3.4 Схемы организации двусторонних трактов

Однополосная четырехпроводная (рисунок 3.4.1, а). Линейные тракты имеют совпадающие спектры. При использовании симметричных кабелей во избежание значительных взаимных влияний линейные тракты размещаются в различных кабелях. Такая схема называется двухкабельной. При использовании коаксиального кабеля взаимные влияния практически отсутствуют, поэтому коаксиальные пары могут размещаться в одном кабеле. Такая схема называется однокабельной.

Двухполосная двухпроводная (рисунок 3.4.1, б). Используется один и тот же линейный тракт. При этом связь в противоположных направлениях передачи организуется в разных полосах частот при помощи пары направляющих фильтров ФВЧ и ФНЧ (рисунок 3.4.2).

Рисунок 3.4.1 – Однополосный четырехпроводный (а) и двухпоплосный двухпроводный (б) линейные тракты

Рисунок 3.4.2 – Разделение спектров направлений передачи в двухполосных системах.

4 Принципы многоканальной передачи

4.1 Основы теории многоканальной передачи сообщений

В большинстве случаев разделения каналов каждому источнику сообщения выделяется специальный сигнал, называемый канальным. Промодулированные сообщениями канальные сигналы объединяются, в результате чего образуется групповой сигнал (ГС). Если операция объединения линейна, то получившийся сигнал называют линейным групповым сигналом.

Для унификации многоканальных систем связи за основной или стандартный канал принимают канал тональной частоты (канал ТЧ), Многоканальные системы образуются путем объединения каналов ТЧ в группы, обычно кратные 12 каналам. В свою очередь, часто используют «вторичное уплотнение» каналов ТЧ телеграфными каналами и каналами передачи данных [1].

Канальные передатчики вместе с суммирующим устройством образуют аппаратуру объединения. Групповой передатчик М, линия связи ЛС и групповой приемник П составляют групповой канал связи (тракт передачи), который вместе с аппаратурой объединения и индивидуальными приемниками составляет систему многоканальной связи.

Индивидуальные приемники системы многоканальной связи П_K наряду с выполнением обычной операции преобразования сигналов s_K(t) в соответствующие сообщения а_K(t) должны обеспечить выделение сигналов s_K(t) из группового сигнала s(t). Иначе говоря, в составе технических устройств на передающей стороне многоканальной системы должна быть предусмотрена аппаратура объединения, а на приемной стороне – аппаратура разделения.

Чтобы разделяющие устройства были в состоянии различать сигналы отдельных каналов, должны существовать определенные признаки, присущие только данному сигналу. Такими признаками в общем случае могут быть параметры переносчика, например амплитуда, частота или фаза в случае непрерывной модуляции гармонического переносчика. При дискретных видах модуляции различающим признаком может служить и форма сигналов. Соответственно различаются и способы разделения сигналов: частотный, временной, фазовый и другие [1].

4.2 Частотное разделение каналов

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рисунке 4.2.1

Рисунок 4.2.1 Функциональная схема многоканальной системы с частотным разделением каналов

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры G₁(ω), G₂(ω), …, G_N(ω) модулируют поднесущие частоты ω_K каждого канала соответственно. Эту операцию выполняют модуляторы М₁, М₂, …, М_N канальных передатчиков [1].

Модуляторы – это четырёхполюсники с нелинейной амплитудной характеристикой, которая в общем случае аппроксимируется полиномом n-ой степени.

,где а₁, … а_n – коэффициенты аппроксимации

Для простоты возьмём полином 2-й степени, то есть: ,

Подадим на такой четырёхполюсник сигналы двух частот, то есть,где ω > Ω. Тогда После соответствующих преобразований получим:

, (4.2.1)

Спектр сигнала на выходе четырехполюсника будет иметь вид (рисунок 4.2.2)

Рисунок 4.2.2 – Спектр сигнала на выходе четырехполюсника

Таким образом, на выходе четырёхполюсника наряду с частотами входных сигналов (ω,Ω) появились: постоянная составляющая ; вторые гармоники входных сигналов (2ω,2Ω); составляющие суммарной (ω + Ω) и разностной (ω – Ω) частот.

Если предположить, что в сигнале с частотой Ω содержится информация, то она будет иметь место и в сигналах с частотами (ω_н + Ω) и (ω_н – Ω), которые расположены зеркально по отношению к ω и называются верхней (ω + Ω) и нижней (ω – Ω) боковыми частотами.

Если на четырёхполюсник подать сигнал несущей частоты U₁(t) = U_m∙Cosω_нt и сигнал тональной частоты в полосе Ω_н … Ω_в (где Ω_н = 0.3 кГц, Ω_в = 3.4 кГц), то спектр сигнала на выходе четырёхполюсника будет иметь вид (рисунок 4.2.3)

Рисунок 4.2.3 – Спектр сигнала на выходе четырехполюсника

Полезными продуктами преобразования (модуляции) являются верхняя и нижняя боковые полосы. Для восстановления сигнала на приёме на вход демодулятора достаточно подать несущую частоту (ω_н) и одну из боковых частот.

В многоканальных системах передачи с частотным разделением каналов (МСП-ЧРК) по каналу передаётся только сигнал одной боковой полосы, а несущая частота берётся от местного генератора. Таким образом, на выходе каждого канального модулятора включается полосовой фильтр с полосой пропускания ∆ω = Ω_в – Ω_н = 3.1 кГц. Спектры G₁(ω), G₂(ω) … G_N(ω) после транспонирования (переноса) на различные частотные интервалы и инверсирования (эта операция в принципе необязательна, но обычно выполняется для упрощения оборудования) складываются и образуют групповой спектр G_гр(ω).

С целью уменьшения влияния соседних каналов (уменьшения переходных помех) обусловленного неидеальностью АЧХ фильтров, между спектрами сигнальных сообщений вводятся защитные интервалы. Для каналов ТЧ они равны 0.9 кГц. Таким образом, ширина полосы канала ТЧ с учётом защитного интервала равна 4 кГц (рисунок 4.2.4)

Рисунок 4.2.4 – Спектр группового сигнала с защитными интервалами