Размещено на http://allbest.ru

Многоканальная РТС с частотным разделением каналов

1.Принципы многоканальной передачи информации

Используемые методы разделения каналов (РК) можно классифицировать на линейные и нелинейные (комбинационные).

В большинстве случаев разделения каналов каждому источнику сообщения выделяется специальный сигнал, называемый канальным. Промодулированные сообщениями канальные сигналы объединяются, в результате чего образуется групповой сигнал (ГС). Если операция объединения линейна, то получившийся сигнал называют линейным групповым сигналом.

Для унификации многоканальных систем связи за основной или стандартный канал принимают канал тональной частоты (канал ТЧ), обеспечивающий передачу сообщений с эффективно передаваемой полосой частот 300…4700 Гц, соответствующей основному спектру телефонного сигнала.

Многоканальные системы образуются путем объединения каналов ТЧ в группы, обычно кратные 12 каналам. В свою очередь, часто используют «вторичное уплотнение» каналов ТЧ телеграфными каналами и каналами передачи данных .

На Рисунке 1 приведена обобщённая структурная схема системы многоканальной связи.

Рисунок1 - Обобщённая структурная схема системы многоканальной связи

Реализация сообщений каждого источника а₁(t), а₂(t),…,а_N(t) с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) М₁, М₂, …, М_N преобразуются в соответствующие канальные сигналы s₁(t), s₂(t),…,s_N(t). Совокупность канальных сигналов на выходе аппаратуры объединения каналов (АОК) образует групповой сигнал s(t). Наконец, в групповом передатчике М сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал s_Л(t), который и поступает в линию связи ЛС. Допустим, что линия пропускает сигнал практически без искажений и не вносит шумов. Тогда на приемном конце линии связи линейный сигнал s_Л(t) с помощью аппаратуры разделения каналов (АРК) может быть вновь преобразован в групповой сигнал s(t). Канальными или индивидуальными приемниками П₁, П₂, …, П_N из группового сигнала s(t) выделяются соответствующие канальные сигналы s₁(t), s₂(t), …,s_N(t) и затем преобразуются в предназначенные получателям сообщения а₁(t), a₂(t), …, a_N(t) .

Канальные передатчики вместе с суммирующим устройством образуют аппаратуру объединения. Групповой передатчик М, линия связи ЛС и групповой приемник П составляют групповой канал связи (тракт передачи), который вместе с аппаратурой объединения и индивидуальными приемниками составляет систему многоканальной связи.

Индивидуальные приемники системы многоканальной связи П_K наряду с выполнением обычной операции преобразования сигналов s_K(t) в соответствующие сообщения а_K(t) должны обеспечить выделение сигналов s_K(t) из группового сигнала s(t). Иначе говоря, в составе технических устройств на передающей стороне многоканальной системы должна быть предусмотрена аппаратура объединения, а на приемной стороне - аппаратура разделения.

Чтобы разделяющие устройства были в состоянии различать сигналы отдельных каналов, должны существовать определенные признаки, присущие только данному сигналу. Такими признаками в общем случае могут быть параметры переносчика, например амплитуда, частота или фаза в случае непрерывной модуляции гармонического переносчика. При дискретных видах модуляции различающим признаком может служить и форма сигналов. Соответственно различаются и способы разделения сигналов: частотный, временной, фазовый и другие.

2.Временное разделение каналов (ВРК), аналоговые методы передачи

Формирование сигнала линейного тракта систем передачи при ВРК и аналоговых методах передачи. При ВРК на передающей стороне непрерывные сигналы от абонентов передаются поочерёдно

Принцип временного разделения каналов

Для этого эти сигналы преобразуются в ряд дискретных значений, периодически повторяющихся через определённые интервалы времени Т_д, которые называются периодом дискретизации. Согласно теореме В.А. Котельникова период дискретизации непрерывного, ограниченного по спектру сигнала с верхней частотой F_в>>F_н должен быть равен

T_д = 1/F_д, F_д ? 2F_в,

Преобразование сигналов при ВРК

Интервал времени между ближайшими импульсами группового сигнала Т_к называется канальным интервалом или тайм-слотом (TimeSlot).

Из принципа временного объединения сигналов следует, что передача в таких системах осуществляется циклами, то есть периодически в виде групп из N_гр = N + n импульсов, где N - количество информационных сигналов, n - количество служебных сигналов (импульсов синхронизации - ИС, служебной связи, управления и вызовов). Тогда величина канального интервала

?t_к = Т_д/N_гр

Таким образом, при ВРК сообщения от N абонентов и дополнительных устройств передаются по общему каналу связи в виде последовательности импульсов, длительность каждого из которых ф_и< ?ф_к

Групповой сигнал при ВРК с ФИМ

При временном разделении каналов возможны следующие виды импульсной модуляции: АИМ - амплитудно-импульсная модуляция; ШИМ - широтно-импульсная модуляция; ФИМ - фазоимпульсная модуляция.

Модуляция канальных импульсов при ВРК: а) непрерывное сообщение; б) АИМ; в) ШИМ; г) ФИМ

Каждый из перечисленных методов импульсной модуляции имеет свои достоинства и недостатки. АИМ - проста в реализации, но плохая помехоустойчивость. Используется как промежуточный вид модуляции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой [1], [6].

При ШИМ спектр сигнала меняется в зависимости от длительности импульса. Минимальному уровню сигнала соответствует минимальная длительность импульса и, соответственно, максимальный спектр сигнала. При ограниченной полосе канала такие импульсы сильно искажаются.

В аппаратуре с ВРК и аналоговыми методами модуляции наибольшее применение получила ФИМ, так как при её использовании можно уменьшить мешающее действие аддитивных шумов и помех путём двухстороннего ограничения импульсов по амплитуде, а также оптимальным образом согласовать неизменную длительность импульсов с полосой пропускания канала. Поэтому в системах передачи с ВРК используется, в основном, ФИМ.

Характерной особенностью спектров сигналов при импульсной модуляции является наличие составляющих с частотами Щ_н…Щ_в передаваемого сообщения u_к (t). Эта особенность спектра указывает на возможность демодуляции АИМ и ШИМ фильтром нижних частот (ФНЧ) с частотой среза, равной Щ_в. Демодуляция не будет сопровождаться искажениями, если в полосу пропускания ФНЧ не попадут составляющие нижней боковой полосы (щ_д - Щ_в) … (щ_д - Щ_н), а это условие будет выполняться, если выбрать

F_д>2F_в ,

что соответствует условию. Обычно принимают щ_д = (2.3 … 2.4)Щ_в и при дискретизации телефонного сообщения с полосой частот 0.3 … 3.4 кГц частоту дискретизации F_д = щ_д/2р выбирают равной 8 кГц, а период дискретизации Т_д = 1/F_д = 125 мкс.

При ФИМ составляющие спектра модулирующего сообщения (Щ_н…Щ_в) зависят от его частоты и имеют малую амплитуду, поэтому демодуляция ФИМ производится только путём преобразования в АИМ или ШИМ с последующей фильтрацией в ФНЧ.

3.Частотное разделение каналов

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рисунке 2

Рисунок 2 Функциональная схема многоканальной системы с частотным разделением каналов

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используется термин FrequencyDivisionMultiplyAccess (FDMA).

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры G₁(щ), G₂(щ), …, G_N(щ) модулируют поднесущие частоты щ_K каждого канала соответственно. Эту операцию выполняют модуляторы М₁, М₂, …, М_N канальных передатчиков.

Модуляторы - это четырёхполюсники с нелинейной амплитудной характеристикой, которая в общем случае аппроксимируется полиномом n-ой степени.

,

где а₁, … а_n- коэффициенты аппроксимации

Для простоты возьмём полином 2-й степени, то есть:

,

Подадим на такой четырёхполюсник сигналы двух частот, то есть

,

где щ >Щ. Тогда

После соответствующих преобразований получим:

,(1)

Спектр сигнала на выходе четырехполюсника будет иметь вид (рисунок 3)

Рисунок 3 - Спектр сигнала на выходе четырехполюсника

Таким образом, на выходе четырёхполюсника наряду с частотами входных сигналов (щ,Щ) появились: постоянная составляющая ; вторые гармоники входных сигналов (2щ,2Щ); составляющие суммарной (щ + Щ) и разностной (щ - Щ) частот.

Если предположить, что в сигнале с частотой Щ содержится информация, то она будет иметь место и в сигналах с частотами (щ_н + Щ) и (щ_н - Щ), которые расположены зеркально по отношению к щ и называются верхней (щ + Щ) и нижней (щ - Щ) боковыми частотами.

Если на четырёхполюсник подать сигнал несущей частоты U₁(t) = U_m•Cosщ_нt и сигнал тональной частоты в полосе Щ_н … Щ_в(где Щ_н= 0.3 кГц,Щ_в = 3.4 кГц), то спектр сигнала на выходе четырёхполюсника будет иметь вид (рисунок 4)

Рисунок 4 - Спектр сигнала на выходе четырехполюсника

Полезными продуктами преобразования (модуляции) являются верхняя и нижняя боковые полосы. Для восстановления сигнала на приёме на вход демодулятора достаточно подать несущую частоту (щ_н) и одну из боковых частот.

В данной многоканальной системе передачи с частотным разделением каналов (МСП-ЧРК) по каналу передаётся две боковые полосы и несущая. Таким образом, на выходе каждого канального модулятора включается полосовой фильтр с полосой пропускания ?щ =щ_н+2Щ = 9,4 кГц. С целью уменьшения влияния соседних каналов (уменьшения перекрестных помех) обусловленного неидеальностью АЧХ фильтров, между спектрами сигнальных сообщений вводятся защитные интервалы. Для каналов они равны 2,6 кГц. Таким образом, ширина полосы канала с учётом защитного интервала равна 12 кГц (рисунок 5)

Рисунок 5 - Спектр группового сигнала с защитными интервалами

Расчёт

Полоса группового тракта 100МГц