3,8 Частотне і часове розділення каналів у тівс. Вплив основних елементів системи та видів модуляції на число каналів.

Передавання вимірювальної інформації від сукупності джерел до одного або декількох адресатів здійснюється багатоканальними ІВС, в яких реалізовано один із наступних методів розділення каналів: частотний, часовий, просторовий (за довжиною хвиль), диференціальний, фазовий, кодовий, за рівнем, за формою, кореляційний, ортогональний. Найпоширенішими є технології частотного, часового та просторового мультиплексування.

Часове розділення каналів (ТDM - time division multiplexing - технологія). Така технологія грунтується на імпульсних видах модуляції та передбачає передачу лінією зв'язку даних від окремого джерела в межах певного часового проміжку (кванта, тайм-слоту) часу ( ), де - кількість джерел інформації або власне кількість каналів.

Сукупність всіх тайм-слотів разом із додатковими часовими інтервалами, необхідними, зокрема, для синхронізації передавальної та приймальної апаратури (коротко передавача та приймача), забезпечення завадостійкості каналів і надійного передавання інформації тощо, визначають один цикл роботи ІВС за TDM-технологію (один цикл опитування всіх джерел або передачі даних від усіх джерел), який називають тривалістю кадру .

Структурна схема системи з часовим розділенням каналів:

Позначення: НП – нормуючий перетворювач; ІМ – імпульсний модулятор; ГТІ – генератор такотових імпульсів; РІ – розподільник імпульсів; ГСІ – генератор синхро-імпульсів; ЛЗ – лінія зв’язку, ВСІ – виділяємо синхроімпульси; ІДМ – імпульсний демодулятор; СІ – споживач інформації.

Кадри є різними за структурою для різних видів імпульсної модуляції. Але незалежно від виду модуляції при ТDМ-технології максимальна кількість каналів визначається такими факторами:

• найбільшою із максимальних частот у спектрі досліджуваних процесів;

• мінімально можливою тривалістю тактових імпульсів і максимальною тривалістю інформаційних (вимірювальних) імпульсів;

• тривалістю захисних інтервалів ;

• способом синхронізації приймача та передавача, а також тим, чи впливає тривалість синхроімпульсів на тривалість кадру.

Амплітудно-імпульсна модуляція. Структура кадру для АІМ із зовнішньою циклічною синхронізацією подана на рис. 2.7,а. Тайм-слот (канальний інтервал) визначається тільки тривалістю інформаційного імпульсу та захисного інтервал

Отже, в багатоканальних ІВС з АІМ-сигналами на базі ТDМ-технології тривалість синхроімпульсів не враховується в тривалості кадру. Зазвичай частота слідування кадрів береться більшою втричі за частоту Котельникова ( ), а . За необхідності організувати каналів тривалість тайм-слоту .

Широтно-імпульсна модуляція. Із структури кадру для ШІМ із зовнішньою циклічною синхронізацією, поданої на рис. 2.7,б, випливає, що його тривалість визначається канальним інтервалом, тривалістю синхроімпульсу та захисним інтервалом між синхроімпульсом і першим вимірювальним імпульсом:

Рис. 2.7. –

Часові діаграми кадрів передачі інформації

багатоканальними ІВС з різними видами модуляції при часовому розділенні каналів: а - АІМ; б - ШІМ; в - ВІМ, ЧІМ

У практичних застосуваннях, як і при АІМ, період циклу передачі , але , а . За таких умов кількість каналів багатоканальної ІВС із часовим розділенням каналів і ШІМ

Максимальна тривалість вимірювального імпульсу узгоджується із найбільшим значенням досліджуваної величини, а мінімальна - із смугою пропускання лінії зв'язку: .

Фазо-імпульсна модуляція. Для багатоканальної ІВС із ФІМ та зовнішньою синхронізацією тривалість кадру

де - тривалість вимірювального імпульсу, а - його девіація, тобто максимальне часове відхилення відносно тактового (опорного) імпульсу; - кількість каналів; - тривалість тайм-слоту (див. рис. 2.7,в). Мінімальна тривалість вимірювального імпульсу , а тривалість захисних інтервалів . Для сучасних багатоканальних ІВС із ФІМ вимірювальними є імпульси прямокутної форми з тривалістю в декілька мікросекунд.

Частотне розділення каналів (FDM - frequency division multiplexing - технологія). FDM-технологія дає змогу однією лінією зв'язку одночасно передавати результати дослідження різних величин чи процесів (інформацію від різних джерел) за рахунок організації у частотному діапазоні , визначеному шириною смуги пропускання лінії , декількох незалежних і паралельно діючих частотних каналів зв'язку зі своєю смугою пропускання та центральною частотою (рис. 2.8). Канал зв'язку для одночасної передачі сигналів різних джерел окремими каналами зі своїми смугами пропускання називають ущільненим.

Узагальнена структурна схема багатоканальної ІВС з частотним розділенням каналів:

Позначення:

Д – датчик, М – модулятор, СФ – смуговий фільтр, ∑ - пристрій, що передає суммарний сигнал

ПРД – передавач, ЛЗ – лінія зв’язку, ПР – приймач, ДМ – демодулятор, СІ – споживач інформації

Рис. 2.8. - Структура ущільненого каналу при частотному

мультиплексуванні

Для перенесення спектрів сигналів окремих джерел із шириною спектра у власний частотний піддіапазон (для розділення ущільненого каналу) використовується техніка модуляції ВЧ несучого гармонічного коливання з піднесучою частотою низькочастотними сигналами. Частотні піддіапазони відокремлюють один від одного захисними частотними інтервалами , щоб усунути вплив одного каналу на інший. Таким чином, окремий канал займає смугу частот .

На лінії зв'язку зі смугою пропускання (ущільненому каналі зі смугою частот ) за технологією FDM можна організувати наступну кількість незалежних каналів

Введення захисних інтервалів зумовлено [6,9]:

• неідеальністю частотних характеристик пристроїв фільтрації сигналів;

• необмеженістю спектрів сигналів джерел;

• нелінійністю характеристик модемів.

Аналіз зазначених факторів показує, що для надійної передачі інформації за FDM-технологією доцільно:

• вибирати оптимальні значення захисних частотних інтервалів (зазвичай );

• використовувати стандартизовані значення піднесучих частот;

• організовувати на одній лінії зв'язку не більше 10…18 частотних каналів.

У табл. 2.1 подані ряди коефіцієнтів для визначення стандартизованих частот піднесучих у чотириканальних ІВС, значення яких обгрунтовані, виходячи з ширини спектрів комбінаційних складових, що зумовлені нелінійністю характеристик модемів, та апроксимації цих характеристик степеневими поліномами не більше третього порядку. Значення піднесучих частот кожного ряду задовольняють умову: .

Наприклад, якщо піднесуча , то для першого ряду , , а .

Основні елементи системи впливають на кільк каналів, оскільки вони впливають на довжину захисних інтервалів, яка визначається: неідеальністю канальних фільтрів, нелінійн хар-к пристроїв, що використовуються для модуляції та демодуляції.