Глава 6. Основы построения многоканальных систем передачи

6.1. Принцип построения многоканальных сис­тем передачи. Простейший метод разделения сигналов.

6.1.1. Многоканальная система передачи. Линия связи в телекоммуникационных систем связи могут обеспечить передачу сигнала в широкой полосе частот (от десятков кГц до десятков МГц в проводных системах и до сотен тысяч МГц в радиосистемах). Ширина спектра первичного электрического сигнала (составляющая от единиц кГц до единиц МГц) намного меньше полосы пропускания линии связи. Если строить одноканальные системы связи, в которых по одной линии связи передавался бы сигнал от одного источника сообщения к одному получателю, то такая система характеризовалась бы крайней неэффективностью. С одной стороны, недоиспользовался бы не восполняемый частотно-временной ресурс, определяемый физической природой передачи сигналов. С другой стороны, линии передачи представляют наиболее дорогостоящую часть систем связи, требующая значительную часть капиталовложений и затрат на строительство и сооружение.

С целью наиболее эффективного использования линейных сооружений является передача сигналов от нескольких источников сообщений, т.е. создание большого количества независимых каналов в рамках одной системы передачи с образованием многоканальных систем связи.

Многоканальной системой связи называется совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающие одновременную и независимую передачу сигналов от множества источников к множеству получателей сообщения по одной линии связи.

Обобщённая простейшая структурная схема многоканальной системы связи изображена на рисунке 6.1. На вход передающей части многоканальной системы поступают первичные электрические сигналы ,(телефонные, звукового вещания, телевизионные, телеграфные и т.д.). В передающей части первичные сигналы преобразуются в канальные сигналы

(6.1)

с помощью операторов преобразования . В качестве методов преобразования используют тот или иной тип модуляции.

Рис. 6.1. Структурная схема многоканальной системы

При помощи модуляции каждый из первичных сигналов наделяется отличительным признаком, необходимым для дальнейшего выделения этого сигнала из группового сигнала . Групповой сигналполучают суммированием отдельных канальных сигналов

, (6.2)

где некоторый взвешивающий коэффициент (чаще всего,).

Канальные преобразователи с устройством суммирования образуют аппаратуру объединения каналов (см. рисунок 6.1).

Групповой сигнал . поступает в групповой тракт. В общем случае групповой тракт состоит из последовательного включёния модулятора, линии связи, демодулятора (на схеме рисунка 6.1 они не приведены).

Групповой и канальные сигналы в процессе модуляции и при передаче по направляющей среде группового тракта претерпевают линейные и нелинейные искажения. Поэтому на выходе направляющей среды вместо наблюдается сигнал, называемый оценкой предаваемого сигнала, отличающийся от.

В приёмной части многоканальных систем из оценки переданного группового сигнала необходимо выделить (разделить) индивидуальные сигналы – оценки канальных сигналов ,,…,.

Разделение группового сигнала на индивидуальные осуществляется с помощью операторов разделения . Процедура разделения сводится к операции

(6.3)

Операторы могут быть линейными и нелинейными. В соответствии с этим многоканальные системы связи называются системами с линейным и нелинейным разделением.

На следующем этапе из индивидуальных оценок канальных сигналов выделяют оценки первичных сигналов (). Оценки первичных сигналов также могут несколько отличаться от первичных сигналов. Процесс преобразования канальных сигналов в первичные сводится к тому, что каждому приятому канальному сигналу применяется оператор, обратный, т.е.

(6.4)

Другими словами, операции (6.4) означают демодуляцию (детектирование) канальных сигналов. Индивидуальные разделяющие устройства и демодуляторы образуют аппаратуру разделения каналов (см. рисунок 6.1).

6.1.2. Простейший метод разделения сигналов. Рассмотрим простейший метод организации многоканальной передачи сигналов. Он основан на применении двухпроводных линий с симметрирующими трансформаторами (рисунок 6.2). С помощью одной двухпроводной двухпроводной можно организовать одну несимметричную связь, называемой искусственной или фантомной.

Схема обеспечивает передачу телефонного и телеграфного сигналов. Телефонная связь осуществляется по двухпроводной физической цепи (на схеме рисунка 6.2 вход-выход двухпроводной телефонной линии обозначен соответственно 1-1’, 2-2’). Абоненты цепи подключены через дифференциальные трансформаторы (ТР1 и ТР2). К средним обмоткам трансформаторов подключен телеграфный аппарат (в виде идеального источника тока на передающей стороне и нагрузкойна приёмной стороне). Телеграфная связь осуществляется по несимметричной искусственной линии, одним

Рис. 6.2. Структурная схема простейшей системы

многоканальной передачи

проводом которой является «земля», а другим два совмещённых провода (плеча) телефонной линии. Другими словами, ток телеграфного сигнала разветвляется по проводу 1-2и 1’-2’, замыкая цепь через нагрузку. При одинаковых сопротивлениях проводов, обмоток (точнее, коэффициентов трансформации) соответствующих дифференциальных трансформаторов, токи. Создаваемые этими токами магнитные потоки и наводимые в первичных обмотках ЭДСсоответственноитрансформаторов ТР1 и ТР2 будут равны друг другу, но отличаются знаком (наводимые потенциалы в первичных обмотках на рисунке 6.2 обозначены знаком «+» и «-»). В результате компенсации общая наводимая ЭДС в первичных обмотках равна нулю. Следовательно, влияние телеграфного сигнала на телефонный канал отсутствует.

Телефонный сигнал также не оказывает влияния на телеграфный. Ток телефонного сигнала , трансформируемый во вторичную цепь ЭДС первого абонента, будет замыкаться по только цепи 1-2, 2’-1’, и далее, отдавать свою энергию в нагрузку оконечного абонента. Через телеграфную цепьпроходить не будет, так как внутреннее сопротивление идеального источника токаравно бесконечности (эта цепь для токаразорвана).

Таким образом, фантомная схема обеспечивает одновременно независимую передачу двух сигналов: телефонного и телеграфного.

Схема имеет ряд недостатков:

1) число уплотняемых каналов равно двум;

2) чтобы увеличить число уплотняемых каналов необходимо увеличивать число физических линий.

3) величина переходных помех зависит от качества дифференциальных трансформаторов, «симметричности» (равенства сопротивлений в плечах) двухпроводной телефонной линии.

В настоящий момент времени такой способ уплотнения используется для организации дистанционного питания (передаются импульсы тока дистанционного питания) и для проведения телеконтроля (мониторинга) абонентских линий передач. Подобная идея лежит в основе построения развязывающих устройств направляющих устройств систем передачи, которые будут рассмотрены в следующей главе.