CZ174097A3 - Apparatus for reliably not disturbed modulation and demodulation of analog signals for transmission of messages through the mediation of screened power cables - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení, která na rozhraních mezi stíněními přenosových kabelů energie, sloužících jako přenosové dráhy a mezi zařízeními pro zadávání a zpracování příslušných zpráv, zpravidla digitálními počítači, je nutné pro vysílání případně příjem zpráv ve tvaru analogových, frekvenčně modulovaných signálů. Na vysílací straně slouží zapojení pro generování signálů z aktuálních číslicových, předem zadaných hodnot, tedy k tak zvané modulaci. Na přijímací straně slouží zapojení pro zpětné získávání číslicových předem zadaných hodnot z přijatých analogových signálů, tedy k tak zvané demodulaci. Takovéto zapojení se také často označuje jako modem, nebo modemové zapo jení.

Do 25Ϊ adní _ ® í θ ^c phi iS t

Při modulaci se ve vysílací části modemu tvoří analogové signály sinusového tvaru se dvěma rozdílnými vysílacími frekvencemi, které se mohou označovat jako horní a dolní frekvence. Vysokofrekvenční takt pře pínání mezi vysílacími frekvencemi, t.j. takt, představující jednu frekvenční modulaci, je závislý na okamžitém vzorku bitů příslušné předem zadané číslicové hodnotě. Přitom se oběma binárním mocenstvím přiřadí vždy jednoznačně jedna vysílací frekvence. Při demodulaci v přijímací části modemu se rozpozná, která z obou vysílacích frekvencí se právě přijímá. Této se potom přiřadí odpovídající binární hodnota. Ze sledu tímto způsobem vznikajících hodnot se posléze z re konstruuje digitální předem zadaná hodnota, představující zprávu.

Zapojení podle vynálezu se používá specielně u tak zvané komunikace kabelovým stíněním. Přitom se zprávy přenášejí ve tvaru analogových frekvenčně modulovaných signálů prostřednictvím stíněních zejména vysokonapětových kabelů sloužících pro rozdělování energie. U zpráv se jedná hlavně o řídicí signály a signály ohlašující určitý stav. Přitom se řídicí signály vytvářejí ponejvíce ústředním počítačem a slouží pro řízení sítových provozních prostředků rozvodné sítě, např. stupňových transformátorů, výkonových spí načů a pod. Jinak mohou býti takovéto zprávy také signály, hlásící určitý stav, čímž se sdělí okamžitý provozní stav rozvodné sítě energie prostřednictvím v ní umístěných provozních prostředků sítě, ústřednímu počítači.

Při komunikaci khbelovým stíněním spočívá problém v tom, že přenosové kabely energie jsou zpravidla součástí rozvětvené kabelové sítě, která zejména ve městech složí k zásobování energií. Z tohoto důvodu seⁿ^rovádí přenos shora uvedených řídicích sig nálů a signálů ohlašujících stav prostřednictvím ka bélových stíněních ve tvaru jednoduchého bodu bod za bodem. Naopak, analogové, frekvenčně modulované signály se musí pomocí tak zvaných reléových stanic přenášet prostřednictvím stíněních řetězce navzájem spolu spojených přenosových kabelů energie až se dosáhne cílová reléová stanice. Ponejvíce se nachází v každém uzlovém bodu přenosové sítě energie, t.j. na každém místě, na kterém se sbíhají nejméně dva kabe lové konce. Tato reléová stanice má za úkol, aby po mocí přijala pomocí integrovaného modemového zapojení analogové frekvenčně modulované signály od stínění přenosového kabelu energie a tyto rekonstruovala v příslušné digitální předem zadané hodnoty. Tyto se po tom vyhodnotí v místním digitálním počítači modemu. Modemové zapojení. Modemové zapojení musí být v po hotovosti pro příjem ve směru všech napojených stí nění kabelu.

Zprávy se mohou směrovat na právě přijímající re léovou stanici. Z toho rekonstruované digitální pře dem zadané hodnoty mohou být tvořeny např. řídicími signály, které se týkají sítového provozního prostřed ku, nacházejícího se v příslušném sítovém uzlu.Kromě toho může se například jednat o řídicí signály, které jsou směrovány ústředním počítačem sítovému provoznímu prostředku, nacházejícímu se v jiném sítovém uzlu, případně může se jednat například o signály, ohlačující stav, které jsou směrovány ústřednímu počítači v sítovém provozním prostředku, nacházejícím se v určitém jiném sítovém uzlu. V těhto případech nusí se analogové, frfekvenčně modulované signály každou reléovou stanicí ze směru přenosového kabelu ener gie přijmout a demodulovat. Teprve nyní je možné rozpoznámí adres, směrovaných na jinou reléovou stanici příp. na ústřední počítač, v lokálním digitálním počítači příslušného modemu. Tyto signály se pak znovu modulují a vyšlou ve směru odpovídajícího přeno kabelu energie do jeho kabelového stínění. Je také možné, že sítový provozní prostředek generuje samostatně hlášení o stavu, které se potom vysílá prostřednictvím modemu lokální reléové stanice nejčastěji ve směru ú středního počítače v kabelovém stínění odpovídajícího přenosového kabelu energie.

Sít s kabelovým stíněním, sloužící pro přenos má zcela zvláštní topologii. Ta je zjeména vyznačena reléovými stanicemi a rozhraními kabelových stínění, osa zených integrovaným modemovým zapojením v uzlových bo dech v přenosové dráze, sestávající z řetězce kabelových stínění. Tyto představují přerušovací body v přenosové dráze, sestávající z řetězce kabelových stínění. Z to hotojdůvodu je třeba klásti zejména vysoké požadavky na kvalitu přenosu zpráv. Modulace adomodulace v modemu kaž dé reléové stanice musí být tak zejména robustní, to znamená, že musí být necitlivá vůči rušením, která se mohou při přenosu vyskytnout v některém kabelovém stínění, případně v některém z mnoha uzlových bodů.

Podstata_vynálezu.

Úkolem vynálezu je navrhnout co nej jednodušší modemové zapojení, kterým je možné vysílat a přijímat zprávy prostřednictvím stínění přenosových kabelů energie při vysoké odolnosti proti rušení.

Tento úkol se podle vynálezu řeší tím, že na při jímací straně je uspořádáno alespoň jedno sériové za pojení sestávající z pásmového filtru, Schmittova klopného obvodu a číslicového demodulátoru a na vysílací straně je uspořádán- alespoň jeden číslicový demodulátor a obsahuje prostředky pro vytváření ústředního v

přesného taktu, který je přiveden alespoň taktovanému pásmovému filtru a Číslicovému demodulátoru na přijímací straně a číslicovému modulátoru na vysílací straně jako společná datová báze.

Výhodná rozvinutí vynálezu jsou pak obsažena v podružných nárocích.

Přehled_obrázků_na_výkrese.

Vynález bude v dalším textu blíže objasněn na příkladech provedení, znázorněných na výkresech.

Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma modemové ho zapojení podle vynálezu pro vysílání případně přijímání zpráv prostřednictvím stíněních přenosových kabelů energie.

Na obr. 2 je znázorněno výhodné provedení takto váného pásmového filtru v modemovém zapojení podle vynálezu.

Na obr. 4 je znázorněn průběh signálů na vstupu výhodného provedení číslicového demodulátoru v přijímací části modemového zapojení podle vynálezu.

Na obr. 5 je znázorněn průběh signálů výhodného provedení číslicového modulátoru ve vysílací části modemového zapojení podle vynálezu.

Na obr. 6 je znázorněn průběh signálů výhodného pro>vedení dolnokmitočtového filtru na výstupu vysílací Části modemového zapojení podle vynálezu.

Na obr. 7 je znázorněno dvoukanálové provedení mo demového zapojení podle vynálezu.

Příklady_provedení vynálezu.

Na obr. 1 je znázorněno blokové schéma modemového zapojení podle vynálezu. Pro lepší přehlednost je v něm zanesen^asvislé dělicí přímka A-D a vodorovná dě licí přímka E-S. Vodorovnou dělicí přímkou E-S je vy mezena přijímací část E a vysílací část S modemového zapojení. Svislou dělicí přímkou A-D Jsou v při jímací části E, a ve vysílací části S modemového zapojení přídavně vymezeny vždy analogová část A a čí slicová část D,t.j. vždy část, ve které se provádí analogové zpracování signálů příp. číslicové zpracování signálů.

V přijímací části E zapojení podle vynálezu se _0(3ebírají analogové, frekvenčně překlíčováné signály, vysílané jiným modemem do přenosové sítě energie,jako přijímací signály EK ze stínění příslušného soused ního lokálního přenosového kabelu energie a v obr. 1 se přivede na levé straně. Tyto se připraví v analo gové části přijímací části E_v pásmovém filtru GT taktovaným ústředním přesným taktem T a přivedou se

Schmittovu klopnému obvodu ST, tvořící rozhraní mezi mezi analogovou a číslicovou částí přijímací části E. Schmittův klopný obvod ST vytvoří z připravených analogových přijímacích signálů obdélníkové klopné signály TR,které se přivedou číslicovému demodulátoru

ΌΟΜ jako řídící signály, přičemž číslicový demodulátor DOM je rovněž provozován ústředním přesným tak- ; tem T. Tento demoduluje klopné signály TR tak,že určí jejich okamžitou vysílací frekvenci přijímacích signálů, t.j. detekuje horní případně dolní frekvenci a přiřadí jim příslušnou binární hodnotu. Tímto způsobem vznikající proud demodulováných bitů se přivede ve formě sériového proudu přijímacích bitů EBS místnímu počítači CPU na jeho datový vstup. Tento deko duje posléze z okamžitého vzorku” proud^ubitů

EBS vlastní předem zadané hodnoty, t.j. zpráv.

okamžitý obsah

V případě že modem toho druhu, který je znázor ně v obr. 1, je obsažen v tak zvané hlavní stanici, komunikuje počítač CPU prostřednictvím výstupní da tové sběrnice ADB zpravidla s ústředním počítačem KP, Tento oranizuje přenos dat a tím i řízení celé sítě přenosových kabelů energie. Dále je zde v každé z reléových stanic, rozdělených v síti přenosných kabelů energie, obsažen modem v zapojení podle obr. 1.

V tomto případě komunikuje počítač CPU prostřednic tvím výstupní datové sběrnice ADB s řídícími prvky příslušného sítového provozního prostředku.

Ve vysílací části S zapojení podle vynálezu v obr. 1 se aktualizované číslicové předem zadané hodnoty přivedou od lokálního počítače CPU modernu ve pulzně modulovaného sériového proudu vysílacích bitů SBS číslicovému modulátoru DM, který je rovně provozován ústředním přsným taktem T. Na výstupu číslicového modulátoru DM se generují v závislosti na okamžitém mocenství proudu vysílacích bitů SBS, obdélníkové signály, které mají horní a dolní frekvenci.Tyto se posléze v dolnokmitoctovém filtru TP, přestavujícím rozhraní mezi číslicovou a analogovou částí vy siláci části S zapojení podle vynálezu, přemění ve vysílací signály sinusového tvaru a nato se vyšlou do stínění přenosového kabelu energie.

Jádrem modemového zapojení podle vynálezu je řízegí podstatných prvků zapojení jak na přijímací straně7tak $?^ínefío^vys^l^ac^· straně S prostřednictvím ústředního/řídicího taktu T jako společné časové báze případně reference. Tato se přivede alespoň taktovanému pásmovému filtru GT, číslicovému demodulátoru DDM a čí slicovému demodulátoru DDM a číslicovému modulátoru pM jako společná časová báze, resp. základna. Všechny tyto prvky mohou z této časové báze vždy odvodit vysoce přesně potřebné rozdílné frekvence. V důsledku tohoto těsného sladění podstatných prvků navzájem spolu a zejména na vysílací straně jimi provedených kroků modulace a demodulace na přijímací straně, je možná zejména přesná modulace a demodulace přenášených signálů, t.j. úzkopásmový přenos odolný proti rušením jako výsledek toho. Ústřední přesný řídicí takt se může připravit zvláštním precizním taktovacím vysílačem j_e to znázorněno v příkladu prodle obr.l.

Jinak existuje také možnost, aby se přesný takt generoval s velkou přesností v počítačei CPU.

Ústřední generování přesného řídicího taktu T podle vynálezu pro všechny podstatné prvky modelového zapojení podle obr. 1 má mnoho předností. Jednou z nich je, že obvodové náklady se při přípravě sig nálů na analogové straně A přijímací, části E v důsledku umožnění použití taktovaného pásmového filtru

GT pro přípravu přijímacích signálů Ek, a použitím čí slicového modulátoru LM na číslicové straně A přijímací části Ε» podstatně redukují. Stejným způso bem se na vysílací straně S v důsledku použití čí slicového modulátoru LM podstatně zredukují náklady ma obvodové prvky.

Navzdory těmto sníženým nákladům se zapojením podle vynálezu dosáhne podstatného zlepšení necitlivosti proti rušením při zpracování signálů jak při demodulování přijatých signálů, tak také při modulaci vy sílaných signálů. Zlepšení v jakosti při modulaci vysílaných signálů je způsobeno opět zpracováním signálů na přijímací straně modulovvým zapojením, uspořádaným v reléové stanici na jiném místě rozváděči sítě energie, při příjmu a modulaci, ke které tam dochází. Jde to k dobru pevné, vazbě·' ' přijímací strany E a vysílací strany S prostřednictvím přesného řídicího taktu T. Cím je přesnější přeměna proudu vysílá cích bitů SBS na vysílací straně v analogové vysílací signály sinusového tvaru vzhledem k ústřednímu přesnému řídicímu taktu T, o to snáze a přesněji se může provésti příjem, příprava a rekonstrukce ekvivalentního proudu přijímacích bitů EBS v odpovídajícím modemu na jiném místě přenosové sítě energie. Vytvoření modemového zapojení podle vynálezu zvyšuje tak kvalitu přenosu všech přenášených zpráv prostřednict tvím kabelových stínění přenosových kabelů energie. To je způsobeno zejména nepatrnou citlivostí obvodu vůči možným rušením, které se mohou vyskytnou při přenosu zpráv prostřednictvím stínění přenosvých kabelů v zejména velkém rozměru.

Dále je možné koncepcí zapojení podle vynálezu re10 alizovat zejména úzkopásmový přenos. Koncepce zapojení podle vynálezu je tím zejména vhodná pro použití dvou hodnotově těsně navzájem vedle sehe ležících jmenovi tých frekvencí. Horní a dolní frekvence mohou tak být odděleny jen neobvykle nepatrným rozdílem nosné frek vence např. asi 0,5 kiloherzu. Kvaši synchronním řízením taktovaného pásmového filtru GT, číslicového do modulátoru DDM a číslicového modulátoru DM prostřednictvím ústředního přesného taktu T může sé totiž dosáhnout vysoké frekvenční stability. Tím je možné,také na vysílací straně jednoduchým způsobem modulovat těsně u sebe ležící horní a dolní frekvence a zejména na přijímací straně opět jednoduše a spolehlivě bez rušení demodulovat. Potlačení rušeních, které se vyskytují v analogových frekvenčně modulovaných signálech na stíněních přenosových kabelů energie, je tak zejmén-a účinné.

Taktovaný pásmový filtr GT v analogové části A přijímací části E zapojení podle vynálezu má při nejmenším ten úkol, připravit analogové přijímací sig nály tak, aby se odfiltrovaly v nich obsažené rušící vysokofrekvenční podíly a rušící nízkofrekvenční podíly, které jsou podobné stejnosměrnému ’ napětí.Frekvenční spektrum filtrovaných analogových signálů je tedy tak vymzeno, že jsou obsaženy jen frekvence z pásma, které leží úzce mezi hodnotami horní a dolní frekvence, použitých při modulaci. Střední frekvence taktovaného pásmového filtru GT se odvozuje podle vynálezu od ústředního vysílače PT přesného taktu zapojení. Protože se tím střední frekvence může zadat velmi přesně a stabilně, může se přenos realizovat vý11 hodně v úzkém pásmu. Střední frekvence filtru je tak přesně ve středu horní a dolní frekvence, mezi kterými se provádí modulace a demodulace. Tím se spolehlivost nerušeného přenosu dat podstatně zvýší.

Taktovaným pásmovým filtrem připravené analo gové přijímací signály EK se přivedou Schmittovu klopnému obvodu ST. Tento tvoří rozhraní mezi analogovou částí A a digitální částí D zapojení podle vy· nálezu. Schmittftv' klopný obvod ST obsahuje nejméně jeden komparátor, čímž se připravené přijímací signály EK přemění v nejméně jeden frekvenčně stejný obdélníkový signál TR.Tento opět slouží k překlopení následujícího demodulátoru DEM.

Číslicový demodulátor EEM má za úkol, identifikovat frekvenci analogových přijímacích signálů EK a přiřadit ji jednoznačeně hodnotu horní nebo dolní fre kvence. Za tím účelem disponuje číslicový demodulátor nejméně jedním referenčním čítačem, kterému se přivá-dí klopný signál TR od Schmittova klopného obvodu ST. Tento vy-počítá’ dobu periody každého kmitu,

t.j. rozestup klopných signálů TR, takže se dostane naměřená hodnota frekvence. Podle vynálezu se počítací takt referenčního čítače rovněž určí ústředním přesným taktem T vysílače PT přesného taktu. Také přitom splňuje přesný takt T opět funkci ústřední časové báze pro celé modemové zapojení. Tím se dají frekvenční značky potřebné pro rozpoznání frekvence, přesně nastavit. Zdvih nosné frekvence může : tak být malý takže tím dosažená úzkost pásma přenosu způsobuje pod statné zlepšení modemového zapojení podle vynálezu. V důsledku číslicového provedení dmodulátoru EEM se dále nevyskytují žádné tolerance, posunutí způsobená teplotou a hladinová posunutí způsobená stárnutím. Náklady na hardwar se v důsledku tohoto provedení silně zredukují bez toho, že by se ovlivnila přesnost demodulace. Číslicový emodulátor lze realizovat jednoduchými stavebními číslicovými prvky, jako například hradly, bistabilními klopnými obvody, čítači. V opaku kttomu je u známých demodulátořových zapojenính na příklad u mezifrekvenčního demodulátořu, kvadraturového demodulátoru, náklad na hardwar podstatně větší.

Zapojení podle vynálezu je optimálně přizpůsobeno na specielní okrajové podmínky, vyskytující se při přenosu dat prostřednictvím stínění vysokonapěíových kabelů. Shora popsaným modemovým zapojením může se na vzdory redukovaným nákladů na hardwar dosáhnout dosáhnout zejména vysoké spolehlivosti proti rušením při přenosu dat prostřednictvím úzkopásmového přenosového spektra.

Výhodná další provedení vynálezu budou mimo jiné vysvětlena za pomoci obrázků 2 až 7.

Výhodně se realizuje taktovaný pásmový filtr GT ve tvaru taktovaného kondenzátorového filtru. Takovéto filtry býbají často nazývány jako Switched Capacitor Pilter.” U tohoto taktovaného filtru nemusí se při určování frekvenčních vlastností použít vnější zapojení s reálnými kondenzátory. Tyto musí být velmi přesné,musí mít dobré teplotní vlastnosti a vlastnosti při stárnutí a proto byly by drahé. Poloha pólů filtru se určí prostřednictvím ústředního přesného taktu T, který také určí jednoduché vnější osazení odpory. Navzdory jednoduché konstrkci takovéhoto filtru má vysokou přesnost a reprodukovatelné filtrační vlastnosti. Je výhodné, jestliže taktovaný pásmový filtr GT sestává z kaskády více dílčích filtrů. Může být vytvořen například jako blok ze čtyř univerzálních dílčích filtrů.

Je výhodné vytvořit kaskádů ze čty-ř dílčích filtrů, přičemž se póly dílčích filtrů položí navzájem na sebe. Tím se může i při omezených kvalitách dílčích filtrů dosáhnout celkem dobré frekvenční selektivnosti. Při zdvihu nosné frekvence např. asi 0,5 kiloherz, je šířka pásma taktovaného pásmového filtru výhodně asi 1,8 kHz.

Výhodně se může taktovaný pásmový filtr GT dopl» nit přídavným předfiltrem VP a rovněž přídavným ná sledným filtrem NP. Takovýto filtrační řetězec je například znázorněn v obr. 2 a sestává z předfiltru VP, vlastního taktovaného pásmového filtru BP a následného filtru NP.

Ze stínění přenosového kabelu energie odebírané analogové přijímací signály EK se výhodně podrobí prvnímu zpracování předfiltru VP, který má vlastnosti pásmové propusti. V důsledku využití dolnokmitočtových pásmových vlastností předfiltru VP může se odfiltrovat vysoký podíl šumových frekvencí ihned na svtupu modemového zapojení podle vynálezu a tak zabránit jejich vniknutí do přenášených zpráv. Tím se tedy podstatně zvýší necitlivost zapojení vůči šumům a rušením. Dále se podstatně zjédnoduší vytvořené a dimenzování dalších prvků v přijímací části zapojení, zejména pásmového filtru BP a číslicového demodulátoru DDM. Využitím vysokopásmových vlastností před filtru VP může se potlačit tak zvaný stejnosměrný podíl v dolním frekvenčním pásmu. Také tím se podstatně zjednoduší vytvoření a dimenzování dalších částí zapojení a zejména se zlepší jejich údinnost, nebot v důsledku odstranění možného stejnosměrného podílu se se může zachovat vstupní dynamika na následujících fil třech.

Výhodně je předfiltr VP proveden ve formě aktivní ho kontinuálního pásmového filtru 1. řádu a je realializován například s operačním zesilovačem a RC-členem. Tento může sloužit jako anti-filtr pro následující taktovaný pásmový filtr BP.Protože vlastní”filtrační práce” je prováděna následujícím taktovaným pásmovým filtrem BP, jehož střédní frekvence je prostřednic tvím ústředního přesného taktu T přesně vyladěna na okamžité hodnoty horní a dolní frekvence, nemusí být šířka pásma případně rohové frekvence předfiltru VP vyladěny přesně na frekvenční poměry stávající modulace a demodulace.Tak se může zabránit nákladným obvodovým opatřením pro udržení konstantních poměrů. Také pro potlačení stejnosměrného podílu je dostačující přibližné vyladění.

Předfiltr VP obsahuje výhodně prostředky pro nastavení zesílení. Tím se může přizpůsobit úroveň při jatých analogových vstupních signálů EK na vstupní napětí následujících prvků zapojení, zejména pásmového filtru. Tím je výhodně jednak zajištěna minimální hodno ta úrovně signálu , potřebná pro další zpracování.Jed nak se zabrání tomu, aby v důsledku překročení maxi mální úrovně signálu nebyly tím ovlivněny v přijímací části prvky, následující za modemovým zapojením podle vynálezu. Nastavení zesílení již v předfiltru VP má zejména tu přednosti, že v dalších obvodech se již nemusí provádět žádné zesílení. Zesílení analogového signálu EK již v předfiltru VP má dále tu přenost,že se nezesílí šumy, vytvořené dalšími prvky v přijímací části E zapojení, zejména pak šumy taktovaného pásmo 15 vého filtru BF, jejichž maximum leží právě ve vlastní oblasti pásmového filtru. Signál vzdálenosti šumů může se tím podstatně zlepšit.

Výhodně se mohou analogové vstupní signály dále připravit přídavným následným filtrem NP v napojení na taktovaný pásmový filtr BF.Tím se mohou jednak tlu mit šumy zejména při provedení taktovaného pásmového filtru BP jako Switched Capacitor Pilter, které se mohou vyskytovat na jeho výstupu,^akteré mohou být označeny jako přeslechy pásmového taktu. Jednak se může tím potlačit stejnosměrný podíl, vznikající v takto váném pásmovém filtru BP_X takže je přijímací signál symetrický k referenční hmotě. Symetrické vstupní signály bez šumu příznivě ovlivňují jejich bezchybný _v z , , z z z z Sohmittpvu převod v obdélníkové signály v následuj ícim/klopném obvodu ST.Následný filtr Np může se výhodně realizovat jako jako aktivní kontinuální pásmový filtr 1. řádu s operačním zesilovačem a RC-členem. V důsledku výhodné konstrukce modemového zapojení podle vynálezu nejsou jako u předfiltru VF tak i u následného filtru Np kladeny vysoké požadavky na dodržení přesných hodnot šířky pásma příp. rehových frekvencí.

Podle znázornění v obr. 2 připravuje pásmový filtr GT, sestávající z řetězce tvořeného přefiltrem _VP_X taktovaného pásmového filtru _BT anásledného filtru NP, analogové přijímací signály EK tak, že rušivé vysokofrekvenční podíly a nízkofrekvenční, stejnosměrnému napětí podobné podíly jsou vyfiltrovány a že signály mají symetrický sinusový tvar vzhledem k analogové referenční ose zapojení. -Schmittova

Poměry signálů výhodného příkladu provedenítyklopného obvodu ST jsou znázorněny v obr. 3. &lopný ob vod tvoří rozhraní mezi analogovou a číslicovou přijí16 mací částí E.Prostřenictvíft^k$§sftS^efio filtru GT filtrovaný, sinusový a k analogové referenční hmotě modemového zapojení symetrický přijímací signál ΕΚ θθ _v Schmittoví klopném obvodu ST převede výhodně prostřednictvím dvou komparátoru ve dva komplementární frekvenčně stejne obdélníkové signály /S a /R. Tyto jsou číslicové vytvoření analogového přijímacího signálu EK. Obdélní-kové signály /S a /R představují u tohoto provedení výstupní signál TR klopného obvodu ST.

Schmittův

Výhodně má' klopný obvod ST přídavné prostředky, kterými mohou být komparátorům zadávány předem vždy jedna hodnota prahového napětí +Uh a případně -Uh, ležící vždy nad příp. pod referenční hmotou modemového zapojení. To má za následek, To má za následek,že komparátory nespínají v nulovém bodu sinusového přijí macího signálu EK, nýbrž teprve při dosažení prahovéha napětí +Uh příp. -Uh. Tím vyvolaná spínací hystereze způsobí tak zvané bezzáchvěvové spínání klopného obvodu, nezávislého na tak zvaném základním šumu.

Tím se způsobí výhodně potlačení šumů. Tím dá se sladit citliv ostřiči opneho obvodu ST na okamžité šumové poměry kabelových stínění, sloužících jako přenosová dráha. Kromě toho ale není nutné přesné nastavení obou prahových napětí pokud se týká rozpoznání frekvencí.

Protože komparátory^v/^Siopnem obvodu ST spínají v každé periodě na stejném místě, neprojeví se velikost prahového napětí na frekvenci obdélníkových signálů /S, /R. Jejich frekvence zůstane zachována a tím i jejich funkce jako frekvenčně stejných klopných signálů ppučíslicový demodulátor DEM.

Chování signálů na vstupu výhodného provedení číslicového demodulátoru DEM jsou jako příklad znázorněny na obr. 4.

číslicový demodulátor DDM podle tohoto provedení má na svém vstupu výhodně bistabilní klopný obvod,je hož dvěma vstupům, citlivým na úrovně ovládacíh impulsů, jsou přiváděny klopné signály /S a /R klopného obvodu ST.Tím se vybuzjí komplementární výstupy Q a bistabilního klopného obvodu. Bistabilním klopným obvodem s ovládacími vstupy, aktivovanými úrovní ovládacích impulsů, se potlačí ještě se vyskytující zá kmity v /S a /R signálech, které jsou v obr. 4 označe ny jako odrazy. Následně se vytvoří v číslicovém modulátoru DDM rozdíl kladných čel signálu /Q a z toho se vytvoří interní klopný signál TS. Jeho frek vence odpovídá frekvenci analogového vstupního signálu EK. Řízení v číslicovém demodulátoru LDM se provádí každým kladným čelem interního klopného signálu TS Doba mezi kladnými klopnými čely může se měřit refe renčním čítačem řízeným ústředním přesným taktem T, případně stav Čítače se může vyhodnotit komparátorem.

Přitom se stav čítače porovnává se třemi porovnává výhodně se třemi porovnávacími hodnotami, které odpovídají třém frekvenčním značkám. Tím se vytvoří dvojité kvaši frekvenční okénko. Jedna ze tří frekvenč nich značek slouží jako střední frekvence mezi horní a dolní frekvencí. Tím je v možné v demodulátoru rozpoznat, zdali jedna přijatá frekvence je je větší, nebo menší, nežli střední frekvence, a tím je jí třeba přiřadit k horní nebo dolní frekvenci. Pro vymzení tohoto frekvenčního okénka slouží přídavná horní frekvence a přípavná dolní frekvence. Nyní je v demodulátoru také možné rozpoznat, zdali byla přijata nepři pustni frekvence, ležící mimo přípustné pásmo, t. j. zdali aktuálně přijatá okamžitá vrekvence je větší nežli hranice horní frekvence, nebo menší, nežli hra nice dolní frekvence. Nastal li jeden z obou případů, pak se generuje frekvenční chybový signál. Tím se signalizuje vyskytunutí se rušeného přenosu. To předsta vuje tak další prostředek pro zvýšení spohelivosti přenosu. Rohové frekvence okénkového komparátoru mohou se rovněž nastavit prostřednictvím ústředního přesného taktu T.

Ve vysílací části S zapojení podle vynálezu z obr. 1 se převedou číslicové předem zadané hodnoty, vyslané na datovém výstupu počítače CHJ, v číslicovém modulátoru DM v analogové sinusové kmity, jejichž frekvence se podle proudu vysílacích bitů SBS překlíčuje mezi horní a holní frekvencí. K tomu učelu obsahuje modulátor výhodně číslicový frekvenční generátor, který se přepíná mezi oběma charakteristickými frekvencemi. Na základě koncepce zapojení podle vynálezu číslicový frekvenční generátor pokud, se týká frekvence, velmi přesný, protože okamžité hodnoty horní a dolní frekvence jsou v modulátoru navozeny podle vynálezu ústředním přesným taktem T. Číslicový frekvenční generátor se přepíná mezi oběma charakteristickými frekvencemi téměř bez zpoždění.

Průběh signálů výhodného provedení Číslicového modulátoru DM ve vysílací části S modemového za pojení podle vynálezu je znázorněn v obr. 5.

U číslicového modulátoru DM se výhodně použije tak zvaný způsob Continuous Prequency Shift Keying modulace. Přitom se přepíná mezi horní-lt dolní frekvencí PH. Po aktivaci číslicového modulátoru DM prostřednic tví řídicího signálu SP se podle okamžité logické uro19 vně proudu vysílacích bitů SBS přivedených sériově číslicovému modulátoru DM od počítače GPU, se vytvoří horní a dolní frekvence. V příkladu v obr. 5 má o kamžitý Bit proudu vysílacích bitů SBS po uvolnění modulátoru vysokou úroveň. Pro tuto dobu se vyšle například analogový signál, který má dolní frekvenci PL. V druhé polovině uvolněného časového prostoru modulá toru má okamžitý Bit proudu vysílacích bitů SBS níz kou úroveň. Pro tuto dobu se potom vyšle analogový signál, který má horní frekvenci PH. Přepnutí mezi horní frekvencí PL a dolní frekvencí PH je vyznačeno v obr. 5 v průběhu proudu vysílacích bitů SBS klesajícím čelem.

Přepnutí frekvence se výhodně provádí při průchodu okamžitého aktivního vysílacího signálu s horní nebo dolní frekvencí nulou. Toho se dosáhne použitím tak zvaného fázově koherentního způsobu Continuous Phase . Prequency Shift Keying modulace v číslicovém modulátoru DM_± Toto je v obr. 5 znázorněno signálem MOD. V důsledku přitom dosaženého potlačení fázových skoků se způsobí nepatrné zpoždění přepnutí, které je v obr. 5 rovněž vyznačeno. Pro potlačení fázových skoků jsou dostačující jednoduché logické obvod#.

Číslicové provedení modulátoru má tu přednost, že že není nutné přepnutí mezi dvěma oddělenými, frekvenčně různými, nesynchronizovatelnými oscilátory. Tako věto provedení by mělo mnoho nedostatků. Tak by se objevily při přepínání frekvencí velké fázové skoky. Pro jejich vyrovnání by se musela výška přenášejícího pásma, což by opět ovlivnilo citlivost na rušení a šumy. Protože se nepoužijí dva oscilátory pro vytváření obou charakteristických frekvencí, neobjeví se také žádné doby zákmitů, které by mohly být v rozsahu milisekund.

Takovéto doby zákmitů by byly u dvou oddělených oscilátorů vždy nutné, neboí tyto by^smusely při přepnutí vždy vždy objevit. Koncepce podle vynálezu je založena na jednom číslicovém modulátoru, který má jediný čís licový frekvenční generátor, řízený ústředním přesným taktem T^ Tento se může téměř bez zpoždění přepnout mezi horní a dolní frekvencí.

Je výhodné, jestliže na vysílací straně S následu je za číslicovým modulátorem DM ještě dolnokmitočtový filtr TP.Tím se mohou při vyskytnutí se,zejména při dalším zpracování, rušící vysoké frekvence ihned na začátku omezit. Je výhodné, jestliže dolnokmitočtový filtr TP obsahuje přídavně generátor signálů ve tvaru lichoběžníku. Tím se vysílací signál převede v symetrické signály lichoběžníkového tstaru. V obr. 6 je znázorněn-o výhodné provedení takovéhoto dolnokmitočtového filtru na výstupu vysílací části S modemového zapojení podle vynálezu. Dolnokmitačtový filtr tvoří zároveň rozhraní mezi číslicovou částí D a analogovou částí A.To má tu přednost, že se podstatně usnadní další zpracování kvasianalogového vysílacího signálu, zejména jeho viltrování na přijímací straně jiným modemovým zapojením. Možné rušící vysokfrekvenční kmity se vůbec neobjeví. Na základě lichoběžníkových signálů odpadají vysokofrekvenční kmity 3. harmonické a 5. harmonické se podstatně ztlumí. Tento generátor signálů ve tvaru lichoběžníka v dolnokmitočt ovém ‘filtru dá se realizovat jen jedním operačním zesilovačem. Nav%ující dolnokmitoctový filtr 2. řádu jednoduché konstrukce, lze rovněž realizovat jedním operačním zesilovačem s RC-členem. Touto koncepci zapojení lze jen se dvěma operačními zesilovači vytvo21 řit z obdélníkového signálu frekvenčně modulovaný,bez vysokofrekvenčních kmitů a tím snadno přenosný a demodul ovát elný Sinusový signál.

Obr. 7 posléze ukazuje dvoukanálové provedení modemového zapojení podle vynálezu. Kanál 1 na přiz z E z jímací straně-sestává přitom z taktovaného pásmového . filtru GT1, Schmittova klopného obvodu STÍ a číslicového demodulátoru DpMl. Taktovaný pásmový filtr sestává opět z řetězce, který obsahuje předfiltr VF1, taktovaný pásmový filtr BF1 a následný filtr Nfi. Kanal 2 sestává přitom na přijímací straně E ob dobně z taktovaného pásmového filtru GT2, Schmittova klopného obvodu a číslicového demodulátoru pDM2. Taktovaný pásmový filtr GT2 sestává opět z řetězce, který obsahue předfiltr VF2, taktovaný pásmový filtr BF2 a následný .filtr NF2. U takového provedení je možné přijímat přijímací signály současně ze dvou vysílacích směrů. Tento případ se vyskytuje zejména na spojovacích místech stínění dvou přenosvých kabelů energie.

η<

~D

Σί -< Λ ř? >

ο ο ο

ZC ο

ο €Π'

CO’ iuftx

Ο ο

SSX

Claims (13)

1. Zařízení pro spolehlivě nerušenou modulaci a deci analogových signálu pro přenos zprav prostřednictvím stínění přenosových kabelů energie, vyznačující se tím, že na přijímací straně (E) je uspořádáno nejméně jedno sériové zapojení, sestávající z taktovaného pásmového filtru (GT), jednoho Schmittova klopného obvodu (ST) a jednoho číslicového demodulátoru (DDM) a na vysílací straně (E) je uspořádán nejméně jeden číslicový modulátor (DM) obsahuje prostředky (Tj CPU) pro vytváření ústředního přesného taktu (T), který je přiveden alespoň taktovanému pásmovému fil tru a číslicovému demodulátoru (UDM) _na přijímací straně (E) a číslicovému modulátoru (DM) na vysílací straně (S) jako ppolečná časová báze.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím,že číslicový modulátor (DM) na vysílací straně (S) obsahuje nejméně jeden číslicový frekvenční generátor,řízený ústředním přesným taktem (T), kterým jsou odvo zovány charakteristické frekvence (PL, PH) pro frek venČní modulaci vysílaných předem zadaných hodnot, vy soče přesně z ústředního přesného taktu (T).

3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím,že vysílané číslicové předem zadané hodnoty jsou v číslicovém modulátoru (DM) _v důsledku modulačně řízeného přepnutí číslicového frekvenčního generátoru podrobeny mezi horní a dolní frekvencí jako charakteristické fre23 vence, FSK-modulaci (Prquency Shift Keying Modulation).

4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že frekvenční generátor v číslicovém modulátoru (DM) je fázově koherentně přepnut jen při průchodu nulou u jedné z charakteristických frekvencí mezi horní a dolní frekvencí.

5. Zařízení podle některého z předcházejících nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že na vysílací straně (S) je za číslicovým modulátorem (DM) zapojen dolnofrekvenční filtr (TP).

6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím,Že dolnofrekvenční filtr (TP) obsahuje generátor lichoběžníkových signálů.

7. Zařízení podle některého z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že taktovaný pásmový filtr (GT) je vytvořen jako taktovaný kondenzátorový filtr (Switched-Capacitor-Pilter) a střední frekvence pásmového filtru (GT) je určena ústředním přesným taktem (T).

8. Zařízení podle některého z předcházejících nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že před pásmovým filtrem (GT) je zapojen předfiltr (VP), který je výhodně proveden jako aktivní kontinuální Pásmový filtr 1. řádu.

9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že předfiltr (VF) obsahuje prostředky pro nastavení zesílení úrovně signálu.

10. Zařízení podle některého z předcházejících nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že za taktovaným pásjovým filtrem (GT) je zapojen následný filtr (VF), který je výhodně proveden jako aktivní kontinuální pásmový filtr i. řádu.

11. Zařízení podle některého z předcház ej ích ná roků 1 až 11, vyznačující se tím, že číslicový demo dulátor (DDM) obsahuje referenční čítač pro výpočet doby periody analogového přijímacího signálu (^Eř),jehož počítací takt je určen ústředním přesným taktem (T).

12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím že na ivstupu číslicového modulátoru (DDM) je uspořádán bistabilní klopný obvod se dvěma vstupy, citlivými na úroveň spínacích impulzů.

13. Zařízení podle některého z předcházejících ná roků 1 až 13, vyznačující se tím, že Schmittův klopný obvod (ST) pro vytvoření spínací hystereze, ob sáhuje prostředky pro zadávání prahového napětí