонной связи по нормам международного консуль­ тативного комитета ширина спектра рекомендуется в преде­ лах 0,3—3,4 кГц.

Телеграфные и телекодовые сигналы носят дискретный ха­ рактер. Соответствующие сообщения формируются из элемен­ тарных сигналов, которые могут принимать два значения, со­ ответствующих символам 0 и 1.

Физически такие сигналы могут быть представлены им­ пульсами постоянного тока: импульс соответствует передаче символа 1, а отсутствие импульса — символа 0. Спектр им­ пульсов постоянного тока бесконечен, однако основная энер­ гия импульсов сосредоточена в области низких частот вблизи постоянной составляющей. Поэтому для правильного воспро­ изведения импульсов в приемном устройстве достаточно пере­ дать только три первых гармоники из всего спектра. Исходя

19

из этих соображений, ширину спектра телеграфных и телекс- довых сигналов берут равной

А5 = 3Fu ,

где Fu — - - — основная частота сигнала (соответствующая

случаю чередования в сообщении элементарных сим­ волов 1 и 0), так как интервал между гармониками равен FK.

Например, при основной частоте сигнала /\, =25 Гц, что соответствует скорости передачи В = 50 бод, ширина спектра сигнала равна

AF — 3Ры — 3-25 =■• 75 Гц . •’

Однако большинство линий связи не пропускает столь низ­ кие частоты, поэтому для перенесения спектра сигнала в об­ ласть более высоких частот применяют различные виды мани­ пуляций (AM, ЧМ, ФМ и др.). Ширина спектра манипулиро­ ванных сигналов определяется не только скоростью передачи (основной частотой сигнала ). но и видом манипуляции. Например, при амплитудной манипуляции спектр двухсторон­ ний относительно несущей и ширина его для Fu =25 Гц равна:

ДВам = 2АF = 2-75 = 150 Гц.

Более подробно ширина спектра сигналов при различных видах манипуляции рассмотрена в [18].

Скорость передачи дискретных сигналов

Важной характеристикой при передаче дискретных сигналов является скорость передачи (или скорость телеграфирования). Под скоростью передачи В понимается количество символов, передаваемых по каналу в одну секунду. Измеряется она в бо­ дах. Один бод соответствует передаче одного символа в се­ кунду.

При основной частоте сигнала Fu в одном периоде Т укла­ дывается два символа (1 и 0). Поэтому скорость передачи В в два раза больше основной частоты сигнала ■FM:

B = 2 F M.

Современные телеграфные аппараты обеспечивают ско­ рость телеграфирования 5 = 50-f- 200 бод. Наиболее широко используема скорость 50 и 75 бод. Скорость передачи телекодовых сигналов зависит от типа и назначения автоматизиро­

20

ванной системы. Она может лежать в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч и десятков тысяч бод. Например, в

системе Аккорд-1200 скорость передачи составляет 1200 бод. Максимально возможная скорость передачи в первую оче­ редь определяется шириной полосы пропускания канала AFK

и равна

В— 2Л F

Эта формула получила название критерия Найквиста. Телефонный канал хорошо приспособлен для передачи те­

лефонных сообщений. При использовании же его для переда­ чи данных возникает ряд трудностей. Во-первых, приходится применять модуляцию, поскольку телефонный канал не про­ пускает самых низких частот, которые имеются в спектре им­ пульсов постоянного тока. Это снижает возможную скорость передачи и усложняет аппаратуру передачи данных. Во-вто­ рых, приходится корректировать имеющиеся в телефонном ка­ нале большие фазочастотные искажения либо мириться со снижением скорости передачи. В-третьих, в телефонных кана­ лах имеется большое количество кратковременных перерывов и импульсных помех, существенно снижающих достоверность передачи данных и приводящих к усложнению аппаратуры. При передаче телефонных сообщений с этими помехами не бо­ рются, так как вследствие малой длительности они не влияют на телефонный разговор.

Поэтому основные электрические характеристики стан­ дартного телефонного канала рассмотрим с учетом его ис­ пользования для передачи данных.

Уровни передачи

В многоканальных системах сигналы, распространяясь по линии связи, затухают. Приемная аппаратура будет нормаль­ но функционировать только при определенном уровне сигнала. Минимальный уровень сигнала ограничивается требуемым превышением над уровнем помех, а максимальный — нелиней­ ными искажениями, взаимными помехами между каналами и энергетическими соображениями.

Для количественной оценки соотношений между мощностя­ ми, напряжениями и токами в канале проводной связи поль­

зуются логарифмическими единицами — неперами и децибе­ лами, называемыми уровнями передачи. Использование лога­ рифмических единиц измерений удобно, главным образом, тем, что позволяет заменять умножение сложением.

П

Уровни передачи различают

|де Z,. — сопротивление в рассматриваемой точке канала;

Z0— сопротивление при исходных значениях напряжения и тока.

Уровень сигнала в один непер соответствует перепаду на-

^ -г

пряжении, равному ~jj~ и перепаду мощностей, равному

Рх

‘а о- = е2 = 7,4 .

В настоящее время рекомендовано уровни передачи в ка­ налах связи измерять в децибелах:

Ри -•= Ю lg -р х~ (дБ ); Р„ = 20 lg - ц - (дБ) .

Переход от одних логарифмических единиц к другим про­ изводится с помощью следующих соотношений:

1 дБ = 0,115 Нп,

1 Нп = 8,68 дБ.

22