Проводные системы передачи

Для передачи медико-биологической информации кроме радиои гидроакустического канала используются проводные системы. В качестве линии связи в проводных системах передачи используют воздушные линии связи, симметричный или коаксиальный кабель.

Воздушные линии представляют собой симметричные металлические провода, подвешенные на опорах с помощью изоляторов и специальной арматуры. По своим электрическим характеристикам воздушные линии позволяют организовать связь на длинные расстояния в диапазоне частот до 150 кГц. Для передачи используется типовое или специальное оборудование, предназначенное для передачи биофизической информации.

Недостатками воздушных линий являются значительное влияние климатических условий на работу системы связи, высокий уровень внешних помех (от высоковольтных ЛЭП, радиостанций, промышленных установок, атмосферных явлений) и ограниченный частотный диапазон.

Кабелем связи называют изделие, содержащее одну или несколько электрических цепей, заключенных в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой накладывают соответствующий защитный покров. Существует большое количество кабелей, предназначенных для различных сетей связи. В качестве систем передачи в кабельных линиях обычно используется типовое оборудование (аналоговые системы К-10 800, К-19 600, К-1920П и др. и цифровые системы ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и др.). По кабельным линиям связи можно передавать сигналы со спектром до 60 МГц, они меньше подвержены влиянию внешних помех и климатических условий.

В качестве метода модуляции в аналоговых проводных системах обычно используется AM с передачей одной боковой полосы (ОБП), что позволяет существенно повысить использование полосы пропускания канала связи. В цифровых системах используется кодово-импульсная модуляция (КИМ), дельта-модуляция (ДМ) и их модификации [18, 32, 36, 84, 108].

Следует отметить, что качество передачи информации по двухпроводным направляющим системам полностью харакгери зуется первичными параметрами, т. е. параметрами, отнесенными к единице длины линии. Первичными параметрами являются активное сопротивление длины линии R (Ом/км), индуктивность единицы длины L (Гн/км), емкость длины линии С (Ф/км) и проводимость изоляции длины линии G (Ом/км).

На рис. 5.4 изображена эквивалентная схема элемента длинной линии Ддг, включающая первичные параметры R, L, С и G.

Рис. 5.4.

Условия передачи сигнала через однородную линию определяются телеграфными уравнениями [28, 31 ]

которые легко могут быть получены согласно законам Ома и Кирхгофа из эквивалентной схемы (рис. 5.4).

В режиме гармонических колебаний уравнения (5.27) принимают вид.

где (U, I— комплексные действующие значения напряжения и тока в линии.

Кроме первичных линия описывается системой вторичных параметров, к которым относится коэффициент распространения:

где |z_B| — модуль; <�р_в — фаза волнового сопротивления.

Для всех реально существующих цепей R / G > L/ С, поэтому модуль волнового сопротивления с увеличением частоты уменьшается, стремясь к величине [lTc. Угол ср_в изменяется от нулевого значения при о) = 0 до нулевого значения при со —" (c)о. Следовательно, на какой-то частоте он будет иметь максимум. Можно показать, что угол (р_в на всех частотах является отрицательным. На рис. 5.5 показаны графики частотных зависимостей модуля и угла волнового сопротивления однородной линии, т. е. волновое со противление линии выражает соотношение между амплитудами и фазами напряжения и тока падающей волны в любой точке линии.

С учетом введенных обозначений решение системы (5.28) с учетом граничных условий в начале линии: U_x = ?/,|_v=0, l_x ⁼ /il.v=o ^можно получить систему уравнений для определения напряжений и токов в любой точке х длинной линии:

Эти уравнения носят название уравнений передачи однородной длинной линии и являются основными при анализе прохождения измеряемого сигнала по проводным линиям связи. Причем первые слагаемые в (5.31) характеризуют падающие, а вторые — отраженные волны. В режиме согласованного включения, когда z_H = z_B, в линии будут только падающие волны.

Аналоговые биофизические сигналы наиболее часто передаются по стандартному телефонному каналу тональной частоты ТЧ в полосе частот 300…3400 Гц. Большинство биофизических сигналов являются инфранизкочастотными (см. табл. 2.1), поэтому для их передачи по каналу тональной частоты используется предварительное преобразование передаваемого сигнала различного рода модуляторами, осуществляющими перенос спектра биосигнала в область полосы пропускания канала ТЧ.

Структурная схема передачи аналоговых элсктрофизиологических сигналов по телефонной линии связи приведена на рис. 5.6. В качестве модулятора М обычно используется генератор гармонических колебаний, частота которого изменяется пропорционально уровню биосигнала, поступающего на вход модулятора с усилителя биопотенциалов УБП. Средняя частота колебаний (несущая частота) генератора и максимальное отклонение частоты от среднего значения (девиация частоты) выбираются таким образом, чтобы передать биосигнал с минимальными искажениями.

Рис. 5.6.

Аналогично передается многоканальная аналоговая информация. При этом в каждую линию кроме канальных усилителей биопотенциалов и модуляторов включается сумматор, формирующий многоканальное сообщение (см. рис. 5.7). На приемной стороне, так же как и в радиоканале, из многоканального сообщения с помощью системы канальных фильтров выделяются модулированные канальные сигналы, из которых после демодуляции получают соответствующие биосигналы. На рис. 5.7 показана структурная схема трехканальной системы передачи. Для передачи биосигналов с частотой до 100 Гц в этой системе используются канальные несущие частоты 1070, 1470, 1870 Гц с девиацией частоты 60 Гц.

Рис. 5.7.

При передаче биоинформации на небольшое расстояние, обычно в пределах одного здания или поблизости расположенных зданий, используют гальванически замкнутый канал связи, при котором телефонные аппараты двух абонентов соединяются непосредственно друг с другом через специальные согласующие устройства, минуя АТС. Согласующие устройства усиливают передаваемый сигнал и фильтруют его от помех.

В системах массового обследования населения иногда применяются системы передачи, использующие акустическую связь с микрофоном телефонной трубки. Структурная схема этой системы передачи изображена на рис. 5.8. Акустический преобразователь АП представляет собой генератор звуковой частоты 1000… 1500 Гц, модулируемой передаваемым биосигналом. Конструктивно преобразователь выполнен в виде малогабаритного громкоговорящего устройства, которое с помощью специального резинового кольца прижимается к телефонной трубке. Физиологическая информация передается после набора номера телефона абонента и передачи ему необходимой служебной информации. Переданная информация принимается в консультационнодиагностическом центре с помощью приемной акустической приставки, преобразующей звуковые колебания телефона в электрический ЧМ-сигнал, который после демодуляции поступает на регистрацию или записывается на магнитофон.

Рис. 5.8.