Система многоканальной передачи сигналов

Изобретение относится к системам передачи и приема сигналов, и может быть использовано в технике многоканальной связи, телеметрии, управлении. Достигаемый технический результат - уменьшение ширины полосы частот, отводимой на каждый канал. Система многоканальной передачи сигналов содержит на передающей стороне n цепей, состоящих из датчика сигналов, узкополосного генератора, усилителя, узкополосного фильтра и дополнительного фильтра передачи, сумматор и передатчик, линию связи, а на приемной стороне - приемный блок и n объединенных по входу цепей, состоящих из узкополосного фильтра приема, блока индикации, дополнительного фильтра приема, пикового вольтметра, делителя напряжения и дополнительного пикового вольтметра. 7 ил.

 

Изобретение относится к системам передачи и приема сигналов, отличающимся частотным уплотнением для передачи нескольких сигналов по общему каналу связи, и может быть использовано в технике многоканальной связи, телеметрии, управлении.

Известна стойка индивидуального преобразования многоканальной системы передачи К-60П, содержащая на передающей стороне 60 цепей, состоящих из фильтра верхних частот, ограничителя амплитуд, удлинителей, индивидуального преобразователя передачи, фильтра канала и компенсирующего контура передачи, на приемной стороне - 60 цепей, состоящих из фильтра канала, удлинителя, индивидуального преобразователя приема, фильтра нижних частот, усилителя тональной частоты и заграждающего фильтра, и вводное устройство (Техническое описание стойки индивидуального преобразования СИП-60 К-60П. Px2.158.256.TO.).

Однако в известной многоканальной системе передачи каждый канал занимает большую полосу частот (до 4 кГц).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является система многоканальной передачи сигналов, содержащая на передающей стороне n цепей, состоящих из последовательно соединенных датчика сигналов и частотного модулятора, к которому подключен узкополосный генератор поднесущей частоты, дополнительных частотных модуляторов, широкополосный генератор поднесущей частоты, первый сумматор, амплитудный компаратор, блок управления, коммутатор режимов работы, третий сумматор, передатчик, второй сумматор, синхронизатор, а на приемной стороне - приемный блок, синхронизатор, коммутатор режимов, широкополосный фильтр и n объединенных по входу цепей, состоящих из последовательно соединенных следящего фильтра, дополнительного частотного детектора, коммутатора и индикатора, линии связи (Авторское свидетельство СССР №873431, кл. Н04J 1/20, прототип).

Недостатком данной системы многоканальной передачи сигналов с использованием частотной модуляции является большая ширина полосы частот, отводимой на каждый канал.

Технический результат - уменьшение ширины полосы частот, отводимой на каждый канал, путем передачи по каналу двух гармонических составляющих нелинейно искаженного сигнала, по отношению амплитуд которых восстанавливается переданный информационный сигнал.

Цель достигается тем, что в систему многоканальной передачи сигналов, содержащую на передающей стороне n цепей, состоящих из датчика сигналов и узкополосного генератора, сумматор и передатчик, линию связи, а на приемной стороне - приемный блок и n дополнительных фильтров передачи, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, n усилителей, выход каждого из которых подключен к входам соответствующих узкополосного фильтра передачи и дополнительного фильтра передачи, первый вход каждого усилителя соединен с выходом соответствующего датчика сигналов, а второй вход усилителя - с выходом соответствующего узкополосного генератора, а на приемной стороне - n делителей напряжения, выход каждого из которых подключен к выходу соответствующего блока индикации, n пиковых вольтметров, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего узкополосного фильтра приема, n дополнительных пиковых вольтметров, выход каждого из которых соединен с вторым входом соответствующего делителя напряжения, первый вход которого соединен с выходом соответствующего пикового вольтметра, и n дополнительных фильтров приема, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего дополнительного пикового вольтметра, входы n узкополосных фильтров приема и n дополнительных фильтров приема объединены и подключены к выходу приемного блока.

На фиг.1 приведена электрическая структурная схема предлагаемой системы.

Система многоканальной передачи сигналов содержит на передающей стороне n цепей, состоящих из датчика 1 сигналов, усилителя 2, узкополосного генератора 3, узкополосного фильтра 4 передачи и дополнительного фильтра 5 передачи, сумматор 6 и передатчик 7, линию 8 связи, а на приемной стороне - приемный блок 9 и n объединенных по входу цепей, состоящих из узкополосного фильтра 10 приема, дополнительного фильтра 11 приема, пикового вольтметра 12, дополнительного пикового вольтметра 13, делителя 14 напряжений и блока 15 индикации.

На фиг.2 представлен вариант электрической принципиальной схемы усилителя 2.

Усилитель 2 состоит из биполярного транзистора 16, источника 17 питания коллекторной цепи, резистора 18 в цепи коллектора, резистора 19 в цепи питания базы и разделительного конденсатора 20 в цепи подачи гармонического сигнала.

Фиг.3 иллюстрирует графоаналитический метод анализа работы биполярного транзистора 16 в режиме с отсечкой тока. На фиг.3а представлена передаточная характеристика биполярного транзистора 16 (зависимость выходного тока i_k от входного напряжения U_бэ; на фиг.3б - временная эпюра выходного напряжения транзистора U_бэ(wt); на фиг.3в - временная эпюра выходного тока транзистора 16 i_k(wt). Здесь U₀ - напряжение смещения на базе транзистора; Θ - угол отсечки; I_макс - амплитуда импульса выходного тока.

На фиг.4 представлена зависимость коэффициентов косинусоидального разложения выходного тока (коэффициентов Берга) α_k от угла отсечки Θ (Авдеев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1982 г.). Здесь где I_тk - амплитуда k-й гармоники выходного тока.

На фиг.5 представлена зависимость отношения амплитуд первой I_т1 и второй I_т2 гармонических составляющих выходного тока транзистора от угла отсечки Θ.

На фиг.6 представлены временные эпюры напряжений и токов на выходах некоторых элементов системы многоканальной передачи сигналов. Здесь u_c - напряжение на выходе датчика 1 сигналов; u_Г - выходное напряжение узкополосного генератора 3; i_k - выходной ток усилителя 2; u_В1 - выходное напряжение пикового вольтметра 12; u_В2 - выходное напряжение дополнительного пикового вольтметра 13; - выходное напряжение делителя 14.

На фиг.7 представлен спектр многочастотного группового сигнала на выходе передатчика 7. Здесь f₁ ⁽ⁱ⁾ - спектральная составляющая первой гармоники i-го канала, f₂ ⁽ⁱ⁾a - спектральная составляющая второй гармоники i-го канала, где i=1, 2, 3, ..., n - номер канала.

Работа системы многоканальной передачи сигналов происходит следующим образом.

В системе применен метод частотного разделения каналов. Для передачи сигналов каждого канала используются два гармонических колебания, по отношению амплитуд которых восстанавливается исходный сигнал.

В исходном состоянии при отсутствии информационного сигнала в i-м канале с выхода датчика 1 сигналов на первый вход усилителя 2 подается постоянное напряжение U₀, являющееся напряжением смещения на базе транзистора 16. На второй вход усилителя 2 с выхода узкополосного генератора 3 поступает высокочастотное гармоническое колебание с частотой f₁ ⁽ⁱ⁾. Рабочая точка на передаточной характеристике i_k=f(U_бэ) транзистора 16, определяемая напряжением смещения U₀, выбирается такой, чтобы усилитель 2 работал в режиме с отсечкой тока и угол отсечки был равен Θ=Θ₀ (см. фиг.3). При этом вследствие нелинейных искажений сигнала на выходе усилителя 2 будут присутствовать колебания первой гармонической составляющей на частоте f₁ ⁽ⁱ⁾, второй гармонической составляющей на частоте f₂ ⁽ⁱ⁾=2·f₁ ⁽ⁱ⁾, третьей гармонической составляющей на частоте f₃ ⁽ⁱ⁾=3·f₁ ⁽ⁱ⁾ и т.д.

Выходной сигнал усилителя 2 поступает на входы полосовых фильтров: узкополосного фильтра 4 передачи, настроенного на частоту f₁ ⁽ⁱ⁾ первой гармонической составляющей. Таким образом, с выходов фильтров 4 и 5 i-й цепи передачи на соответствующие входы сумматора 6 поступают колебания первой и второй гармоник сигнала на частотах f₁ ⁽ⁱ⁾ и f₂ ⁽ⁱ⁾; с выходов остальных n-1 цепей передачи на соответствующие входы сумматора 6 поступают колебания первой и второй гармоник сигналов на частотах сформированных аналогичным образом (см. фиг.7).

С выхода сумматора 6 многочастотный сигнал поступает на передатчик 7 и далее через линию 8 связи - на приемный блок 9. Выходной сигнал приемного блока 9 поступает на входы полосовых фильтров, осуществляющих селекцию колебаний по приемным цепям: узкополосного фильтра 10 приема, настроенного на частоту f₁ ⁽ⁱ⁾ первой гармонической составляющей, и дополнительного фильтра 11 приема, настроенного на частоту f₂ ⁽ⁱ⁾ второй гармонической составляющей.

Сигнал с выхода фильтра 10 поступает на пиковый вольтметр 12, с выхода которого напряжение подается на первый вход делителя 14 напряжения, на второй вход которого подается напряжение с выхода дополнительного пикового вольтметра 13, подключенного к выходу фильтра 11. Пиковые вольтметры 12 и 13 осуществляют измерение амплитуд соответственно первой и второй гармонических составляющих. С выхода делителя 14 напряжений измеренное значение отношения амплитуд первой и второй гармоник сигнала поступает в блок 15 индикации. Отношение амплитуд гармоник определяется только значением угла отсечки Θ и не зависит от затуханий в линии 8 связи, если этому затуханию подвержены в одинаковой степени первая и вторая гармоники сигнала.

При отсутствии информационного сигнала с выхода датчика 1 напряжение смещения U₀ на базе транзистора 16 постоянно, следовательно, неизменным остается и угол отсечки Θ, что приводит к постоянству напряжения на входе блока 15 индикации.

При наличии информационного сигнала с выхода датчика 1 напряжение смещения на базе транзистора 16 будет изменяться, что приведет к изменению рабочей точки на передаточной характеристике данного транзистора, вследствие этого угол отсечки Θ будет также изменяться пропорционально изменению информационного сигнала. Это приведет к соответствующим изменениям амплитуд гармонических составляющих выходного сигнала усилителя 2. Но поскольку отношение амплитуд гармоник определяется только углом отсечки Θ, то выходной сигнал делителя 14 напряжения будет изменяться по закону информационного сигнала с датчика 1.

Таким образом, на входе блока 15 индикации будет восстановлено исходное сообщение. Для передачи этого сообщения по линии 8 связи используется два синусоидальных колебания в виде гармонических составляющих нелинейно искаженного сигнала. Но поскольку ширина спектра синусоидального колебания чрезвычайно узкая, то ширина полосы частот, занимаемая каждым каналом, также будет незначительной. С учетом стабильности узкополосного генератора 3 и реальных возможностей по изготовлению полосовых фильтров 4, 5, 10 и 11 можно допустить, что для передачи одной гармонической составляющей потребуется ширина спектра ΔF_c=100 Гц. В этом случае ширина полосы частот одного канала в предлагаемой многоканальной системе передачи сигналов составит ΔF_П=2·ΔF_с=200 Гц, что значительно меньше по сравнению с известными аналогами: в 20 раз по сравнению с многоканальной системой передачи К-60П (Техническое описание стойки индивидуального преобразования СИП-60 К-60П. Px2.158.256.TO.) и в 30·М_чм раз по сравнению с прототипом (Авторское свидетельство СССР №873431, кл. Н04J 1/20, прототип) (в случае, если максимальная частота в спектре передаваемого сигнала f_c=3 кГц).

Уменьшение ширины полосы частот, занимаемой каждым каналом, позволит значительно увеличить число каналов в пределах общей полосы частот, отводимой на систему многоканальной передачи сигналов.

Система многоканальной передачи сигналов, содержащая на передающей стороне n цепей, состоящих из датчика сигналов и узкополосного генератора, сумматор и передатчик, линию связи, а на приемной стороне - приемный блок и n объединенных по входу цепей, состоящих из узкополосного фильтра приема и блока индикации, отличающаяся тем, что дополнительно введены на передающей стороне n узкополосных фильтров передачи и n дополнительных фильтров передачи, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, n усилителей, выход каждого из которых подключен к входам соответствующих узкополосного фильтра передачи и дополнительного фильтра передачи, первый вход каждого усилителя соединен с выходом соответствующего датчика сигналов, а второй вход усилителя - с выходом соответствующего узкополосного генератора, а на приемной стороне - и делителей напряжения, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего блока индикации, n пиковых вольтметров, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего узкополосного фильтра приема, n дополнительных пиковых вольтметров, выход каждого из которых соединен с вторым входом соответствующего делителя напряжения, первый вход которого соединен с выходом соответствующего пикового вольтметра и n дополнительных фильтров приема, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего дополнительного пикового вольтметра, входы n узкополосных фильтров приема и n дополнительных фильтров приема объединены и подключены к выходу приемного блока.