5.2. Передающая часть

5.2.1. Расчет параметров группового сигнала

Групповой сигнал представлен на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. Групповой сигнал.

Принятые обозначения:

КСИ кадровый синхроимпульс представляет собой 14 битную кодовую комбинацию.

 временной интервал, отдаваемый на передачу информации одного канала

 время передачи кадра. Кадр состоит из КСИ и информации всех 10 телеметрических (ТМ) каналов

 длительность импуль са

 длительность битового интервала (участка времени, отводимого на передачу одного бита информац ии)

Длительность кадра должна быть равна длительности пакета источника.

За это время необходимо передать информацию телеметрических каналов и КСИ. Таким образом в кадре необходимо выделить 11 канальных интервалов.

Информация каждого канала содержит: 7 бит от источника и 5 проверочных бит, которые формируются в кодере. Итого в канальном интервале должно быть 12 битовых интервалов.

С целью облегчения выделения тактовой частоты в приемнике при кодировании будем применять коды с возвращением к нулю.

определим длительность импульса (при передаче 1)

5.2.2. Структурная схема передающей части и пояснение ее работы

Схема передающей части представлена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2. Структурная схема передающей части.

• ГО генераторное оборудование

• ГКИ генератор канальных импульсов

• УФСИ устройство формирования синхроимпульсов (кадрового)

• И источник информации

• Кодер кодирующее устройство

• сумматор

• ПФ полосовой фильтр

• АМ амплитудный модулятор

• ПЕР передатчик.

Рассмотрим работу передающей части.

Ритм работы системы задается генераторным оборудованием (ГО), которое вырабатывает частоту, соответствующую тактовой частоте источников сигнала () и частоту, соответствующую тактовой частоте группового сигнала ().

Структурная схема ГО представлена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3. Структурная схема генераторного оборудования.

Нижняя часть схемы выделяет из сигнала источника тактовую частоту источника . Сигнал с такой частотой проходит через множитель частоты, реализующий коэффициент умножения. Верхняя часть схемы формирует сигнал с тактовой частотой группового сигнала

• Генератор канальных импульсов вырабатывает импульсы, разрешающие работу кодеров, причем в любой момент времени работает только один из них. Этим и обеспечивается ВРК. За время кадра ГКИ «перебирает» все свои выходы, т.е. за это время УФСИ формирует КСИ, затем Кодер1 выдает кодированную комбинацию на , затем Кодер2 и т.д. Черезвсе снова повторяется. Строение ГКИ аналогично строению Распределителя в передающей части СПИ для телефонии.

• УФСИ формирует кадровую синхронизирующую последовательность, представляющую из себя 12ти битовую комбинацию, состоящую из единиц.

• Кодер. Структурная схема кодирующего устройства представлена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4. Структурная схема кодирующего устройства.

С тактовой частотой источника 4800 Гц (вход ГО А) во входной регистр записываются информационные символы . Как только эти символы записались в регистр (прошло 7 тактовых импульсов) счетчик на 7 (Сч7) вырабатывает короткий импульс и устройство разрешения пропускает информационные символы на формирователь укороченного кода Хемминга. В это же время происходит (продолжается) запись следующего пакета во входной регистр. Как только на формирователь укороченного кода Хемминга попали информационные символы, на выходе формируется 11ти разрядный код Хемминга, который записывается в промежуточный регистр. Затем на формирователе дополнительной проверки на четность подсчитывается последний 12ый импульс и полученная 12ти разрядная комбинация переписывается в выходной регистр. На счетный (управляющий) вход этого регистра через устройство разрешения поступают импульсы с тактовой частотой группового сигнала 90514,3 Гц (вход ГО В). Устройство разрешения пропускает эти импульсы на регистр при наличии на его втором входе канального импульса.

Рассмотрим устройство формирователя укороченного кода Хемминга.

Ранее мы определили, что ;

В соответствии с этим схема формирователя имеет вид показанный на рисунке 5.5.

Аналогично устроен формирователь дополнительной проверки на четность. Он построен в соответствии с формулой

Рисунок 5.5. Схема формирователя укороченного кода Хемминга.

5.2.3.Задание способа сопряжения системы со стандартной аппаратурой ЧУ КТЧ.

Теоретически спектр группового сигнала бесконечен, но его ограничивают, для экономии частотного ресурса. В связи с тем, что сигналы источниковслучайные функции, групповой сигнал тоже случаен, однако средняя огибающая (рисунок 5.6.) определяется длительностью импульса.

В радиосвязи при передаче цифровых сигналов принято ограничивать спектр сигнала главным лепестком (а иногда и еще сильнее).

Рассчитаем ширину главного лепестка:

Определим (приближенно) ширину спектра исходя из времени установления импульса. Пусть . Тогда.

Примем решение ограничивать спектр группового сигнала по ширине главного лепестка, т.е. групповой сигнал занимает полосу частот .

Рисунок 5.6. Спектр группового сигнала.

Теперь требуется передать этот сигнал по стандартному групповому тракту. Будем брать в аренду четыре первичных тракта (т.е. часть вторичного тракта) в полосе частот.

Итак, имеем полосу требуется передать. Спектр информационного сигнала разместим в середине арендованного частотного диапазона. Защитные частотные интервалы сверху и снизу (см. рисунок 5.7.):

Несущая частота . Убедимся, что в таком случае сигнал может быть передан в указанной полосе частот, и при этом параметры фильтров являются физически реализуемыми.

Рисунок 5.7. Спектр группового сигнала в линии связи.

Эффективность фильтрации характеризуется относительной расфильтровкой: отношением полосы в пределах которой происходит снижение коэффициента передачи на 60 дБ к центральной частоте. Чем меньше эта величина, тем сложнее реализовать фильтр. Известно, что реально достижимые величины относительной расфильтровки дляLC фильтров , а для кварцевых фильтров.

В нашем случае , т.е. фильтрацию можно осуществить с помощьюLC фильтров (но их строение будет сложным) либо с использованием кварцевых фильтров. В физической реализуемости таких фильтров не сомневаемся, т.к. во вторичной ступени уплотнения (по стандарту ЧРК) производится фильтрация первичных групп между которыми защитный интервал «всего» 0,9 кГц.

5.3. Приемная часть

Структурная схема приемника приведена на рисунке 5.8.

Рисунок 5.8. Структурная схема приемной части.

• ПР оборудование приемника

• ОД общий демодулятор

• УВТЧ Устройство выделения тактовой частоты

• ГО генераторное оборудование

• ССИ селектор синхроимпульсов (кадровой синхропоследовательности)

• ГКСИ генератор канальных селекторных импульсов

• КС канальный селектор

• КД канальный декодер

• П получатель.

Рассмотрим работу приемной части.

Принятый сигнал усиливается и фильтруется в линейной части приемника ПР, затем демодулируется в общем демодуляторе ОД, на выходе которого выделяется оценка группового сигнала . Выделенный групповой сигнал подается на селектор синхроимпульсов ССИ, строение которого будет рассмотрено ниже. Так же групповой сигнал подается на УВТЧ, который выделяет тактовую частоту . В тот момент, когда ССИ обнаруживает кадровый синхроимпульс, на его выходе вырабатывается импульс, который поступает на генератор канальных селекторных импульсов ГКСИ, имеющий 10 выходов. На каждом выходе ГКСИ формируется импульсная последовательность, временное положение которой совпадает с одним из канальных сигналов. Эти последовательности подаются на канальные селекторы КС, которые выделяют канальные сигналы. Эти сигналы поступают на канальные декодеры КД. Строение КД будет рассмотрено ниже. На выходе КД образуется декодированное сообщение, выдаваемое получателю со скоростью.

• Рассмотрим строение ОД.

Структурная схема общего демодулятора приведена на рисунке 5.9.

При детектировании АМОБП используется следующий процесс: детектирование биений, полученных в результате суммирования колебаний АМОБП и местного гетеродина (Г), амплитудным детектором (АД).

Рисунок 5.9. Структурная схема общего демодулятора.

В этой схеме используется ФАПЧ гетеродина по принимаемому сигналу. Частота настройки:

• Рассмотрим строение ССИ. Для выделения кадровой синхронизации будем использовать свойство периодичности КСИ. Структурная схема ССИ приведена на рисунке 5.10.

Рисунок 5.10. Структурная схема ССИ.

ГКСИ в приемнике должен работать синхронно с ГКИ в передатчике (с учетом времени распространения группового сигнала). Т.е. в тот момент времени, когда в групповом сигнале передается информация первого канала, необходимо, чтобы ГКСИ выдавал селектирующий импульс на первый канал, в момент передачи второго каналана второй и т.д. В те моменты времени, когда в групповом сигнале передается КСИ, ГКСИ выдает импульс на ССИ (на рисунке 5.10 обозначен «От ГКСИ Скан»).

ССИ состоит из трех блоков: опознавателя, анализатора, решающего устройства. Групповой сигнал записывается в сдвиговый регистр. Когда в сдвиговом регистре будет записано 12 единиц, дешифратор выработает импульс, который идет на решающее устройство и анализатор. Далее возможны две ситуации.

а). Кадровая синхронизация не нарушена. При этом на логическую схему И1 будут поданы две единицы (от дешифратора и от ГКСИ), значит на выходе И1 формируется лог1, которая увеличивает состояние накопителя по выходу.

б). Кадровая синхронизация нарушена. При этом не будет совпадения в схеме И1, но будет работать верхняя часть анализатора. В этом случае на выходе ячейки ИНЕ вырабатывается лог1, которая увеличивает состояние накопителя по входу.

Когда происходит переполнение накопителя по входу (эта ситуация возможна в том случае, когда пять раз подряд не произошло совпадения КСИ, выделенного из группового сигнала, с сигналом синхроканала ГКСИ), то на его выходе появляется лог1 и схема И2 вырабатывает импульс в момент выделения КСИ из сигнала. Этот импульс с ячейки И2 является управляющим для ГКСИ

• Рассмотрим строение канального декодера. Структурная схема декодера представлена на рисунке 5.11.

Рисунок 5.11. Структурная схема декодера

Выделенные с помощью канального селектора 12 импульсов (7информационные, 5проверочные) с частотойзаписываются во входной регистр. Декодирование кода Хемминга с дополнительной общей проверкой на четность производится в два этапа:

1).проводим общую проверку на четность, т.е. перемножаем по модулю два все принятые символы. Результат проверкиr;

2) проводим декодирование укороченного кода Хемминга. Для этого необходимо произвести операцию умножения принятой комбинации на транспонированную проверочную матрицу. Принятая комбинация берется из входного регистра.

Для генерации строк матрицыиспользуется 11 четырехразрядных кольцевых регистров (по одному на каждую строку).

Рассмотрим как происходит умножение. Напомним, что выделение канального сигнала происходит при помощи канального селектирующего импульса. Этот же импульс поступает на инвертирующий вход устройства разрешения. На другой вход подаются импульсная периодическая последовательность с частотой . Через четыре периода этого тактового сигнала произойдет умножение принятой комбинации на. Полученный синдром будет записан в регистр. Далее по виду синдрома требуется определить, в каких символах были ошибки. Заметим, что синдром полностью определяется вектором ошибок. Применяемый код способен исправлять только однократные ошибки. В таблице 5.1 приведены векторы ошибок и соответствующие им синдромы.

Таблица 5.1.

е	с	примечание
1000000	0011	Ошибка в S1
0100000	0101	Ошибка в S2
0010000	0110	Ошибка в S3
0001000	0111	Ошибка в S4
0000100	1001	Ошибка в S5
0000010	1010	Ошибка в S6
0000001	1011	Ошибка в S7

В кодере поиск ошибочного символа производится в анализаторе. На его 4 входа подаются 4 символа синдрома, а с 7 выходов снимается комбинация, соответствующая ошибочной. Например, если произошла ошибка в первом символе, то на выходе анализатора должна появиться комбинация 1000000, если ошибка во втором, то 0100000 и т. д. Реализовать такое устройство не представляет труда. Запишем таблицу соответствий:

С1	С2	С3	С4	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7
0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	1	0	1	0	0	0	0	0
0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
0	1	1	1	0	0	0	1	0	0	0
1	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0
1	0	1	0	0	0	0	0	0	1	0
1	0	1	1	0	0	0	0	0	0	1

Из этой таблицы легко находим

Устройство анализатора (в соответствии с таблицей соответствий) достаточно простое: на первый выход (Q1) подается произведение (логическое «И») следующих сигналов: С3, С4, проинвертированных С1, С2; на второй выход (Q2) произведение С2, С4, проинвертированных С1, С3; и т.д. Таким образом рассмотрели состав декодера.

Как уже говорилось выше, декодирование проводится в два этапа. Далее совместно рассматриваем результаты обоих этапов. Возможные ситуации перечислены в таблице 5.2.

Таблица 5.2.

Варианты	Действия
=0 с=0	Считаем, что ошибок в принятой комбинации нет.
=1	Ошибки есть. При помощи синдрома мы можем исправить однократные ошибки, но при этом могут быть ошибки больших кратностей
=0	Ошибки есть. При помощи синдрома мы можем исправить однократные ошибки, но при этом могут быть ошибки больших кратностей
=1 с=0	Ошибки есть, но при этом мы даже не можем попытаться их исправить, т.к. синдром свидетельствует об отсутствии ошибок.

Примем, что в любом случае (исправили или не исправили ошибки) декодированная комбинация передается получателю(предположили, что информация не очень важная, например, компьютерные игрыи.т.д.).

Мы рассматриваем СПИ на физическом и канальном уровнях (в соответствии с моделью взаимодействия открытых систем Open System Interconnection, OSI). К физическому уровню имеют отношение полоса частот, занимаемая сигналом, скорость передачи сигнала, тип кодирования (коды с возвращением к нулю). Задачей канального уровня является реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок.

В зависимости от правил взаимодействия источника и получателя при коррекции ошибок можно поступать следующим образом: если обнаружена ошибка, которую не удается исправить, то декодер выдает получателю определенную комбинацию, например, состоящую из 7 нулей и предупреждает получателя о наличии неисправимой ошибки (подразумевается, что используемая для этих целей комбинация должна быть «запрещенной для источника»). Такой режим взаимодействия может применяться, когда передаваемая информация очень важна (передача файлов и т.д.).

5.4. Итоги

Произведено временное уплотнение 10 телеметрических каналов. Для передачи группового сигнала арендуем часть вторичного тракта. Для увеличения помехозащищенности применили корректирующий код, позволяющий исправлять однократные ошибки.