Digitale Telemetrie, Funktionsbeschreibung - TMS Â· Telemetrie ...

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

Telemetrie-Messtechnik Schnorrenberg2. Erzeugung eines PCM-SignalsDie Pulscodemodulation (PCM) spielt bei der Erfassung, Übertragung und Auswertungvon Messwerten eine immer größer werdende Rolle. Nachfolgend soll die Erzeugungeines digitalen PCM-Signals und der Prozess der Abtastung, Quantisierung, undCodierung näher beschrieben werden. Das Meßsignal a(t) wird zunächstpegelangepasst (konditioniert) und in seiner Bandbreite gefiltert (Bild 1). Dem folgt alswesentliche Schritt, die Diskretisierung des kontinuierlichen Messsignals. Einelektronischer Schalter (Sample & Hold), gesteuert von einem Taktgenerator, entnimmtdem Messsignal einzelne Signalproben, wobei die Pulsamplitude jedes mal demAugenblickswert der analogen Eingangsspannung entspricht. Auf diese Weise erhältman am Ausgang des elektronischen Schalters ein pulsamplitudenmoduliertes Signal,das PAM-Signal. Das Abtasttheorem gibt an, mit welcher Mindestfrequenz ein analogesSignal abzutasten ist, damit ohne Informationsverlust aus den Abtastwerten wieder dasursprüngliche Signal gewonnen werden kann. Die Abtastfrequenz (fs) muss größer seinals das Doppelte der höchsten im analogen Signal enthaltenen Frequenz (fg):fs > 2 x fgIn der Praxis werden 4 bis 5 Abtastwerte (Samples) je Hz Bandbreite entnommen. DieWirkung von Pulsamplitudenmodulation wird bei einer Betrachtung der Signale im ZeitundFrequenzbereich deutlicher (Bild 2).ZeitbereichFourier-AnalyseFrequenzbereichA tA fSignaltfS tA t* S tfs = 1/tsAbtast-Pulse (Dirac-Pulse)PAMtA f* S ftS ff S2f Sf gf gf s-f gf sf s+f g2 fffBild 2: Abtastvorgang im Zeit- und FrequenzbereichTMS Telemetrie-Messtechnik SchnorrenbergHabichtweg 30, D-51429 Bergisch Gladbach, Tel: 02204-9815-52, Fax: 02204-9815-53, Mobil: 0171-8902387Internet: www.telemetry-world.com , E-Mail: info@telemetry-world.com
Telemetrie-Messtechnik SchnorrenbergBeim Abtasten entsteht eine Pulsfolge, die nach der Fourieranalyse durch einenGleichanteil und eine Summe von sinusförmigen Spannungen, die ganzzahligeVielfache der Grundfrequenz sind, dargestellt werden kann. Im Frequenzbereicherzeugen die Abtastpulse systematisch Spektrallinien im Abstand von f S . Rechts undlinks dieser Träger entstehen Modulationsseitenbänder - ähnlich derAmplitudenmodulation - mit oberen und unteren Seitenbändern bei fs-fg, fs+fg, 2fs+fg,2fs-fg, u.s.w.. Die Information steckt in jedem Seitenband, zur weiteren Übertragungwird jedoch lediglich das in Bild 2 rot markierte Basisband verwendet. Aus demFrequenzbereich wird auch ersichtlich, dass bei einer Vergrößerung der Signal-Grenzfrequenz die Modulationsseitenbänder sich ausweiten und ineinander fallenwürden. In diesem Moment entsteht das sog. „Aliasing“, welches nur durch eine höhereAbtastrate verhindert werden könnte. In der Praxis tritt dieses Problem nicht auf, da dasSignal schon im Eingang durch einen Tiefpass (Anti-Aliasing-Filter) bandbegrenzt ist.Das pulsamplitudenmodulierte Signal in Bild 1 ist immer noch eine analoge Form desEinganssignals. Die Abtastwerte lassen sich aber viel besser in digitaler Formübertragen und weiterverarbeiten. Zur abschließenden Quantisierung und Codierung,wird das PAM-Signal einem 12-bit-A/D-Wandler zugeführt. Der A/D-Wandler konvertiert(quantisiert) die einzelnen PAM-Impuls entsprechend ihrer momentanen Amplitude in12-bit-Worte, einer digitalen Auflösung von 1024 Schritten. Ein PAM-Impuls derAmplitude 1 Volt wird demnach mit einer Auflösung < 1mV digitalisiert. Das digitalisiertePAM-Signal nennt man PCM-Signal. Auf den 12-Bit-A/D-Wandler folgt einParallel/Serien-Wandler, der die 12-bit-Worte in einen bitseriellen Datenstrom umsetztund sich das Signal auf einer Datenleitung, LWL oder über eine HF-Strecke übertragenlässt. Damit der Empfänger auf den serielle Datenstrom synchronisieren kann, werdenvor jedem Datenwörtern noch sog. Synchronbits mit übertragen.Auf der Empfangsseite geschieht der Gleiche, nur rückwärts. Nach erfolgterSerien/Parallel-Wandlung werden die 12-bit-Worte mit Hilfe von D/A-Wandlern in PAM-Signale umgesetzt und durch ein Tiefpassfilter von zeitdiskreten zu amplitudenkontinuierlichenSignalen geglättet. Jeder einzelne Signalwert ist gleich dem Mittelwertdes entsprechenden Quantisierungsintervalls. Nach Verstärkung zur Pegelanpassungsteht das ursprüngliche Messsignal a(t) wieder zur Verfügung.2.1 Multiplexen und DemultiplexenMultiplexen ermöglicht das mehrkanalige, synchrone Übertragung von PCM-Kanälen.Wie aus Bild 1 und 2 zu erkennen, nehmen die Abtastpulse jeweils nur eine sehrbegrenzte Zeitdauer in Anspruch und zwischen ihnen liegen verhältnismäßig große freieZeitlücken. Nach dem Zeitmultiplexverfahren kann man die 12-bit-Codewörter vonmehreren zu übertragenden Signalen zeitlich so staffeln, dass sie sich gegenseitig nichtbeeinflussen, sondern nur die sonst freien Lücken ausfüllen. So entsteht ein PCM-Multiplexsignal. Das Grundprinzip der zeitlichen Verschachtelung mehrerer Nachrichten(Codewörter) in einer Weise, dass sie über eine gemeinsame Leitung übertragenwerden können, veranschaulicht Bild 3.TMS Telemetrie-Messtechnik SchnorrenbergHabichtweg 30, D-51429 Bergisch Gladbach, Tel: 02204-9815-52, Fax: 02204-9815-53, Mobil: 0171-8902387Internet: www.telemetry-world.com , E-Mail: info@telemetry-world.com
Seite 1: Telemetrie-Messtechnik Schnorrenber
Seite 5 und 6: Telemetrie-Messtechnik Schnorrenber

Digitale Telemetrie, Funktionsbeschreibung - TMS Â· Telemetrie ...

Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.

Template löschen?

Als Template speichern?