RU2349041C1

RU2349041C1 - System of multichannel signaling

Info

Publication number: RU2349041C1
Application number: RU2007129302/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Федоренко (RU); Владимир Васильевич Федоренко; Алексей Михайлович Винограденко (RU); Алексей Михайлович Винограденко; Александр Иванович Бойко (RU); Александр Иванович Бойко
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-03-10

Abstract

FIELD: physics, communication.

SUBSTANCE: invention concerns systems of transmission and reception of signals, and can be used in the technician of a multichannel communication, telemetry, guidance. The system of multichannel signalling contains on the transmitting leg n the chains consisting of the data unit of signals, the narrow-band generator, the amplifier, the narrow-band filter and the additional filter of transmission, the adder and the transmitter, a communication link, and on the female leg - the female block and n the chains united on an inlet consisting of the narrow-band filter of reception, the block of indication, the additional filter of reception, the peak voltmeter, a voltage divider and the additional peak voltmeter.

EFFECT: reduction of a bandwidth of the frequencies tapped on each channel.

7 dwg

Description

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.The invention relates to signal transmission and reception systems, characterized by frequency multiplexing for transmitting several signals over a common communication channel, and can be used in the technique of multichannel communication, telemetry, control.

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.).A well-known stand for individual conversion of a multi-channel transmission system K-60P, comprising 60 circuits on the transmitting side, consisting of a high-pass filter, an amplitude limiter, extension cords, an individual transmission converter, a channel filter and a compensating transmission circuit, and 60 circuits on the receiving side channel, extension cord, individual receive converter, low-pass filter, tone amplifier and blocking filter, and input device (Technical description of the individual stand Valid conversion SIP-60 K-60P. Px2.158.256.TO.).

Однако в известной многоканальной системе передачи каждый канал занимает большую полосу частот (до 4 кГц).However, in the known multi-channel transmission system, each channel occupies a large frequency band (up to 4 kHz).

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).The closest technical solution to the claimed invention is a multi-channel signal transmission system comprising n circuits on the transmitting side, consisting of a signal sensor and a frequency modulator connected in series, to which a narrow-band subcarrier frequency generator, additional frequency modulators, a broadband subcarrier frequency generator, a first adder are connected, amplitude comparator, control unit, mode switch, third adder, transmitter, second adder, synchronizer, and n and on the receiving side, a receiving unit, a synchronizer, a mode switch, a broadband filter and n input-connected circuits consisting of a serially connected servo filter, an additional frequency detector, a switch and an indicator, a communication line (USSR Author's Certificate No. 873431, class H04J 1 / 20, prototype).

Недостатком данной системы многоканальной передачи сигналов с использованием частотной модуляции является большая ширина полосы частот, отводимой на каждый канал.The disadvantage of this system of multi-channel signal transmission using frequency modulation is the large bandwidth allocated to each channel.

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.EFFECT: reducing the width of the frequency band allocated to each channel by transmitting two harmonic components of a nonlinearly distorted signal through the channel, with respect to the amplitudes of which the transmitted information signal is restored.

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.The goal is achieved in that in a multi-channel signal transmission system containing on the transmitting side n circuits consisting of a signal sensor and a narrow-band generator, an adder and a transmitter, a communication line, and on the receiving side, a receiving unit and n additional transmission filters, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the adder, n amplifiers, the output of each of which is connected to the inputs of the corresponding narrow-band transmission filter and an additional transmission filter, the first input of each amplifier is connected to the output, respectively a signal sensor, and the second input of the amplifier with the output of the corresponding narrow-band generator, and on the receiving side there are n voltage dividers, the output of each of which is connected to the output of the corresponding display unit, n peak voltmeters, the input of each of which is connected to the output of the corresponding narrow-band reception filter , n additional peak voltmeters, the output of each of which is connected to the second input of the corresponding voltage divider, the first input of which is connected to the output of the corresponding peak wave tmetra and n additional reception filter, the output of each of which is connected to the input of the respective additional peak voltmeter inputs n narrow band filters receiving and n additional reception filters are combined and connected to the output of the receiving unit.

На фиг.1 приведена электрическая структурная схема предлагаемой системы.Figure 1 shows the electrical structural diagram of the proposed system.

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.The multi-channel signal transmission system contains n circuits on the transmitting side, consisting of a sensor 1 of the signals, an amplifier 2, a narrow-band generator 3, a narrow-band transmission filter 4 and an additional transmission filter 5, an adder 6 and a transmitter 7, a communication line 8, and a receiving side block 9 and n of input-connected circuits consisting of a narrow-band receive filter 10, an additional receive filter 11, a peak voltmeter 12, an additional peak voltmeter 13, a voltage divider 14, and an indication unit 15.

На фиг.2 представлен вариант электрической принципиальной схемы усилителя 2.Figure 2 presents a variant of the electrical circuit diagram of the amplifier 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.The amplifier 2 consists of a bipolar transistor 16, a collector circuit power source 17, a resistor 18 in the collector circuit, a resistor 19 in the base power circuit, and an isolation capacitor 20 in the harmonic signal supply circuit.

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.Figure 3 illustrates a grapho-analytical method for analyzing the operation of a bipolar transistor 16 in a current cutoff mode. Figure 3a shows the transfer characteristic of a bipolar transistor 16 (dependence of the output current i _k on the input voltage U _be ; Figure 3b shows the time plot of the output voltage of the transistor U _be (wt); Figure 3c shows the time plot of the output current of the transistor 16 i _k (wt). Here U ₀ is the bias voltage at the base of the transistor; Θ is the cutoff angle; I _max is the amplitude of the output current pulse.

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.Figure 4 presents the dependence of the coefficients of the cosine expansion of the output current (Berg coefficients) α _k from the cutoff angle Θ (Avdeev BC Theory of nonlinear electrical circuits. - M .: Radio and communication, 1982). Here

where I _tk is the amplitude of the kth harmonic of the output current.

На фиг.5 представлена зависимость отношения амплитуд первой I_т1 и второй I_т2 гармонических составляющих выходного тока транзистора от угла отсечки Θ.Figure 5 shows the dependence of the amplitude ratio of the first I _t1 and second I _t2 harmonic components of the output current of the transistor on the cutoff angle 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.Figure 6 presents a temporary plot of voltages and currents at the outputs of some elements of a multi-channel signal transmission system. Here u _c is the voltage at the output of the sensor 1 signals; u _G is the output voltage of the narrowband generator 3; i _k is the output current of amplifier 2; u _B1 is the output voltage of the peak voltmeter 12; u _B2 - the output voltage of the additional peak voltmeter 13;

- output voltage of the divider 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.7 shows the spectrum of a multi-frequency group signal at the output of the transmitter 7. Here f ₁ ⁽ⁱ⁾ is the spectral component of the first harmonic of the i-th channel, f ₂ ⁽ⁱ⁾ a is the spectral component of the second harmonic of the i-th channel, where i = 1 , 2, 3, ..., n - channel number.

Работа системы многоканальной передачи сигналов происходит следующим образом.The operation of the multi-channel signal transmission system is as follows.

В системе применен метод частотного разделения каналов. Для передачи сигналов каждого канала используются два гармонических колебания, по отношению амплитуд которых восстанавливается исходный сигнал.The system uses the method of frequency separation of channels. To transmit the signals of each channel, two harmonic oscillations are used, with respect to the amplitudes of which the original signal is restored.

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.In the initial state, in the absence of an information signal in the ith channel, a constant voltage U ₀ , which is the bias voltage at the base of transistor 16, is applied to the first input of amplifier 2 from the output of the signal sensor 1; high-frequency harmonic vibration with a frequency f ₁ ⁽ⁱ⁾ . The operating point on the transfer characteristic i _k = f (U _be ) of the transistor 16, determined by the bias voltage U ₀ , is selected so that the amplifier 2 operates in the current cutoff mode and the cutoff angle is Θ = Θ ₀ (see Fig. 3) . In this case, due to nonlinear distortions of the signal at the output of amplifier 2, there will be oscillations of the first harmonic component at a frequency f ₁ ⁽ⁱ⁾ , the second harmonic component at a frequency f ₂ ⁽ⁱ⁾ = 2 · f ₁ ⁽ⁱ⁾ , and the third harmonic component at a frequency f ₃ ⁽ⁱ⁾ = 3f ₁ ⁽ⁱ⁾ , etc.

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).The output signal of the amplifier 2 is fed to the inputs of the bandpass filters: a narrowband transmission filter 4 tuned to the frequency f ₁ ^{(i) of the} first harmonic component. Thus, from the outputs of the

filters

4 and 5 of the i-th transmission circuit, the corresponding inputs of the adder 6 receive oscillations of the first and second harmonics of the signal at frequencies f ₁ ⁽ⁱ⁾ and f ₂ ⁽ⁱ⁾ ; from the outputs of the remaining n-1 transmission circuits, the oscillations of the first and second harmonics of the signals at frequencies

formed in a similar way (see Fig.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.From the output of the adder 6, the multi-frequency signal is transmitted to the transmitter 7 and then through the communication line 8 to the receiving unit 9. The output signal of the receiving unit 9 is fed to the inputs of the bandpass filters that select the oscillations along the receiving circuits: a narrow-band reception filter 10 tuned to frequency f ₁ ^{(i) a} first harmonic component, and an additional receive filter 11 tuned to a frequency f ₂ ^{(i) of a} second harmonic component.

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.The signal from the output of the filter 10 is fed to a peak voltmeter 12, the output of which voltage is supplied to the first input of the voltage divider 14, the second input of which is supplied with the voltage from the output of an additional peak voltmeter 13 connected to the output of the filter 11. Peak voltmeters 12 and 13 measure the amplitudes respectively, the first and second harmonic components. From the output of the voltage divider 14, the measured value of the ratio of the amplitudes of the first and second harmonics of the signal is fed to the display unit 15. The ratio of the harmonics amplitudes is determined only by the cutoff angle Θ and does not depend on the attenuation in the communication line 8, if the first and second harmonics of the signal are equally affected by this attenuation.

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.In the absence of an information signal from the output of the sensor 1, the bias voltage U ₀ based on the transistor 16 is constant, therefore, the cutoff angle Θ remains unchanged, which leads to a constant voltage at the input of the display unit 15.

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.If there is an information signal from the output of sensor 1, the bias voltage at the base of transistor 16 will change, which will lead to a change in the operating point on the transfer characteristic of this transistor, as a result of this, the cutoff angle Θ will also change in proportion to the change in the information signal. This will lead to corresponding changes in the amplitudes of the harmonic components of the output signal of the amplifier 2. But since the ratio of the amplitudes of the harmonics is determined only by the cutoff angle Θ, the output signal of the voltage divider 14 will change according to the law of the information signal from the sensor 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).Thus, the input message will be restored at the input of the display unit 15. To transmit this message via communication line 8, two sine waves are used in the form of harmonic components of a nonlinearly distorted signal. But since the spectrum width of the sinusoidal oscillation is extremely narrow, the bandwidth occupied by each channel will also be insignificant. Given the stability of narrow-band generator 3 and the real possibilities for the production of band-pass filters 4, 5, 10, and 11, it can be assumed that the transmission of one harmonic component requires a spectrum width ΔF _c = 100 Hz. In this case, the frequency bandwidth of one channel in the proposed multichannel signal transmission system will be ΔF _P = 2 · ΔF _s = 200 Hz, which is significantly less than the known analogues: 20 times compared with the multichannel transmission system K-60P (Technical description individual conversion racks SIP-60 K-60P. Px2.158.256.TO.) and 30 · M _hm times compared to the prototype (USSR Author's Certificate No. 873431, class H04J 1/20, prototype) (if the maximum frequency in the spectrum of the transmitted signal f _c = 3 kHz).

Уменьшение ширины полосы частот, занимаемой каждым каналом, позволит значительно увеличить число каналов в пределах общей полосы частот, отводимой на систему многоканальной передачи сигналов.Reducing the bandwidth occupied by each channel will significantly increase the number of channels within the total frequency band allocated to the multi-channel signal transmission system.

Claims

A multi-channel signal transmission system comprising, on the transmitting side, n circuits consisting of a signal sensor and a narrow-band generator, an adder and a transmitter, a communication line, and on the receiving side, a receiving unit and n circuits connected at the input, consisting of a narrow-band receive filter and an indication unit, characterized in that n narrow-band transmission filters and n additional transmission filters, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the adder, n amplifiers, the output of each of which are additionally introduced on the transmitting side s connected to the inputs of the corresponding narrow-band transmission filter and an additional transmission filter, the first input of each amplifier is connected to the output of the corresponding signal sensor, and the second input of the amplifier is connected to the output of the corresponding narrow-band generator, and on the receiving side, voltage dividers, the output of each of which is connected to the input of the corresponding display unit, n peak voltmeters, the input of each of which is connected to the output of the corresponding narrow-band reception filter, n additional peak voltmeters ditch, the output of each of which is connected to the second input of the corresponding voltage divider, the first input of which is connected to the output of the corresponding peak voltmeter and n additional reception filters, the output of each of which is connected to the input of the corresponding additional peak voltmeter, the inputs of n narrow-band reception filters and n additional filters reception combined and connected to the output of the receiving unit.