 |
Описание лабораторной установки
|
|
|
|
В данной работе применяется лабораторная установка «Изучение принципов временного разделения каналов (ЦСК-1)».
Установка выполнена в настольном варианте. Она рассчитана на питание от сети переменного тока 220 В, 50 Гц. Изображение лицевой панели установки приведено на рис. 5.3.
На лицевой панели установки размещены:
– структурная схема четырехканальной линии связи с временным разделением каналов;
– субпанель «КОНТРОЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ»;
 |
– субпанель «ВХ. ОСЦИЛЛОГРАФА»;
– субпанель «УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ».
Установка включается в сеть клавишей «вкл↔сеть», расположенной в правом нижнем углу макета.
На структурной схеме выделены передающая часть, линия связи и приемная часть. Передающая часть состоит из четырех ключей, четырех кодеров каналов и мультиплексора MUX. К линии связи может подключаться генератор шума (ГШ). Уровень выходного сигнала этого генератора регулируется ручкой «УРОВЕНЬ ШУМА». Кроме того, в линию связи включается соответствующим тумблером пороговое устройство УР. На приемной стороне имеются демультиплексор DMUX, декодеры и фильтры каналов. На схеме выделены контрольные гнезда для подключения осциллоскопа и производства необходимых соединений.
С гнезд субпанели «КОНТРОЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ» снимаются три различных по форме сигнала, которые после амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) или импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) подаются в общую линию связи.
На субпанели «ВХ. ОСЦИЛЛОГРАФА» размещены кнопки управления временными метками и байонетные гнезда I и II для подачи этих меток на входы осциллографа.
Субпанель «Устройство управления» содержит кнопки управления и индикаторы. На ней имеются тумблер «32 Гц↔2 Гц» для выбора одной из двух частот следования импульсов, управляющих мультиплексором и демультиплексором.
|
|
|
При переключении тумблера в положение «2 Гц» индикаторы приборов MUX и DMUX светившиеся ранее непрерывно, начинают периодически переключаться, указывая, какой из каналов включен для каждого интервала времени. При этом индикаторы А0, А1, В0, В1 указывают двоичный код номера включенного канала.
Устройство управления мультиплексорами может быть в циклическом режиме или режиме программного управления. Выбор режима производится тумблером «ЦИКЛ↔ПРОГРАМ.». В циклическом режиме входы мультиплексора и демультиплексора переключаются синхронно и синфазно, в естественном порядке. При этом в любой момент времени оказываются связанными друг с другом каналы передающей и приемной части установки с одинаковыми номерами.
В режиме программного управления можно изменить порядок коммутации ключей мультиплексора и демультиплексора. Тогда, например, в один и тот же момент времени сигнал с первого хода мультиплексора будет попадать на четвертый выход демультиплексора и т. п.
Для изменения порядка коммутации необходимо перевести тумблер «ЦИКЛ↔ПРОГРАМ.» в положение «ПРОГРАМ.» и ввести в оперативную память устройства управления номера входов и выходов, которые необходимо соединять одновременно. Это делается кнопками «ШАГ», «В0» и «В1». Результат настройки высвечивается на расположенных около этих кнопок индикаторах. При этом индикаторы «В0» и «В1» указывают в двоичном коде номер канала мультиплексора, который установлен на шаге программирования, указанном индикатором «ШАГ». Установка устройства управления в исходный режим производится кнопкой «СБРОС».
При формировании АИМ-сигнала его дискретизация производится электронными каналами. Частота дискретизации f д равна 8 кГц, т. е. период дискретизации Т дравен 125 мкс.
|
|
|
В лабораторной установке могут быть образованы четыре канала связи, на входы которых подаются контрольные сигналы F 1(t), F 2(t) и F 3(t). Один из каналов остается свободным. Поскольку длительность стробирующих импульсов tд < Т д, оставшийся временной интервал между соседними отсчетами используется для размещения АИМ сигналов, соответствующих остальным каналам.
Объединение дискретных сигналов с АИМ, соответствующих этим каналам, осуществляется мультиплексором. Его основу составляют четыре электронных ключа, которые управляются последовательностями стробирующих импульсов S 1 i – S 4 i . На их входы поступают аналоговые сигналы F 1(t), F 2(t) и F 3(t), а на выходах формируются последовательности отсчетов F 1 i , F 2 i и F 3 i . Стробирующие импульсы, поступающие на ключи соседних каналов, сдвинуты на временной интервал соответствующий tд. В результате отсчеты отдельных каналов выстраиваются друг за другом и таким образом формируется групповой сигнал на выходе мультиплексора.
Он поступает в линию связи и, пройдя по ней, попадает на вход демультиплексора DMUX, в котором производится разделение дискретных сигналов. Оба устройства – мультиплексор и демультиплексор – управляются синхронно. Для этого в устройстве управления вырабатывается последовательность импульсов с частотой следования 32 кГц, которая поступает на эти элементы. Для визуального контроля осуществляющихся в лабораторной установке коммутаций эта частота может быть уменьшена до 2 Гц. Выбор ее значения осуществляется тумблером «32 КГц ↔ 2 Гц» на лицевой панели установки.
На последнем этапе происходит восстановление аналогового сигнала – формирование исходной функции времени F (t) по пришедшим по линии связи отсчетным импульсам. На практике для выполнения этих операций используется фильтр нижних частот (ФНЧ). Процесс восстановления сигналов целиком основан на выводах теоремы Котельникова.
В лабораторной установке предусмотрен узел, формирующий три различных по форме испытательных сигнала (F1, F2, F3). При проведении исследований они подаются на входы любых трех каналов связи. Вход одного из каналов остается свободным.
Все необходимые соединения между блоками выполняются с помощью соединительных шнуров и клемм, выведенных на лицевую панель.
|
|
|
Анализ осциллограмм на выходах отдельных блоков системы связи, смоделированной в данной лабораторной установке, производится с помощью двухлучевого осциллографа.
При формировании на этой установке сигналов с импульсно-кодовой модуляцией на первом этапе производится дискретизация аналогового сигнала F 1(ti), поступающего на вход электронного ключа ЭК. В результате формируется последовательность амплитудно-модулированных импульсов (отсчетов) Fi на выходе ЭК. Требования к выбору частоты дискретизации f д = 8 кГц определены шириной спектра сигнала, передаваемого по каналу связи сигнала. Дискретизированный сигнал подается на кодер.
На втором этапе в кодере происходит формирование ИКМ-сигнала. Для этого производится аналого-цифровое преобразование (кодирование) отсчетов, сформированных на выходе ЭК. Для кодирования информации об амплитуде отсчетных импульсов используется восьмиразрядный двоичный код, позволяющий образовать 256 различных комбинаций.
Кодирование АИМ-сигнала предполагает выполнение следующих двух операций. Первая из них – квантование. Весь диапазон возможных значений аналогового сигнала разбивается дискретными уровнями на 256 квантовых интервалов, которые нумеруются от –128 до –1 для отрицательных отсчетных импульсов и от +1 до +128 – для положительных. Каждому отсчету ставится в соответствие одно из значений квантового интервала, а если его величина не совпадает ни с одним из 256 уровней, то выбирается ближайший из них.
Вторая операция, завершающая этап кодирования, ставит в соответствие номеру квантового интервала комбинацию единиц и нулей (кодовых символов) – цифровой код. Обычно единицам соответствуют положительные импульсы определенной амплитуды и длительности t, а нулям – отсутствие импульса на этом временном интервале. В данной лабораторной установке использовано схемное решение, обеспечивающее на выходе кодера формирование ИКМ сигнала, в котором единицам соответствуют положительные, а нулям – отрицательные импульсы одинаковой амплитуды. Сформированная последовательность F к i носит название кодовой комбинации. В рассматриваемом случае она состоит из восьми кодовых символов.
|
|
|
Сформированный таким образом цифровой сигнал поступает на вход мультиплексора, в котором происходит его объединение с аналогичными сигналами других каналов связи. Длительность всей кодовой комбинации Т к = 8 tд, где tд – длительность кодовых импульсов, выбирается так, чтобы она не только уложилась во временной интервал между соседними отсчетными импульсами, но и позволила разместить в нем кодовые комбинации, поступающие на вход мультиплексора по другим каналам. Для осуществления временного уплотнения импульсные последовательности, управляющие электронными ключами ЭК1–ЭК4, сдвинуты на временной интервал, соответствующий Т к. В результате на выходе мультиплексора кодовые комбинации различных каналов (в данной лабораторной установке их четыре) выстраиваются друг за другом – формируется групповой сигнал. Таким образом, осуществляется временное уплотнение – одновременная передача по линии связи закодированных последовательностей отсчетов нескольких сигналов.
На приемном конце линии связи расположено пороговое устройство ПУ, которое включается тумблером, выведенным на переднюю панель лабораторной установки. Оно позволяет повысить помехозащищенность каналов связи. Следует помнить, что работа установки при использовании ИКМ-сигналов возможна только при включенном пороговом устройстве.
На приемном конце групповой сигнал поступает на вход демультиплексора. В нем происходит разделение каналов. Электронные ключи демультиплексора управляются синхронно с ключами мультиплексора. На время действия одной из кодовых комбинаций соответствующий ключ демультиплексора соединяет линию связи со входом декодера. В результате на его вход поступает требуемая кодовая комбинация F к ji (индекс j соответствует номеру канала).
В декодере происходит восстановление АИМ-сигнала – каждой кодовой комбинации F к ji ставится в соответствие отсчетный импульс Fji определенной длительности и амплитуды. Положение отсчета во времени жестко связано с моментом окончания действия кодовой комбинации. Эта последовательность отсчетов поступает на ФНЧ, где происходит восстановление исходного аналогового сигнала Fj (t).
|
|
|
