Системы передачи информации

      Дуже  перспективне застосування оптичних систем у кабельному телебаченні, що забезпечує високу якість зображення й істотно  розширює можливості інформаційного обслуговування індивідуальних абонентів. У цьому випадку забезпечується замовлена система прийому і надається можливість абонентам одержувати на екранах своїх телевізорів зображення газетних смуг, журнальних сторінок і довідкових даних з бібліотек, навчальних центрів, спеціальних центрів збереження інформації. Розвиток одержав відеотелефонний зв'язок, при якій абоненти зможуть не тільки чути, але і бачити один одного.

       Врахувати всі аспекти впровадження пристрою можливо використавши критерій узагальненої ефективності:

        ,  (3.1)

де  - ефективність пристрою за і-тим параметром;

  - ваговий коефіцієнт;

 n – кількість параметрів.

       Порівняємо  використання розроблюваної телевізійної системи зв’язку на базі ВОЛЗ, аналогової кабельної системи та цифрової системи Homework. Порівняння проведемо за такими критеріями:

• вартість;
• якісні характеристики;
• складність апаратури;
• надійність;
• масогабаритні показники.

       Таблиця 2.1 – Критеріальний аналіз

 

         Розрахунок показав, що у випадку коли не потрібно великого набору сервісних можливостей, а потрібно просто здійснити передачу телевізійних сигналів система, що проектується, має найвищі показники узагальненої ефективності, що робить актуальним її розробку.

 

        3 Аналіз сучасного стану розробок 

       Для передачі цифрових відеосигналів розроблено ряд стандартів, що передбачають різну  якість відтворення, різні швидкості передачі та методи кодування (табл. 3.1). 

     Таблиця 3.1 - Характеристики цифрових відеосигналів

       Основними видами телекомунікаційного сервісу, що працює з телевізійними та відеосигналами у нас час є:

• ефірне аналогове телебачення;
• кабельне аналогове телебачення;
• безпосередній прийом сигналів від супутників;
• відеофон;
• відеоконференції;
• цифрове ефірне телебачення;
• цифрове кабельне телебачення;
• інтерактивне телебачення;

       Використання  цифрових каналів дозволяє передавати будь-які сигнали (телебачення, звук, данні) по одних і тим же каналам. Тому у сучасних кабельних системах поряд з послугами різних телевізійних каналів надаються також й  інші можливості: відеоконференції, доступ до Internet на високих швидкостях тощо. Типовим представником таких систем є система Homework фірми ADC Telecommunications. Система надає такі послуги:

• телекомунікаційні послуги (телефонія, підключення до локальних і глобальних мереж, послуги Internet, виділені цифрові канали зв'язку до 2 Мбіт/с, відеоконференцзв'язок);
• інформаційні та розважальні послуги (60 каналів ефірного телебачення, 200 каналів „відео на замовлення", учбові програми, новини, відеобібіліотеки, інформаційні підбірки, художні фільми і т.д.);

- додаткові послуги (контрольні датчики пожежної і охоронної сигналізацій, контроль побутових приладів, віддалений контроль за об'єктами, розрахунково-касове обслуговування з банками, магазинами і т.д.).

       Елементи  архітектури Homework охоплює всі етапи доведення інформаційних каналів від головної станції через оптичні розподілювальні вузли до абонентів. Оптичні передавачі встановлюються на головній станції і перетворюють високочастотний електричний сигнал в оптичний з аналоговою модуляцією у діапазоні 50...750 МГц. Передача здійснюється на довжинах хвиль 1,33 мкм або 1,55 мкм з потужністю вихідного сигналу більше 10 дБм. Планується виготовлення економічних передавачів, заснованих на використанні потужного лазера з постійним випромінюванням і зовнішнім модулятором.

 

        4 Розробка структури системи  передавання 

       4.1 Розробка структурної схеми 

       Оптимальний синтез структури системи передавання  телевізійних сигналів на базі ВОЛЗ полягає у виборі оптимальних рішень із усієї сукупності можливих варіантів, що відповідають вимогам технічного завдання і є технічно реалізуємими на основі наявної елементної бази[3]. Відповідно до початкових даних систему необхідно реалізувати з частотним розіленням каналів за допомогою амплітудної модуляції. Для передачі отриманого групового сигналу за допомогою ВОЛЗ, доцільно використати цифровий вид модуляції для даного сигналу. В якості цифрової модуляції обираємо дельта-модуляцію. Для зменшення тактової частоти дельта-модулятора, використаємо дельта-модуляцію з миттєвим компандуванням з кроком . Структурна схема передавальної частини даної системи приведена на рисунку 4.1.1.

Рисунок 4.1.1 - Структурна схема передавальної  частини

       ФНЧ - фільтр низьких частот;

       AM - амплітудний модулятор;

       ГН - генератор носійної;

       СФ - смуговий фільтр;

       ДМ - дельта-модулятор;

       ЕОП - електронно-оптичний перетворювач.

       Структурна   схема   приймальної   частини    системи    передавання відеосигналів зображена на рисунку 4.1.2.

Рисунок 4.1.2 - Структурна схема приймальної частини

       ОЕП - оптоелектронний перетворювач;

       ДДМ - дельта-демодулятор;

       СФ - смуговий фільтр;

       АД - амплітудний детектор;

       ВП - відеопідсилювач. 
 

       4.1.1 Розрахунок верхньої частоти  групового спектру 

       В даній системі для зменшення  верхньої частоти групового спектру, доцільно  використати  амплітудну модуляцію  з частковим  придушенням нижньої бокової до рівня  1,25 МГц, аналогічно ефірному телевізійному стандарту. В такому випадку смуга частот модуляції буде складати.

         (4.1.1)

де  та - смуга частот нижньої та верхньої бокової відповідно.

       

       Для зменшення взаємного впливу каналів, а також для спрощення побудови смугових фільтрів, необхідно використати  захисну смугу між каналами. Захисну смугу приймаємо .

       Оскільки  носійна частота має перевищувати верхню частоту спектру модуюючого сигналу не менше, ніж втричі, то обираємо мінімальну носійну частоту  . Можемо знайти мінімальну частоту групового спектру із виразу (4.1.2).

         (4.1.2)

       

       За  формулою (4.1.3) знаходимо смугу частот групового спектру.

         (4.1.3)

       

       Із  виразу (4.1.4) визначаємо максимальну частоту групового спектру.

         (4.1.4)

         
 

       4.1.2 Розрахунок тактової частоти  дискретизатора 

       Для забезпечення необхідного відношення сигнал/шум на рівні 57 дБ необхідне  виконання умови (4.1.5).

         (4.1.5)

де  та – мінімальна та максимальна напруги вхідного сигналу дельта-модулятора. Оскільки , то із умови (4.1.5) можемо знайти мінімальну напругу вхідного сигналу дельта-модулятора, що відповідає виразу (4.1.6).

         (4.1.6)

       

       Частота дискретизації при дельта-модуляції  залежить від швидкості наростання вхідного сигналу та рівня квантування  сигналу по амплітуді, а також  кроку компандування.

       Максимальна швидкість наростання вхідного сигналу  відповідає максимальній частоті вхідного сигналу, і становить  в інтервалі від до для випадку гармонічного сигналу. Графічне зображення вхідного та оцифрованого сигналів показано на рисунку 4.1.2.

Рисунок 4.1.2 – Графічне зображення вхідного (а) та оцифрованого (б) сигналів 

       Із  рисунку 4.1.2 (б) бачимо, що за 5 кроків тактової частоти, оцифрований сигнал наростає до рівня .

       Відповідно  до вхідного сигналу, за формулою (4.1.7) знаходимо тривалість 5 кроків оцифрованого сигналу.

         (4.1.7)

       

       За  виразом (4.1.8) визначаємо тривалість одного кроку оцифрованого сигналу, тобто період дискретизації.

         (4.1.8)

       

       Тепер можемо знайти тактову частоту дискретизатора за формулою (4.1.9).

         (4.1.9)

         
 

       4.2 Вибір та обґрунтування елементної бази 

       Вибір елементної бази системи передавання  телевізійних сигналів будемо проводити  на основі оцінки смуги робочих частот елементів, величини їх потужності та інших електричних параметрів, а  також на основі техніко-економічних  показників та надійності елементної бази.