- •Основы построения телекоммуникационных систем и сетей
- •Предисловие
- •Введение
- •Лекция 1
- •Основные понятия и определения
- •Основные понятия и определения. Классификация систем электросвязи
- •Вопросы и задачи для самоконтроля
- •Лекция 2 Первичные сигналы электросвязи Первичные сигналы электросвязи и их физические характеристики
- •Сигналы передачи данных и телеграфии
- •Вопросы и задачи для самоконтроля
- •Лекция 3 Каналы передачи Каналы передачи, их классификация и основные характеристики
- •Типовые каналы передачи
- •Вопросы и задачи для самоконтроля
- •Лекция 4 Двусторонние каналы Построение двусторонних каналов
- •Развязывающие устройства, требования к ним и классификация
- •Анализ резисторной дифференциальной системы
- •Лекция 5 Трансформаторная дифференциальная система Анализ трансформаторной дифференциальной системы
- •Определение условия непропускания тдс от полюсов 4-4 к полюсам 2-2
- •Определение входных сопротивлений тдс
- •Определение затуханий уравновешенной тдс в направлениях передачи
- •Анализ неуравновешенной трансформаторной дифференциальной системы
- •Сравнение трансформаторной и резисторной дифференциальных систем
- •Лекция 6 Двусторонний канал как замкнутая система Устойчивость двусторонних каналов
- •Устойчивость телефонного канала
- •Искажения от обратной связи
- •Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 4-6
- •Лекция 7 Общие принципы построения многоканальных систем передачи
- •Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи
- •Методы разделения канальных сигналов
- •Взаимные помехи между каналами
- •Вопросы и задачи для самоконтроля
- •Лекция 8 Принципы формирования канальных сигналов в системе передачи с частотным разделением каналов
- •Формирование канальных сигналов
- •Способы передачи амплитудно-модулированных сигналов
- •Квадратурные искажения при передаче амплитудно-модулированных сигналов
- •Лекция 9 Методы формирования одной боковой полосы. Искажения в каналах и трактах сп с чрк
- •Фильтровой метод формирования обп
- •Многократное преобразование частоты
- •Фазоразностный метод формирования обп
- •Искажения в каналах и трактах систем передачи с частотным разделением каналов
- •Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля к лекциям 8и9
- •Лекция 10 Принципы построения и особенности работы систем передачи с временным разделением каналов Структурная схема системы передачи с временным разделением каналов
- •Формирование канальных сигналов в системах передачи с временным разделением каналов
- •Формирование канальных сигналов с помощью амплитудно-импульсной модуляции.
- •Формирование канальных сигналов с помощью широтно-импульсной модуляции.
- •Формирование канальных сигналов на основе фазоимпульсной модуляции.
- •Выбор вида импульсной модуляции для построения систем передачи с временным разделением каналов
- •Помехоустойчивость амплитудно-импульсной модуляции.
- •Выбор вида импульсной модуляции для построения систем передачи с временным разделением каналов
- •Помехоустойчивость амплитудно-импульсной модуляции.
- •Переходные влияния между каналами систем передачи с временным разделением каналов
- •Оценка переходных помех 1-го рода.
- •Оценка переходных помех 2-го рода.
- •Обобщенная структурная схема системы передачи с временным разделением каналов на основе фазоимпульсной модуляции
- •Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля
- •Лекция 11 Общие принципы формирования и передачи сигналов в цифровых системах передачи Постановка задачи
- •Квантование сигналов по уровню
- •Оценка шумов квантования Оценка шумов при равномерном квантовании.
- •Гармонический сигнал.
- •Речевой сигнал.
- •Речевой сигнал, поступающий от разных источников.
- •Многоканальный групповой телефонный сигнал.
- •Телевизионный сигнал.
- •Оценка шумов квантования при неравномерном квантовании.
- •Кодирование квантованных сигналов
- •Обобщенная структурная схема цифровой системы передачи
- •Виды синхронизации в цифровых системах передачи
- •Принципы регенерации цифровых сигналов
- •Линейное кодирование в цсп
- •Лекция 12
- •Разностные методы кодирования.
- •Иерархия цифровых систем передачи
- •Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
- •Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция как система с линейным предсказанием.
- •Дельта-модуляция
- •Иерархия цифровых систем передачи на основе импульсно-кодовой модуляции
- •Объединение цифровых потоков в плезиохронной цифровой иерархии
- •Объединение цифровых потоков в синхронной цифровой иерархии
- •Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 11 и 12
- •Лекция 13 Общие принципы построения волоконно-оптических систем передачи Краткий исторический очерк
- •Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи
- •Классификация волоконно-оптических систем передачи. Способы организации двусторонней связи на основе волоконно-оптических систем передачи. Способы уплотнения оптических кабелей
- •Лекция 14 Основные узлы оптических систем передачи. Оптический линейный тракт Оптические передатчики
- •Требования к источникам оптического излучения: их параметры и характеристики
- •Оптические приемники
- •Лавинные фотодиоды (лфд).
- •Шумы приемников оптического излучения.
- •Модуляторы оптической несущей
- •Виды модуляции оптической несущей.
- •Обобщенная структурная схема оптического линейного тракта
- •Оптические усилители
- •1. Усилители Фабри - Перо.
- •2. Усилители на волокне, использующие бриллюэновское расстояние.
- •3. Усилители на волокне, использующие рамановское расстояние,
- •4. Полупроводниковые лазерные усилители (пплу)
- •5. Усилители на примесном волокне
- •Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 13 и 14
- •Лекция 15 Общие принципы и особенности построения систем радиосвязи Основные понятия и определения. Классификация диапазонов радиочастот и радиоволн. Структура радиосистем передачи.
- •Общие принципы организации радиосвязи. Классификация радиосистем передачи
- •Особенности распространения радиоволн метрового -миллиметрового диапазонов
- •Антенно-фидерные устройства
- •Лекция 16 Построение радиорелейных и спутниковых линий передачи Основные понятия и определения. Классификация радиорелейных линий передачи. Принципы многоствольной передачи
- •Виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 17 Особенности построения оборудования радиорелейных и спутниковых систем передачи Принципы построения оборудования радиорелейных линий передачи прямой видимости
- •Особенности построения тропосферных радиорелейных линий
- •Передача сигналов телевизионного вещания по радиорелейным линиям
- •Спутниковые системы передачи
- •Много станционный доступ с разделением сигналов по форме.
- •Принципы построения систем спутникового телевещания - ств
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 18 Общие принципы построения телекоммуникационных сетей Основные понятия и определения
- •Назначение и состав сетей электросвязи
- •Методы коммутации в сетях электросвязи
- •Структура сетей электросвязи
- •Принципы построения взаимоувязанной сети связи Российской Федерации
- •Многоуровневый подход. Протоколы, интерфейс, стек протоколов
- •Элементы теории телетрафика
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 19 Особенности построения вторичных телекоммуникационных сетей Состав и назначение сетей телефонной связи
- •Структура вторичных цифровых сетей общего пользования.
- •Состав и назначение телеграфных сетей
- •Сети передачи данных
- •Информационно-вычислительные сети. Сети эвм
- •Телематические службы
- •Цифровые сети интегрального обслуживания
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 20 Принципы построения сетей и систем радиосвязи Основные понятия и определения
- •Основы построения систем сотовой связи
- •Основы транкинговых систем радиосвязи
- •Основы построения систем беспроводного абонентского радиодоступа
- •Технико-экономические аспекты системы беспроводного абонентского радиодоступа
- •Вопросы для самоконтроля,
- •Основы построения телекоммуникационных систем и сетей
Квадратурные искажения при передаче амплитудно-модулированных сигналов
При передаче амплитудно-модулированных (AM) сигналов по реальным трактам из-за отличия их постоянной передачи на частотах несущего колебания, нижней и верхней боковых полос восстановление первичных сигналов на приеме сопровождается специфическими искажениями. Рассмотрим раздельно влияние на форму канального сигнала s(t) амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик трактов передачи AM сигналов.
Для простоты предположим, что коэффициент передачи тракта на несущей частоте будет равен , а на боковых частотах, соответственно, и. При этих допущениях AM сигнал на выходе тракта передачи определится выражением:
или
(49)
Составляющая AM сигнала на выходе тракта , совпадающая по фазе с несущей частотой на входе тракта, называется синфазной составляющей, а вторая составляющая вида , сдвинутая по фазе на относительно несущей, называется ортогональной, или квадратурной составляющей.
Сигнал на выходе тракта (49) можно представить в форме:
(50)
где есть огибающая высокочастотного колебания несущей.
Подставив в формулу для огибающей величины A(t) и В(t) и выполнив некоторые тригонометрические преобразования, получим
(51)
Глубина модуляции обычно не превышает величины т < 0,5, и, следовательно, величина у <1.
Применяя известное разложение в степенной ряд
(52)
и, пренебрегая степенями выше второй, получим формулу для огибающей
(53)
Наличие второй гармоники первичного сигнала (а в общем случае при учете большего числа членов разложения (52) и других гармоник) в спектре огибающей говорит о нелинейных искажениях первичного сигнала при его восстановлении при помощи линейного детектора.
Из формулы (53) следует, что нелинейных искажений не будет, если Кн = Кв = К, т.е. огибающая будет такой же, как на передаче, и в этом случае отсутствует квадратурная составляющая в выражении (49). Несимметрия амплитудно-частотных характеристик тракта приводит к появлению нелинейных искажений огибающей и, следовательно, первичного сигнала на выходе канала. Эти искажения сопровождаются появлением квадратурной составляющей модулированного сигнала на входе канального демодулятора, и можно говорить о квадратурных искажениях (по сути дела, специфических нелинейных искажениях) сигнала.
Несимметричность фазо-частотных характеристик приводит к аналогичным квадратурным искажениям, так как и в этом случае в амплитудно-модулированном сигнале появляется квадратурная составляющая. Эти искажения будут отсутствовать, если фазовая характеристика , являющаяся нечетной функцией относительно несущей частоты (симметрия второго рода), будет удовлетворять условию
(54)
Квадратурные искажения являются существенным недостатком методов передачи двух боковых полос и несущей и одной боковой полосы, несущей и части второй боковой полосы. Как следует из формулы (53) квадратурные искажения можно существенно уменьшить путем уменьшения коэффициента модуляции т или расширением полосы частот остатка второй боковой полосы частот при использовании метода передачи одной боковой полосы, несущей и части второй боковой полосы. Однако применение этих мер ограничивается влиянием помех, так как уменьшение т приводит к снижению помехоустойчивости, а расширение полосы часто неэкономично.
Квадратурные искажения можно полностью устранить, применяя синхронное детектирование (рис. 14).
При этом методе приема амплитудно-модулированных сигналов первичный сигнал восстанавливается в канальном демодуляторе (КД) путем перемножения канального сигнала с колебанием несущей частоты, синхронной с несущей частотой передачи. Такой метод ведет к усложнению приемника - требуется дополнительно генератор несущей частоты на приеме и система синхронизации -СС. Тем не менее, во многих случаях (например, в телевидении) это себя вполне окупает.
Рис.14. Схема передачи амплитудно-модулированного сигнала с синхронным детектированием
Рассмотрим требования, предъявляемые к точности синхронизации генераторов несущих частот оборудования передачи и приема. Предположим, что квадратурные искажения максимальны, т.е. вторая боковая подавлена полностью. В этом случае передаются несущая и одна из боковых полос, например нижняя, и канальный сигнал на выходе канального полосового фильтра (КПФ), (см. рис. 14), определяется выражением (49)
Перемножая канальный сигнал с синхронной несущей, отличающейся от несущей передачи только начальной фазой
получим
Фильтр нижних частот на приеме (рис.14) выделит только низкочастотные составляющие:
(55)
Из последней формулы следует, что для полного устранения квадратурных искажений необходимо, чтобы , т.е. требуется синфазность генераторов несущих передачи и приема; при этом сигнал восстанавливается без искажений
(56)
На практике допускается ; в этом случае квадратурные искажения не превышают 4 %.
Отметим, что при передаче одной боковой полосы (ОБП) квадратурные искажения практически не наблюдаются, а применение демодулятора с квадратичной характеристикой детектирования восстанавливает первичный сигнал без искажений. В этом еще одно достоинство метода ОБП.
При передаче амплитудно-модулированного сигнала с одной боковой полосой важнейшей задачей является формирование однополосного сигнала при необходимой степени подавления ненужной боковой полосы.