19.1 Методы частотного, временного и фазового разделения сигналов
19.1.1 Частотное разделение сигналов.
Канальные сигналы при частотным разделении передаются одновременно, но занимают практически неперекрывающиеся полосы частот. Операция разделения группового сигнала на канальные в приемном устройстве осуществляется полосовыми фильтрами с неперекрывающимися полосами пропускания. Частотное разделение не требует в принципе временной синхронизации, поэтому оно относится к классу асинхронных методов.
Ограниченная длительность передаваемых сигналов и не идеальность канальных фильтров приводят к появлению так называемых взаимных помех.
Уровень этих помех уменьшают, вводя защитные частотные интервалы между отделенными каналами. При многоканальной телефонной связи это приводит к тому, что только около 80% полосы пропускания линии связи используется для передачи непосредственно сообщений, а 20% полосы отводится на защитные интервалы.
В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используются термины Frequency Division Multiplexing (FDM) и Frequency Division Multiply Access (FDMA).
Смысл частотного способа разделения каналов, всякая реальная линия связи обладает ограниченной полосой пропускания, то при многоканальной передаче каждому отдельному каналу отводится определенная часть общей полосы пропускания. На приемной стороне одновременно действуют сигналы всех каналов, различающиеся положением их частотных спектров на шкале частот. Чтобы без взаимных помех разделить такие сигналы, приемные устройства должны содержать частотные фильтры. Каждый из фильтров должен пропустить без ослабления лишь те частоты, которые принадлежат сигналу данного канала; частоты сигналов всех других каналов фильтр должен подавить. На практике это невыполнимо. Результатом являются взаимные помехи между каналами. Они возникают как за счет неполного сосредоточения энергии сигнала канала в пределах заданной полосы частот, так и за счет неидеальности реальных полосовых фильтров.
19.1.2. Временное разделение каналов.
Канальные сигналы при временном разделении передаются в общей полосе частот, но поочередно во времени. Два синхронно и синфазно работающих коммутатора последовательно во времени подключают канал к источнику и получателю сообщения. Такой метод разделения относится к классу синхронных методов.
Ограниченность отведенной системе полосы частот, а также не идеальность синхронизации приводят к появлению взаимных помех каналов. Уровень этих помех уменьшают, вводя защитные временные интервалы между каналами, что приводит либо к расширению спектра группового сигнала (при неизменном числе каналов), либо к уменьшению числа каналов (при фиксированной ширине спектра группового сигнала).
Благодаря последовательной передаче канальных сигналов, нелинейность вольт-амперной характеристики группового тракта не создает взаимных помех между каналами. Для неискаженного воспроизведения на приеме передаваемого аналогового сигнала (например, речевого) интервал между его соседними отсчетами T на передаче должен удовлетворять требованиями теоремы Котельникова T≤1/2Fm (Fm – максимальная частота в спектре канального сигнала).
Принцип временного разделения каналов (ВРК) состоит в том, что групповой тракт предоставляется поочередно для передачи сигналов каждого канала многоканальной системы, что представлено рисунке 19.2. В зарубежных источниках для обозначения принципа временного разделения каналов применяются термины Time Division Multiplexing (TDM) и Time Division Multiply Access (TDMA).
Рисунок 19.2 - Иллюстрация принципа временного разделения каналов
При передаче используется дискретизация во времени. Сначала передается импульс 1-го канала, затем следующего канала и так до последнего канала с номером N, после чего опять передается импульс 1-го канала и процесс повторяется периодически. На приеме устанавливается аналогичный коммутатор, который поочередно подключает групповой тракт к соответствующим приемникам. В определенный короткий промежуток времени к групповой линии связи оказывается подключена только одна пара приемник/передатчик. Это означает, что для нормальной работы многоканальной системы с ВРК необходима синхронная и синфазная работа коммутаторов на приемной и передающей сторонах. Для этого один из каналов занимают под передачу специальных импульсов синхронизации.
19.1.3.Фазовое разделение сигналов.
Канальные аналоговые сигналы при фазовом разделении передаются одновременно, имеют одинаковые несущие и занимают общую полосу частот. Несущие сигналов имеют различные начальные фазы, а информация содержится в изменении их амплитуд. На одной несущей частоте можно получить только два линейно независимых сигнала; при этом сдвиг фаз между несущими частотами сигналов составляет 90°.
Операция разделения линейного сигнала на канальные в приемном устройстве осуществляется с помощью двух синхронных (фазовых) детекторов, опорные колебания на которые подаются с фазовым сдвигом, равным 90°.