Контрольные вопросы

1. Что из себя представляет глобальная информационная инфраструктура?

2. Дайте характеристику непрерывным и дискретным сигналам электросвязи, как электромагнитных колебаний, изменяющихся по закону передаваемой информации.

3. Назовите преимущества передачи сигналов в цифровой форме перед их передачей в аналоговой форме.

4. Какие вы знаете цифровые иерархии для передачи и обработки ОЦК?

5. Назовите четыре ступени европейской иерархии и их коэффициенты мультиплексирования.

6. Назовите скорости потоков Е0, Е1, Е2, Е3, Е4 европейской иерархии.

7. Что предопределило разработку синхронной цифровой иерархии?

8. Назовите преимущества СЦИ перед ПЦИ

9. Назовите уровни синхронного транспортного модуля (STM) ступеней СЦИ.

1 Частотное разделение каналов

1.1 Принцип частотного разделения каналов

Из теории известно, что гармоническое колебание описывается выражением:

u = U₀ sin (ω₀t + φ₀), если фаза равна нулю, то u = U₀ sin ω₀t.

Реализующими амплитудную модуляцию исходного сигнала являются модуляторы (преобразователи). На один вход модулятора (рисунок 1) подается колебания исходного сигнала, который необходимо перенести в другую часть частотного спектра, на другой – несущее колебание, частота которого должна быть много больше частоты исходного сигнала.

U_a

u_Ω

u_ω

Рисунок 2 – Структурная схема преобразования исходного сигнала

Если несущее колебание и описывается как и = U₀ sin ω₀t,

а исходный сигнал и_Ω выражается как

и_Ω = , тогда на выходе модулятора получаем суммарный амплитудно-модулированный сигнал:

u_а = U₀ sin ω₀t +

Здесь первое слагаемое – колебание несущей частоты, второе – группа комбинационных частот нижней боковой полосы (НБП), третье – группа комбинационных частот верхней боковой полосы (ВБП).

Огибающие спектров НБП и ВБП повторяют огибающую спектра исходного сигнала, причем ВБП, полностью повторяющая форму исходного сигнала, называется прямым спектром, зеркальная боковая (НБП) – инверсным.

а) б)

НБП ВБП

F_min F_max F_min F_max f₀ F_min F_max

Рисунок 3 – Спектр исходного сигнала до (а) и после (б) преобразования

Реальные исходные сигналы имеют спектры, которые ограничены полосой ∆F = F_max - F_min .

Тогда ширина спектра амплитудно-модулированного (АМ) сигнала будет равна:

∆f = f₀ + F_max - f₀ + F_max = 2F_max.

Для телефонных сигналов (F_min = 0,3 кГц, F_max = 3,4 кГц)

с ∆F = 3100 Гц и F_max = 3400 Гц ширина спектра ∆f_a = 6800 Гц.

В АМ сигнале передаваемая информация содержится как в верхней (ВБП), так и в нижней (НБП) боковых полосах. Несущая частота f₀ не содержит информации, причем ее энергия в десятки раз превышает энергию колебаний боковых полос.

При построении многоканальных систем передачи преимущественно используются частотный и временной способы разделения каналов.

При частотном способе разделения каналов за каждым из них в линии передачи закрепляется определенный спектр частот. Для этого преобразователи (модуляторы) передающей станции должны перенести частотные полосы исходных сигналов в частотные полосы, которые отводятся для передачи по тому или иному каналу. Этот перенос может быть осуществлен с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции. Частоты несущих колебаний необходимо выбирать так, чтобы спектры частот канальных сигналов не перекрывались. Необходимо отметить, что система, в которой реализуется частотное разделение каналов (ЧРК) и используется только амплитудная модуляция исходного сигнала называется аналоговой системой передачи (АСП). ЧРК заключается в переносе сигнала тональной частоты 0,3÷3,4 кГц (F_min... F_max) в определенную другую полосу частот с помощью несущей частоты.

Упрощенная структурная схема многоканальной системы передачи (трехканальная) с ЧРК приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Структурная схема многоканальной системы

передачи с ЧРК

Каналы в АСП в основном используются для передачи однородных сигналов (телефонных), частотные полосы которых можно считать совпадающими. Поэтому полосы частот исходных сигналов (рисунок 4) приняты одинаковыми (F_min … F_max).

Исходные сигналы С₁…С₃, поступающие на модуляторы М₁… М₃, модулируются несущими частотами f_н1 … f_н3 (12, 16, 20 кГц). Формирование канальных сигналов выполняют полосовые фильтры ПФ1…ПФ3, которые подавляют все побочные продукты модуляции не нужные для передачи.

Выделенные фильтрами канальные сигналы занимают соответственно полосы частот f₁ … f₂, f₃ … f₄, f₅ … f₆. Эти полосы частот не должны перекрываться (рисунок 5). Канальные сигналы объединяются и образуют групповой сигнал, полоса частот которого равна f₁ … f₆.

Рисунок 5 – Образование спектра группового сигнала

Ширина полосы частот канальных сигналов ∆f в общем случае может отличаться от ширины полосы частот исходного сигнала (ТЧ) ∆F,а именно

∆f ≥ ∆F. Желательно, чтобы ∆f = ∆F, 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 при помощи полосовых канальных фильтров ПФ₁…ПФ_N. Для получения исходных сигналов канальные сигналы подаются на демодуляторы ДМ₁… ДМ_N. Если несущие частоты на выходе модуляторов передающей станции будут подавлены, то на демодуляторы кроме канальных сигналов должны быть поданы несущие частоты (f_н1 … f_нN). 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 их уменьшения до допустимых значений между спектрами канальных сигналов вводятся защитные частотные интервалы ∆f_защ (рисунок 5). При передаче исходных сигналов (каналов ТЧ) этот защитный интервал между канальными сигналами взят 0,9 кГц.

Вывод

Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Это сильней всего проявляется в разработке и внедрении новых телекоммуникационных систем. Существующие аналоговые системы передачи заменяются на цифровые, первым этапом которых стала плезиохронная цифровая иерархия ПЦИ (PDH). В настоящее время широко внедряется синхронная цифровая иерархия СЦИ (SDH), работающая как на медных, так и на волоконно-оптических кабелях связи.

Для передачи исходных сигналов (речевых или каналов ТЧ, что тоже самое) в системах передачи необходимо их преобразование в вид удобный для передачи. В настоящем материале рассмотрен принцип преобразования речевых сигналов с помощью амплитудной модуляции и показаны способы их передачи в системах с ЧРК.