Патент на изобретение №2349041

(54) СИСТЕМА МНОГОКАНАЛЬНОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ

(57) Реферат:

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; – угол отсечки; I_макс – амплитуда импульса выходного тока.

На фиг.4 представлена зависимость коэффициентов косинусоидального разложения выходного тока (коэффициентов Берга) _k от угла отсечки (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 .

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 =₀ (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 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 , 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 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 , 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 F_c=100 Гц. В этом случае ширина полосы частот одного канала в предлагаемой многоканальной системе передачи сигналов составит F_П=2·F_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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ