Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

Дифференцируя зависимость (3), получаем уравнение

Из уравнения (4) следует, что при отношении (dэ / 2·h) ≈ 4,316 достигаются наилучшие условия [1]. Для стальных деталей коэффициент неравномерности нагрева Кн = 0,85.

Способы контактной сварки подразделяются на точечную, роликовую (шовную) и стыковую.

При точечной сварке мощность точечных машин достигает 600 кВА, плотность тока 120 А/мм2, вторичное напряжение1 – 12 В, давление между электродами 20 – 120 МПа (МН/м2). Мощность машины N определяется c учетом суммарной толщины листов s, мм, и коэффициента k, зависящего от свариваемого материала (k = 8 - 25).

Роликовую сварку проводят на переменном токе силой 2000 - 5000 А. Усилие сжатия роликами свариваемых деталей достигает 5 - 6 кН, а скорость сварки 0,5 - 3,5 м/мин. Диаметр роликов 40 - 350

мм.

Мощность машин при стыковой сварке 0,12 – 0,15 кВА/мм2, напряжение сварочного тока 5 – 15 В, давление создаваемое при осадке 15-50 МПа.

Точечная применяется для толщины свариваемых изделий от 0,5 до 6 мм, сила тока до 1000000 А, вторичное напряжение от 0,3 до 12 В. Электрод должен сохранять прочность до 400° С. Электроды – полые и холоднотянутые из меди и ее сплавов, охлаждают водой. Применяют электроды из бронзы с присадкой хрома, кадмия, кобальта, из вольфрамовых сплавов.

Нормирование сварочных работ при контактной сварке [1]. Норма штучного времени при контактной точечной сварке

Норма штучного времени при контактной шовной сварке

71

Норма штучного времени при контактной стыковой сварке

В формулах (3) – (5): i-число точек подлежащих сварки за данную операцию, L-длина сварочного шва.

Основное время контактной сварки Т, мин, является временем полного цикла сварки и включает в себя время на сближение электродов, сжатие электродов, протекание тока, выдержку при повышенном давлении и возвращение электродов в исходное положение, включение и выключение рабочего хода машины и определяется для точечной сварки

Vсв

Время на включение и выключение точечной машины Тв.к. принимать дополнительно один раз на число точек, свариваемых за один прием: кнопкой – 0,012 мин; педалью сидя – 0,01 мин; стоя –

0,015 мин.

Вспомогательное время Тв на установку детали или сборочной единицы, массой Q до 20 кг, на стол, в приспособление при точечной и шовной сварке, в зависимости от способа установки, определяется по формуле

При свободной установке без фиксации m = 0,029; р = 0,3; при установке по контуру или риске m = 0,035; р = 0,3; при установке по штырю или отверстию m = 0,041; р = 0,3; при установке по направляющим или двум плоскостям m = 0,08; р = 0,3; при установке под пружинные прижимы m = 0,058; р = 0,32; при установке в центры приспособления m = 0,058; р = 0,285.

По формуле (11) определяется время для длины детали или

72

сборочной единицы до 1000 мм; при длине до 2000 мм и свыше время, полученное по формуле (11) умножить на коэффициент, равный 1,1.

При установке деталей сложной конфигурации в специальные приспособления время, получаемое по формуле (11) умножить на коэффициент 1,3.

При одновременной установке нескольких деталей время, полученное по формуле (11), принять с коэффициентом, равным 0,8, на каждую деталь.

Вспомогательное время на установку детали массой Q до 20 кг на электрод и снятие с электрода при точечной сварке определяется по формуле (11). Для плоских деталей длиной до 1000

мм m = 0,04; р = 0,295, а длиной свыше 1000 мм m = 0,044; р = 0,3,

для объемных деталей длиной до 1000 мм m = 0,046; р = 0,292, а

длиной свыше 1000 мм m = 0,05; р = 0,3.

Вспомогательное время на один поворот на поворачивание и перевертывание детали (сборочной единицы) весом до 20 кг при точечной или шовной сварке определяется по формуле (11). При повороте на электроде на угол до 90 о и длине детали до 1000 мм m = 0,0072; р = 0,3, а при повороте от 90 о до 180 о и длине детали свыше

1000 мм m = 0,0108; р = 0,3.

Для снятия детали (сборочного узла) с электрода и установке на электрод, при повороте на угол 90 о и длине детали до 1000 мм m

= 0,0147; р = 0,28, а при длине детали свыше 1000 мм m = 0,0162; р = 0,28. При повороте от 90 до 180 о и длине детали до 1000 мм m

= 0,022; р = 0,28, а при длине детали свыше 1000 мм m = 0,024; р = 0,29. При повороте детали на столе m = 0,0108; р = 0,3 и это время умножить на коэффициент, равный 0,6.

Вспомогательное время на одно продвижение детали (сборочной единицы) на шаг при точечной и шовной сварке определяется по формуле (12), при длине шага до 1000 мм и массе детали Q до 20 кг [1] .

При автоматическом управлении время на шаг перекрывается основным и в норме времени не учитывается.

Вспомогательное время на снятие детали сборочной единицы, массой до 20 кг, со стола для точечной и шовной сварки

73

р = 0,301. При снятии детали длиной до 1000 мм с приспособления m = 0,023; р = 0,301; а при длине свыше 1000 мм m = 0,025;

р = 0,309. При укладке деталей (сборочных единиц) в стопу, время следует брать с коэффициентом, равным 1,2.

Вспомогательное время на закрепление и открепление одной детали при контактной сварке зависит от типа зажимного приспособления. При пневматическом или пневмогидравлическом зажиме, время на закрепление и открепление одной детали 0,024 мин; при эксцентриковом зажиме – 0,031 мин; при рычажном или шарнирном – 0,038 мин; при использовании откидной или съемной струбцины – 0,115 мин; при винтовом прижиме – 0,09 мин.

Значения вспомогательного времени, приведенные выше, а также определяемые по формулам (11) и (12), предназначены для крупносерийного и массового производства. Для среднесерийного следует применять поправочный коэффициент, равный 1,25, а для мелкосерийного 1,35.

Время обслуживания рабочего места и отдых находятся в процентах от оперативного, с учетом коэффициентов обслуживанияобс и отдыха отд., в зависимости от вида сварки и применяемого оборудования. Для точечной сварки на стандартной машине одноточечной обс = 4, отд = 6, многоточечной обс = 6, отд = 7, а при

Для стыковой сварки на машине с неавтоматическим

управлением обс = 4, отд = 7, а с автоматическим - обс = 7, отд = 7. Подготовительно-заключительное время для мелкосерийного и среднесерийного производства принимается : для стационарных

машин и клещей – 8 мин, для пистолета 7,5 мин.

Литература

1. Данилов, Ю.М. Технология обработки конструкционных материалов [Текст]: учеб. пособие / Ю.М. Данилов. – Воронеж: ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет", 2007. – 245 с.

Воронежский государственный технический университет

74

УДК 621.9

А.В. Башкиров, М.В. Хорошайлова

LDPC-КОДИРОВАНИЕ В СТАНДАРТАХ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ. OFDM-МОДУЛЯЦИЯ

В данной статье рассмотрены алгоритмы и эксплуатационные возможности в стандартах передачи цифрового телевидения с использованием LDPC-кодирования, рассмотрена OFDM-модуляция

Введение. В настоящее время наблюдается тенденция использования широкополосных сигналов в атмосферных радиолиниях различных цифровых систем передачи информации. Преимуществами применения широкополосных сигналов в системах связи являются увеличение объема и скорости передачи информации. Однако качество передачи информации в условиях города снижается вследствие возникновения помех в цифровом канале. Основные виды помех — это затенение приемной антенны различными препятствиями и многопутевая (многолучевая) интерференция, возникающая из-за многократных отражений сигналов зданиями и другими строениями. Сигнал попадает в приемник по разным путями и с различными фазами. В точке приема результирующий сигнал представляет собой суперпозицию многих сигналов с разными амплитудами и фазами, что приводит к искажению. Для повышения уровня электромагнитного поля в зоне геометрической тени используют узконаправленные апертурные приемопередающие антенны миллиметровых волн (ММВ), которые обеспечивают повышение уровня поля на выходе антенны приемника по сравнению с всенаправленным приемом излучения [1].

Используемые в телевещании три вида канала связи – спутниковый, кабельный и наземный – существенно отличаются по своим параметрам. Самое большое отличие наблюдается в видах помех, воздействующих на цифровой сигнал. По этой причине отличаются как канальное кодирование, так и способы модуляции, применяемые в разных каналах. В связи с этим в рамках проекта DVB разработаны стандарты DVB-S, DVB-C, DVB-T для спутникового, кабельного и наземного (эфирного) вещания соответственно [2].

Ниже в таблице приведены основные характеристики цифровых стандартов телевидения.

Основные характеристики цифровых стандартов телевидения

75

Стандарт DVB-T2

Основные технические характеристики стандарта:

-Диапазон рабочих частот – 470–862 МГц.

-Выходная мощность передатчиков – 10…10 000 Вт.

-Охлаждение передатчиков жидкостное и воздушное.

-Ошибки BER - 10-11…-10-13

-Ошибки MER, db < 35.

Главным преимуществом стандарта DVB-T2 (T2) по сравнению с DVB-T1 (T1) является то, что на одной несущей передатчика можно будет передавать три программы телевидения высокой четкости и дополнительные независимые каналы физического уровня PLP. Таким образом, количество передаваемых каналов увеличится. Мощность передатчиков снизится в 5–8 раз [3].

При передаче цифрового телевидения применяется помехоустойчивый код –LDPC, исправляющий 10–12 ошибок.

На рис. 1 представлена субсистема кодирования. Внутренний поток поступает из BBFRAME. Каждый BBFRAME (Kbch) заполняется битами внешнего кода LDPC, входящего в субсистему FEC-кодека, генерируемого битами Nidpc FECFRAME. Биты четности BBFRAME идут вместе с информационными битами [3].

Кодер источника u заменяет на своем выходе информационные слова u кодовым словом v. Приемник производит обратное преобразование. В результате на декодер поступает двоичное принятое слово – r.

76

Рис. 1. Субсистема стандарта DVB-T2

Длительность кодового слова равна интервалу времени, в течение которого на входе канала появляется блок из K информационных символов.

Кодер двоичного блока (n, k) отображает множество 2k возможных двоичных слов в множестве 2х n мерных кодовых слов.

Модуляция

Применяется OFDM-модуляция с защитным интервалом. Каждый символ передается большим количеством ортогональных несущих, модулированных одновременно по фазе и амплитуде. Длина защитного интервала выбирается в зависимости от расчетной протяженности эфирного тракта. Более длинные защитные интервалы требуются в одночастотных сетях, где сигналы от соседних передатчиков могут приходить на приемник со значительным запаздыванием. Новые режимы 16K и 32K увеличивают число ортоканальных несущих, а абсолютная величина защитного интервала сохраняется [2].

77

Рис. 2. Предварительная обработка сигналов

Значение отношения сигнала к шуму C/N зависит от вида модуляции. При модуляциях цифровой сигнал кодируется после перемежателя в виде комплексных канальных символов (несущих) в синфазную составляющую I и квадратурную Q, несущих m- информацию в зависимости от вида модуляции.

Стандарт DVB-S2

Он предназначен для передачи цифрового телевидения по спутниковым каналам.

В зависимости от выбранного режима помехоустойчивого кодирования и схемы модуляции уровень сигнал/шум, позволяющий принять сигнал на приемной стороне, колеблется от - 2,4 дБ (при модуляции QPSK и FEC с относительной скоростью 1/4) до +16 дБ (32 APSK и FEC 9/10). Эти значения справедливы для Гауссового канала и идеального демодулятора. При условии допустимости BER на уровне 10Е-7 энергетика сигнала превышает предел Шеннона всего на 0,7–1,2 дБ. Новый стандарт DVB-S2 обеспечивает повышение скорости передачи полезной информации на 20–35%.

Стандарт DVB-C2

Стандарт DVB-C2 предназначен для передачи цифрового телевидения по кабельным каналам. Максимальная скорость входного потока 38,1 Мбит/c. Модуляция 4095QAM позволяет повысить эффективность использования спектра. Помехоустойчивый код – BCH c Nidpc = 64 800 со скоростью LDPC от 1/2 до 8/9. Новый стандарт DVB-S2 обеспечивает повышение скорости передачи полезной информации на 20–35% [4].

Применение OFDM в DVB-C2

OFDM применяется большинством современных одно- и двунаправленных технологий передачи. Что касается семейства DVB, то OFDM вначале было использовано в эфирном стандарте первого поколения DVB-T, а затем его параметры расширили и усовершенствовали в стандарте DVB-T2. Набор COFM-параметров,

78

использованный в новом эфирном стандарте, вполне соответствует и требованиям передачи в кабеле, поэтому он был перенесен также и в DVB-C2. Благодаря общности COFDM-параметров и значительному количеству других общих блоков, создание чипов, сочетающих функциональность эфирного и кабельного стандартов, не приведет к существенной избыточности по сравнению с одностандартными чипами.

В результате DVB-C2 поддерживает позаимствованный в DVB-T2 режим 4К с продолжительностью полезного OFDM-символа 448 мкс и двумя вариантами защитных интервалов — 1/64 и 1/128. Более того, в DVB-C2 используются те же схемы распределения пилот-сигналов, что позволяет применять в обеих системам единый блок оценки качества канала.

Структура кадра DVB-C2 показана на рис. 3. Каждый кадр C2 начинается с преамбулы, состоящей из одного или более OFDMсимволов и выполняющей две основные функции. С одной стороны, она обеспечивает надежную временную и частотную синхронизацию OFDM-сигнала и самой структуры [5].

Ширина канала задается выделением ему определенного количества OFDM-поднесущих. А характеристики входного фильтра и системные часы остаются практически неизменными. Такой подход позволяет расширить полосу передаваемого сигнала для размещения в нем большего количества услуг. Чтобы не усложнять и не удорожать абонентское оборудование, предполагается сегментированный прием таких каналов. Приемник со стандартной полосой пропускания может извлечь из широкого пакета только ту часть, которая содержит принимаемую в данный момент услугу, а полоса, занимаемая этой частью, никогда не превышает 8 МГц.

79

Рис. 3. Структура кадра DVB-С2, представленная в частотно временной плоскости. Нет необходимости вводить защитный интервал по частоте между составляющими слоями (Data Slices)

кадра. Каждый кадр DVB-С2 начинается с преамбулы

Для этой цели в преамбулу вводится особая последовательность пилот-сигналов, модулирующая каждую шестую OFDM-поднесущую символов преамбулы. С другой стороны, преамбула содержит сигнализацию 1-го уровня (L1), необходимую для декодирования потоков данных и содержащейся в них полезной информации. Преамбула состоит из циклически передаваемых блоков сигнализации L1, повторяющихся в каждой полосе 7,61 МГц широкого канала. Фиксированное расположение блоков L1 и их повторение с шагом 7,61 МГц обеспечивают их прием при настройке тюнера на любые 8 МГц из занимаемого кадром диапазона. Как показано на рис. 4, при переходе к частот-ному представлению сигнала (то есть после прямого преобразования Фурье) приемник имеет возможность разместить полученные им поднесущие в нужном порядке и восстановить всю содержащуюся в преамбуле информацию. Причем даже потеря нескольких поднесущих заметно не повлияет на работу системы, так как сигнализация передается в очень устойчивом режиме. В отличие от блоков сигнализации L1, слои не должны вписываться в жесткую частотную сетку и могут

80