Файл: Телекоммуникационные системы и сети - КНИГА.doc

Надо сказать, что данная проблема актуальна и по сей день. Возьмем, к примеру, современную спутниковую линию связи. Она позволяет организовать обмен информацией (а это могут быть либо речевое сообщение, либо сведения из банка данных, либо видеоизображение и т.д.) между двумя любыми точками нашей планеты. Но вряд ли кому придет в голову использовать линию для передачи информации только от одного пользователя к другому. Во-первых, это очень дорого. Во-вторых, это просто-напросто неэффективно: в линию «вложены» колоссальные средства, а предоставляется она каждый раз только двум пользователям. Гораздо выгоднее дать возможность как можно большему числу пользователей «арендовать» на время обмена информацией «космический мост» за вполне умеренную плату. Но поскольку каждый из них может выразить желание воспользоваться линией связи в удобное для него время и не захочет мириться с тем, что кто-то уже занял ее, решение проблемы может быть только таким: все абоненты должны пользоваться линией связи одновременно.

Цепи связи проводных кабельных линий и стволы радиолиний могут обеспечить передачу сигнала в широкой полосе частот: от десятков и сотен килогерц до десятков мегагерц в проводных системах и сотен и тысяч мегагерц в радиосистемах. Если сравнить эти цифры с шириной спектра первичных сигналов (см. табл. 1.1), то видно, что полоса частот, в которой работает та или иная линия передачи однока-нальной системы, используется крайне неэффективно.

Линия передачи большой протяженности представляет собой дорогое и громоздкое сооружение, требующее больших затрат сил, средств и времени на строительство. Для содержания линий в исправном состоянии также необходимы значительные силы и средства. Подавляющая часть капитальных затрат приходится на линейные сооружения и лишь незначительная часть - на аппаратуру. Естественно, возникает проблема наиболее эффективного использования линейных сооружений. Техническим решением этой экономической проблемы является одновременная передача по одной цепи большого числа первичных сигналов от разных источников сообщений т.е. создание на одной цепи большого количества независимых каналов.

Первые образцы многоканальной системы появились в России в 30-е годы XX в. В 1934 г. был налажен выпуск 3-канальной системы многократного телефонирования СМТ-34, которая выпускалась вплоть до Великой Отечественной войны. В 1940 г. была введена в опытную эксплуатацию первая в стране 12-канальная аппаратура для воздушных линий. В настоящее время существуют проводные и радиосистемы передачи, позволяющие организовать на одной цепи (и одном стволе) от десятков до тысяч каналов передачи.

Рис. 4.1 иллюстрирует принцип одновременной передачи нес-кольких сообщений с помощью системы передачи. Сообщения a₁(t), a₂(t), …, a_N(t) от N источников преобразуются на передаче в первичные сигналы s₁(t), s₂(t), …, s_N(t). Последние поступают в систему передачи на преобразователь сигналов, где подвергаются специальной обработке и объединяются в групповой сигнал v(t), направляемый в цепь связи. В приемной части системы передачи из искаженного помехой группового сигнала выделяются индивидуальные первичные сигналы отдельных каналов . В приемных первичных преобразователях эти сигналы преобразуются в сообщения .

Ранее уже описывались методы передачи первичных сигналов: выбирается переносчик (гармоническое несущее колебание или последовательность узких импульсов), и его параметры модулируются первичным сигналом по амплитуде (AM или АИМ), частоте (ЧМ или ЧИМ), фазе (ФМ или ФИМ) и т.д.

Однако первичные сигналы s₁(t), s₂(t), …, s_N(t) от N источников сообщений могут существовать одновременно и занимать одинаковые полосы частот (например, это могут быть сигналы речи, занимающие полосу частот 0,3...3,4 кГц). Необходимо, чтобы после преобразования на передаче сигналы отличались друг от друга. Только в этом случае удастся выделить из группового сигнала канальные.

4.2. Частотное разделение каналов

Один из способов разделения канальных сигналов (или разделения каналов) заключается в следующем. В качестве переносчиков выбирают гармонические несущие колебания с различными частотами. В результате каждый первичный сигнал после преобразования в канальный сигнал (т.е. после модуляции) будет размещаться в своей полосе частот. В качестве примера на рис. 4.2 показано преобразование N первичных сигналов, имеющих одинаковые спектры, путем модуляции по амплитуде (AM) несущих колебаний с различными частотами. Интервал между несущими частотами соседних каналов должен быть таким, чтобы полосы частот канальных сигналов не перекрывались.

На рис. 4.3 представлена структурная схема многоканальной системы передачи. Первичные сигналы s₁(t), s₂(t), …, s_N(t) преобразуются устройствами М₁ М₂..... M_N; модулированные несущие колебания v₁(t), v₂(t), …, v_N(t), полученные на выходе этих устройств, называются канальными сигналами. В отличие от первичных сигналов, имеющих общий спектр, канальные разнесены по спектру (рис. 4.2). Групповой сигнал v(t) получается объединением канальных сигналов v₁(t), v₂(t), …, v_N(t) в устройстве объединения (УО).

Рис. 4.3. Многоканальная система передачи с частотным разделением каналов

На приемном конце канальные сигналы выделяются из группового с помощью разделительных частотных фильтров Ф₁, Ф₂, …, Ф_N, пропускающих сигналы своего канала и подавляющих остальные. Восстановление первичных сигналов из канальных производится с помощью демодуляторов Д₁, …,Д_N. Системы передачи, в которых канальные сигналы размещаются в неперекрывающихся частотных полосах, получили название системы передачи с частотным разделением каналов (ЧРК).

4.3. Временное разделение каналов

Пусть в качестве переносчика первичного сигнала s₁(t) выбрана периодическая последовательность узких импульсов и осуществлена модуляция этой последовательности по амплитуде. Полученный в результате АИМ-сигнал - канальный сигнал v₁(t) первого канала -показан на рис. 4.4, а. Выберем последовательность импульсов в качестве переносчика второго первичного сигнала s₂(t) таким образом, чтобы импульсы АИМ-сигнала v₂(t) второго канала передавались в те промежутки времени, когда цепь свободна от передачи импульсов первого канала (см. рис. 4.4, б). Канальные импульсы четьего (см. рис. 4.4, в) и других каналов также должны быть сдвинуты во времени относительно импульсов первых двух каналов и друг друга. Групповой сигнал v(t) получается после объединения канальных сигналов v₁(t), v₂(t), …, v_N(t) (рис. 4.4, г).

Получить канальные АИМ-сигналы практически очень легко. Ропь АИМ-модуляторов могут выполнять электронные ключи (ЭК) (рис. 4.5), на которые нужно подать первичные сигналы. Ключи управляются импульсными переносчиками. Работа АИМ-модуляторов сводится к следующему: импульсы переносчиков поочередно открывают ключи, на выходах которых появляются первичные сигналы.

Нужно позаботиться лишь о том, чтобы последовательности импульсов, подаваемые на ключи ЭК, были сдвинуты во времени относительно друг друга (рис. 4.6). Эту задачу (см. рис. 4.5) выполняет распределитель импульсов каналов (РИК), управляемый генератором импульсов (ГИ). Таким образом, импульсы каждого канала, несущие в своей амплитуде информацию о первичном сигнале, передаются по цепи только в определенные промежутки времени. Разделение каналов на приеме (т.е. выделение канальных импульсов из группового сигнала) можно легко осуществить также с помощью ЭК, которые должны работать синхронно и синфазно с ключами передающей части. Другими словами, ключ каждого канала должен открываться тогда, когда по цепи приходят импульсы данного канала, и быть закрытым во время прихода импульсов других каналов. Это достигается с помощью управления ключами ЭК импульсными последовательностями (такими же, как и на передаче), вырабатываемыми в РИК приемной части и синхронизированными с импульсами передатчика с помощью схемы синхронизации СС (см. рис. 4.5). Канальные импульсы v₁(t), v₂(t), …, v_N(t) с помощью УО объединяются в групповой сигнал v(t).

Итак, электронные ключи приемной части выполняют роль канальных селекторов.

Демодуляция канальных сигналов (т.е. выделение из них первичных сигналов) заключается в восстановлении непрерывных сигналов по дискретным (импульсным) значениям .

На рис. 4.7 показаны первичный сигнал, импульсный переносчик, канальный АИМ-сигнал i-го канала и их спектры. Спектр канального ЛИМ-сигнала содержит спектр исходного первичного сигнала s_i(t). Значит, первичный сигнал легко выделить с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ). Такие фильтры включаются в каждый канал и выполняют роль демодуляторов (см. рис. 4.5). Из рис. 4.7 видно, что частота сле-дования импульсных последовательностей - переносчиков - должна быть не ниже удвоенной максимальной частоты спектра первичного сигнала, т.е. f_Д > 2F_max, иначе невозможно будет выделить с помощью фильтра первичный сигнал. Например, этот же результат вытекает и из теоремы В.А. Котельникова, в соот-ветствии с которой частоту следования импульсов необходимо выбирать не меньше удвоенной граничной частоты F_max спектра сигнала s(t). Чтобы спектр передаваемых сигналов s_i(t) был ограничен, в каждом канале на передаче ставят фильтры нижних частот.

Описанные системы передачи (см. рис. 4.5), в которых канальные сигналы передаются по цепи в неперекрывающиеся промежутки време ни, называются системами передачи с временном разделением каналов (ВРК).