Балансная частотная система передачи информации

 

Изобретение относится к системам передачи дискретной информации и может быть использовано для целей телеуправления, телесигнализации, передачи кодовых телеизмерений, телепередачи данных в автоматизированных системах управления, сетях вычислительных комплексов. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и упрощение устройства. В системе в качестве формирователей рабочих частот используют стабилизированные генераторы рабочих частот, в качестве блоков приема информации при фиксации баланса частот используют полосовые фильтры. Предлагаемое изобретение позволяет строить системы телепередачи информации с высокой структурной надежностью, с четким разделением каналов при нестабильности рабочих частот, с высокой помехоустойчивостью, универсальные в отношении каналов связи, простые в схемной реализации. 2 ил.

Изобретение относится к области балансных систем передачи дискретной информации и может быть использовано для целей телеуправления, телесигнализации, передачи кодовых телеизмерений, телепередачи данных в автоматизированных системах управления, сетях вычислительных комплексов и т.п.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является система телеуправления с приемопередающими комплектами, содержащими блоки ввода, выходы которых соединены с управляющими входами мультиплексора, выход которого через первый усилитель соединен с выводом линии связи, генератор несущей частоты, соединенный с задающим входом формирователя рабочих частот, второй усилитель, вход которого соединен с линией связи, выход через фильтр несущей частоты соединен с демодулятором, блок приема информации, выход которого соединен с блоком вывода информации, приемопередающие комплекты соединены между собой через линии связи.

Недостатками известной системы являются ее сложность, возможность сбоев при селектировании каналов и достаточно низкое быстродействие.

Целью изобретения является упрощение системы, повышение надежности разделения каналов и помехоустойчивости передачи информации.

В предлагаемой системе формирователь всего ряда рабочих модулирующих частот в каждом комплекте заменяет набор большого количества отдельных стабилизированных генераторов рабочих частот известной системы, а блок приема информации заменяет набор большого числа сложных полосовых фильтров традиционной системы, что позволяет значительно упростить схему.

Помехоустойчивость рассматриваемой системы определяется числом импульсов, которое отсчитывают счетчики в блоке приема информации для фиксации баланса. С увеличением этого числа возрастает помехоустойчивость балансной системы, но снижается ее быстродействие.

Практически можно обеспечить любую требуемую степень помехоустойчивости системы при удовлетворительном быстродействии.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет строить системы телепередачи информации с высокой структурной надежностью, с четким разделением каналов при нестабильности рабочих частот, с высокой помехоустойчивостью, универсальные в отношении каналов связи, простые в схемной реализации и, следовательно, более дешевые, чем известные частотные системы телемеханики.

Схема балансной частотной системы передачи информации представлена на фиг. 1, на фиг.2 показана схема одного из возможных вариантов блока приема информации.

Балансная частотная система передачи информации содержит ведущий приемопередающий комплект 1 (фиг.1) и один или несколько ведомых приемопередающих комплексов 2, соединенных линией 3 связи.

Каждый приемопередающий пункт содержит блок 4 ввода, формирователь 5 рабочих частот, мультиплексор 6, генератор 7 несущей частоты, модулятор 8, усилитель 9, усилитель 10, фильтр 11 несущей частоты, демодулятор 12, блок 13 приема информации, блок 14 вывода.

Блок 13 приема информации может быть выполнен, например, по схеме, показанной на фиг.2. В этом варианте блок содержит в канале сравнения счетчик 15 периодов входного сигнала, элемент И16 формирователь 17 импульса, элементы задержки 18 и 19. В каждом из каналов рабочих частот содержатся счетчик 20 периодов сигналов соответствующей рабочей частоты, элемент И21, D-триггер 22 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23.

Балансная частотная система передачи информации работает следующим образом.

В исходном положении управляющие сигналы на выходах 1, 2.m блока 4 ввода комплектов 1 и 2 (фиг.1) отсутствуют. При этом ни один из сигналов рабочих модулирующих частот, поступающих на информационные входы 1, 2.n мультиплексора 6, не проходит на выход этого мультиплексора, так как на его управляющих входах 1, 2.m все сигналы соответствуют значению логического нуля. Поэтому на втором входе модулятора 8 отсутствует сигнал модулирующей частоты и лишь на первом входе модулятора 8 имеется сигнал от генератора 7 несущей частоты: в приемопередающем комплекте 1 сигнал с частотой F₀, а в приемопередающем комплекте 2 сигнал с частотой f₀.

На выходе модулятора 8 в этот момент существует сигнал немодулированной несущей частоты. Этот сигнал, усиленный до требуемого уровня в усилителе 9, поступает через линию 3 связи на вход усилителя 10 принимаемых сигналов других приемопередающих пунктов. С усилителя 10 сигнал, выделенный полосовым фильтром 11 несущей частоты, поступает на вход демодулятора 12. Поскольку в исходном состоянии несущие частоты немодулированы, на выходе демодуляторов 12 всех приемопередающих комплектов сигналы отсутствуют. Поэтому отсутствуют сигналы и на входе сравнения блоков 13 приема информации, а также на всех выходах этих блоков и на всех входах блоков 14 вывода.

При передаче сигналов, например, от приемопередающего комплекта 1 к приемопередающему комплекту 2 система работает следующим образом.

Под воздействием входных сигналов или команд ручного управления на выходах. 1, 2.m блока 4 ввода комплекта 1 появляются управляющие сигналы, соответствующие заданной кодовой комбинации. Под действием этой комбинации сигналов в мультиплексоре 6 комплекта 1 осуществляется соединение одного из информационных входов 1, 2.n с его выходом. При этом одна из рабочих модулирующих частот F₁, F₂,F_n с выходов формирователя 5 попадает через мультиплексор 6 на второй вход модулятора 8 комплекта 1. С выхода этого модулятора сигнал несущей частоты F₀, модулированный заданной рабочей частотой, через усилитель 9 комплекта 1, линию 3 связи, усилитель 10 комплекта 2 и фильтр 11 комплекта 2 попадает на вход демодулятора 12 пункта 2. На выходе этого демодулятора воспроизводится сигнал той рабочей модулирующей частоты, которая в этот момент присутствует на входе модулятора 8 комплекта 1. Сигнал этой частоты поступает с выхода демодулятора 12 на вход сравнения блока 13 приема комплекта 2. Этот сигнал сравнивается блоком 13 комплекта 2 со всем набором рабочих частот f₁, f₂,f_n, поступающих на входы 1, 2.n этого блока с соответствующих выходов формирователя 5.

Формирователи 5 комплектов 1 и 2 выполняют, например, в виде набора делителей несущих частот передачи F₀ и f₀, поступающих на их входы так, чтобы рабочие частоты на соответствующих их выходах были равны или близки друг к другу. Разница частот на выходах одноименных каналов формирователей 5 не должна превышать зону нечувствительности блоков 13 приема, т.е. должны выполняться условия F_i=f_i ± Δf₁, (1) f₁=F_i ± ΔF_i, (2) где F_i и f_i рабочие частоты i-ых каналов приемопередающих комплектов 1 и 2, ΔF_i и Δf_i зоны нечувствительности блоков приема информации по i-ым входам.

При этом во избежание перекрытия каналов зоны нечувствительности должны быть не более половины разности частот смежных каналов, т.е.

При соблюдении условий (1).(4) управляющий сигнал появляется на том из выходов блока 13 комплекта 2, который соответствует балансу частот на соответствующем входе этого блока и его входе сравнения. С выхода блока 13 сигнал попадает в блок 14 вывода комплекта 2, где он преобразуется в нужную форму.

Аналогично происходит и передача информации в обратном направлении: от комплекта 2 к комплекту 1. При этом, поскольку несущие частоты F₀ и f₀ передачи комплектов 1 и 2 не равны друг другу и полосовые фильтры 11 комплектов 2 и 1 настроены на пропускание частот f₀ и F₀ соответственно, оказываются возможными одновременная передача сигналов от комплекта 1 к комплекту 2 и обратная передача.

Для получения простой схемной реализации блоков 13 вместо условий (1) и (2) равновесия системы могут быть использованы следующие условия: f_i > F_i > f_i+1; (5) F_i < f_i < F_i-1. (6) При этом, если блок приема информации каждого из приемопередающих комплектов выполнить по схеме, показанной на фиг.2, зоны нечувствительности по каждому из каналов автоматически устанавливаются равными наибольшим допустимым значениям согласно условиям (3) и (4), что обеспечивает наибольшую надежность разделения каналов в системе.

Блок приема информации, представленный на фиг.2, при передаче сигнала, например, от пункта 1 к пункту 2 по второму каналу работает следующим образом.

В комплекте 2 на вход С счетчика 15 поступает сигнал с частотой F₂ с выхода демодулятора, а на входах счетчиков 20₁, 20₂, 20₃ присутствуют сигналы с частотами f₁, f₂, f₃. соответственно, подаваемые от формирователя рабочих частот, причем
f₁ > f₂ > f₃ > f₄ (7)
Согласно выражению (7) при соблюдении условия (5) частота F₂ сигнала на входе сравнения блока приема информации при фиксации баланса будет меньше частот f₁ и f₂ сигналов на входах каналов 1 и 2 рабочих частот и больше частот f₃, f₄ сигналов на входах всех остальных каналов рабочих частот, т.е.

f₁ > f₂ > F₂ > f₃ > f₄ (8)
В канале сравнения на выходе элемента И16 и во всех каналах рабочих частот на выходах элементов И совпадения 21₁, 21₂, 21₃ сигналы логической единицы могут появиться только после отсчета одинакового числа периодов входных сигналов счетчиками 15, 20₁, 20₂, 20₃.

Поэтому согласно выражению (8) вначале сигнал логической единицы появляется на выходе элемента 21₁, затем на выходе элемента 21₂ и следом за ними на выходе элемента И16. К этому моменту времени счетчики 20 в третьем и последующих каналах рабочих частот еще не успеют отсчитать установленное число импульсов и сигналы на выходах элементов совпадения в этих каналах будут соответствовать уровню логического нуля.

Сигналы с выходов элементов И16 и И21, попадающие на входы запрета счета счетчиков 15 и 20 в каждом из каналов, приводят к прекращению работы указанных счетчиков и фиксации сигналов логической единицы на выходах соответствующих элементов совпадения. Таким образом, в рассматриваемом примере в момент появления сигнала логической единицы на выходе элемента 16 в канале сравнения, на выходах элементов 21₁ и 21₂ в каналах 1 и 2 рабочих частот уже будут присутствовать сигналы логической единицы, на выходе же элемента 21₃ третьего канала, равно как на выходах элементов совпадения всех последующих каналов рабочих частот, сигналы будут соответствовать уровню логического нуля.

В момент возникновения сигнала на выходе элемента 16 появляется кратковременный импульс на выходе формирователя 17. Этот импульс поступает на синхровходы С всех D-триггеров 22₁, 22₂, 22₃. благодаря чему происходит перезапись в D-триггеры картины распределения потенциалов на выходах элементов совпадения 21₁, 21₂, 21₃. Поэтому сигналы логической единицы устанавливают на выходах D-триггеров 22₁, 22₂ и сигналы логического нуля на выходах D-триггера 22₃ и последующих. В этот момент на обоих входах элемента 23₁ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ будут присутствовать сигналы логической единицы, на первом входе элемента 23₂ сигнал логической единицы, а на втором его входе сигнал логического нуля, на обоих входах элемента 23₃ и всех последующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ сигналы логического нуля. В соответствии с алгоритмом действия этих элементов только на выходе второго канала рабочих частот, т.е. на втором выходе блока приема информации, при фиксации баланса появится управляющий сигнал. На всех остальных выходах этого блока сигналы будут соответствовать уровню логического нуля.

Через установленный промежуток времени τ₁ на выходе первого элемента 18 задержки появляется сигнал, приводящий к сбросу счетчиков 20₁, 20₂, 20₃. во всех каналах рабочих частот, а следом через промежуток времени τ₂ появляется сигнал на выходе второго элемента 19 задержки, сбрасывающий счетчик 15. При этом на выходах всех элементов И16 и И21 устанавливаются сигналы логического нуля и снимаются запреты на работу счетчиков 15 и 20. Эти счетчики снова начинают отсчет установленного числа импульсов, и весь описанный цикл действия блока приема информации повторяется до тех пор, пока на его входе сравнения присутствует сигнал с частотой F₂. При этом на выходе 2 этого блока постоянно сохраняется сигнал логической единицы, так как в каждом цикле подтверждается одно и то же распределение потенциалов на информационных входах D-триггеров и они сохраняют свое состояние. Изменение сигнала на выходе блока приема информации происходит только при переходе частоты сигнала на входе канала сравнения к другому фиксированному значению.

Фиксированные значения рабочих частот могут отклоняться от своих номинальных значений в пределах зоны нечувствительности по каждому из каналов. Так, в рассматриваемом примере управляющий сигнал на втором выходе блока приема информации будет существовать при изменении частоты F₂ от значения, близкого к f₂, до значения, близкого к f₃.

При переходе за эти значения управляющий сигнал будет появляться либо на первом, либо на третьем выходе блока фиксации баланса и исчезать на втором его выходе, т. е. значения зоны нечувствительности в рассматриваемой схеме автоматически устанавливаются в диапазоне f₂.f₃. Поэтому для обеспечения наибольших допусков на отклонение частоты F₂ от номинального ее значения целесообразно это значение устанавливать равным полусумме частот f₂ и f₃ или в общем случае принять


Зона нечувствительности должна соответствовать степени стабильности генераторов несущих частот и формирователей рабочих частот. В некоторых случаях можно упростить схему, принимая равные интервалы между всеми рабочими частотами.

Формула изобретения

Балансная частотная система передачи информации, содержащая приемопередающие комплекты, каждый из которых состоит из блока ввода, выходы которого соединены с управляющими входами мультиплексора, выход мультиплексора соединен с информационным входом модулятора, выход которого через первый усилитель соединен с выводом линии связи, генератор несущей частоты соединен с задающими входами формирователя рабочих частот, второй усилитель, вход которого соединен с линией связи, выход через фильтр несущей частоты соединен с демодулятором, блок приема информации, выход которого соединен с блоком вывода информации, приемопередающие комплекты соединены между собой через линию связи, отличающаяся тем, что блок приема информации содержит счетчик периодов, группу счетчиков, элемент И, группу элементов И, формирователь импульсов, элементы задержки, группу триггеров, группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы счетчика периодов соединены с входами элемента И, выход которого соединен с управляющим входом счетчика периодов, через последовательно соединенные первый и второй элемент задержки с установочным входом счетчика периодов, через первый элемент задержки с установочными входами счетчиков группы и через формирователь импульса с С-входами триггеров группы, выходы которых подключены к первым входам одноименных элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых являются выходами блока приема информации, выходы каждого счетчика группы соединены с входами одноименных элементов И группы, выход каждого из которых соединен с управляющим входом одноименного счетчика и с D-входом одноименного триггера группы, выход каждого триггера группы соединен с вторым входом предыдущего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ группы блока приема информации, выход генератора несущей частоты подключен к управляющему входу формирователя рабочих частот, выходы которого соединены с информационными входами мультиплексора и с счетными входами счетчиков группы блока приема информации, счетный вход счетчика периодов которого подключен к выходу демодулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2