Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Основные понятия и определения

1.2 Принцип построения многоканальной ТКС

1.3 Обобщённая структурная схема ЦСП

1.4 Модуляция сигналов

1.5 Амплитудная модуляция

1.6 Частотный принцип уплотнения КС

2. Практическая часть

2.1 Анализ задания по проектируемой ТКС

2.2 Расчёт многоканальной ТКС

2.3 Графический материал рассчитанной ТКС

Заключение

Список литературы



Введение

С момента зарождения и по сегодняшний день радиотехника является важнейшей областью науки и техники, кардинально изменившей ход научно-технического прогресса в сторону автоматизации, информатизации, микроминиатюризации во всех отраслях промышленности, науки и техники, поэтому подчас бывает трудно вычленить и отделить радиотехнику от тесно связанных с ней смежных областей, таких, например, как радиоэлектроника. Но наиболее общим и основным назначением радиотехники является обеспечение передачи и приёма информационных сообщений посредством электромагнитных колебаний, несущих информацию с использованием окружающего пространства как среды распространения радиоволн.

Любые системы связи предназначены для передачи информации посредством сигналов, причем сигналов, в подавляющем большинстве случаев, электрических. Если сигналы, несущие информацию, изначально имеют неэлектрическую природу, в состав системы связи вводят преобразователи, прямые и обратные сигналов неэлектрических в электрические и обратно. В общем случае функционирование любой системы связи сопровождается разнообразными преобразованиями сигналов, осуществляемых посредством соответствующих физических систем, линейных и нелинейных.

Для современной радиотехники одной из центральных задач является создание помехоустойчивых систем связи, наиболее действенное решение которой лежит в области применения и совершенствования методов модуляции, помехоустойчивого кодирования и цифровой обработки сигналов.

Ближайшие перспективы развития радиотехники связаны с бурным развитием микроэлектронной элементной базы СВЧ и КВЧ диапазона, а также квантовой электроники, которые обуславливают возможность перехода к принципиально новым быстродействующим цифровым способам преобразования и обработки радиотехнических сигналов.



1. Теоретическая часть

1.1 Основные понятия и определения

Для передачи различного рода сообщений широко используются электрические сигналы - электромагнитные колебания, изменения параметров которых отображают передаваемые сообщения. Передача сообщений с помощью электрических сигналов называется электросвязью. В зависимости от передаваемых сообщений существуют различные виды электросвязи: телефонная, телеграфная, передачи данных и др. Комплекс технических средств, обеспечивающих передачу электрических сигналов, называется системой электросвязи.

Сообщением называют совокупность сведений о состоянии какого-либо объекта. Источник и получатель сообщений разделены между собой некоторой средой. Поэтому информация передается по каналам связи. Канал связи - это совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу электромагнитных сигналов, ограниченных по мощности в определенной области частот, или с определенной скоростью. В состав канала связи, как правило, входят: передатчик, линия связи и приемник.

Совокупность технических средств, обеспечивающая формирование каналов связи, называется системой связи. Кроме аппаратуры, осуществляющей преобразование и усиление сигналов, в состав системы связи входят устройства электропитания, управления и сигнализации, а также линия связи. Линией связи называется среда распространения электромагнитных волн, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику.

Линии связи бывают проводные и радиолинии. Проводными называются линии, в которых сигналы распространяются в пространстве вдоль непрерывной направляющей среды. К проводным относятся кабельные линии (электрические и световодные), волноводы и т.д. Применительно к проводным линиям вводится понятие цепи связи, представляющей собой совокупность проводов, по которым передается электрический сигнал. Преимущественно применяются двух- или четырехпроводные цепи. В радиолиниях сообщения передаются посредством радиоволн в открытом пространстве. Применительно к радиолиниям аналогичным понятием является ствол.

В наземных радиорелейных линиях используются дециметровые и более короткие радиоволны, а ретрансляция сигналов производится с помощью наземных приемопередающих станций. В системах космической связи ретрансляционные станции устанавливаются на искусственных спутниках Земли. Для связи с подвижными объектами все большее распространение получают сотовые системы связи. Любая информация передается по каналам связи, в состав которых входят: передатчик, линия связи и приемник. Совокупность источника сообщений, передатчика, линии связи, приемника и получателя сообщений (рис. 1.1.1) образует систему связи.

Рисунок 1.1.1 Структурная схема системы связи

Из всех элементов системы наибольший процент стоимости приходится на линии связи. Поэтому возникает задача разработки таких систем и методов, которые позволяют одновременно передавать по одной физической цепи большое число независимых сообщений, т.е. использовать линию многократно. Такие системы передачи называются многоканальными.

Связь, осуществляемая с помощью этих систем, называется многоканальной связью.

Системой N -канальной связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной цепи связи. К передатчику N -канальной системы связи подводятся первичные сигналы от N источников сообщений. Эти сигналы подвергаются специальной обработке и объединяются в общий групповой сигнал, поступающий на вход цепи связи. В приемной части системы из группового сигнала выделяются индивидуальные сигналы отдельных каналов, соответствующие передаваемым сообщениям и поступающие к N получателям.

Техника многоканальной связи стала развиваться особенно интенсивно в послевоенные годы. Было налажено производство симметричного кабеля, разработана аппаратура К-12, а затем 24- и 60-канальные системы К-24-2 и К-60. В последующие годы появились системы К-120, К-300, К-1920, К-2700, К-3600, К-5400 и К-10800, предназначенные для передачи информации по коаксиальным кабелям. Все более широкое применение стали получать радиорелейные линии большой емкости.

Наряду с аналоговыми системами передачи (АСП) стали развиваться цифровые системы передачи (ЦСП), за которыми открывается более широкая перспектива использования. В России аналоговые системы передачи постепенно вытесняются цифровыми (ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920 и др.).

Отмеченные выше типы цифровых систем передачи относятся к так называемой плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy - PDH), в которой при временном группообразовании используются асинхронные методы объединения цифровых потоков, скорости которых могут незначительно отличаться друг от друга. В этом случае необходимо осуществлять согласование скоростей объединяемых потоков.

В последние годы происходит интенсивное внедрение высокоскоростных систем, относящихся к так называемой синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH). SDH выступает как единая цифровая иерархия и является качественно новым этапом развития цифровой сети связи, создаваемой с учетом новейших достижений в микроэлектронной технике и сетей ЭВМ.

К основным достоинствам SDH можно отнести:

· упрощение процессов объединения и разъединения цифровых потоков;

· прямой доступ к компонентам с меньшими скоростями без необходимости объединения и разделения всего высокоскоростного сигнала;

· существенное расширение возможностей эксплуатации и технического обслуживания;

· легкий переход к более высоким скоростям передачи по мере развития современных технологий.

В целом основными направлениями развития систем передачи являются: повышение эффективности использования линий связи, увеличение дальности связи, повышение ее качества и надежности, постоянное техническое совершенствование элементов и узлов аппаратуры.

1.2 Принцип построения многоканальной ТКС

Образование типовых каналов передачи обеспечивает система передачи, одной из составных частей которой является среда распространения. Такой средой могут быть коаксиальные, симметричные или оптические кабели, воздушные или радиолинии. Поскольку стоимость кабелей, воздушных и радиолиний в настоящее время значительна, то необходимо иметь возможность по одной физической цепи (стволу) одновременно и независимо передавать как можно больше сигналов, соответствующих разным сообщениям. Физическая цепь -- это одна или две пары проводов, расположенных в кабеле или подвешенных на опорах (воздушная линия) и используемых для передачи сигналов электросвязи. Для радиолиний аналогичным понятием является ствол. Естественно, чем больше сигналов будет одновременно передаваться, например, по одной кабельной цепи, тем эффективнее этот кабель будет использоваться. Совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу N сигналов по одной физической цепи (по одному стволу), называется N-канальной (многоканальной) системой передачи. В состав системы передачи, кроме среды распространения, входят также оконечные и промежуточные станции.

Рисунок 1.2.1. Упрощенная структурная схема многоканальной системы передачи

На передающей оконечной станции исходные индивидуальные сигналы , которые должны передаваться по типовым каналам, преобразуются устройствами-- модуляторами М₁,….., М_N, а канальные сигналы ..., .В устройстве объединения УО канальные сигналы объединяются, образуя групповой сигнал . Промежуточные станции ПМ обеспечивают увеличение дальности передачи сигналов. На приемной оконечной станции с помощью разделяющего устройства РУ осуществляется выделение канальных сигналов из группового сигнала, которые преобразуются устройствами -- демодуляторами в исходные сигналы

Следует отметить, что исходный сигнал, получаемый на приемной станции, несколько отличается от аналогичного сигнала на передаче. Причиной этих отличий являются искажения, вносимые каналом передачи, и помехи, воздействующие на сигнал. Желательно, чтобы эти отличия не превышали допустимых.

Преобразование исходного сигнала на передающей оконечной станции необходимо для того, чтобы каждому канальному сигналу сообщить некоторые отличительные признаки, наличие которых позволит на приемной оконечной станции разделить сигналы по соответствующим приемникам.

При построении многоканальных систем передачи преимущественно используется частотный и временной способы разделения. При частотном способе разделения за каждым каналом в линии передачи закрепляется определенный спектр частот. Поэтому преобразователи передающей оконечной станции должны сместить частотные полосы исходных сигналов в частотные полосы, которые отводятся для передачи по тому или иному каналу. Это смещение может быть осуществлено с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции. Несущие частоты надо выбирать такими, чтобы спектры частот канальных сигналов не перекрывались.

Упрощенная структурная схема многоканальной системы передачи с частотным разделением каналов приведена на рис. 1.2.2. Каналы многоканальной системы передачи в основном используются для передачи однородных сигналов (например, телефонных), частотные полосы которых можно считать совпадающими. Поэтому на рис. 1.2.2 полосы частот исходных сигналов приняты одинаковыми ().



Рисунок 1.2.2. Упрощенная структурная схема многоканальной системы передачи с частотным разделением каналов

Исходные сигналы, поступающие в канал, модулируют несущие частоты , что осуществляется модуляторами ,......, . Формирование канальных сигналов выполняют полосовые фильтры , которые подавляют вое побочные продукты модуляции, не нужные для передачи. Выделенные фильтрами канальные сигналы занимают соответственно полосы частот . Эти полосы частот не должны перекрываться (рис. 1.2.3). Канальные сигналы объединяются и образуют групповой сигнал, полоса частот которого равна .

Ширина полосы частот канальных сигналов Д в общем случае может отличаться от ширины полосы частот исходного сигнала, а именно '. Желательно, чтобы , так как в этом случае при заданном числе каналов N ширина спектра группового сигнала минимальна, что позволяет увеличить экономическую эффективность системы передачи.

На приемной оконечной станции канальные сигналы выделяются из группового сигнала при помощи полосовых канальных фильтров . Для получения исходных сигналов канальные сигналы подаются на демодуляторы . Если несущие частоты на выходе модуляторов передающей оконечной станции будут подавлены, то на демодулятору кроме канальных сигналов должны быть поданы несущие частоты (). Фильтры нижних частот ФНЧ выделяют исходный сигнал, внося большое затухание в высокочастотные составляющие сигнала, появившиеся в процессе демодуляции.

Для полного разделения канальных сигналов необходимо, чтобы характеристики полосовых фильтров были идеальными. Так как у реальных фильтров крутизна нарастания затухания ограничена, то между каналами могут возникнуть переходные помехи. Для уменьшения их до допустимых значений между спектрами канальных сигналов вводятся защитные частотные интервалы (рис. 1.2.3). Например, при передаче разговорных сигналов защитный частотный интервал составляет 0,9 кГц.

При временном способе разделения каналов по цепи передаются периодические последовательности очень коротких импульсов, амплитуды которых равны величинам мгновенных значений канальных сигналов.

Рисунок 1.2.3.

После импульса первого канала передается импульс второго, третьего и т. д. до последнего канала, после чего цикл передачи повторяется.

Достаточно просто временное разделение осуществляется, если по каналам передается последовательность импульсов. Интервалы между двумя соседними импульсами одного и того же канала используются для передачи импульсов других каналов.

При передаче по каналам непрерывных сигналов (например, речевых) последние необходимо подвергнуть дискретизации по времени.

В результате дискретизации, осуществляемой методом АИМ, непрерывные сигналы преобразуются в последовательности импульсов разной амплитуды. После этого временное разделение происходит так же, как и при передаче импульсных сигналов. В линию передачи сначала посылается импульс (отсчет непрерывного сигнала) первого канала, затем второго и т. д. до канала N, после чего опять передается импульс первого канала и процесс периодически повторяется.

Упрощенная структурная схема многоканальной системы передачи с ВРК приведена на рис.1.2.4. Исходные непрерывные сигналы каждого канала после ограничения спектра фильтром нижних частот поступают на ключи , осуществляющие дискретизацию этих сигналов. Работой ключей управляет периодическая последовательность импульсов, вырабатываемая генераторным оборудованием ГОпер. Частота следования этих импульсов равна частоте дискретизации, которая согласно теореме Котельникова должна быть не менее удвоенного значения наивысшей частоты спектра непрерывного сигнала , т. е. . Период следования канальных импульсов

Импульсные последовательности, управляющие работой электронных ключей различных каналов, сдвинуты относительно друг друга на равные временные интервалы, величина которых определяется периодом следования канальных импульсов и числом каналов в системе. За каждый период происходит однократное замыкание ключей каждого канала. В момент замыкания ключа в линию передается мгновенное значение (отсчет) канального сигнала. Последовательности отсчетов канальных сигналов образуют групповой АИМ-сигнал.

На приемной оконечной станции разделение канальных сигналов осуществляется ключами Работой ключей управляет последовательность импульсов, вырабатываемая . Для того чтобы передаваемый сигнал поступил в соответствующий приемник, необходимо, чтобы электронные ключи передающей и приемной станций работали синхронно и синфазно.



Рисунок 1.2.4. Упрощенная структурная схема многоканальной системы передачи с ВРК

С этой целью с передающей оконечной станции на приемную передается специальный сигнал синхронизации СС, обеспечивающий согласованную во времени работу ГО обеих станций. Восстановление исходного (непрерывного) сигнала из последовательности амплитудно-модулированных импульсов (отсчетов этого сигнала) осуществляют фильтры нижних частот.

1.3 Обобщенная структурная схема ЦСП

Рисунок 1.3.1 Обобщённая структурная схема ЦСП

В системах ЦСП неважно, какой вид имеет первичный сигнал. Всё равно его преобразуют в цифровой. Исходный (первичный) сигнал ограничивается по спектру ФНЧ, затем подвергается дискретизации (АИМ).

Объединив N-первичных дискретизированных их подвергают квантованию (КВ) и далее преобразуют в цифровой кодированный сигнал (АЦП). С выхода АЦП получаемый ИКМ сигнал объединяется с необходимыми сигналами сигнализации, сигналами синхронизации (СС), дискретной информации (ДИ) и сигналами управления и взаимодействия (СУВ). В результате объединения их в формирователе цикла (ФЦ) образуется цикл передачи определённой структуры. Если используются высокоскоростные системы передачи, то полученные цикловые сигналы могут объединяться с подобными же от других каналов, тем самым осуществляется временное группообразование (ВГ) - мультиплексирование.

Здесь циклические последовательности от каждого канала выстраиваются в определённом порядке. При мультиплексировании объединяются М относительно низкоскоростных потоков в один, в котором за то же время нужно передать в М раз больше символов. Значит общий групповой поток будет более скоростным.

Мультиплексор должен осуществлять согласование скоростей объединяемых потоков, а они могут быть не совсем одинаковыми, т.к. получены от разных источников, аппаратуры, линии связи. Из-за неполного согласования низкоскоростных составляющих возникают их сдвиги во времени относительно друг друга, что приводит к фазовому дрожанию цифрового сигнала и даже возможна ситуация потери моментов начала каждого цикла, т.е. потеря синхронизации. Поэтому вопросам синхронизации в ЦСП уделяют особое внимание.

Последним звеном на передающей стороне служит устройство преобразователь кода (ПК), преобразующее ИКМ сигнал в кодовую комбинацию, наиболее оптимальную для данного вида линии связи. В промежуточных пунктах цифрового линейного тракта осуществляется регенерация (Рег) цифрового сигнала. На приёме ПК производит обратное преобразование линейного кода в двоичный групповой сигнал.

Устройство временного разделения (ВР) - демультиплексор разделяет высокоскоростной поток на низкоскоростные компоненты из которых в блоке выделения служебных сигналов (ВСС) выделяются сигналы синхронизации, управления и взаимодействия. Из АИМ гр после ЦАП с помощью временного селектора (ВС) выделяются индивидуальные канальные сигналы АИМ. Сам сигнал восстанавливаются из АИМ с помощью ФНЧ.

Рассмотрим принципиальные трудности, приводящие к ухудшению качества передачи и появлению ошибок. За счёт взаимной несинхронизированности исходных низкоскоростных ИКМ сигналов не бывает стабильным их взаимное временное положение, что, как уже говорилось выше, приводит к фазовым искажениям (дрожанию-джиттеру сигнала). Для выравнивания скоростей поступающих компонентных сигналов (в виде циклового фрагмента), в мультиплексоре используют буфера-регистры. В линейном тракте качество передачи и ошибки могут появиться как за счёт искажения формы сигнала в линии, так и за счёт различных наводок. При этом могут возникать ошибочные символы, приводящие к появлению ошибочного “0” или “1” в цикле, что может изменить всю временную структуру группового сигнала. Частота появления ошибочных символов в линейном тракте с регенераторами обычно не велика, но имеется всегда. Эти искажения появляются на слух в виде щелчков, а в цифровой аппаратуре (например, в компьютере) приводит к ошибкам в информации. Передающая сторона передаёт биты с определённой тактовой частотой. Для выделения этой частоты на приёмной стороне и на регенераторах в каждом цикле есть определённые (по месту во времени) слоты синхронизации. Но аппаратная нестабильность и нестабильность (например, температурная) физических линий связи, приводят также к джиттеру сигналов синхронизации. Из-за этого тактовая частота на приёмной стороне несколько отличается от передаваемой, что тоже приводит к искажению восстанавливаемого сигнала.

На приёме при обратном преобразовании линейного кодового сигнала в ИКМ сигнал любая ошибка позволяет размножение их в ИКМ сигнале с коэффициентом, где Р - вероятности. В процессе временного разделения (ВР) -демультеплексирования в случае ошибочного приёма команд согласования скоростей цикловых фрагментов (компонентных сигналов) может произойти потеря синхронизации, что приведёт к невозможности расставить компонентные сигналы во времени по своим местам, т.е. произойдёт нарушение связи по всем каналам компонентных потоков.

Для устранения этого явления разработаны специальные кодовые комбинации и специальные устройства отслеживания синхронизации, которые при потере синхронизации за минимально возможное время (обычно это мс) восстанавливают синхронизацию. Но всё равно происходит сбой и ошибки. Сигналы синхронизации и управления выделяются блоком ВСС. В ЦАП возникают свои искажения-формы сигнала. Возникновение ошибок и искажений в ЦСП можно разделить на два больших класса: Искажения, возникающие в оконечной аппаратуре в процессе дискретизации, квантования, кодирования и согласования скоростей. Искажения, появляющиеся в линейном тракте в процессе регенерации (случайные ошибки, джиттер).

1.4 Модуляция сигналов

Практически в любом радиотехническом устройстве информация передается электромагнитными колебаниями, частота которых значительно выше частоты информационного сигнала (например, голоса человека, изменения физической величины производственного объекта и др.). В связи с этим возникает необходимость каким-либо образом изменять параметры передающего сигнала в соответствии с законами изменения параметров информационного сигнала. Чаще всего изменяемыми параметрами являются амплитуда, фаза и частота. Также довольно распространенным способом передачи информационного сигнала является перенос изменения его параметров в область высоких частот, но не постоянным сигналом, а в виде раздельных посылок определенной длительности.

Такие виды преобразования в общем виде можно разделить на два основных типа: линейные и нелинейные. Линейные могут приводить только к изменению амплитуд и фаз в спектре сложного сигнала, в нелинейных же цепях протекают более сложные преобразования, которые приводят к изменению самого состава спектра сигнала. С точки зрения анализа электрических цепей, к линейным относятся те цепи, параметры которых не зависят от токов и напряжений действующих в них. Те цепи, в которых изменение токов и напряжения приводят к изменению активных и реактивных сопротивлений элементов, вследствие чего напряжения и токи не пропорциональны друг другу, а связаны более сложными зависимостями, относятся к нелинейным.

Под модуляцией понимается процесс преобразования информационного, в общем случае низкочастотного, сигнала в высокочастотный сигнал, предназначенный для передачи по радиолинии, с изменением каких-либо его параметров в соответствии с передаваемым сигналом. Сигнал сообщения или информационный сигнал принято называть модулирующим. В качестве модулируемого используется высокочастотный сигнал определённой частоты, который называется несущей. Процесс, обратный процессу модуляции, называется демодуляцией.

1.5 Амплитудная модуляция

Наиболее простым видом модуляции является амплитудная модуляция (AM), когда в качестве несущей и модулирующего сигналы используются сигналы простой тригонометрической формы - синусоидальные:



S_НЕС (t) = S_НЕС cos?_нt (1.5.1)

И

S_C(t) = S_C cosЩt (1.5.2)

соответственно. При AM амплитуда несущего высокочастотного колебания трансформируется пропорционально изменению модулирующего сигнала по закону:

S_AM(t) = S_НЕС + S_C cosЩt, (1.5.3)

Согласно чему, уравнение АМ сигнала примет вид:

S_AM(t) = S_AM(t)cos?_Нt = (S_НЕС + S_CcosЩt) cos?_Нt = S_НЕС(1 + m cosЩt) cos?_Нt, (1.5.4)

Где m = называют коэффициентом глубины модуляции, показывающим во сколько раз амплитуда модулирующего сигнала отличается от амплитуды несущей. Значение величины m берут в диапазоне [0,1] (рисунок 1.5.1. а, б). При условии m > 1 возникает перемодуляция (рисунок 1.5.1. в), которая может вызывать искажения оригинального сигнала сообщения при демодуляции.

Рисунок 1.3.1. Вид AM сигнала с различными значениями коэффициента глубины модуляции

Несложно заметить, что, согласно формуле(1.5.4), в AM колебании не одна частотная составляющая, а, следовательно, сигнал с AM занимает некий участок частотного диапазона. Для его нахождения применим к формуле(1.5.4.) следующее соотношение:

сosбcosв = cos (б+в) + cos (б - в), (1.5.5)

Тогда, применительно к нашему случаю, получим:

S_AM(t) = S_HEC cos?_H t + m S_HEC cos(?_H + Щ)t + m S_HEC cos(?_H - Щ)t. (1.5.6)

Из (1.5.6) следует, что AM сигнал содержит три гармонических колебания: с несущей частотой (?_Н), верхней боковой (?_Н + Щ) и нижней боковой (?_Н - Щ). Стоит отметить, что амплитуды несущих боковых колебаний в раз отличаются от амплитуды несущего колебания. Амплитудный спектр такого AM сигнала представлен на рисунке 1.5.2.

Рисунок 1.5.2. Амплитудный спектр сигнала вида (1.5.6)

Как видно из рисунка 1.5.2., диапазон частот, занимаемый AM сигналом, расположен между нижней и верхней боковыми частотами, т.е. полоса частот, необходимая для неискаженной передачи сообщения, составляет 2Щ.

Если рассматривать энергию AM сигнала, то она будет равна сумме энергий несущей и боковых сигналов. Энергия сигнала пропорциональна квадрату амплитуды, откуда следует, что энергия AM колебаний вида (1.5.6) пропорциональна

(S_HEC)² + ( m S_HEC)² + ( m S_HEC)² = (S_HEC)² (1 + m²). (1.5.7)

Из чего можно сделать вывод, что AM увеличивает энергию сигнала.

Если рассматривать колебания модулирующего сигнала S_C сложной формы, представляемого суммой своих гармоник, вида:

, (1.5.8)

Тогда АМ такого сигнала можно записать как:

S_AM(t) = S_HEC [ 1 + cos(?_H t + ц₀), (1.5.9)

Где Щ_i - i-ая угловая величина частоты модуляции;

Ф_i и ц₀ - сдвиги фаз модулирующего и несущего колебаний соответственно;

m_i - i-ый коэффициент модуляции, равный отношению: m_i = .

Вид сложного АМ сигнала показан на рисунке 1.5.3

Рисунок 1.5.3 Вид АМ сложного сигнала



Сложное АМ колебание, подобно сигналу (1.5.4), может быть разложено на сумму простых синусоидальных колебаний по формуле (1.5.5):

Из (1.5.10) видно, что сложный AM сигнал может быть представлен суммой N колебаний верхних боковых частот (?_Н + Щ), N колебаний нижних боковых частот (?_Н - Щ) и одного колебания несущей частоты ?_Н. Отсюда спектральная диаграмма такого сигнала может быть представлена в виде, как показано на рисунке 1.5.4. На этой диаграмме каждая гармоника сложного колебания изображается отрезком, длина которого пропорциональна амплитуде синусоидального колебания, а расстояние между ними пропорционально частоте колебания.

Рисунок 1.5.4 Спектральная диаграмма сложного АМ сигнала

В связи с одновременной работой большого количества радиостанций, применяющих в качестве способа передачи информации амплитудную модуляцию, возникает задача выделения из множества сигналов нужного. Из спектральной диаграммы (рисунок 1.5.4) видно, что несущие частоты станций необходимо выбирать так, чтобы спектр частот одного канала передачи не накладывался на спектр частот другого канала. Отсюда вытекает правило: для исключения взаимных помех несущие частоты соседних по частоте каналов нужно выбирать так, чтобы разность между этими частотами была не меньше суммы максимальных частот модуляции этих соседних сигналов. В математической форме это правило может быть представлено так:

?_Н2 - Щ_max2 ? ?_H1 + Щ_max1, (1.5.11)

где первое слагаемое есть минимальная частотная составляющая одного модулированного сигнала («правый сосед»), второе - максимальная частотная составляющая другого модулированного сигнала («левый сосед»), тогда:

?_H2 - ?_H1 ? Щ_max2 + Щ_max1. (1.5.12)

В случае, когда сложные модулирующие сигналы имеют одинаковую ширину спектра, например в вещательных станциях, выражение (1.3.12) преобразуется в:

?_H2 - ?_H1 ? 2Щ_max. (1.5.13)

И тогда предложенное правило перефразируется так: для предупреждения взаимных помех несущие частоты соседних по частоте станций нужно выбирать так, чтобы разность между ними была не меньше удвоенной максимальной частоты модуляции. Из практических соображений эту разность берут больше удвоенной максимальной модулирующей частоты, чтобы приемники были в состоянии достаточно четко разделять смежные боковые частоты соседних по частоте станций.

Структурная схема устройства передатчика AM в общем виде представлена на рисунке 1.5.5.

Рисунок 1.5.5 структурная схема устройства передатчика АМ сигнала

1.6 Частотный принцип уплотнения КС

Уплотнение - передача по одному общему КС как можно больше независимых сообщений, т.е. общий КС уплотняется вторичными КС. Выгода: многократное использование одной и той же аппаратуры.

Существует 2 способа уплотнения КС, которые основаны на использовании какого либо признака сигнала:

1. Частотное уплотнение.

2. Временное уплотнение.

3. Пространственное (Кондуктивное) уплотнение (по одному многожильному кабелю, по каждой жиле передается сообщение).

Частотное уплотнение КС (ЧУ).

При ЧУ каждое сообщение передается на своей несущей частоте. При ЧУ используется АМ, ЧМ, ФМ или их модификации.

Частотное уплотнение состоит из разделения полосы пропускания на несколько участков и передаче в каждом из них своего сообщения. Реализация этого принципа путем амплитудной или частотной модуляции сигналов на передающей сторон и демодуляции (детектирования) на стороне приема (рис. 1.6.1).

Рисунок 1.6.1. Структурная схема передачи нескольких сообщений при частотном уплотнении канала связи

многоканальный связь модулирующий

Сигналы F каждого оконечного абонентского аппарата (ОАА) поступают в свое модуляционно устройство (М), где осуществляется амплитудная или частотная модуляция сигнала, вырабатываемого генератором (Г). Частоты генераторов f₁, f₂, f₃, … выбираются с таким расчетом, чтобы спектры модулированных сигналов не перекрывались. Разграничение полос спектров сигналов достигается применением на передающей стороне фильтров Ф_прд, после прохождения, которых происходит их сложение. Размещение спектров по частоте показано на рис. 1.6.2.

Рисунок 1.6.2. Принцип частотного уплотнения



Спектр каждого сигнала изображен в виде несущей частоты и двух боковых полос модуляции. Он находится в полосе пропускания своего фильтра, действие которого отображено характеристикой затухания. Эта характеристика представляет собой частотную зависимость отношения уровня сигнала на входе фильтра к уровню на его выходе:

дБ. (1.6.1)

За пределами полосы пропускания фильтра, ограниченной частотами с уровнем затухания 3 дБ, определяемым в соответствии с выражением (1.6.1), находится полоса задерживания. Ее ширина между спектрами зависит от задерживающих свойств фильтра и допустимого уровня помехи, создаваемой неподавленным остатком по отношению к соседнему сигналу.

На приемной стороне осуществляется выделение частот сигнала с помощью соответствующего фильтра Ф_прм, демодуляция (ДМ) и подача сигнала в оконечный абонентский аппарат.

Для получения двухсторонней передачи при частотном уплотнении необходимо иметь передающее и приемное оборудование с каждой стороны канала и вдвое большую полосу пропускания при дуплексном способах ведения связи.

Несущая частота, вырабатываемая генератором передающего тракта, не содержит информации, заключенной в модулирующем сигнале, а в левую и правую боковые полосы этот сигнал входит равнозначно. Поэтому с точки зрения передачи информации можно ограничиться одной боковой полосой (ОБП) модулированного сигнала, подавляя вторую боковую и несущую. Такая однополосная модуляция (ОМ) дает выигрыш по полосе занимаемых частот и по мощности, так как не ведет к расходу энергии на передачу сигналов несущей и второй боковой полосы частот.

Уплотнение спектров сигналов оконченных абонентских аппаратов, подобное рассмотренному, осуществляется индивидуальным оборудованием передачи. Сигналом каждого аппарата модулируется сигнал индивидуального генератора в соответствующем модулирующем устройстве.

Кроме этого, индивидуальное оборудование находится и на стороне приема. Такое уплотнение является первичным и широко используется при передачи по проводным линиям физических цепей.

Получение после первичного уплотнения групповые сигналы также могут подвергаться модуляции с целью переноса группового спектра в другую область частот. Такое уплотнение называется вторичным и осуществляется с помощью группового оборудования.



2. Практическая часть

2.1 Анализ задания по проектируемой ТКС

В данном курсовом проекте нужно произвести расчет многоканальной радиосистемы передачи информации с заданным видом модулирующего напряжения по таким исходным данным:

1. Вид модуляции - АМ;

2. Частота модулирующего сигнала F₀ = 4,5 кГц;

3. Полоса группового тракта ТКС - ?f_т = 100 МГц;

4. Индекс модуляции М = 0,8;

5. Модулирующий сигнал длительностью Т_с на интервале времени [0,Т_с] имеет вид A_N(t)=A_Ncos(2рF_Nt), где N - число каналов, F_N - частота N-го сообщения, A_N - амплитуда N-го сообщения. Длительность импульсного сигнала сообщения Т_с1/F_N (в связи с чем, сигнал сообщения можно считать квазинепрерывным).

2.2 Расчет многоканальной ТКС

Ширина спектра сигнала для АМ при m<1 вычисляется по формуле:

= 2*F₀

В нашем случае полоса спектра сигнала равна:

= 2* 4,5 кГц = 9 кГц

Далее, чтобы вычислить количество каналов N нашей рассчитываемой ТКС, необходимо выбрать (защитная полоса частот - частотный интервал (разнос)) так, чтобы полоса пропускания линии связи эффективно использовалась на 80%.

Возьмем равное 20%(оптимальное значение) от . Тогда разнос:

= *20% = 9*0,2 = 1,8 кГц.

Вычислим количество каналов N в ТКС:

926

На данном этапе расчетов мы нигде не учли индекс модуляции М, так как при АМ этот индекс влияет только на амплитуду боковых несущих сигнала. Данный индекс будет использоваться далее при построении графиков.

2.3 Графический материал рассчитанной ТКС

Используем программу Mathcad для построения графиков сигнала во временной и в частотной области.



Модулирующий сигнал имеет вид, представленный на рисунке 2.3.1.

Рассмотрим случай, когда канальный сигнал поступает в модулятор:

g(t) = A*cos(2*р*F*t + ц);

тогда это выражение примет вид:

g₁(t) = (g(t) +A) *cos(?*l*t);

где ?l = 2*р*f_H1, следовательно

g₁(t) = A*(1+ )*cos(2*р*f_H1*t)

где = m - коэффициент глубины модуляции. Тогда:

g₁(t) = A*(1+g(t)*m)*cos(2*р*f_H1*t)

Конечная преобразованная формула является представлением канального сигнала, график, на котором показано временное представление данного сигнала, приведён на рисунке 2.3.2.



Рисунок 2.3.3 Спектральное представление канального АМ сигнала.

Представим уравнение для группового сигнала:

=

=g₁(f)+g₂(f) = A(1+g(f)*m) cos(2*р*f_H1)+B(1+g(f)*m)cos(2*р*f_H2);

Где m=0.8; f_H1=50 кГц; f_H2= 60.8 кГц.

На рисунке 2.3.4 приведён спектр группового сигнала. Можно заметить, что защитный интервал Дf_защ = 10.8 кГц, а длина группового тракта Дf_т = 100 МГц, и как мы уже выяснили, наша система рассчитана на 926 каналов.

Рисунок 2.3.4 Спектральное представление многоканального АМ сигнала.

На рисунке 2.3.5. приведена структурная схема рассчитанной многоканальной ТКС.

Рисунок 2.3.5. Структурная схема рассчитанной ТКС



Заключение

В данной курсовой работе мы разобрали принцип многоканальной системы связи, представили амплитудное модулирование сигналов, применяемое в системах с ЧРК.

В расчётной части курсовой работы рассчитали канальный и многоканальный сигнал. Определили полосу спектра сигнала защитный интервал . Рассчитали число каналов .

Привели графики спектрального и временного представления для канального АМ сигнала. Также представили график спектрального представления многоканального АМ сигнала.



Список литературы

1. Под ред. В. Н. Гордиенко и В. В. Крухмалева. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Курс лекций. 2004г. - 153 с.

2. Грязных, И. В. ТКС [Текст] / И. В. Грязных, А. С. Сигов.

3. Мощенский Ю.В., Нечаев А.С. Теоретические основы радиотехники. Сигналы. Учебное пособие. 2016г - 230 с.

4. Ю.А. Зингеренко. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Конспект лекций. 2005г - 58 с.

Размещено на Allbest.ru

...