5. Канал електрозв'язку

Каналом зв'язку називають сукупність технічних пристроїв та програмних засобів, які забезпечують передавання первинних сигналів від термінала джерела до термінала споживача.

Залежно від виду сигналів та середовища їх поширення розрізняють канали телефонні, телеграфні, передачі даних, звукового та телевізійного мовлення, дротові та кабельні, радіозв'язку тощо. Але кожним з них можуть передаватись різні сигнали. Тому, з точки зору формування первинних сигналів та їх оброблення в приймачі, у теорії і техніці зв'язку всі канали розподіляють на три типи: неперервні, на вході і виході яких діють неперервні сигнали; дискретні, на вході і виході яких діють дискретні сигнали; змішані – дискретно-неперервні та неперервно-дискретні.

На практиці досить часто виникає необхідність забезпечити незалежне передавання повідомлень від кількох джерел, розташованих у пункті А, до споживачів, які знаходяться в пункті В. Використання для кожної пари джерело – споживач окремої лінії зв'язку економічно недоцільне. У сучасних системах передачі інформації лінія зв'язку є найбільш дорогою ланкою (близько 80 % загальної вартості). Тому виникає завдання побудови систем, що використовують одну лінію зв'язку для передавання кількох первинних сигналів. Такі системи називаються багатоканальними. Для цього на передавальному кінці додатково включається обладнання ущільнення сигналів у лінії, а на приймальному кінці – розділення сигналів.

При адресному передаванні (обмін інформацією між конкретними абонентами) у систему зв'язку включаються пристрої пошуку адресата та розподілу інформації. Але ці пристрої для процесу передавання електричних сигналів неістотні і в курсі ТЕЗ не вивчаються.

Для здійснення всіх перелічених раніше процесів у системі електрозв'язку широко використовуються генератори сигналів заданої форми, різна трансформація частоти – перетворення, множення, ділення і т.ін. Ця різноманітність виникла через необхідність забезпечити передавання все більшої кількості інформації з кращою якістю за умови підвищення інтенсивності завад і буде більш детально розглянута в наступних розділах.

6. Багатоканальні системи передачі, концепція ущільнення

На практиці часто виникає необхідність забезпечити незалежну передачу повідомлень від кількох джерел, розташованих у пункті А, до споживачів, які знаходяться в пункті В. Використання для кожної пари "джерело – споживач" окремої лінії зв'язку економічно недоцільне. У сучасних системах передачі інформації лінія зв'язку є найбільш дорогою ланкою (близько 80% загальної вартості). Тому виникає задача побудови систем, що використовують одну лінію зв'язку для передачі кількох первинних сигналів. Такі системи називаються багатоканальними. Для цього на передавальному кінці додатково включається обладнання ущільнення сигналів у лінії, а на приймальному кінці – розділення сигналів [Дирда].

Принцип багатоканального зв'язку пояснюється на рис. 14.1. Повідомлення u₁(t), u₂(t), u_N(t), які передаються від джерел повідомлень ДП₁, ДП₂, …, ДП_N, перетворюються в електричні сигнали s₁(t), s₂(t), s_N(t), а після цього змішуються в апаратурі ущільнення – суматорі . Отримана таким чином сукупність канальних сигналів на виході суматора  утворює груповий сигнал s(t). У груповому передавачі М сигнал s(t) перетворюється в лінійний сигнал s_l(t), який і надходить у напрямну систему (лінію зв'язку). Припустимо, що лінія пропускає сигнал без спотворень і не вносить шумів. Тоді на приймальному кінці лінії зв'язку лінійний сигнал за допомогою групового приймача П може бути знову перетворений в індивідуальні (канальні) сигнали ; пройшовши через індивідуальні приймачі П₁, П₂, …, П_N, вони перетворяться на повідомлення , , …, , що надійдуть одержувачам повідомлень ОП_і [Стеклов, 2004].

Канальні передавачі разом з суматором є апаратурою об'єднання. Груповий передавач М, лінія зв'язку ЛЗ і груповий приймач П складають груповий канал зв'язку (тракт передачі). Груповий канал зв'язку, апаратура об'єднання та індивідуальні приймачі складають систему багатоканального зв'язку [Стеклов, 2004].

Рис. 14.1. Структурна схема багатоканальної системи зв'язку [Стеклов, 2004]

Способи ущільнення (мультиплексування) каналів:

- ущільнення з часовим розподілом каналів (ЧсРК), при якому для кожного каналу зв'язку відводиться свій сеанс (тобто, канали дискретизують і їх миттєві значення передаються послідовно за часом), таким чином, кожне повідомлення передається короткими імпульсами – дискретами;

- ущільнення з розподілом каналів по частоті (ЧРК), при якому для кожного каналу зв'язку відводиться своя смуга частот таким чином, щоб не відбувалося перекриття їх частотних смуг;

- ущільнення з фазовим розподілом каналів (ФРК), при якому по лінії зв'язку передаються сигнали однакової частоти і амплітуди, проте з різними фазами. На приймальній стороні такі сигнали виділяються за допомогою спеціальних пристроїв.

ЧсРК. Спосіб ущільнення з часовим розподілом каналів використовується в телеграфії.

Можливість передавання замість неперервного сигналу послідовності імпульсів (відліків), що доведена в теоремі Котельникова, дає можливість здійснити часове розділення сигналів (каналів). Справа в тому, що під час імпульсного передавання період слідування імпульсів звичайно набагато більший за їх тривалість (імпульси мають велику щілинність). При великій щілинності між імпульсами одного сигналу залишається проміжок часу, на якому можна розмістити імпульси інших сигналів. Це і є часове розділення сигналів [Дирда].

Принцип часового розділення двох сигналів u₁(t) та u₁(t) пояснює рис. 2.15. Відліки як першого (рис. 2.15, б), так і другого (рис. 2.15, в) сигналів беруться через однаковий інтервал t, але з таким зсувом  за часом, щоб вони не перетинались. Сумарна послідовність відліків u_(kt), що передається каналом зв'язку, несе інформацію як про перший, так і про другий сигнали (рис. 2.15, г). Для розділення сигналів на приймальному кінці достатньо виконати комутацію: парні відліки направити до одного ФНЧ, непарні – до другого [Дирда].

Рис. 2.15. Пояснення принципу часового розділення сигналів: а – неперервні сигнали; б – відліки першого сигналу; в – відліки другого сигналу; г – сумарна послідовність відліків двох сигналів, яка передасться каналом зв'язку [Дирда]

Структурна схема багатоканальної системи з часовим розділенням представлена на рис. 14.3. Він полягає в тому, що за допомогою комутатора К_пер груповий тракт надається почергово для передавання сигналів кожного каналу багатоканальної системи. При передаванні неперервних повідомлень використовується дискретизація за часом (імпульсна модуляція). Спочатку передається сигнал (імпульс) першого каналу, потім наступного каналу і т. д. до останнього каналу за номером N, після чого знову включається перший канал і процес періодично повторюється. На стороні приймання встановлюється аналогічний комутатор К_пр, що з'єднує груповий тракт по черзі з приймачами відповідних каналів [Стеклов, 2004].

Рис. 14.3. Схема багатоканальної системи з часовим розділенням [Стеклов, 2004]

ЧРК. Спосіб ущільнення з частотним розділенням каналів використовується в ефірному радіомовленні, телебаченні.

Функціональна схема багатоканальної системи з частотним розділенням представлена на рис. 12.1, 12.2.

Рис. 12.1. Функціональна схема передавача системи з частотним ущільненням

Рис. 12.2. Функціональна схема передавача системи з частотним ущільненням

На рис. 12.3 представлені спектри в різних точках функціональної схеми.

а           б 

Рис. 12.3. Спектри сигналів при частотному ущільненні: а – на входах лінії; б – спектр группового сигналу (в точці А)

ФРК [Стеклов, 2004].

Розглянемо множину синусоїдальних сигналів:

Тут інформація, що підлягає передачі, міститься в змінах амплітуди A_i (амплітудна модуляція); несуча частота сигналів ₀ одна і та ж сама, а сигнали розрізняються початковими фазами _і.