10.4. Принцип организации многоканальной связи

Многоканальная связь – вид связи, при которой по одной воздушной цепи, кабельной линии, или радиолинии, организуют с помощью технических средств несколько каналов для передачи электрических сигналов. Канал электросвязи – это совокупность линейных и станционных устройств, обеспечивающих передачу одного какого-либо вида информации. В зависимости от типа передаваемой информации различают следующие каналы: телефонные, телеграфные, фототелеграфные, телевизионные, радиовещательные и каналы передачи данных.

Число каналов, организуемых по одной паре проводов, может быть от 2 до 3600. По дальности передачи каналы делят на местные (до 100 км), внутризоновые (до 600 км) и междугородние (до 12500 км).

При многоканальной связи возможна одновременная передача информации от разных источников к разным потребителям, поэтому требуется обеспечить их независимость, т. е. влияние друг на друга. Для этого применяют частотное разделение каналов (ЧРК) и временное разделение каналов (ВРК). В первом случае сигналы разных источников передаются одновременно, но находятся в различных участках частотного диапазона, а при ВРК для передачи сигналов разных источников выделяют различные интервалы времени в одном и том же канале и спектре частот.

С целью увеличения количества каналов связи ширина спектра канала может быть меньше спектра сигнала. Так, канал тональной частоты (ТЧ) рассчитан на передачу частот 300 – 3400 Гц, а ширина спектра человеческого голоса лежит в полосе 20 – 16000 Гц, но возникающие искажения голоса при передаче считаются допустимыми.

Для увеличения количества каналов при ЧРК стремятся использовать всю полосу частот линии связи. При уплотнении воздушных линий из стальных проводов диаметром 4 мм допускается использование полосы частот от 4 до 32 кГц, а линии из цветных металлов допускают использование полосы от 4 до 143 кГц. Симметричные ВЧ кабели обеспечивают полосу от 12 до 812 кГц, а коаксиальные от 60 до 10000 кГц.

Аппаратура многоканальной связи должна преобразовывать сигналы тональной частоты в такие линейные спектры, чтобы они не совпадали и между ними были защитные интервалы, но находились в пределах отведенной линии полосы частот (рис. 10.3, б).

Рис. 10.3. Принцип построения аппаратуры с частотным разделением

каналов: а – функциональная схема; б – принцип частотного разделения каналов

Для этого передающее и приемное устройства содержат комплекты преобразователей частоты и полосовые фильтры, количество которых определяется количеством каналов многоканальной системы (рис. 10.3, а).

Передающее устройство содержит n преобразователей (М₁ - М_n), которые осуществляют преобразование n одинаковых спектров ТЧ исходных сигналов (С₁ - С_n) с частотами (F_min – F_max) в различные по спектру частоты (  ). С выхода каждого преобразователя сигналы с частотами ( ) проходят через полосовые фильтры ПФ_пер с соответствующими полосами пропускания и поступают на линейные усилители, затем по линии приходят на приемное устройство. В приемном устройстве имеется n полосовых фильтров ПФ_прм с такими же параметрами, как и в передающем устройстве. Эти фильтры пропускают на выход к соответствующим преобразователям приемного устройства ДМ1 – ДМn только те пришедшие из линии сигналы, для которых они предназначены. Каждый из преобразователей преобразует спектр пришедшего из линии сигнала ( ) в исходные спектры сигналов ( ), которые поступают затем на приемные аппараты ПРМ1 – ПРМn.

При использовании в многоканальной системе передачи информации временного метода разделения каналов передача сигналов отдельных сообщений по линии происходит поочередно. Для этого передающее и приемное устройства многоканальной аппаратуры содержат переключающие устройства-распределители, периодически и одновременно подключающие к линии на заданный промежуток времени передатчик и приемник одного ка нала (рис. 10.4, а).

При этом по линии можно передать столько независимых сообщений к приемным аппаратам ПРМ1 – ПРМn от передающих аппаратов ПРД1 – ПРДn, сколько в распределителях Р_прд и Р_прм аппаратуры ключей К1 – Кn. Замыкание и размыкание ключей К1 – Кn распределителей, подключающих передающие и приемные аппараты ПРД и ПРМ к линии происходит поочередно по командам с соответствующих управляющих устройств УУ_прм и УУ_прд. Одновременность переключений обеспечивается синхронизацией работы УУ_прм сигналами, поступающими по линии связи от УУ_прд. Таким образом, по линии передаются в каждый интервал времени или сигналы только одного канала (рис. 10.4, б).

В системах с временным разделением каналов несущей является последовательность прямоугольных импульсов, которая характеризуется тремя основными параметрами: J – амплитудной, t – шириной (длительностью) и  - начальной фазой или смещением импульса во времени по отношению к нулевым отсчетам t₀ на оси времени.

Соответственно можно получить три вида импульсной модуляции: амплитудно-импульсную (АИМ), когда амплитуда импульсов периодической последовательности меняется по закону колебаний исходного сигнала при постоянных t и ; широтно-импульсную (ШИМ), когда длительность импульсов t периодической последовательности меняется по закону колебаний исходного сигнала при постоянных J и ; и фазо-импульсную (ФИМ), когда начальная фаза импульсов последовательности меняется по закону колебаний исходного сигнала при постоянной J и t. Для примера на рис. 10.4, б показаны исходный сигнал, исходная импульсная последовательность, а также АИМ, ШИМ и ФИМ сигналы.

а б

Рис. 10.4. Принцип построения аппаратуры с временным разделением

каналов: а – схема функциональная; б - принцип разделения каналов

Основные преимущества рассмотренных способов импульсной модуляции по сравнению с частотным заключаются в отсутствии в многоканальной аппаратуре большого числа дорогостоящих канальных фильтров. Однако широкое применение импульсные методы получили в многоканальной аппаратуре с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Принцип импульсно-кодовой модуляции заключается в том, что непрерывный сигнал сообщения сначала превращается в АИМ последовательность, а затем каждый импульс АИМ последовательности кодируется соответствующей его амплитуде кодовой комбинацией одинаковых по амплитуде импульсов. Длительность кодовой комбинации равна длительности импульсов АИМ.

Для ограничения числа разрядов кодовой комбинации число градаций амплитуд непрерывного сигнала сообщения выбирается не слишком большим.

Такое деление непрерывного сигнала по градациям вносит определенную погрешность в передачу сигнала, так называемую погрешность квантования.

Так как аппаратура связи требует двухсторонней передачи информации, то на каждом конце линии связи применяют и передающую и приемную аппаратуру, т. е. применяют два односторонних встречно работающих канала. В зависимости от вида информации и типа аппаратуры используют двух- и четырехпроводные физические цепи. В случае использования двухпроводных цепей для согласования двух- и четырехпроводных окончаний используют разделительные устройства – дифференциальные системы.

Классификацию аппаратуры многоканальной связи можно проводить по нескольким признакам: по виду уплотняемых цепей, по способу организации связи, по полосе используемых частот и т. д.