1.2 Формат команд ту-тс

Определим формат команд телеуправления и телесигнализации. Команды будем кодировать двоичным кодом с контролем на четность, что позволит обнаружить нечетное число ошибок в переданном сообщении.

Определим количество разрядов в составе команд телеуправления и телесигнализации согласно формуле (1.5).

, (1.5)

где скобки ] [ означают округление до ближайшего большего целого;

K — количество сообщений;

N — требуемое количество разрядов для кодирования K сообщений.

Для передачи 16 команд телеуправления понадобится N_ТУ = 4 разряда. Для передачи 16 команд телесигнализации так же понадобится N_ТС = 4 разряда. На синхрокомбинацию отведем 4 разряда, т.е. N_С = 4; обоснование данного выбора с точки зрения помехоустойчивости системы, а именно — вероятности формирования ложной синхрокомбинации, будет рассмотрено ниже. Для контроля четности выделим один разряд, т.е. N_К = 1. Согласно техническому заданию проектируемая система включает в себя 9 исполнительных пунктов и всего один диспетчерский пункт.

Следовательно, в проектируемой системе достаточно задать 9 адресов (каждому исполнительному пункту) для возможности обмена информацией между диспетчерским пунктом и исполнительными пунктами. Для передачи 9 адресов понадобится 4 разряда.

В итоге имеем, что формат команд как ТУ, так и ТС будет состоять из четырех разрядов синхрокомбинации; четырех адресных разрядов; четырех разрядов, содержащих команду телеуправления или телесигнализации и одного разряда для контроля четности.

Таким образом, число разрядов команды телеуправления n_ТУ =13, число разрядов команды телесигнализации n_ТС = 13.

Формат команд ТУ и ТС представлен ниже:

Формат команды ТУ

С

С

С

С

АИП

АИП

АИП

АИП

ТУ

ТУ

ТУ

ТУ

К

Формат команды ТС

С

С

С

С

АИП

АИП

АИП

АИП

ТС

ТС

ТС

ТС

К

где С — разряд синхрокомбинации;

АИП – разряды адреса исполнительного пункта (для команды телеуправления это разряды адреса исполнительного пункта, которому отсылается команда телеуправления; для команды телесигнализации – это разряды адреса исполнительного пункта, от которого поступает команда телесигнализации на диспетчерский пункт);

ТУ — разряды команд телеуправления;

ТС — разряды команд телесигнализации;

К — разряд контроля кода на четность.

1.3 Выбор синхрокомбинации

Согласно ГОСТ вероятность ошибки приема команды телеуправления или телесигнализации составляет:

P_{ОШ ПР КОМ} = 10^-21. (1.6)

Также согласно ГОСТ вероятность ошибки приема информационной части команды телеуправления или телесигнализации составляет:

Р_{ОШ ИНФО} = 10^-7. (1.7)

Тогда допустимая ошибка приема син хрокомбинации определяется следующим образом:

. (1.8)

Вероятность ошибочного приема информационной части команды телеуправления или телесигнализации Р_{ОШ ИНФО} и вероятность ошибочного приема элементарного сигнала связаны между собой следующим соотношением:

, (1.9)

где n – количество разрядов информационной части команды.

Общий формат команд телеуправления и телесигнализации представлен в пункте 1.2. Отсюда видно, что как для команд телесигнализации, так и для команд телеуправления n=9.

С учетом того, что множитель примерно равен 1, т.к. очень малая величина, то выражение (1.9) принимает вид:

. (1.10)

Находим отсюда вероятность ошибочного приема элементарного сигнала:

. (1.11)

. (1.12)

Определим количество разрядов n_СИНХР, отводимых под синхрокомбинацию и необходимых для того чтобы обеспечить допустимую вероятность ошибочного приема синхрокомбинации Р_{ОШ СИНХР} = 10^-14.

Вероятность ошибочного приема синхрокомбинации и вероятность ошибочного приема элементарного сигнала связаны между собой соотношением (1.13).

. (1.13)

Отсюда видно, что минимальное целое число, при котором будет выполнено равенство (1.13) равно 4 . Таким образом получаем, что количество разрядов синхрокомбинации равно 4, т.е.

. (1.14)

2 УСЛОВИЯ ПРИЕМА ЭЛЕМЕНТАРНОГО СИГНАЛА

2.1 Определение скорости передачи сигнала

Каждая структура сигнала оценивается временем передачи всех ее элементов ТС в отведенной полосе частот ΔF. При временном разделении элементов базового сигнала время передачи определяется следующим образом:

, (2.1)

где — длительность элементарной посылки, с;

— скорость передачи, бод;

— время распространения сигнала по линии связи длиной L со скоростью V;

n — количество разрядов в информационном слове.

В нашем случае

n = 13. (2.2)

L = 103 км. (2.3)

V = 3∙10⁴ км/с. (2.4)

Время распространения сигнала по линии связи:

. (2.5)

Согласно ТЗ имеем:

Т_С = 0,1с. (2.6)

Находим скорость передачи из выражения (2.1) и получаем:

. (2.7)

Используя стандартный ряд скоростей манипуляции выбираем ближайшую:

B = 200 бод. (2.8)

При этом время передачи команд ТУ и ТС согласно формуле (2.1) составит:

. (2.9)

Определим время передачи элементарной посылки:

₀ = 1/B = 1/200 = 5 мс. (2.10)

2.2 Спектр линейного сигнала

Рассмотрим спектр сигнала передаваемого по линии связи. Он должен удовлетворять следующим требованиям:

– ширина спектра не должна выходить за заданную полосу частот;

– параметры фильтра для выделения посылок должны быть физически реализуемы.

Первичный сигнал представляет собой последовательность прямоугольных импульсов длительностью t₀ и амплитудой А (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Прямоугольн ый импульс длительностью t₀ и амплитудой А

Рассчитаем спектральную плотность одиночного импульса:

. (2.11)

С учетом, что амплитуда импульса А=1, получаем:

. (2.12)

Спектральная плотность одиночного прямоугольного импульса представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Спектральн ая плотность одиночного прямоугольного импульса

Изобразим спектр амплитудно-манипулированного сигнала. Амплитудно-манипулированный сигнал представляет собой последовательность радиоимпульсов, разделенных паузами. Его можно рассматривать как произведение гармонического колебания с частотой ₀ и колебания в виде последовательности прямоугольных импульсов длительностью t₀ и амплитудой, равной единице.

При амплитудной манипуляции единица передается отрезком гармонического колебания, а нуль – сигналом постоянного тока с нулевым уровнем.

Амплитудно-манипулированный сигнал представлен на рисунке 2.3

Рисунок 2.3 – Амплитудно-манипулированный сигнал

В качестве несущей час тоты возьмем частоту, примерно расположенную посередине разрешенного диапазона частот:

F_НЕС = 2кГц. (2.13)

Для амплитудной манипуляции гармонического носителя эффективная ширина спектра определяется по формуле:

, (2.14)

где μ – коэффициент воспроизведения формы видеоимпульса, равный 0.8 … 1.5.

При μ = 1 получим: F_c = 2B = 2∙200 = 400 Гц.

Построим график спектральной плотности АМ сигнала при:

F_нес = 2 кГц, ₀ = 2F_нес = 12560 рад/с.

Одним из свойств преобразования Фурье является:

. (2.15)

_{С учетом выражения (2.12) получаем:}

. (2.16)

Спектральная плотность амплитудно-манипулированного сигнала представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Спектральная плотность амплитудно-манипулированного сигнала

3 Расчет помехоустойчивости системы

Помеха – посторонний электрический сигнал, который имеет параметры, соизмеримые с параметрами полезного сигнала.

Помехоустойчивость – в нутреннее свойство сигнала или системы противодействовать действию помех.

3.1 Помехоустойчивость при непрерывной (флуктуационной) помехе

Непрерывная (флуктуационная) помеха на выходе передатчика – такое воздействие на приемник, когда длительность воздействия мала, но оно очень частое.

Спектр их шире полосы пропускания приемника. Воздействия этих помех накладываются друг на друга.

Пусть s(t) – полезный сигнал;

b(t) – помеха;

c(t) – суммарный сигнал на входе приемника.

Тогда имеем:

c(t) = s(t) + b(t). (3.1)

В простом бинарном канале вероятность ошибочной регистрации символа определяется выражением:

Р_ОШ = P_П[Р₀Р(1/0) + Р₁Р(0/1)], (3.2)

где Р₀ и Р₁ – априорные вероятности передачи нуля и единицы;

Р(1/0) и Р(0/1) – вероятности сбой нуля и единицы;

Р_П = вероятность появления помехи.

Для шумовой помехи:

Р_П = 1. (3.3)

Полагаем, что:

Р₀ = Р₁ = 0,5. (3.4)

Таким образом, для в ероятности ошибочного приема имеем:

Р_ОШ = 0,5P_П[Р(1/0) + Р(0/1)]. (3.5)

Ошибочный прием при передаче нуля возможен в том случае, когда амплитуда помехи превысит пороговый уровень:

Р(1/0) = Р(В > А₀). (3.6)

В данном случае ошибочный прием при передаче единицы возможен тогда, когда амплитуда смеси сигнала с помехой окажется меньше порогового уровня А₀. Поэтому вероятность сбоя единицы равна вероятности того, что амплитуда смеси меньше величины порога, т.е.

Р(0/1) = Р(С < А₀). (3.7)

В соответствии с принципом регистрации сигналов имеем:

, (3.8)

где - закон распределения огибающей В (закон Рэлея).

σ – мощность шумовой помехи.

, (3.9)

где - закон распределения огибающей С смеси полезного сигнала s(t) и непрерывной помехи b(t) (закон Райса);

S_m – амплитуда полезного сигнала (на выходе передатчика);

²  дисперсия;