Передача данных по радиоканалу оборудование. Система передачи данных по радиоканалу

Для передачи данных по каналам связи используют модемы, преобразующие цифровые сигналы из кодовой посылки в сигналы спектр которых нормирован и ограничен для телефонных модемов полосой 300 – 3400 Гц. В радиосвязи эта граница может быть различной, но для стандартных связных приемопередатчиков с шагом каналов 25 кГц полоса также ограничена пределами 300 – 3400 Гц. Однако для представления информации в телефонных модемах можно использовать как амплитудные, частотные так и фазовые вариации при том, что каждая из них может быть многоуровневой. При передаче по радиоканалу использовать одновременно АМ, ЧМ и ФМ невозможно, поэтому в радиомодемах используется либо ЧМ, либо ФМ, но очень редко АМ.

Виды модуляций:

  • FSK –
    • управление сдвигом частоты;
  • MFSK – (multilevel)
    • управление многоуровневым сдвигом частоты (количество частот 4,8, … );
  • CPFSK
    • – сдвиг частоты с непрерывной фазой;
  • MSK –
    • минимальный сдвиг частоты;
  • GMSK –
    • минимизированный по Гауссу сдвиг частоты; – модуляция частоты временем; – фазовый сдвиг; – квадратурный фазовый сдвиг;
  • DQPSK
    • – дифференциальный квадратурный фазовый сдвиг;
  • p /4 DQPSK
    • – дифференциальный квадратурный фазовый сдвиг со значением сдвига p /4; – квадратурная амплитудная модуляция. сигнал

    Передача “0” на частоте

    f 1 и “1” на f 2

    Рисунок 13

    Переход с “1” на “0” и “0” на “1” приводит к разрыву фазы сигнала, что в свою очередь приводит к неоправданному

    расширению спектра сигнала. Подобные методы модуляции используются только низкоскоростными системами передачи данных, например, в системе ГМССБ (Глобальная международная система спасения бедствующих) где передача идет со скоростью 300 Бод с частотой f 1 = 1750 Гц и f 2 = 1080 Гц. сигнал

    По сравнению с

    FSC является более выгодным (с позиции спектра сигнала) поскольку непрерывная фаза предполагает незначительное расширение спектра выходного сигнала.

    Рисунок 14

    Но непосредственная модуляция частот ВЧ колебаний с другой стороны требует непосредственного вмешательства в работу передатчика с необходимостью калибровок модуляционной характеристики, соответственно передатчик должен быть специализированным.

    сигнал

    Для данных сигналов вводится понятие индекс:

    где D

    f=f 1 -f 2 ;

    1/Т – скорость передачи символов (Бит/с для двухуровневой системы или Бод)

    Стандарты:

    Стандарт

    Частоты f 1 и f 2 , Гц

    Разница частот D f, Гц

    Скорость передачи

    Рисунок 15

    Как видно на рисунке 15 произошло слитие фаз за счет кратности частот. В отличие от сигналов

    FSC и CPFSC где колебания f 1 и f 2 и входной модулирующий сигнал были абсолютно не симметрированы в MSK модуляции необходимо обеспечить жесткую синхронность входной последовательности данных и формируемых колебаний с частотами f 1 и f 2 значения которых приведены в таблице (выше). Только в этом случае синусоиды с различными частотами оказываются “сшитыми” в точках перехода напряжения через 0. При этом скачки фазы отсутствуют и спектр такого сигнала оказывается ограниченным, и можно считать, что ширина спектра » скорости передачи.

    Формировать MSC колебания можно только с применением цифровых методов. Примерная структура формирователя

    MSC сигнала изображена на рисунке 16. Счетчик двоичный суммирующий осуществляет перебор своих состояний по линейно нарастающему закону, который с помощью дополнительной ПЗУ может быть преобразован в синусоидальный. Логическая схема, входящая в состав счетчика формирует сигнал синхронизации, который может быть сформирован либо по окончанию периода счета счетчика, для частоты f 2 (нижней частоты) либо по окончанию двух периодов для частоты f 1 (верхняя частота), только наличие импульсов синхронизации обеспечивает синхронную возможность изменения модулирующего уровня, что в конечном счете приводит к формированию колебаний с нулевым фазовым сдвигом. Фильтр НЧ (на схеме не показан) включенный на выходе ЦАП устраняет ВЧ составляющие спектра, обеспечивая получения сигнала, близкого к синусоидальному.

    Рисунок 16

    Демодуляция

    MSK сигнала

    Основная проблема демодуляции

    MSK сигналов заключена в том, что необходимо принимать решения о передаче “0” или “1” за половину периода следования сигнала MSC , что исключает принцип включения в тракт демодуляции узкополосных фильтров, выделяющих частоты f 1 и f 2 , амплитудные детекторы и т.д. Т.к. введение узкополосного фильтра предполагает наличие в сигнале квазистационарного процесса (100 … 1000 периодов) поэтому только цифровые методы анализа сигналов, использующие распознавание перехода через 0 входного сигнала в состоянии решить эту проблему .

    Структурная схема декодирующего устройства:

    Рисунок 17

    Обозначение на рисунке 17:

    • Ф1 – входной полосовой фильтр, выделяющий сигналы в полосе частот MSK сигнала, тем самым искусственно повышается отношение сигнал/шум;
    • ДП0 – детектор перехода через 0. Фиксирует переход через 0 входной последовательности
    MSK сигнала, формируя на выходе запускающие импульсы для ждущего мультивибратора;
  • ЖМВ – ждущий мультивибратор;
  • ВД – временной дискриминатор, распознающий длительности импульсов;
  • Ф2 – фильтр НЧ, отсекающий ВЧ составляющие спектра;
  • К1 – компаратор, формирующий выходные данные;
  • СП – счетчик переходов;
  • И – интегратор;
  • К2 – компаратор, формирующий сигнал
    • CD (carrier detect – обнаружение несущей );
  • ЦФАПЧ – цифровая схема фазовой автоподстройки частоты;
  • ТЗ – триггер – защелка.

    • Каждый импульс, запускающий ЖМВ, формирует на выходе импульс сторого определенной длительности которая зависит от скорости передачи (1200, 2400, 4800). Причем каждый импульс запускает ЖМВ по новой, отменяя предыдущее состояние. Т.е. если передается одна последовательность MSK сигнала с большим периодом следования, то на выходе ЖМВ наблюдаются переходы в 0 с периодом следования импульсов, равным полу периоду НЧ-ого

    MSC сигнала. Если на входе демодулятора присутствует ВЧ MSK сигнал, то импульсы следую очень часто, каждый раз запуская ЖМВ заново в результате переходов через 0 на выходе ЖМВ не наблюдается соответственно можно принять решение о передаче другого символа. ФНЧ (Ф2) и компаратор К1 решают эту задачу формируя на выходе “0” в первом случае и “1” во втором.

    На выходе компаратора К1 имеется асинхронная последовательность данных, обусловленная тем, что на вход устройства помимо

    MSK сигнала воздействуют также различные шумы и помехи. Если эту последовательность данных подать на ЦФАПЧ можно получить стабильные во времени импульсы синхронизации, и с помощью триггера-защелки получить таким образом синхронную последовательность данных DATA-S . Особое место в в демодуляторе сигналов занимает процесс распознания несущей CD . Счетчик переходов подсчитывает все переходы через 0 на некотором временном интервале, формируя на выходе напряжение, пропорциональное количеству подсчитанных переходов. Интегратор усредняет это напряжение и компаратор К2 принимает решение по этому сигналу, формируя на выходе логическую единицу если количество переходов близко к ожидаемому. Либо формирует логический ноль, если число переходов значительно больше, в случае воздействия шумов, либо существенно меньше, в случае отсутствия MSC сигнала. Сигнал CD необходим для подтверждения достоверности детектируемых данных, если сигнал CD не активен, то выходные данные воспринимаются как воздействие шумов. При активном сигнале CD данные считаются достоверными. Сигнал CD может также использоваться для активизации всей системы обработки данных, которая по соображениям энергосбережения может быть переведена в режим ожидания (SLEEP, STANDBY).

    Формирование минимизированной по Гауссу последовательности (

    GMSK)

    Рисунок 18

    Передавать цифровые данные по радиоканалу можно подавая непосредственно последовательность цифровых данных на модулятор ЧМ передатчика, однако даже при малой девиации частоты, которая составляет несколько Гц, спектр сформированного колебания будет крайне широк, это обусловлено крутыми фронтами переходов из одного логического состояния в другое. Управлять частотой задающего генератора можно только пропустив входную последовательность данных через фильтр, нормирующий спектр. В качестве такого фильтра используется Гауссовский фильтр.

    Для определенности введено произведение ВТ, характеризующее частотные свойства фильтра:

    ,

    где Т – скорость передачи символа;

    В – полоса.

    GMSK сигналах приняты следующие значения ВТ: 0,3 и 0,5.

    Модем для сигнала, минимизированного по Гауссу

    Передача

    GMSK сигналов предполагает непосредственное воздействие прошедших через Гауссовский фильтр цифровых сигналов на частотно-задающие схемы. Передатчик не может быть стандартным. При этом к тракту передачи (приема) выдвигаются дополнительные требования:
    • полоса пропускания тракта модуляции должна быть расширена вниз вплоть до постоянного тока, что затрудняет построение усилительных трактов, предъявляет повышенные требования к стабильности и линейности ЧМ и ЧД, характеристики которых должны быть строго нормированы. Любые несоответствия частот приема и передачи приводят к появлению ошибок. АЧХ и ФЧХ тракта передачи и тракта УПЧ должны быть линейны.

    Одним из способов решения проблемы передачи НЧ составляющих является рандомизация сигнала:

    Рисунок 19

    ПСП – генератор псевдослучайной последовательности. Сигнал, передаваемый по каналу связи свободен от постоянной составляющей, поскольку даже последовательность 11111111111…. После сложения по модулю 2 с сигналом ПСП становиться случайным, восстановить исходную последовательность можно сложив по модулю 2 принятую последовательность с точно таким же сигналом ПСП. Основная проблема состоит в синхронизации генератора ПСП. Схемное решение представленное на рисунке 19 позволяет получить самосинхронизирующуюся псевдослучайную последовательность на приемном конце т.к. ядро генератора ПСП в обоих точках одинаково. Важно при этом, чтобы тактирующие импульсы в обоих точках следовали с одинаковой частотой. На приемном конце тактирующие импульсы вырабатываются цифровыми системами ФАПЧ по аналогии с демодуляторами

    MSC рассмотренными ранее.

    В этом проекте мы будем отправлять и получать цифровые данные с помощью 433 МГц передатчика и приемника на базе модулей Linx. Если кто-то из начинающих радиолюбителей прочитав о таких "страшных" частотах сразу заскучал, представив себе сложную схему - спешим заметить, что проще схемы нету, и собрать её легче чем, допустим, усилитель на TDA2003. На следующих рисунках показана первая часть проекта - сборка модулей на печатных платах и создания ВЧ-связи между ними.

    Linx модули представляют из себя гибридные микросхемы, смонтированных на маленьких платах, предназначенных для поверхностного монтажа уже на основной большей плате. Сама ВЧ-часть делается на отдельной печатке, остальная часть схемы, для испытаний и наладки может быть на любой макетной плате.

    Передающая часть состоит из мультивибратора на основе таймера 555. Он генерирует импульсы с периодом 1 сек, которые передаются. Передатчик питается от одной батареи АА и использует DC/DC преобразователь MAX756, что работает в повышающем режиме для преобразования батареи 1,5 В в напряжение 3,3 В, необходимое для передатчика. Можно не усложнять и сразу запитать нужным вольтажом. Приемник работает от двух 1,5 В батареек. Он получает импульсы посылаемые с передатчика и от этого мигает светодиод. Это наш первый простой тест с ВЧ каналом.

    Схема передатчика и приёмника

    Оборудование с такой схемой обеспечивает стабильный прием сигналов на 100 метров с помощью передатчика, расположенного в доме.

    Разработка коммуникационного протокола

    Проблема, с которой мы сталкивались в представленном выше эксперименте в том, что радиочастотный канал заполняют другие сигналы, поэтому TX модуль принимает что-то даже если TX модуль выключен. Следовательно, нам нужен способ различать наши сигналы и чужие. Мы можем различить появление нужной передачи 0 и 1, направив пакет тонов различной длительности. После многочисленных экспериментов был выбран 250 мксек период для последовательной передачи данных. А 0 и 1 сигналы устанавливаются 150 мксек и 200 мксек, соответственно. Таким образом 1 байт, отправленный TX модулем предшествует 400 мксек синхронизирующего импульса. На рисунке ниже показана осциллограмма, отправления байта 00110100.

    PIC программа для TX модуля здесь. Программа начинается примерно через 2 сек задержка, которая необходима для предотвращения отправки случайных данных сразу после включения питании. TX модуль питается от одной батареи АА, чье напряжение поднимается до 3.3 В микросхемой MAX756.

    Передающая часть

    Приемник является чуть более сложным. Он также работает на MAX756, которое преобразует 1,5 В АА батареи в 5 В. На 330 Ом резисторе падает напряжение до 3 В. Можно, конечно, поставить MAX756 в 3,3 В режиме, но нам нужно 5 В для запитки других устройств, подключенных к модулю приемника.

    Приёмная часть

    Приемная программа реализована в виде конечного автомата с двумя состояниями. State0 является стартовой. В этом состоянии мы дожидаемся синхронизации импульсов. Вначале компаратор PIC указывает на передачу. После этого мы измеряем длину полученного импульса. Если она значительно ниже - его игнорируют и схема остаётся в том же состоянии в ожидания очередного импульса. Пороговое значение установлено экспериментально и является оптимальным.

    Как только нужный синхроимпульс получен, двигаемся к state1. В этом состоянии мы получаем 8 бит и можем скомпоновать их в байте. Переход в это состояние возможен только если передатчик посылает достаточно долго синхронизирующий сигнал. После измерения длины полученного импульса мы сравниваем ее с порогом. Если импульс слишком короткий, удаляем его и возвращаем обратно state0. В противном случае, проверяем длительность импульса против другого уровня, чтобы различить его между 0 и 1. В результате полученный бит хранится в виде с-бита в регистре статуса и используя сдвиг влево включаем его в байт. После приема 8 бит мы вернемся к state0 и процесс повторяется.

    Чтобы проверить, что действительно получен байт, который был послан передатчиком, заставим мигать светодиод соответствующее число раз (4 раза в текущей настройке). После этого ждем около 2 сек и возвращаем обратно state0 получать очередной байт.

    Реализация десяти импульсного кодирования данных

    Недавно мы обнаружили очень полезный коммуникационный протокол, который значительно снижает энергопотребление передатчика. Это 10-импульсное кодирования данных, которое использует интервалы между короткими импульсами для кодирования нулей и единиц в байте. Таким образом, передатчик должен излучать только во время импульсов, что значительно увеличивает срок службы батареи. Кроме того, приемник может автоматически адаптироватся к скорости передачи данных. Мы взяли в качестве прототипа программу, разработанную для аналогичного проекта от одной известной фирмы. Схемы почти такие же, как и в предыдущих экспериментах и используют двухпроводный интерфейс для ЖК-модуля, для отладки. Передатчик посылает текстовую строку при нажатии на кнопку и эта строка отображается на дисплее на стороне получателя.


    Схемы TXM и RXM 433

    Важный вопрос состоит с шириной импульса, которую следует использовать. После многочисленных экспериментов мы пришли к значению 100 мкс, что соответствует примерно 5 кБит/сек скорости на максимальной 10 кБит/с, которую поддерживает модуль передатчика. Получается, что уменьшение длительности импульса в 2 раза приводит к менее уверенному приему. Также, в диапазоне 433 МГц имеется немало шумов в виде нескольких хаотических импульсов на выходе приемника. Дальнейшее уменьшение ширины импульса делает трудным различие между сигналом и шумом. Таким образом, добились хорошего баланса между чувствительностью приемника и фильтрацией шумов.

    Программа для передатчика начинается с того, что после нажатия кнопки передатчик будет вызван из спящего состояния и отправлен обратно в сон после передачи данных. Это значительно снижает энергопотребление модуля. Текущие настройки обеспечивают зазоры между импульсами для передачи 0 и 1 810 мксек и 1890 мксек, соответственно, в то время как эталонный зазор - шириной 1350 мксек. Таким образом передача одного байта колеблется между 7.8 и 15.1 мсек, в результате чего скорость передачи данных примерно 66 и 128 байт/сек. Этого более чем достаточно для большинства дистанционно управляемых устройств.

    Радиолиния была проверена путем размещения блоков в помещениях, расположенных на разных этажах частного дома с расстоянием 50 метров. Прием испытательного сигнала был стабильный и без ошибок.

    Одноканальный пульт дистанционного управления

    Сейчас мы попробуем реализовать 1 канал управления при наличии различных помех. Для этого устанавливаем передатчик в режим генерации симметричных квадратных импульсов, период которого регулируется переменным резистором. Он подключен к PIC входу АЦП и напряжение преобразуется как параметр задержки. Период модулирующего сигнала может быть настроен с шагом в 100 мксек начиная от 500 мксек и до 255х100+500 = 26 мсек, что соответствует полосе модулирующих частот от 2000 Гц до 30 Гц, соответственно.

    Схема передатчика на одну команду

    Приемник позволяет регулировать чувствительность приема сигнала и настроиться на конкретную частоту модуляции. Он использует аналоговый выход. Напряжение на этом выходе пропорционально уровню сигнала. Когда нет сигнала, постоянное напряжение на этом выходе составляет около 1.1 В. это напряжение поступает на неинвертирующий вход встроенного в микроконтроллер компаратора. Инвертирующий вход этого компаратора подключенный к правому (по схеме) переменнику. Напряжение на этом входе должно быть немного больше, чем на неинвертирующем и оно определяет чувствительность системы. На выходе компаратора считывается код и длительность импульсов на его выходе измеряется в единицах, чье числовое значение задается левым (на схеме) подстроечником. Он соединён с АЦП. Таким образом вся система может быть настроена для реагирования на частоту модуляции, и больше ни на какие другие частоты. Следовательно, он работает как частотный селективный фильтр, настроенный переменным резистором.

    Схема приёмника на одну команду

    При настройке системы сначала выбирает частоту модуляции в передатчике. После этого настраивают приемник, медленно вращая переменник влево. Обе ручки должны быть в примерно одинаковом положении для синхронизации. Файлы проекта в общем архиве .

    Обсудить статью ПЕРЕДАЧА ЦИФРОВЫХ ДАННЫХ ПО РАДИОКАНАЛУ

    Это удобно, повышает безопасность, позволяет решать самые разнообразные задачи, в том числе контролировать ход производственных процессов и работу оборудования.

    Именно в последних случаях часто приходится устанавливать в точках, значительно удаленных не только от проводных сетей связи, но зон покрытия мобильных операторов.

    Сегодня только видеонаблюдение по радиоканалу может предложить огромную дальность связи, при этом позволяя устанавливать транслятор и приемник в условиях сложного рельефа.

    Особенности радиорелейной связи в системах видеонаблюдения

    Когда вспоминается радиорелейная связь — людям с техническим образованием приходят на ум громоздкие, высокие вышки, мощнейшие усилители и огромные расходы энергии. Сегодня это совсем не так.

    Радиорелейные системы связи для решения задач видеонаблюдения, это:

    1. достаточно компактные и умеренно ресурсоемкие инженерные решения;
    2. возможность устанавливать трансляторы и приемники на крышах, любых опорах;
    3. оптимальное планирование инженерного решения станции передачи и приема, с устройствами наружного исполнения и оборудованием смешанного типа, с разделением функциональных узлов с возможностью их удобного размещения.

    Организация радиорелейной связи имеет одно обязательное условие. Приемник и передатчик должны находиться в прямой видимости.

    Кроме этого, при настройке канала передачи данных необходимо тщательное взаимное позиционирование антенн для получения стабильного сигнала и максимальной скорости трансляции.

    Используемое оборудование

    Если речь идет о передаче сигнала с сильно удаленных точек — необходимо проводить достаточно сложные работы установки профессионального оборудования и его настройки.

    Сегодня для радиорелейных систем, чтобы эксплуатировать видеонаблюдение без проводов на больших расстояниях, используются:

    • системы на оборудовании, использующем технологию передачи PDH. Образовываемые каналы считаются низко и среднескоростными. При этом стоимость необходимых устройств — достаточно доступна, а требования к условиям установки трансмиттера и приемника не отличаются строгостью;
    • системы на технологии SHD — позволяют сформировать скоростные каналы. К примеру, с использованием оборудования уровня STM-16 видеопотоки можно транслировать со скоростью до 2.5 Гбит/с.

    Все используемое для радиорелейной связи оборудование подразделяют на канальное (Half-Duplex) и магистральное (Full-Duplex).

    При этом для нейтрализации помех, повышения устойчивости радиоканала в системах передачи используются сложные протоколы резервирования и формирования избыточности.

    Однако сложное оборудование не всегда нужно среднестатистическому пользователю.

    Видеонаблюдение без проводов готовые комплекты — предлагается в нескольких вариантах:

    1. как набор устройств, позволяющих сделать камеры видеонаблюдения без проводов из обычных, с передачей данных радиоканалом;
    2. как готовый комплект оборудования, где камеры, а иногда и — оснащены трансмиттерами, приемниками данных по радиочастотному сигналу.

    Однако стоит помнить, что бытовое видеонаблюдение по радиоканалу комплект — очень капризное решение, с точки зрения среднестатистического пользователя.

    Оно разработано для передачи сигнала на малые расстояния. Например, это может быть приемлемым вариантом для автомобиля, позволяя владельцу без технических навыков быстро ввести видеонаблюдение в строй.

    Однако в доме, особенно с множеством стен и перегородок — над размещением камер придется подумать, а в некоторых местах сигнал просто не сможет пробиться через препятствия. То же самое можно сказать об охвате территории — с удаленных точек передача данных затрудняется.

    Дальность передачи

    Высокочастотное оборудование промышленного класса, работающее на частотах от 80 до 100 ГГц — имеет пиковую дальность передачи всего в несколько километров.

    Расстояние между точками связи зависит от используемой несущей частоты.

    К примеру:

    • трансляторы в 5-8 ГГц обеспечат 50 и выше километров дальности уверенного приема сигнала;
    • 70-80 ГГц — падение расстояния до 10 км;
    • отдельно рассматриваются редко используемые станции 60 ГГц, сигнал которых из-за особенностей воздуха имеет сильный коэффициент затухания, общая дальность связи — до 8 км.

    Сегодня на рынке представлено множество решений радиорелейной связи с рабочей частотой от 400 МГц до 100 ГГц.

    Так, при тумане, дожде, мощные низкочастотные станции показывают 35 км устойчивого приема, а в хорошую погоду — до 80-100 км.

    Преимущества и недостатки радиорелейной передачи видеосигнала

    Радиорелейные системы - это удобно, надежно, выгодно. Начальные вложения, несмотря на достаточно высокую стоимость оборудования, окупаются сторицей.

    Предлагаемые на рынке устройства работают надежно, рассчитываются на 30-40 лет эксплуатации в жестоких условиях с перепадами температур, влажности, действием ультрафиолета и атмосферных осадков.

    При этом купить комплект оборудования, инженерное решение и требования энергообеспечения которого позволят оптимально решить задачу передачи сигнала на большое расстояние — не составит труда.

    Недостатки радиорелейной связи отмечаются только пользователями, потребности которых значительно меньше возможностей оборудования.

    К примеру, можно назвать минусами:

    1. Необходимость построения инфраструктуры (опор, мер, системы питания).
    2. Потребность в тонкой настройке направленного оборудования.
    3. Высокая для частного лица стоимость.

    Как видно из перечисленного — ни один из минусов радиорелейных систем не может считаться значимым, если речь идет о контроле работы оборудования на удаленной точке или решении других важных задач.

    Заключение

    Трансляция сигнала видеокамер по радиоканалу - это удобно, даже если не вести речь о профессиональном оборудовании.

    Сегодня на рынке представлены удобные решения для обычных частных пользователей. К примеру, можно купить готовый комплект из трансляторов и приемников, к которому подключаются обычные камеры для образования беспроводной сети.

    Это удобно в автомобиле, квартире, частном доме, так как позволяет избежать сложных работ, ремонта и быстро ввести видеонаблюдение в эксплуатацию.

    А для компаний, заинтересованных в мониторинге удаленных точек — не составит никакого труда подобрать оптимальный вариант профессионального оборудования радиорелейной связи.

    Видео: Видеонаблюдение по радио каналу, ночная вылазка на крышу

    В цифровых вещательных телевизионных системах по радиоканалам необходимо передавать цифровой сигнал – транспортный поток MPEG-2 (точнее – транспортный поток системыDVB-T). Этот цифровой сигнал необходимо передавать в выделенной для данного радиоканала полосе частот. При этом необходимо решать задачи модуляции несущего колебания цифровым сигналом и защиты его от помех.

    Одним из главных требований к системам цифрового телевидения является использование существующих радиоканалов телевизионного вещания.

    Для трансляции сигналов цифрового телевидения, особенно если надо передавать сигналы нескольких программ обычной (стандартной) четкости в одном радиоканале или сигнал ТВЧ, необходимо увеличивать эффективность использования полосы частот радиоканала связи, что достигается применением более сложных методов модуляции несущей.

    Другое важнейшее требование к системе цифрового телевидения – обеспечение высокой помехоустойчивости.

    Как известно, цифровая информация передается в виде двоичных символов – единиц и нулей. Из двоичных символов состоят кодовые комбинации (кодовые слова), каждая из которых в случае цифрового телевизионного сигнала может содержать информацию, например, о значении одного отсчета этого сигнала. В результате действия шумов и помех отдельные двоичные символы могут быть приняты с ошибкой. Это объясняется тем, что само по себе преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму еще не гарантирует высокой помехозащищенности передаваемой информации. При этом надо иметь в виду, что проявление ошибок в цифровой телевизионной системе существенно отличается от заметности флуктуационного шума в аналоговой системе. Ошибка в одном двоичном разряде может изменить значение отсчета изображения многократно, если она произошла в старшем разряде кодового слова. При использовании различных методов сокращения избыточности телевизионного сигнала одиночная ошибка может привести к искажению, например, участка строки или даже группы строк. Интенсивность ошибок характеризуется их относительной частотой f ош [ош/дв. символ], показывающей вероятность того, что принятый отдельный двоичный символ ошибочен. В англоязычной технической литературе эта величина обычно называетсяBER(BitErrorRate–частота ошибок на 1 бит или коэффициент ошибок ).

    Вероятность ошибки в одном разряде может составлять 10 –4 …10 –5 . Это означает, что при скоростях цифрового потока данных, равных нескольким десяткам Мбит/с, каждую секунду будут происходить сотни ошибок. Качество такого изображения будет неудовлетворительным. На практике даже несколько белых или черных точек на изображении могут оказаться заметными.

    Рассмотрим основные причины возникновения ошибок:

      воздействие шумов различной природы (тепловой шум, шум генерации-рекомбинации, фликкер-шум и т.д.), в большинстве случаев проявляющиеся во входных каскадах приемной телевизионной аппаратуры;

      индустриальные и атмосферные помехи;

      помехи, создаваемые радиопередатчиками, работающими в этой же полосе частот в соседних районах (явление интерференции);

      многолучевое распространение радиоволн, возникающее из-за отражений от искусственно созданных сооружений, например, жилых зданий, и от естественных возвышенностей, обусловленных рельефом поверхности земли.

    Ошибки при приеме двоичных символов классифицируются на одиночные и пакетные (групповые). Одиночные ошибки, как правило, не зависят друг от друга. Пакетные ошибки искажают сразу несколько соседних двоичных символов. Например, вследствие воздействия достаточно продолжительной импульсной помехи несколько идущих подряд двоичных символов становятся равными нулю или единице.

    Традиционными способами повышения помехоустойчивости цифровых телевизионных систем, обеспечивающих наземное вещание, являются:

      увеличение мощности радиопередатчика;

      выбор антенно-фидерных устройств с оптимальными для конкретного случая параметрами;

      уменьшение уровня шумов в телевизионных приемниках путем применения малошумящей элементной базы;

      рациональное планирование использования радиоканалов на смежных территориях.

    К сожалению, все эти методы имеют ограничения, связанные с реальными техническими возможностями, с конечной шириной доступного эфирного диапазона частот, с высокой стоимостью приемной телевизионной аппаратуры и т.д.

    В случае передачи цифровых сигналов значительное повышение помехоустойчивости может быть достигнуто путем применения кодов, исправляющих ошибки. В цифровых телевизионных системах одновременно с помехоустойчивым кодированием дополнительно выполняется операция перемешивания данных цифрового потока, которая преобразует пакетные ошибки в совокупность одиночных ошибок. Данное преобразование имеет большое практическое значение, так как исправление одиночных ошибок является значительно более простой технической задачей по сравнению с исправлением пакетных ошибок.

    Одновременно выполняемые операции перемешивания данных и помехоустойчивое кодирование очень часто называются канальным кодированием, которое реализуется непосредственно перед передачей цифровой информации по радиоканалу и, как правило, совмещается с модуляцией. Канальное кодирование, как правило, основано на введении некоторой избыточности в передаваемое сообщение для того, чтобы влияние помех на цифровой сигнал в радиоканале было минимальным.


    Обзорный проект

    Описание:

    Основна я идея проекта состоит в том, чтобы передать данные от одного пункта до другого. Эта передача может быть как беспроводная по радиоканалу, так и по проводам.
    В данном проекте передаются 4 типа данных от различных типов датчиков по радиоканалу.
    В качестве датчиков используется температурный датчик, датчик уровня топлива,
    датчик давления и датчик числа оборотов за 1 минуту. Все эти датчики имеют аналоговый выход в форме напряжения, которое преобразуется в цифровые данные, которые мы можем передать.

    Почему необходимо преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые?

    Предположим , что мы преобразовали аналоговые сигналы в цифровые данные. Что дальше? Поскольку четыре различных типа данных мы должны передать по одному каналу, то нам надо их объединить. Аналоговые сигналы объединить невозможно, для цифровых сигналов мы можем использовать цифровой коммутатор, который будет объединять данные в один поток следующими один за другим.
    Примечание: скорость передачи данных от 12 до 15 циклов в 1 минуту.

    Передача данных:

    Блок-схема показывает пример передачи данных с использованием
    какой либо модуляции сигнала.

    После получения данных от приемника и их демодуляции мы получим реальные данные,
    которые передавались передатчиком и мы легко их показывать.

    Функциональная блок-диаграмма:

    Схема цифровой части:

    Рис.1 (секция А)

    Рис.2 (Секция В - радиочастотный передатчик)

    Описание схемы:

    В секции "А" изображен цифровой приемник сигналов от 4-х датчиков. Здесь используется аналоговый
    переключатель IC M4066, который также хорошо работает как и цифровой.
    Он имеет четыре устройства ввода/вывода и отдельные выводы для контроля передачи аналоговых сигналов через коммутатор. Линии управления коммутатором соединяются с выводами микроконтроллера (порты 2.1 - 2.4).
    Поскольку эти все сигналы аналоговые, так что мы должны преобразовать их в цифровые форму
    посредством аналого-цифрового преобразователя. Для этой цели мы использовали IC ADC0804.
    Это 8-разрядный АЦП и на его выходе мы имеем цифровой эквивалент аналогового сигнала с
    диапазоном значений от 0 до 255. Из АЦП 8-разрядные данные поступают в микропроцессор
    (порты 1.0 - 1.7). Посредством мультиплексирования 4 аналоговых сигналов последовательно
    переводятся в цифровую форму и в виде одного потока данных передаются в модулятор передатчика.

    Рис.3 (комментарий к цифровой схеме)

    Чтобы передать некоторый сигнал на расстояние мы должны промодулировать его в передатчике. Хорошо, когда схема модулятора совмещена с передатчиком. В данной схеме используется частотная модуляция из-за ее простоты и получения большой дальности передачи сигнала, которая может составить около 2 км. Так например вещательный диапазон FM достаточно широк для возможной передачи данных. Этот передатчик передает сигнал на частоте 98 МГц. Но сигнал передатчика не будет точно соответствовать модулирующему цифровому сигналу (форма меандра). Здесь мы говорим, что сигнал лишь похож по форме на меандр. Точный вид формы сигнала передатчика можно увидеть на осциллографе.

    Радиочастотный передатчик в данном проекте собран по простейшей схеме (рис.2). Он представляет собой LC возбудитель на одном транзисторе совмещенный с цепями ЧМ модулятора. Выходная мощность передатчика около 0,8 Вт. Частота автогенератора 98 МГц. Приемник - обычный радиовещательный с подходящим УКВ диапазоном. Дальность уверенного приема и демодуляции цифровых данных не более 2-х километров. И при использовании данной аппаратуры не может быть улучшена.

    PS:
    Данная статья приводится лишь как пример использования технологии. В ней не конкретизируются типы эффективных модуляторов/демодуляторов и используется технически несовершенный радиоканал для передачи данных.