AC-DC и DC-DC преобразователи напряжения Top Power на складе ЭЛТЕХ
РадиоЛоцман - Все об электронике

Многоканальная одновременная передача цифровой информации по двухпроводной линии

- Томск

Предложен способ многоканальной одновременный трансляции цифровой информации от n источников по двухпроводной линии или радиоканалу. Для реализации способа использован входной формирователь импульсов, обеспечивающий соотношение амплитуд входных сигналов согласно ряду a2n–1, где a – постоянный множитель. Суммарный сигнал от формирователя импульсов поступает по двухпроводной линии передачи на приемное устройство. Приемное устройство представляет собой амплитудный анализатор, содержащий 2n–1 компараторов, к выходам которых подсоединен формирователь выходных сигналов, восстанавливающий вид исходных входных сигналов. Способ позволяет в n раз повысить пропускную способность двухпроводной линии передачи.

Вопрос повышения пропускной способности линии передачи информации остается актуальным на протяжении многих десятилетий. Для этого используется множество технических решений, имеющих как индивидуальные достоинства, так и определенные недостатки. Ниже рассмотрим способ кодирования совокупности входных цифровых сигналов для передачи их по двухпроводной линии, в том числе по радиоканалу, с использованием декодирующего устройства на стороне приема информации.

Устройство для реализации способа многоканальной трансляции цифровой информации по двухпроводной линии представлено в виде структурной схемы на Рисунке 1. Входные цифровые сигналы от нескольких источников, имеющие стандартные логические уровни, одновременно поступают на формирователь входных импульсов, позволяющий ранжировать эти сигналы по амплитуде с определенным шагом. Далее сформированные таким образом сигналы поступают через двухпроводную линию передачи информации на приемное устройство. Входной узел приемного устройства представляет собой амплитудный анализатор, позволяющий сортировать сигналы по их уровню. Далее сигналы с амплитудного анализатора поступают на устройство выборки – формирователь выходных импульсов, позволяющий восстановить форму и амплитуду исходных сигналов, поступающих на вход.

Структурная схема устройства для многоканальной трансляции цифровой информации по двухпроводной линии.
Рисунок 1. Структурная схема устройства для многоканальной трансляции цифровой информации по двухпроводной линии.

Значения уровней цифровых сигналов для n-канальной передачи данных по двухпроводной линии должны отвечать прогрессии, сумма двух или более членов которой не могут быть идентичны любому члену этой прогрессии.

Один из возможных вариантов такой прогрессии может быть выражен рядом N(n) = a2n–1, где a – постоянный множитель; n = … –4, –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4… – порядковый номер члена прогрессии. Например: при a = 1 и n > 0 N(n) = 1, 2, 4, 8, 16…

Сумма любого количества членов этой прогрессии при a = 1 и n > 0 составит ряд 1, 2, 3, 4, 5, 6, …

Для восстановления исходных сигналов на приемной стороне потребуется 2n–1 компараторов.

Вариант практического устройства для одновременной двухпроводной передачи цифровой информации от двух источников показан на Рисунке 2. Входной двухканальный формирователь импульсов выполнен на основе резистивных делителей R1–R7. Благодаря наличию этих делителей на резисторе R7 при подаче на вход UВХ1 цифрового сигнала с частотой f1 и амплитудой 10 В выделяется сигнал соответствующей частоты амплитудой 1 В. При подаче на вход UВХ2 цифровых сигналов частотой f2 и амплитудой 10 В на резисторе R7 выделяется сигнал соответствующей частоты амплитудой 2 В.

Устройство для одновременной передачи цифровой информации от двух источников по двухпроводной линии (растущий столбик). Нагрузочные резисторы компараторов, если они необходимы, не показаны.
Рисунок 2. Устройство для одновременной передачи цифровой информации от двух источников по двухпроводной
линии (растущий столбик). Нагрузочные резисторы компараторов, если они необходимы, не показаны.

Суммарный сигнал входных импульсов подается по двухпроводной линии на вход амплитудного анализатора на основе вертикальной линейки компараторов DA1.1–DA1.3, включенных по схеме «растущий столбик». При помощи резистивного делителя R8–R11 шаг переключения компараторов выбран в 1 В.

Сигналы с выходов компараторов амплитудой 10 В поступают на формирователь выходных импульсов – устройство сортировки выходных импульсов, выполненное с использованием транзистора VT1 и эквивалента логической схемы «2И» на диодах VD1, VD2 и резистора R14.

Если сигнал на входе амплитудного анализатора равен 1 В, переключается компаратор DA1.3, и сигнал с его выхода через резистор R12 и диод VD2 поступает на UВЫХ1. Если уровень входного сигнала равен 2 В, одновременно переключается уровень выходных сигналов компараторов DA1.2 и DA1.3. Сигнал с выхода компаратора DA1.2 поступает на затвор транзистора VT1, открывает его и запрещает прохождение сигнала от компаратора DA1.3 на выход UВЫХ1. В то же время сигнал с выхода компаратора DA1.2 беспрепятственно поступает на выход UВЫХ2.

Если уровень суммарного входного сигнала равен 3 В, одновременно переключают свое состояние все три компаратора. Однако прохождение сигнала с выхода компаратора DA1.3 на выход UВЫХ1 запрещено. Сигнал с выхода DA1.2 напрямую поступает на выход UВЫХ2, а сигнал с выхода компаратора DA1.1 поступает на выход UВЫХ1. Таким образом, сигнал на выходе UВЫХ1 полностью повторяет входной сигнал, наблюдаемый на входе UВХ1; а сигнал на выходе UВЫХ2 полностью идентичен входному сигналу, регистрируемому на входе UВХ2.

Схема устройства для одновременной передачи цифровой информации от трех источников цифровых сигналов представлена на Рисунке 3. Схема отличается тем, что компараторы с использованием выходных логических элементов «Исключающее ИЛИ» работают в режиме бегущей точки, т.е. по мере повышения уровня входного сигнала на выходах логических элементов DD1.1–1.4, DD2.1–DD2.3 уровень логической единицы последовательно перемещается по вертикали с ростом уровня входного сигнала.

Устройство для одновременной передачи цифровой информации от трех источников по двухпроводной линии (бегущая точка). Нагрузочные резисторы компараторов, если они необходимы, не показаны.
Рисунок 3. Устройство для одновременной передачи цифровой информации от трех источников по двухпроводной
линии (бегущая точка). Нагрузочные резисторы компараторов, если они необходимы, не показаны.

Формирователь уровней выходных сигналов выполнен с использованием диодов VD1–VD12. Выходные восстановленные сигналы можно непосредственно снимать с резисторов R17–R19, однако для повышения нагрузочной способности использованы элементы «2И» DD3.1–DD3.3. В этих же целях могут быть использованы обычные повторители напряжения. Как и в предыдущем случае, шаг переключения компараторов составляет 1 В.

В Таблице 1 показано, как изменяется высокий логический уровень на соответствующем выходе амплитудного анализатора при нормированных уровнях входных сигналов: a = 1 В, b = 2 В и c = 4 В.

Таблица 1. Суммирование уровней входных сигналов
при различном их сочетании
UВХ a = 1 b = 2 c = 4
1 *
2 *
3 * *
4 *
5 * *
6 * *
7 * * *
* Высокий логический уровень на соответствующем выходе
   устройства.

На Рисунке 4 графически представлена динамика процессов, наблюдаемых в различных точках устройства, наглядно отображающая процесс восстановления уровней входных сигналов на его выходах.

Диаграммы цифровых сигналов, снимаемых раздельно с выходов формирователя входных ранжированных сигналов (a = 1, b = 2 и c = 4 В); их суммарный вид во времени (Z) и вид восстановленных цифровых сигналов (A, B, C) на выходах устройства.
Рисунок 4. Диаграммы цифровых сигналов, снимаемых раздельно с выходов
формирователя входных ранжированных сигналов (a = 1, b = 2 и c = 4 В);
их суммарный вид во времени (Z) и вид восстановленных цифровых
сигналов (A, B, C) на выходах устройства.

Представленные на Рисунках 2 и 3 схемы устройств для одновременной трансляции двух или трех сигналов по одной линии позволяют, соответственно, в два или в три раза повысить пропускную способность этой линии.

Последующее увлечение пропускной способности ограничено растущий сложностью декодирующего устройства. Так, например, для передачи по двухпроводной линии сигналов от четырех источников информации потребуется уже 15 компараторов и множество иных компонентов, а для передачи сигналов от пяти источников – 31 компаратор.

Для многоканальный передачи цифровой информации может быть использована не только проводная линия, но и радиоканал.

ТМ Электроникс. Электронные компоненты и приборы. Скидки, кэшбэк и бесплатная доставка
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • Вот работа Байтового двунаправленного шинного формирователя на работу на длинную выходную линию по приему или выдачи информации. Микросхема 74НС245. Аналог 555АП6
  • Даташит на 74НС245
  • [b]SergeyRJ[/b], Так что не выдумывайте. Все уже давно сделано как бороться с помехами при передаче и приему данных. И какими проводами или кабелями они передаются.
  • Речь идет именно об увеличении разрядности данных переданных за один импульс посредством ацп и цап-ов, что в принципе имеет место быть. Но нюансы с падением напряжений (из-за собственного сопротивления провода), помехами неизбежно суммирующихся с напряжением сигналов и которые необходимо фильтровать, создают сложности. Вот и возникает вопрос о целесообразности. И даже если использовать сверхпроводник (не имеющий сопротивления провод), прийдется учитывать его сечение расчитывая нагрузку, т.к. низкие напряжения и токи в сверхпроводнике возможно и не будут иметь падения, но "впихнуть" в него суммарную массу электронов превышающую сечение этого сверхпроводника вряд-ли получится, да и скорость электронов останется известной. и даже имея опыты с синхрофазатроном, разогнать что-либо выше скорости света еще никому не удалось, насколько мне известно.
  • Ослабление сигнала есть даже на интернет кабелях. А это те же витые пары в экранной оболочке. Обычные медные проводники. Такие же и телефонные кабели устроены. В инет кабелях есть ограничения по длине. Зависит от марки кабеля. Но кроме того есть еще оптоволоконные кабели и просто провода. Они работают с лазерными излучателями. А на приемниках стоят оптроны. Частоты передач там большие. Длина этих кабелей очень большие. Ослабления там минимальные. Кроме того они не бояться эл. магнитных помех. Так как физический принцип передачи у них другой. Вообще вся интернет сеть и работает по оптоволокну. А эти проволочные инет кабели уже идут до наших компов. Это вторичные цепи.
  • Кстати я проводил как то давно эксперименты с этим опто волокном. У меня последнее место работы было связано с лазерами где и сделали первый полупроводниковый лазер. Там же было еще институт прямо на нашей территории где создавали эти оптоволоконные лазерные системы связи. Много знакомых там сейчас работает. Так вот бухта этого оптоволокна 150м. Тонкий такой и в середине оптический канал. Кабель очень гибкий. Направлял на один конец в канал луч лазера от лазерной указки а на другом конце ставил фотодиод и схему усилителя сигнала. Мгновенно срабатывала. Потом делал длинные самодельные оптроны до 30см. Излучатель был в одном месте а приемник в другом. Даже на американском осциллографе я не мог увидеть задержи у кабеля при вкл и выключении лазера.
  • Без сомнений оптоволокно по скорости, и помехозащищенности превосходит обычный провод, возможно где-то, и радиосигнал. Так же и цифра заметно улучшила качество связи ввиду большей помехозащищённости в сравнении с аналоговым сигналом подверженному суммированию-вычитанию наводок. Особенно хорошо это понимают любители музыки, когда вроде и провода экранированные, а помехи чем длиннее провод тем больше.
  • радиоканал подвержен помехам сильнее, чем проводной.
  • Тут много от чего зависит. Как по радиоканалам так и по проводным. Во первых длина проводников на проводных, на чем сделано выход сигналов и вход на приемник. Какими маркими проводов. Пакетные частоты. Если это например кодированная информация. По радиоканалам то же самое. Для примера авионика у гражданских самолетов. Там гигагерцовые закодированные радио сигналы. Которые могут вести самолет полностью с земли - полный режим автопилота. Там РЛС с земли установлены по зонам маршрутов бортов. То есть с минимальными расстояниями. Во время полета самолет меняет эшелоны по высоте. Там много зон и в каждой свои РЛС с управлением диспетчерами. Это аварийный режим и применяется редко. Сейчас на гражданских самолетах стоят несколько компов связанных между собой. В них заложена программа всего маршрута полета. И вдруг меняются метео условия - где то большой грозовой фронт. И тут уже пилоты сами выводят борт на нужный эшелон в обход этого грозового фронта. Вот вам и пример помеха защищенной связи. А есть просто военные радиостанции работающие через спутники ретрансляторы. В них заложена во первых защита от прослушивания путем кодирования полезного сигала а на приемнике на земле декодирования этого сигнала. Кроме того там закрытые диапазоны частот связи. Ни какими радио помехами до них не добраться. А проводная меж платная передача данных идет на известных микросхемах шинных формирователей. Их большой выбор. Ну опять же эти расстояния не большие. Пример инет кабель. 100 метров максимум не более. Или возьмите к примеру старый порт LPT у компов. Через них делали раньше управление станками. Там были эти шинные формирователи и длина кабеля от компа до станка была не более 3-4 метров.
  • Программа реального активированного моего LPT порта. На одном из моих компов с этим портом. Пожалуйста - передавай любую информацию хоть последовательную или параллельную на реальные устройства и прямо например с программы протеус. Он имеет такой же порт. Ставь с разъема порта согласующую плату с шинными формирователями и управляй чем хочешь. Можно шиммирование делать по выходам. Сверху логическая индикация состояния пинов ( контактов разъема ) порта.
  • в авиации и радио понимаю немножко больше чем может показаться. представь - имеется приемопередающая аппаратура (самодельная) на любительский 6см диапазон. а еще лунные связи (с отражением от луны). и все с обязательным подтверждением от корреспондента.
  • [b]Aleksandr52[/b], LPT уже давно не встраивают в компьютеры, зачем вы в каждой теме вытаскиваете на свет всяких динозавров прошлого?
  • Согласен. Везде есть свои плюсы-минусы. Отсутствие проводов уже большой плюс. Поэтому проверку переданных данных стараются применять где это возможно, например передают один и тот же пакет три раза, сравнивают, и только при совпадении записывают, иначе передают еще раз это же пакет три раза и сравнивают.
  • Да это понятно что их давно не ставят в компы. Хотя я помню было у производителей компов было напутствие от покупателей опять их ставить. Сейчас идет все по USB порту. Но много еще и работают до сих пор эти LPT порты. У нас просто все идет из древности.
  • Я про другое. Про надежность в управлении авиации. Там эти системы работают очень четко по приему и выдачи инфы и именно по радио каналам. Там надо во первых мгновенно смотреть например за эшелонами проходов бортов точно по времени - а проходит там много бортов по одним и тем же эшелонам. Проходы могут быть и встречные для двух бортов. И все это надо мгновенно рассчитать и передать. Все это выводиться на мониторы у диспетчеров в их зонах слежения. Вся обстановка в небе по бортам. Меняется она быстро. Представьте себе сбой при работе. Там все предусмотрено и отлажено. А все эти самоделки это для любителей. Кроме того там есть запрещение по диапазонам по СВЧ для любителей где им запрещено работать. Да и мало кто вообще работает на этих частотах. Аппаратура нужна другая. Ее просто в любительских условиях не сделайте. Я просто знаю что такое большие СВЧ диапазоны. И знаком на каких частотах работает авиация и не только гражданская.
  • [b]Alexandr111[/b], Так что полностью рано еще списывать этот порт. Есть даже интерфейсы сопряжения USB c LPT.
  • а я вот больших СВЧ диапазонов не знаю. и больших УКВ или КВ диапазонов тоже не знаю, потому как больших или малых не существует. но вот это со стены перед РСТ. напоминалка для быстрого перехода на нужный поддиапазон.
  • Ну как же так вот готовый радио модуль. Передатчик - приемник на FM диапазон 433 Мгц. Он 520 рубл. стоит. Работают в различных охранных системах. Где то я видел еще модули с несущей 120 Мгц. Это выше чем частоты FM радио приемников 72- 108 Мгц. И работают эти модули прекрасно без помех. На СВЧ диапазоны тоже существуют. Только там сложнее и много дороже. Все есть. [url]https://wireless-e.ru/components/ad6676/[/url]
  • [b]spasatell[/b], А сам генератор несущей для перекрытия всего FM диапазона делается на одном полевом транзисторе и перекрывается одним подстроечным конденсатором. По схеме трехточки. Добавляется еще схема модулятора и получается либо радио жук или радио микрофон с приемом на приемник с FM диапазоном. Вот вам и простейшая односторонняя радио связь.Можно при желании сделать и дуплексный режим. И передавайте что хотите. Хоть цифровой сигнал или аналоговый в виде речи.
  • Например вот такой. Генератор всего FM диапазона с высоким кпд от 3 в. На биполярном. На полевом есть мощнее с питанием 12в.
Полный вариант обсуждения »