9.7 Комбінаційний розподіл сигналів

9.7.1 Принцип комбінаційного ущільнення

При багатоканальній передачі дискретних повідомлень наряду з ЧРК, РКЧ і розподілом сигналів за формою використовується комбінаційний спосіб формування групового сигналу. Сутність цього способу полягає в наступному.

Нехай необхідно організувати передачу незалежних дискретних повідомлень по загальному груповому тракту. Якщо елемент -го повідомлення може набувати одне з можливих значень , то загальна кількість значень, які може приймати елемент -канального джерела, в якому поєднуються вихідні джерел, буде дорівнює . При однакових значеннях маємо

. (9.25)

Таким чином, при комбінаційному ущільненні кожне поєднання канальних повідомлень відображається елементом групового повідомлення з основою коду (9.25), тобто використовуючи основу коду, можна одночасно передавати інформацію від індивідуальних джерел, які працюють із основою коду . Якщо, зокрема, (двійкові коди), а кількість каналів , то групове повідомлення може набувати чотири можливих значення, які відповідають різним комбінаціям нулів та одиниць в обох каналах, при кількість різних комбінацій буде дорівнювати і т.д. Завдання тепер зводиться до передачі деяких чисел , які визначають номер комбінації. Ці числа можуть передаватися за допомогою сигналів дискретної модуляції будь-якого вигляду. Розподіл сигналів, що ґрунтується на розходженні в комбінаціях сигналів різних каналів, називається комбінаційним. Структурна схема багатоканальної системи з комбінаційним (кодовим) об'єднанням і розподілом каналів (РК) зображена на рис. 9.14.

Рисунок 9.14 – Структурна схема багатоканальної системи з комбінаційним ущільненням і розподілом сигналів

Зі схеми видно, що первинні повідомлення , , …, від джерел надходять на вхід кодера, який виконує функції пристрою об'єднання каналів. Отримане групове повідомлення перетворюється за допомогою групового модулятора (ГМ) у груповий сигнал , і надходить у груповий тракт. На прийомній стороні після демодуляції в приймачі (П) і декодування в декодері формуються канальні повідомлення, що відповідають первинним повідомленням.

9.7.2 Принцип комбінаційного розподілу сигналів

Типовим прикладом комбінаційного ущільнення є система двократної частотної модуляції (ДЧМ), у якій для передачі чотирьох комбінації сигналів двох джерел (каналів) використовують чотири різні частоти: , , , . У прийнятих тут абревіатурах ДЧМ і ДФМ перші букви означають «двократні». При двократній фазовій модуляції (ДФМ) кожній комбінації повідомлень 1-го і 2-го джерела відповідає певне значення фази групового сигналу , , або (табл. 9.2).

Таблиця 9.2 – Відповідність частот і фаз номерам кодових комбінацій

Канал 1 (джерело 1)	0	1	0	1
Канал 2 (джерело 2)	0	0	1	1
Номер комбінації	1	2	3	4
ДЧМ
ДФМ

Як принцип комбінаційного розподілу розглянемо приклад розподілу каналів при ДЧМ (рис. 9.15). Тут прийнятий сигнал подається на фільтри Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф₄, підключені до діодів Д₁, …, Д₈, виконуючих функції детекторів, які попарно працюють на загальні навантаження.

При передачі частоти напруга з виходу Ф₁ підводиться через діоди Д₁ і Д₂ до вхідних затискачів 0₁ і 0₂ апаратів 1-го та 2-го каналів відповідно до табл. 9.2. При передачі частоти напруга з фільтра Ф₃ підключається через діоди Д₅ і Д₆ відповідно до затискачів 0₁ і 0₂. Всі інші з'єднання на схемі рис. 9.14 виконані також відповідно до табл. 9.2. При оптимальному прийомі для розподілу сигналів на частотах , , , використовують замість смугових фільтрів узгоджені.

Порівняння системи ДЧМ зі звичайною двоканальною ЧМ системою з ЧРК показує, що обидві системи займають практично однакову смугу частот, однак потужність сигналу, необхідна для забезпечення заданої ймовірності помилки при ДЧМ, майже вдвічі менша, ніж при ЧРК. Істотно меншою виявляється й пікова потужність при ДЧМ. Тому в системах з обмеженою енергетикою комбінаційне ущільнення за методом ДЧМ знаходить широке застосування.

Комбінаційні системи ДФМ на практиці реалізуються у вигляді подвійної відносної фазової модуляції ПВФМ за тими ж принципами, за якими замість абсолютних систем ФМ використовуються відносні - ВФМ.

Рисунок 9.15 – Структурна схема прийому сигналів ДЧМ

Аналогічно можна формувати сигнали комбінаційного ущільнення для великої кількості каналів - багаторазову частотну модуляцію (БЧМ), багаторазову відносну фазову модуляцію (БВФМ) і ін.

У випадку БЧМ при виборі частот, що забезпечують ортогональність системи переданих сигналів, зайнята смуга частот при зростанні збільшується експоненціально. Імовірність помилки в кожному каналі зі збільшенням також зростає, але дуже повільно. Тому такі системи застосовують у тих випадках, коли використовуваний канал має більші частотні ресурси, але його енергетичні можливості обмежені.

У випадку БВФМ, навпаки, зайнята смуга частот з ростом майже не збільшується, але ймовірність помилки збільшується дуже швидко і для збереження необхідної вірності необхідно збільшувати потужність сигналу. Такі системи придатні в тих ситуаціях, коли існують тверді обмеження смуги пропускання каналу, а потужність сигналу практично не лімітована.

Розглянуті приклади систем комбінаційного ущільнення на основі сигналів БЧМ і БФМ по суті є окремими випадками систем передачі з багатопозиційними сигналами. При БЧМ одержуємо багаточастотні сигнали, а при БФМ - багатофазні.

Також можна модулювати одночасно кілька параметрів переносника, наприклад амплітуду й фазу, частоту й фазу т. ін.

Останнім часом великий інтерес проявляється до сигналів амплітудно-фазової модуляції (АФМ), які можна реалізувати схемою квадратурної модуляції. У системах АФМ впродовж інтервалу передачі одного елементарного сигналу його фаза й амплітуда приймають значення, вибрані з ряду можливих дискретних значень амплітуд і фаз. Кожна комбінація значень амплітуди й фази відображає один з багатопозиційних сигналів групового сигналу з алфавітом коду .

Сигнали АФМ можна формувати, наприклад, шляхом багаторівневої амплітудної й фазової модуляції двох квадратурних (зсунутих по фазі на ) коливань несучої частоти. Якщо для модуляції синфазної (їй присвоєний номер 1) і квадратурної (їй присвоєний номер 2) складових використати значення рівнів , то отриманий сигнал АФМ-4 (рис. 9.16) буде відповідати ДФМ. Якщо ж для модуляції як у синфазному, так і у квадратурному каналі використовуються чотирирівневі сигнали , то при цьому виходить 16-позиційна АФМ, яку можна представити виразом [43]

. (9.26)

Розташування сигнальних точок 16-позиційної КАФМ на амплітудно-фазовій площині зображене на рис. 9.17, де точками показані положення кінців вектора при різних значеннях й . В принципі для кожного числа можна будувати різні ансамблі сигналів. Так, крім наведеної на рис. 9.16 і рис. 9.17 квадратурної мережі, розробляються ансамблі сигналів на основі трикутної мережі, різні варіанти кругових розташувань сигнальних точок та ін.

Рисунок 9.16 – Розташу­вання сигнальних точок сигналів АФМ-4 або ДФМ

Рисунок 9.17 – Розташу­вання сигнальних точок при 16-позиційній АФМ

В останні роки успішно розвивається теорія сигнально-кодових конструкцій (СКК), спрямована на підвищення швидкості передачі й завадостійкості при істотних обмеженнях на енергетику й зайняту смугу частот [41].