6.3. Построение многоканальных телекоммуникационных систем с частотным разделением каналов

6.3.1. Принцип построения многоканальных систем с частотным разделением каналов. Многоканальные системы с частотным разделением каналов (ЧРК) относятся к классу систем с линейным разделением сигналов. В таких системах уплотняемые первичные сигналы имеют практически близкие по частотному диапазону () спектры, гдесоответственно нижняя и верхняя граница частотного диапазона-го первичного сигнала. В качестве переносчиков здесь используются гармонические колебания различных частот, а методом формирования канальных сигналов является модуляция одного или нескольких параметров этих переносчиков. Схема многоканальной системы с ЧРК представлена на рисунке 6.3.

Многоканальная система связи с ЧРК функционирует следующим образом. Первичные сигналы ,преобразуются в канальные сигналыс помощью модуляторов М₁…М_Nи канальных полосовых фильтров (КПФ), в которых подавляется одна боковая полоса. Из канальных сигналов формируется групповой сигнал, состоящий из суммы канальных сигналов.

Рис. 6.3. Многоканальная система с ЧРК

В групповом сигнале каждому канальному сигналу отводится определенная полоса частот. Месторасположение полосы частот канальных сигналов в спектре группового задаётся значением частоты несущего колебания f_i(). Между полосами частот соседних канальных сигналов имеются полосы расфильтровки (защитные частотные интервалы) для ликвидации или ослабления взаимного влияния каналов друг на друга в случае нелинейных искажений. Формирование спектральной диаграммы группового тракта многоканальной системы ЧРК приведено на рисунке 6.4. В процессе формирования спектра группового сигнала (см. рисунок 6.4) подавляется нижняя боковая полоса канальных сигналов, что позволяет увеличить число уплотняемых каналов в выделенной полосе частот группового тракта.

На приеме спектр группового сигнала с помощью полосовых фильтров_. Ф₁, Ф₂ ,…, Ф_Nразделяется на отдельные полосы частот, которые соответствуют индивидуальным спектрам отдельных каналов. Затем канальные сигналы детектируются (демодулируются), а ФНЧ₁, ФНЧ₂,…,ФНЧ_Nустраняют побочные продукты детектирования. На приемной стороне для детектирования требуется знание частот несущих колебаний. В результате на выходе приемника оценки первичных сигналов.

Рис. 6.4. Формирование спектра группового сигнала многоканальной системы с ЧРК

Покажем, что переносчики сигналов в системах с ЧРК удовлетворяют условию ортогональности. Для простоты положим, что несущее колебание -го канала ()описывается гармоническим сигналом единичной амплитуды вида

. (6.22)

При этом частота переносчика -го канала().

Так как канальные сигналы системы ЧРК передаются одновременно, воспользуемся формулой (6.21) для бесконечного интервала наблюдения , которую с учетом (6.22) и формулы тригонометрического разложения произведения косинусов представим в виде

(6.23)

Формулу (6.23) можно интерпретировать как сумму двух интегралов Дюамеля (см. параграф 4.1), описывающие свёртку весовой функции и сигналовипри. Будем рассматриватькак весовую функцию идеального полосового фильтра-го канала. Временному представлению (6.23) можно поставить в соответствие частотное представление, рассматривая вместо весовой функцииеё передаточную функцию (см. четвёртую главу). Не приводя математических выкладок, покажем ортогональность переносчиков иллюстративно. Так, на рисунке 6.5 приведены АЧХ идеального полосового фильтра-го канала и спектральные линии гармоникидля случая. Из рисунка видно, что если полоса пропускания фильтра удовлетворяет условию, спектральные линии гармоник располагаются вне полосы пропускания фильтра, т.е. будут подавлены фильтром. Следовательно, скалярное произведение (6.23) в данном случае прибудет равно нулю, т.е..

Рис. 6.5. К пояснению ортогональности переносчиков системы ЧРК

В случае , выражение (6.23) для выбранных условий равно

.

Таким образом, весовые функции определяет свойства канальных полосовых фильтров полосовых фильтров_. Ф₁, Ф₂ ,…, Ф_N, обеспечивающих разделение сигнала группового тракта на индивидуальные спектры отдельных каналов многоканальной системы ЧРК.

Для уменьшения типов модуляторов, полосовых фильтров, т.е. с целью унификации канального оборудования используют групповое преобразование частоты. Групповое преобразование частоты используют в сочетании с многократным преобразованием частоты (см. также главу 4). Напомним, что многократное преобразование частоты заключается в том, что частоты исходного сигнала повышаются в передающей аппаратуре несколько раз, при этом первое преобразование происходит независимо для каждого канала. При групповом преобразовании частоты происходит одновременное повышение частот спектров групп каналов.

6.3.2. Групповое преобразование частоты. Схема формирования линейного спектра 6-и канальной системы с использованием принципов многоканального и группового преобразования частоты приведена на рисунке 6.6. Из рисунка 6.6 видно, что шестиканальная система тональной частоты разбивается на две однотипные группы каналов с помощью несущих частот 12, 16, 20 кГц, в которых применяют индивидуальные преобразователи частоты (модуляторы с полосовыми фильтрами). Полосовыми фильтрами выделяется верхняя боковая полоса спектра сигнала для каждого канала в группе. На рисунке 6.6. границы пропускания полосовых фильтров указаны сверху над их обозначениями. После объединения канальных сигналов на выходе сумматоров получаются две группы каналов с диапазоном частот [12,3…23.4] кГц. На второй стадии осуществляется групповое преобразование частоты с несущими 100, 150 кГц. При этом выделяются верхняя боковая полоса [112,3…124,4] кГц для первой группы каналов и нижняя боковая полоса [126,6…137.7] кГц для второй группы. В результате группы каналов разнесены по частоте, что допускает их последующее объединение. Окончательно групповой сигнал имеет диапазон частот [112,3…137,7] кГц (см. рисунок 6.6). Однотипность оборудования в рассмотренном примере заключается в использовании одинаковых по своим параметрам и характеристикам аппаратуры при формировании групп каналов.

Рис. 6.6. Пример группового преобразования частоты

шести канальной системы тональной частоты

В качестве другого примера группового преобразования частоты является формирование третичного широкополосного канала (300 КТЧ). Третичный широкополосный канал формируется на основе вторичной широкополосной группы из 60 КТЧ, который, в свою очередь, формируется их первичной широкополосной группы, включающей 12 каналов ТЧ (рисунок 6.7). Первичный широкополосный канал занимает полосу частот от 60 до 108 кГц, по 4кГц на один групповой канал, защитные частотные интервалы равны 0.9кГц.

Далее, для построения многоканальной широкополосной системы ЧРК с числом каналов ТЧ больше 12 используется принципы многократного и группового преобразования, Структурная схема формирования вторичной и третичной широкополосных групп КТЧ изображена на рисунке 6.8,а. На рисунке 6.8,аобозначены Б1 – формирователь первичной группы каналов ТЧ, Б2 и Б3 – групповые преобразователи формируют соответственно вторичную и третичную широкополосные группы. Групповые преобразователи Б2 используют несущие колебания с частотами 420, 468, 516, 564, 612 кГц (см. рисунок 6.8,б). На рисунке 6.8,бтакже внесены обозначения: ПГ – первичная группа; ПРПГ – развязывающий блок параллельного функционирования первичных групп.

Рис.6.7. Спектр частот на выходе аппаратуры формирования