Лекция №14

Тема №6: МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Тема лекции: МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Введение

В практике организации связи часто возникает необходимость одновременной передачи большого количества сообщений из одного пункта в другой. Такую задачу приходится решать при больших объемах обмена информацией. Любая информация передается от передатчика к приемнику через физическую среду, в качестве которой в системах электросвязи используются радиолинии и кабельные линии связи (ЛС). Высокая стоимость кабельных ЛС и перегруженность радиолиний обусловливает необходимость их наиболее эффективного использования. Поэтому в настоящее время получили широкое применение многоканальные системы связи (МКС), обеспечивающие одновременную и независимую передачу большого числа сообщений с использованием одной ЛС.

1. Основные понятия многоканальной связи и способы уплотнения линий связи

Упрощенная структурная схема МКС приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Структурная схема многоканальной системы связи

Передаваемые сообщения ₁(t),₂(t), . . . ,_N(t) от каждого источника с помощьюиндивидуальных модуляторовМ₁, М₂, . . . , М_Nпреобразуются в соответствующие канальные сигналыS₁(t),S₂(t), . . . ,S_N(t). Совокупность канальных сигналов вустройстве объединения(УО) образуетгрупповой сигналS_ (t) определяемый некоторым оператором объединения, который обычно является оператором суммирования

Индивидуальные модуляторы вместе с устройством объединения образуют аппаратуру объединения (уплотнения) каналов(АОК). С учетом частотного диапазона используемой ЛС сигналS_ (t) с помощьюгруппового передатчика(ГПРД) преобразуется влинейный сигналS_л(t), который и передается в ЛС.

На приемной стороне, из-за действия помех, линейный сигнал S^‘_л(t) несколько отличается от переданного. Он принимается с помощьюгруппового приемника(ГПРМ) вновь преобразуется в групповой сигналS^‘_ (t). Далее вустройстве разделения(УР) из группового сигнала выделяются канальные сигналыS^‘₁(t),S^‘₂(t), . . . ,S^‘_N(t), которыеиндивидуальными демодуляторами Д₁, Д ₂, . . . , Д _Nпреобразуются в оценки передаваемых сообщений (в общем случае из-за действия помех они отличаются от передаваемых сообщений). Устройство разделения и индивидуальные демодуляторы в совокупности образуютаппаратуру разделения каналов(АРК).

Процесс образования при использовании МКС в одной ЛС нескольких каналов связи называется уплотнением линии связи. При построении АОК в соответствии с рекомендациями Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МКТТ) положен в основы стандартный телефонный канал тональной частоты (канал ТЧ), обеспечивающий передачу сигналов в полосе частот 0,3 . . . 3,4 кГц. Данный канал может также использоваться для передачи сигналов, у которых исходный спектр отличается от спектра речевого сигнала (телеграфные сигналы, сигналы фототелеграфной связи, телеуправления, сигналы аппаратуры передачи данных, цифровой связи и др). Для передачи сигналов с полосой, более широкой, чем полоса канала ТЧ, используют объединение каналов ТЧ в группы (по два, три и более каналов ТЧ).

Степень многоканальности системы принято определять количеством стандартных телефонных каналов ТЧ, по которым МКС обеспечивает передачу информации. На основании рекомендаций МКТТ первичная группа АОК в МКС с частотным разделением каналов включает в себя 12 каналов ТЧ. На базе этой группы строятся более многоканальные системы, например на 24, 60, 900, 1800 стандартных каналов ТЧ и более. Для МКС цифровой связи первичная группа объединяет 30 каналов ТЧ и проектируется обычно на 30, 120, 480, 1920, 7680 телефонных каналов и более.

Чтобы АРК была в состоянии различать сигналы отдельных каналов, должны существовать определенные признаки, присущие только сигналу данного канала. Такими признаками в общем случае могут быть параметры переносчика, например амплитуда, частота или фаза в случае модуляции синусоидального переносчика, временное положение, длительность или форма сигнала при модуляции импульсных переносчиков. Соответственно на практике наибольшее распространение получили МКС с фазовым, частотным, временным разделением (ФРК, ЧРК, ВРК) и разделением по форме сигналов или кодовым разделением (КРК).

Системы с ФРК, ЧРК и ВРК относятся к МКС с линейным разделением каналов. При линейном разделении сигналов оператор выделения k-го сигналаL_kявляется линейным и поэтому можно записать

Тогда условие разделения сигналов будет иметь вид

Это условие выполняется, если канальные сигналы S_k(t) являются линейно независимыми, а для их формирования использовались линейно независимые переносчики_k(t). Если переносчики представляют собой систему ортогональных функций, удовлетворяющих в интервале времени (t₁,t₂) условию

то выделение сигнала S^‘_k(t) из группового сигналаS^‘_ (t) может быть выполнено путем перемножения последнего с переносчиком данного канала и интегрирования в интервале ортогональности

Требованию ортогональности удовлетворяет целый ряд сигналов, которые могут быть использованы в МКС в качестве переносчиков информационных сигналов (сообщений). Например, ортогональными являются электрические колебания с неперекрывающимися по частоте спектрами, периодические последовательности импульсов, неперекрывающиеся по времени, гармонические колебания с одинаковыми частотами и начальными фазами, отличающимися на  / 2 и т. д. Такие сигналы можно безошибочно разделить при приеме.

Примером наиболее простых МКС, в которых обеспечивается ортогональность сигналов, являются системы с ФРК.

Два гармонических колебания с одинаковыми частотами и начальными фазами, отличающимися друг от друга на  / 2 относятся к классу ортогональных сигналов

Упрощенная структурная схема МКС с ФРК приведена на рис. 6.2.

Гармонические колебания cos_otиsin_otформируемые с помощью генератора (Г) и фазовращателя (ФВ) на / 2, поступают на индивидуальные модуляторы (М₁иM₂).В результате модуляции этих колебаний первичными сообщениями₁(t) и₂(t) образуются канальные сигналы

Рис. 6.2. Структурная схема МКС с ФРЧ

Спектры канальных сигналов S₁(t) иS₂(t) могут перекрываться по частоте, если спектры сообщений₁(t) и₂(t) находятся в одной частотной области (например, при передаче речевых сообщений). Тем не менее различение этих сигналов на приемной стороне возможно благодаря взаимной ортогональности переносчиков₁(t) и₂(t). В результате линейного сложения формируется групповой сигнал

который через ПРД, ЛС, ПРМ поступает на синхронные детекторы (Д₁и Д₂) канальных сигналов. Опорные напряжения поступающие на детекторы должны быть синфазными с соответствующими колебаниями, генерируемые на передающей стороне. В результате детектирования в первом канале получается сигнал

Первичный сигнал оценки можно выделить с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ), поскольку частота несущего колебания всегда значительно больше максимальной частоты в спектре модулирующего сообщения. Аналогично формируется сигнал оценки во втором канале. Влияние каналов друг на друга при правильном выборе параметров системы отсутствует.

Недостатком МКС с ФРК является то, что с их помощью можно надежно разделить только два сигнала, переносчики которых отличаются по фазе на угол /2. Поэтому применение систем с ФРК ограничено. Кроме того, при реализации таких систем, трудно обеспечить синфазную работу генераторов несущих и опорных колебаний на приемной и передающей стороне. Рассмотрим особенности построения МКС с другими способами разделения каналов наиболее часто использующиеся на практике.