Авиационная электросвязь / 15. Частот. и времен. принцип уплотнения КС

Лекция 15

Частотный принцип уплотнения КС

Уплотнения канала связи называется процедура одновременной передачи по нему нескольких сообщений. Благодаря уплотнению в канал может включаться несколько использования.

В диспетчерской связи применяются два принципа уплотнения- частотный и временной. Частотное уплотнение состоит из разделения полосы пропускания на несколько участков и передаче в каждом из них своего сообщения. Реализация этого принципа путем амплитудной или частотной модуляции сигналов на передающей сторон и демодуляции (детектирования) на стороне приема (рис. 1.22).

Сигналы F каждого оконечного абонентского аппарата (ОАА) поступают в свое модуляционно устройство (М) , где осуществляется амплитудная или частотная модуляция сигнала, вырабатываемого генератором (Г) . Частоты генераторов f₁, f₂, f₃, … выбираются с таким расчетом, чтобы спектры модулированных сигналов не перекрывались. Разграничение полос спектров сигналов достигается применением на передающей стороне фильтров Ф_прд, после прохождения, которых происходит их сложение. Размещение спектров по частоте показано на рис. 1.23.

Спектр каждого сигнала изображен в виде несущей частоты и двух боковых полос модуляции. Он находится в полосе пропускания своего фильтра, действие которого отображено характеристикой затухания. Эта характеристика представляет собой частотную зависимость отношения уровня сигнала на входе фильтра к уровню на его выходе:

дБ. (1.39)

За пределами полосы пропускания фильтра, ограниченной частотами с уровнем затухания 3 дБ, определяемым в соответствии с выражением (1.39), находится полоса задерживания. Ее ширина между спектрами зависит от задерживающих свойств фильтра и допустимого уровня помехи, создаваемой неподавленным остатком по отношению к соседнему сигналу.

На приемной стороне осуществляется выделение частот сигнала с помощью соответствующего фильтра Ф_прм , демодуляция (ДМ) и подача сигнала в оконечный абонентский аппарат.

Для получения двухсторонней передачи при частотном уплотнении необходимо иметь передающее и приемное оборудование с каждой стороны канала и вдвое большую полосу пропускания при дуплексном способах ведения связи.

Несущая частота, вырабатываемая генератором передающего тракта, не содержит информации, заключенной в модулирующем сигнале, а в левую и правую боковые полосы этот сигнал входит равнозначно. Поэтому с точки зрения передачи информации можно ограничиться одной боковой полосой (ОБП) модулированного сигнала, подавляя вторую боковую и несущую. Такая однополосная модуляция (ОМ) дает выигрыш по полосе занимаемых частот и по мощности, так как не ведет к расходу энергии на передачу сигналов несущей и второй боковой полосы частот.

Уплотнение спектров сигналов оконченных абонентских аппаратов, подобное рассмотренному, осуществляется индивидуальным оборудованием передачи. Сигналом каждого аппарата модулируется сигнал индивидуального генератора в соответствующем модулирующем устройстве.

Кроме этого, индивидуальное оборудование находится и на стороне приема. Такое уплотнение является первичным и широко используется при передачи по проводным линиям физических цепей.

Получение после первичного уплотнения групповые сигналы также могут подвергаться модуляции с целью переноса группового спектра в другую область частот. Такое уплотнение называется вторичным и осуществляется с помощью группового оборудования.

Временной принцип уплотнения КС.

Временное уплотнение основано на представлении информации в импульсном виде и передаче электрических посылок, получаемых от нескольких источников сигналов в разные промежутки времени. Применительно к ИКМ временное уплотнение осуществляется путем укорачивания длительности кодовых посылок (без изменения времени передачи кодовых комбинаций) и размещения между посылками одного сообщения посылок, соответствующих другому сообщению.

На рис. 1.24 показан принцип осуществления временного уплотнения сигналов, поступающих от четырех источников (И) в цифровом виде на распределительное устройство передачи Р_прд.

Подвижной контакт за время, равное длительности элементарной посылки в кодовой комбинации, совершает полный оборот, снимая с неподвижных контактов остается неизменным, но в течение этого времени передается несколько комбинаций (рис. 1.25, а, б, в, г).

Кодовая комбинация каждого источника представлена тремя посылками. На диаграмме сигнала с временным уплотнением (см.рис. 1.24, д) цифрами с 1 по 4 указана принадлежность укороченных посылок соответствующему источнику сигнала.

Для выделения посылок каждого канала на приемной стороне (см. рис. 1.24) используется такой же распределитель Р_прм, работающий синхронно с передающим. Это позволяет направить посылки каждой кодовой комбинации к своему приемному устройству (Прм).

Полученные подобным образом при первичном временном уплотнении групповые сигналы можно подвергать аналогичному укорочению и вторичному уплотнению. Порядок временного уплотнения по мере наращивания числа каналов называется иерархией. Укорочение длительности импульсов при временном уплотнении требует уменьшения допустимого времени нарастания в процессе передачи их по каналу связи. Принимая во внимание связь этого показателя с частотой верхнего среза, вытекающей из формулы (1.21), нетрудно заметить, что временное уплотнение канала требует расширения его полосы пропускания

Скорость передачи информации (бит/c) равна частоте передачи кодовых комбинаций, умноженной на количестве двоичных символов. Применительно к ИКМ – это произведение частоты дискретизации на число разрядов.

Для передачи одного телефонного сообщения в аппаратуре ИКМ принята частота дискретизации F_д = 8000 Гц и восьмиразрядный двоичный код (n=8),позволяющий квантовать 2⁸=256 уровней. Поэтому скорость передачи такого сообщения составляет nF_д=64000 бит/с = 64кбит/с. Длительность импульса при этом равна t_n=1/(nF_д)≈ 15 ∙ 10 ^-6 c, а требуемая полоса частот f_в.с = 0,35/15∙10^-6≈23000 Гц ≈23 кГц, что значительно превышает полосу аналогового телефонного сигнала (3,4 кГц).

Однако полоса пропускания проводной линии сужается по мере увеличения ее длины.

Вместе с этим возрастает уровень помех. Применение регенераторов для восстановления прямоугольной формы импульсов и устранения помех на достаточно коротких отрезках линии позволяет осуществить передачу информации с более высокой скоростью и качеством по сравнению с аналоговой формой. Например, по одной паре жил городских телефонных кабелей, используемых также во внутриаэропортовой связи, можно передавать цифровые сигналы со скоростью до 2948кбит/с (30 телефонных каналов с ИКМ). При этом промежуточные регенераторы располагаются на расстоянии 2 км.

С ростом скорости передачи информации увеличение пропускной способности в цифровой системе связи осуществляется наращиванием количества каналов. Временное уплотнение устраняет проблему перегрузки каналов связи, так как в каждый момент времени цифровая система передачи предоставлена только одному сигналу.

Возможность передачи в цифровой форме любых сигналов (аналоговых и дискретных) в сочетании с электронной цифровой автоматической коммутацией представляет новое направление в технике связи, получившее название интегральной цифровой системы связи. В этой системе передача и коммутация цифровых сигналов осуществляется без перехода к аналоговой форме, что позволяет исключить сложные переходные устройства между различными оборудованием, устранить вносимые ими искажения, унифицировать элементную базу и упросить эксплуатацию.

В настоящее время в телеграфной связи находят применение комбинированные системы частотно-временного уплотнения, использующие оба принципа. Диапазон частот этих систем разделяется на несколько равных поддиапазонов, в каждом из которых передается групповой сигнал с временным уплотнением. Для переноса спектра этого сигнала в нужный поддиапазон используется амплитудная или частотная модуляция.