10.2 Использование уплотнения с частотным разделением в телефонной связи

Ресурс связи в случае FDM представлен на рисунке 1 в виде частотно-временной зависимости. Здесь распределение сигналов по диапазону частот является постоянным. Ресурс связи может содержать одновременно несколько сигналов, разнесенных в спектре. Области спектра, находящиеся между используемыми диапазонами, называют защитными полосами частот. Они играют роль буфера, что позволяет снизить интерференцию между соседними каналами.

Рисунок 10.1. Уплотнение с частотным разделением

На рисунке 10.2, а показано модулирование типичного голосового телефонного сигнала (частоты немодулированного сигнала принадлежат диапазону 300 – 3400 Гц) синусоидальным сигналом с частотой 20 кГц. Двусторонний спектр немодулированного сигнала показан на рисунке 10.2,а. На рисунке 10.2,б представлен односторонний спектр на выходе смесителя. В результате смешивания спектр смещается в сторону более высоких частот по сравнению с немодулированным спектром и центрирован теперь на частоте 20 кГц. Данный спектр называется двухполосным (double-sideband – DSB), поскольку информация находится в двух различных диапазонах част. На рисунке 4,в показана нижняя боковая полоса (lower sideband-LSB), которой принадлежат частоты 16600-19700 Гц. Иногда нижнюю боковую полосу называют инвертированной боковой полосой, поскольку частотные составляющие этой полосы расположены в обратном порядке по сравнению с немодулированным сигналом.

На рисунке 10.3 приведен простейший пример технологии FDM. В данном случае реализована схема с тремя каналами передачи речи. В канале 1 голосовой сигнал из диапазона 300 – 3400 Гц модулируется сигналом с частотой 20 кГц. В каналах 2 и 3 аналогичный голосовой сигнал модулируется сигналами с частотами 16 и 12 кГц. В приведенном примере сохраняются лишь нижние боковые полосы. Результатом смешивания и фильтрации (для удаления верхних боковых полос) являются сдвинутые по частоте сигналы, показанные на рисунке 5. Суммарный выходной сигнал есть сумма трех сигналов и принадлежит диапазону 8,6 – 19,7 кГц.

Задача № 10.1

Разработайте набор сигналов FDM, состоящий из 5 каналов передачи речи, каждый в диапазоне 300 – 3400 Гц. Уплотненный набор сигналов должен состоять из инвертированных боковых полос и занимать спектральную область от 30 до 50 кГц.

а) Изобразите составной спектр, указав отдельные спектры и положение защитных полос

б) Изобразите бок-схему, показывающую процессы смешивания частот и фильтрования, а также необходимые параметры местного гетеродина приемника

Рисунок 10.2. Смешивание сигналов: а) процесс смешивания; б) выходной спектр смесителя; в) нижняя боковая полоса; г) верхняя боковая полоса

Рисунок 10.3. Простейший пример FDM. Три сдвинутых по частоте канала передачи речи.

Решение

Первый канал: Гц, спектральная полоса LSB от 30000 до 33100 Гц, защитная полоса от 33100 до 34000 Гц.

Второй канал: Гц, спектральная полоса LSB от 34000 до 37100 Гц, защитная полоса от 37100 до 38000 Гц.

Третий канал: Гц, спектральная полоса LSB от 38000 до 41100 Гц, защитная полоса от 41100 до 42000 Гц.

Четвертый канал: Гц, спектральная полоса LSB от 42000 до 45100 Гц, защитная полоса от 453100 до 46000 Гц.

Пятый канал: Гц, спектральная полоса LSB от 46000 до 49100 Гц, защитная полоса от 49100 до 50000 Гц.

Рисунок 10.4. Распределение сигнальных и защитных полос