Частотное разделение связи. Разделение сигналов Разделение сигналов

Частотное разделение сигналов. Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рис. 9.2.

Проследим основные этапы образования сигналов, а также изменение этих сигналов в процессе передачи. Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры G 1 (ω), G 2 (ω),..., G N (ω) модулируют поднесущие частоты со& каждого канала. Эту операцию выполняют модуляторы М 1 , M 2 , ..... , M N канальных передатчиков. Полученные на выходе частотных фильтров Φ 1 , Φ 2 , ..., Φ N спектры g k (ω) канальных сигналов занимают соответственно полосы частот Δω 1 , Δω 2 ,..., Δω N (рис. 9.3), которые в общем случае могут отличаться по ширине от спектров сообщений Ω 1 , Ω 2 ,..., Ω N . При широкополосных видах модуляции, например ЧМ, ширина спектра Δω k ≈2(β + 1)Ω k , при ОМ Δω k = Ω k , т. е. в общем случае Δω k ≥ Ω k Для упрощения будем считать, что используется ОМ (как это принято в кабельных системах многоканальной связи с частотным разделением), т. е.

Δω k = Ω и Δω = NΩ. (9.11)

Будем полагать, что спектры индивидуальных сигналов финитны. Тогда можно подобрать поднесущие частоты ω k так, что полосы Δω 1 ,..., Δω 1 попарно не перекрываются. При этом условии сигналы s k (t) (k = 1,..., N) взаимно-ортогональны. Затем спектры g 1 (ω), g 2 (ω),... ,g N (ω) суммируются (СУ) и их совокупность g(ω) поступает на групповой модулятор (М). Здесь спектр g(ω) с помощью колебания несущей частоты ω 0 переносится в область частот, отведенную для передачи данной группы каналов, т. е. групповой сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал s Л (t) При этом может использоваться любой вид модуляции.

На приемном конце линейный сигнал поступает на групповой демодулятор (приемник Π), который преобразует спектр линейного сигнала в спектр группового сигнала g(ω). Спектр группового сигнала затем с помощью частотных фильтров Φ 1 , Φ 2 ,..., Φ N вновь разделяется на отдельные полосы Δω k , соответствующие отдельным каналам. Наконец, канальные демодуляторы Д преобразуют спектры сигналов g k (ω) в спектры сообщений G k (ω), предназначенные получателям.

Из приведенных пояснений легко понять смысл частотного способа разделения каналов. Поскольку всякая реальная линия связи обладает ограниченной полосой пропускания, то при многоканальной передаче каждому отдельному каналу отводится определенная часть общей полосы пропускания.

На приемной стороне одновременно действуют сигналы всех каналов, различающиеся положением их частотных спектров на шкале частот. Чтобы без взаимных помех разделить такие сигналы, приемные устройства должны содержать частотные фильтры. Каждый из фильтров Φ л должен пропустить без ослабления лишь те частоты ω∈Δω k , которые принадлежат сигналу данного канала; частоты сигналов всех других каналов ω∉Δω k фильтр должен подавить.

Математически частотное разделение сигналов идеальными полосовыми фильтрами можно представить следующим образом:

где g k (t)-импульсная реакция идеального полосового фильтра, пропускающего без искажений полосу частот Δω k . Выражение (9.12) совпадает с (9.6) при весовой функции η k (t, τ) = g k (t-τ). В спектральной области преобразование (9.12) соответствует умножению спектра группового сигнала на Π-образную передаточную функцию (см. рис. 9.3).

Итак, с точки зрения возможности полного разделения сигналов различных каналов необходимо иметь такие фильтры Φ k , полоса пропускания которых полностью соответствует ширине спектра сигнала Δω k ; на гармонические составляющие за пределами полосы Δω k фильтр Φ k реагировать не должен. При этом имеется в виду, что энергия сигналов s k полностью сосредоточена в пределах ограниченной полосы Δω k , отведенной k-му каналу. Если бы оба эти условия удовлетворялись, то посредством частотных фильтров можно было бы разделить сигналы различных каналов без взаимных помех. Однако ни одно из этих условий принципиально невыполнимо. Результатом являются взаимные помехи между каналами. Они возникают как за счет неполного сосредоточения энергии сигнала k-го канала в пределах заданной полосы частот Δω k , так и за счет неидеальности реальных полосовых фильтров. В реальных условиях приходится учитывать также взаимные помехи нелинейного происхождения, например за счет нелинейности характеристик группового канала.

Для снижения переходных помех до допустимого уровня приходится вводить защитные частотные интервалы Δω защ (рис. 9.4). Так, например, в современных системах многоканальной телефонной связи каждому телефонному каналу выделяется полоса частот 4 кГц, хотя частотный спектр передаваемых звуковых сигналов ограничивается полосой от 300 до 3400 Гц, т. е. ширина спектра составляет 3,1 кГц. Между полосами частот соседних каналов предусмотрены интервалы шириной по 0,9 кГц, предназначенные для снижения уровня взаимных помех при расфильтровке сигналов. Это означает, что в многоканальных системах связи с частотным разделением сигналов эффективно используется лишь около 80% полосы пропускания линии связи. Кроме того, необходимо обеспечить очень высокую степень линейности всего тракта группового сигнала.

Временное разделение сигналов. Принцип временного разделения сигналов весьма прост и издавна применяется в телеграфии. Он состоит в том, что с помощью коммутатора K пер групповой тракт предоставляется поочередно для передачи сигналов каждого канала многоканальной системы * . При передаче непрерывных сообщений для временного разделения используется дискретизация по времени (импульсная модуляция). Сначала передается сигнал (импульс) 1-го канала, затем следующего канала и т. д. до последнего канала за номером N, после чего опять включается 1-й канал и процесс периодически повторяется (рис. 9.5).

* (В современной аппаратуре механические коммутаторы практически не используют. Вместо них применяют электронные коммутаторы, выполненные, например, на регистрах сдвига. )

На приемном конце устанавливается аналогичный коммутатор K пр, который подключает групповой тракт поочередно к приемникам соответствующих каналов. Приемник каждого k-ro канала должен быть подключен только на время передачи k-ro сигнала и выключен все остальное время, пока передаются сигналы в других каналах. Это означает, что для нормальной работы многоканальной системы с временным разделением необходима синхронная и синфазная работа коммутаторов на приемной и передающей сторонах. Часто для этого один из каналов занимают под передачу специальных импульсов синхронизации, предназначенных для согласованной во времени работы K пер и K пр.

На рис. 9.6 представлены временные диаграммы двухканальной системы с АИМ. Переносчиком сообщений здесь являются последовательности импульсов (с периодом T 0 = 1/2F max), поступающих на импульсный модулятор (ИМ) от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Групповой сигнал (рис. 9.6,а) поступает на коммутатор K пр. Последний выполняет роль "временных" параметрических фильтров или ключей, передаточная функция которых K k (рис. 9.6,6) изменяется синхронно (с периодом Т 0) и синфазно с изменениями передаточной функции K пер:

Это означает, что к тракту передачи в пределах каждого временного интервала Δt k подключен только k-н импульсный детектор ИД-k. Полученные в результате детектирования s k (t) сообщения поступают к получателю сообщений ПС-k.

Оператор π k , описывающий работу ключевого фильтра, вырезает из сигнала s(t) интервалы Δt k следующие с периодом Т 0 и отбрасывает остальную часть сигнала. Легко убедиться, что его можно представить в форме (9.6), если

Здесь, как и ранее, Δt k обозначает интервал, в течение которого передаются сигналы k-го источника.

При временном разделении взаимные помехи в основном обусловлены двумя причинами. Первая состоит в том, что линейные искажения, возникающие за счет ограниченности полосы частот и неидеальности амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик всякой физически осуществимой системы связи, нарушают импульсный характер сигналов. Действительно, если при передаче модулированных импульсов конечной длительности ограничить спектр, то импульсы "расплывутся" и вместо импульсов конечной длительности получим процессы, бесконечно протяженные во времени. При временном разделении сигналов это приведет к тому, что импульсы одного канала будут накладываться на импульсы других каналов (рис. 9.7). Иначе говоря, между каналами возникают взаимные переходные помехи или межсимвольная интерференция. Кроме того, взаимные помехи могут возникать за счет несовершенства синхронизации тактовых импульсов на передающей и приемной сторонах.

Для снижения уровня взаимных помех приходится вводить "защитные" временные интервалы, что соответствует некоторому расширению спектра сигналов. Так, в многоканальных системах телефонии полоса эффективно передаваемых частот F = 3100 Гц; в соответствии с теоремой Котельникова минимальное значение f 0 = 2F = 6200 Гц. Однако в реальных системах частоту следования импульсов выбирают с некоторым запасом: f 0 = 8 кГц. Для передачи таких импульсов в одноканальном режиме потребуется полоса частот не менее 4 кГц. При временном разделении каналов сигнал каждого канала занимает одинаковую полосу частот, определяемую в идеальных условиях согласно теореме Котельникова из соотношения (без учета канала синхронизации)

Δt k = T 0 /N = 1/(2F общ), (9.15)

где F общ = NF, что совпадает с общей полосой частот системы при частотном разделении. Хотя теоретически временное и частотное разделения позволяют получить одинаковую эффективность использования частотного спектра, тем не менее пока что системы временного (разделения уступают системам частотного разделения по этому показателю.

Вместе с тем, системы с временным разделением имеют неоспоримое преимущество, связанное с тем, что благодаря разновременности передачи сигналов разных каналов отсутствуют переходные помехи нелинейного происхождения. Кроме того, аппаратура временного разделения значительно проще, чем при частотном разделении, где для каждого индивидуального канала требуются соответствующие полосовые фильтры, которые трудно реализовать средствами микроэлектроники. Немаловажным преимуществом систем временного разделения является значительно меньший пик-фактор. Временное разделение широко используют при передаче непрерывных сообщений с аналоговой импульсной модуляцией, и особенно в цифровых системах ИКМ.

Заметим также, что суммарная мощность Р oбщ принимаемого сигнала s(t) необходимая для обеспечения заданной верности в присутствии флуктуационных помех, как при частотном, так и при временном разделениях (а также при других, рассматриваемых ниже системах с линейным разделением) в идеальном случае в N раз больше, чем мощность Р при одноканальной передаче с тем же видом модуляции Р oбщ = NР. Это легко понять, поскольку при сложении независимых сигналов их мощности складываются. В действительности из-за переходных помех верность приема в многоканальной системе при выполнении этого условия несколько ниже, чем в одноканальной. Увеличивая мощность сигнала в многоканальной системе, нельзя снизить воздействие переходных помех, поскольку при этом и мощность последних также возрастает, а в случае помех нелинейного происхождения растет даже быстрее, чем мощность сигнала.

Фазовое разделение сигналов. Рассмотрим теперь множество синусоидальных сигналов:

Здесь подлежащая передаче информация содержится в изменениях амплитуды A k (амплитудная модуляция), несущая частота сигналов ω 0 - одна и та же, а сигналы различаются начальными фазами φ k .

Среди множества N сигналов (9.16) лишь любые два сигнала являются линейно-независимыми; любые n>2 сигналов линейно-зависимы. Это означает, что на одной несущей частоте ω 0 при произвольных значениях амплитуд A i и A k и фаз φ i и φ k можно обеспечить лишь двухканальную передачу * .

* (Разделение сигналов при фиксированных значениях амплитуд A i и фаз φ i обсуждается в § 9.5. )

На практике преимущественно используют значение φ 2 - φ 1 = π/2:

s 1 (t) = A 1 sin ω 0 t; s 2 (t) = A 2 sin (ω 0 t+π/t) = A 2 cos ω 0 t, (9.17)

При этом сигналы s 1 (t) и s 2 (t) ортогональны, что облегчает реализацию системы и улучшает ее энергетические показатели.

Линия связи - наиболее дорогостоящий элемент системы свя­зи. Поэтому целесообразно по ней вести многоканальную передачу информации, так как с ростом числа каналов N увеличивается ее пропускная способность С. Поичем. должно выполняться условие:

Н К - производительность к-го канала.

Основная проблема многоканальной передачи - разделение ка­нальных сигналов на приемной стороне. Сформулируем условия этого разделения.

Пусть необходимо организовать одновременную передачу несколь­ких сообщений по общему (групповому) каналу, каждое из которых описывается выражением

(7.1.1)

С учетом формулы (7.1.1.) получаем:

Иначе говоря, приемник обладает избирательными свойствами по от­ношению к сигналу Sk(t).

Рассматривая вопрос разделения сигналов различают частотное, фазовое, вре­менное разделение каналов, а также разделение сигналов по форме и другим признакам.

Второй учебный вопрос

Частотное разделение каналов

Структурная схема многоканальной системы связи (МКС) с час­тотным разделением каналов (ЧРК) приведена на рис.7.1.1, где обо­значено: ИС - источник сигнала, Мi - модулятор, Фi - фильтр i-го канала, Σ - сумматор сигналов, ГН - генератор несущей, ПРД- пе­редатчик, ЛС - линия связи, ИП - источник помех, ПРМ - прием­ник, Д - детектор, ПС - получатель сообщения.

Рис.7.1.1. Структурная схема многоканальной системы связи

При ЧРК сигналы-переносчики имеют различные частоты fi (поднесущие) и разнесены на интервал, больший или равный ширине спектра модулированного канального сигнала. Поэтому модулирован­ные канальные сигналы занимают неперекрывающиеся полосы час­тот и являются ортогональными между собой. Последние суммируют­ся (уплотняются по частоте) в блоке Σ образуя групповой сигнал, которым модулируется колебание основной несущей частоты fн в блоке М.

Для модуляции канальных переносчиков можно применять все известные способы. Но более экономично полоса частот линии связи используется при однополосной модуляции (ОБП AM), так как в этом случае ширина спектра модулированного сигнала минимальна и равна ширине спектра передаваемого сообщения. Во второй ступени моду­ляции (групповым сигналом) чаще также используется ОБП AM в проводных каналах связи.

Такой сигнал с двойной модуляцией, после усиления в блоке ПРД передается по линии связи в приемник ПРМ, где подвергается обратному процессу преобразования, т. е. демодуля­ции сигнала по несущей в блоке Д для получения группового сигнала, выделения из него канальных сигналов полосовыми фильтрами Фi и демодуляции последних в блоках Дi. Центральные частоты полосовых фильтров Фi равны частотам канальных переносчиков, а их полосы прозрачности - ширине спектра модулированных сигналов. Откло­нение реальных характеристик полосовых фильтров от идеальных не должно влиять на качество разделения сигналов, поэтому используют защитные интервалы частот между каналами. Каждый из фильтров Ф приема должен пропускать без ослабления лишь те частоты, которые принадлежат сигналу данного канала. Частоты сигналов всех других каналов фильтр должен подавить.

Частотное разделение сигналов идеальными полосовыми фильтра­ми математически можно представить так:

где g k - импульсная реакция идеального полосового фильтра, пропускаю­щего без искажений полосу частот к-го канала.

Основные достоинства ЧРК : простота технической реализации, высокая помехоустойчивость, возможность организации любого числа каналов. Недостатки: неизбежное расширение используемой полосы частот при увеличении числа каналов, относительно низкая эффек­тивность использования полосы частот линии связи из-за потерь на расфильтровку; громоздкость и высокая стоимость аппаратуры, обу­словленные в основном большим числом фильтров (стоимость фильт­ров достигает 40 % стоимости системы с ЧРК). На железнодорожном транспорте разработана МКС с ЧРК типа К-24Т, в которой исполь­зуются малогабаритные электромеханические фильтры.

Третий учебный вопрос

Частотное разделение каналов: Сущность частотного способа разделения каналов состоит в следующем. Поскольку всякий реальный сигнал должен содержать подавляющую часть своей энергии в пределах ограниченного по ширине спектра частот, то при организации многоканальной связи для передачи сигналов каждого отдельного канала отводится определенный участок общей полосы пропускаемых линией частот. Таким образом, передающее устройство каждого отправителя обязано посылать в линию сигналы, частотный спектр которых полностью вмещается в отведенную данному каналу полосу частот. На приемном конце каждого канала связи создается совокупность напряжений всех частот, образующих линейный сигнал многоканальной связи. Чтобы выделить напряжения частот, которые отображают сообщение, принадлежащее определенному отправителю, и подавить напряжения других частот, приемное устройство должно содержать частотные фильтры. Частотный фильтр каждого канала пропустит только спектр частот своего канала и не пропустит частоты других каналов. Разделение сигналов посредством частотных фильтров называется частотным разделением. В случае частотного разделения условие отсутствия взаимных помех между каналами состоит в том, что сигналы различных каналов должны размещаться в неперекрывающихся частотных полосах, т. е. чтобы ни одна из частот данного канала не попадала в полосу частот других каналов. При организации м-канальной связи на приемном конце необходимо иметь такое же количество частотных фильтров для разделения сигналов различных отправителей. В качестве частотных фильтров (например, в радиовещательных приемниках) могут быть использованы обычные колебательные контуры и полосовые фильтры.

Временной способ разделения каналов: Импульсные методы передачи допускают также организацию многоканальной связи с разделением каналов по времени. В системах временного разделения каналов линия связи при помощи вращающегося переключателя (распределителя) поочередно представляется для передачи сигналов различных отправителей. Распределитель на приемном конце осуществляет избирание сигналов по времени, т. е. разделяет сигналы разных каналов. При этом каждому каналу отводится определенная часть общего времени использования линии. Для полного разделения сигналов необходимо, чтобы переключатели П и П2 вращались с одинаковой скоростью (синхронно).

Кроме того, переключатели должны одновременно подключать к линии либо первую пару корреспондентов, либо вторую (синфазно). Другими словами, при временном разделении сигналы, принадлежащие данному каналу, передаются в интервалы времени, свободные от сигналов других каналов. Условие разделимости сигналов при временном разделении сводится к тому, чтобы сигналы различных каналов не перекрывались во времени.Разделение по уровню: Интересно рассмотреть случай, когда сигналы разных каналов не только передаются одновременно, но и совпадают по форме, т. е. их частотные спектры перекрываются. Различаются сигналы только величиной (например, амплитудой). Пусть имеется трехканальная система с разделением сигналов по амплитуде. Условимся, что сигналы первого канала передаются с (амплитудой Si=l, второго канала - с амплитудой s2 = 2, а сигналы третьего канала передаются импульсами высотой s3 = 3. Оказывается, что такой выбор уровней сигналов разных каналов не позволяет произвести их разделение в месте приема. В самом деле, если, например, будет принят сигнал с уровнем 5 = 3, то невозможно сказать, соответствует ли это переданному сигналу третьего канала 5 = s3 = 3 или сумме сигналов второго и первого каналов 5 = s2 + S = 2 + 1 = 3. Для образования разделимых сигналов нужно выбирать уровни сигналов по определенному правилу. Обратим внимание на тот факт, что в простейшем случае двухканальной линии сигналы обоих каналов S и s2 всегда могут быть разделены, если только их амплитуды отличаются друг от друга. Чтобы выделить сигнал второго канала, сигнал первого канала, усиленный в Ко раз, вычитается из суммы сигналов. Таким образом, разделяющее устройство можно построить в соответствии с блок-схемой. Ток через диод протекает тогда, когда напряжение сигнала не превосходит величины напряжения.

Ограничитель по максимуму можно выполнить по схеме. Здесь ток через диод будет протекать только тогда, когда напряжение сигнала будет больше напряжения. Сопротивление R выбирается настолько большим, чтобы при протекании тока через него т диоды падением напряжения на диодах можно было пренебречь. Иначе говоря, при протекании тока через диод напряжение на выходе резко уменьшается, т. е. ограничивается. Выбор уровней ограничения определяется необходимой величиной, а также уровнями сигналов. Регулируя напряжения, можно установить любой уровень ограничения. Нужно заметить, что в данном случае разделение сигналов оказалось возможным лишь с применением нелинейных элементов - ограничителей. (Под нелинейными элементами понимают такие, в которых зависимость тока от напряжения отличается от прямой пропорциональности). Комбинационное разделение: Существуют ли еще какие-нибудь признаки, опираясь на которые можно производить разделение сигналов? С этой точки зрения полезно познакомиться с так называемым комбинационным разделением. Начнем опять с простейшего случая двухканальной системы. Пусть оба канала работают двоичным кодом с элементами 0 и 1; при этом оказываются возможными четыре разные комбинации сигналов в обоих каналах: если принят сигнал, равный 1, то неизвестно, какому каналу он принадлежит. Однако все четыре комбинации отличаются друг от друга. Поэтому вместо суммарного сигнала можно передавать номер комбинации, так как этот номер однозначно определяет сигналы каждого канала. Задача сводится к передаче четырех чисел, причем эти числа могут быть переданы различными способами (с любым кодом и модуляцией). При такой передаче линейный сигнал является отображением определенной комбинации сигналов различных каналов.

Разделение сигналов, основанное на различии в комбинациях сигналов разных каналов, называется комбинационным разделением. Известным примером комбинационного разделения является система двухканального частотного телеграфирования (ДЧТ). Для передачи четырех комбинаций сигналов используются четыре разные частоты. В общем случае М-канальной системы при основании кода потребуется передавать линейный сигнал, состоящий из N = nM различных комбинаций. Каждая комбинация будет соответствовать сигналу определенного канала. Как в случаях частотного и временного разделения, так и в случаях разделения по иным признакам, предполагалось, что разделяющие устройства полностью разделяют сигналы различных каналов. Однако в реальных условиях между каналами всегда имеются взаимные помехи. К выяснению природы этих помех мы и перейдем.

Взаимные помехи между каналами: С точки зрения возможности полного разделения сигналов по их частотному признаку задача сводится к созданию идеальных частотных фильтров, которые реагировали бы только на синусоидальные колебания в определенной полосе частот и не реагировали бы совершенно на колебания других частот. В основу частотного способа разделения сигналов первоначально было положено явление гармонического резонанса в колебательном контуре. Резонансом называется свойство колебательного контура откликаться наиболее сильно на гармонические (синусоидальные) колебания, входящие в некоторую полосу вблизи его резонансной частоты, и реагировать с меньшей интенсивностью на колебания других частот. Свойства контура как избирательного элемента достаточно полно описываются его частотной характеристикой, т. е. зависимостью величины отклика, например напряжения на выходе контура, от частоты воздействующего напряжения на входе. Частоты соседних каналов, прошедшие через контур, оказывают мешающее действие при приеме полезного сигнала. Некоторое уменьшение мешающего действия получается при использовании в качестве частотного фильтра системы связанных контуров.

В этом случае напряжения мешающих частот ослабляются сильнее, нежели одиночным контуром. Однако и здесь полного подавления мешающего действия получить не удается. Поэтому при проектировании многоканальных линий в реальных условиях приходится учитывать мешающее действие между каналами. Для ослабления взаимных помех между каналами оставляются так называемые защитные полосы. Наличие взаимных помех приводит к уменьшению пропускной способности линии связи, а также к снижению емкости каждого из каналов. Взаимные помехи между каналами имеют место и при временном разделении сигналов. Всякая линия связи по своей физической природе содержит элементы, способные накапливать электрическую энергию. При передаче сигналов это накопительное свойство линии проявляется в ее "инерционности". Такими инерционными элементами являются, например, индуктивность проводов и емкость между ними при передаче по проводным линиям связи. Пусть на входе проводной двухканальной линии действует сумма сигналов. Тогда за счет наличия индуктивности и емкости в линии форма сигналов на выходе будет заметно искажена. Искажения будут тем сильнее, чем больше емкость и индуктивность линии. Искажения обусловливаются тем, что энергия, запасенная в линии от сигнала первого канала, на выходе линии суммируется с энергией сигнала второго канала. Пропускная способность многоканальной линии, таким образом, оказывается ограниченной даже в отсутствие всяких иных помех, кроме помех между каналами. Из приведенных примеров становится ясным, что при организации многоканальных линий связи приходится предпринимать дополнительные меры к уменьшению взаимного мешающего действия между отдельными каналами.

связь радиоволна частотный радиостанция

Разделение сигналов – обеспечение независимой передачи и приема многих сигналов по одной линии связи или в одной полосе частот, при котором сигналы сохраняют свои свойства и не искажают друг друга.

При фазовом разделении на одной частоте передается несколько сигналов в виде радиоимпульсов с различными начальными фазами. Для этого используется относительная или фазоразностная манипуляция (обычная фазовая модуляция применяется реже). В настоящее время в связи реализована аппаратура, позволяющая одновременно передавать сигналы двух и трех каналов на одной несущей частоте. Таким образом, в одном частотном канале создается несколько каналов передачи двоичных сигналов.

На рис. 11.3,а приведена векторная диаграмма двукратной фазовой манипуляции (ДФМ),

обеспечивающей передачу двух каналов на одной частоте. В первом фазовом канале нуль (импульс отрицательной полярности) передается токами с фазой 180°, а единица (импульс положительной полярности) - токами с фазой 0°. Во втором фазовом канале используются токи с фазами 270 и 90° соответственно, т. е. сигналы второго канала двигаются по отношению к сигналам первого канала на 90°.

Предположим, что необходимо передать на одной частоте методом ДМФ кодовые комбинации 011 в первом канале (рис. 11.3, в) и 101 во втором (рис. 11.3, г). Процесс фазовой манипуляции для первого канала показан сплошными линиями, а для второго- пунктирными (рис.11.3,6,д)). Таким образом, каждой кодовой комбинации соответствует свое синусоидальное напряжение. Эти синусоидальные колебания складываются и в линию связи посылается суммарное синусоидальное колебание той же частоты, которое

обозначено штрихпунктирном на рис. 11.3, д. Здесь же показано, что в интервале 0 - t1

передаются нуль по первому каналу и единица по второму каналу, что соответствует

передаче вектора А с фазовым углом 135° . В интервале t1 – t2 передаче единицы по первому каналу и нуля по второму соответствует вектор В с углом 315° . а в интервале t2 – t3 - вектор С с углом 45°, так как передаются единицы по первому и второму каналам .

Структурная схема устройства для осуществления ДМФ показана на рис. 11.4. Генератор несущей Гн имеет фазосдвигающее устройство ФСУ для получения сдвига фазы синусоидального колебания на 90° во втором канале. Фазовые модуляторы

ФМ1 и ФМ2 осуществляют манипуляцию в соответствии с рис. 11.3,д), а сумматор Σ производит сложение синусоидальных колебаний. На приеме после усилителя

У разделение обоих каналов осуществляется в фазовых детекторах - демодуляторах ФДМ1 и ФДМ2, на которые с генератора Гонн подается опорное напряжение несущей,

совпадающей по фазе с напряжением данного канала. Например, при поступлении с

усилителя суммарного синусоидального напряжения (вектор А на рис. 11.3,б) на

демодуляторе первого канала ФДМ1 будет выделено положительное напряжение,

соответствующее фазе 0° (прием единицы по первому каналу), так как фаза опорной

несущей частоты совпадает с фазой первого канала. Вектор А можно разложить на две

составляющие: Аф=0 и Аф= 90. В ФДМ1 составляющая сигнала Аф=0 взаимодействует с

опорным напряжением, подаваемым на этот канал, а составляющая Аф будет подавлена

(напряжение сигнала второго канала на выходе ФДМ1 не появится, так как вектор

опорной частоты перпендикулярен фазе вектора напряжения второго канала и

произведение этих векторов будет равно нулю. В то же время в ФДМ2 приход

суммарного синусоидального напряжения (вектор А) создаст положительное напряжение, соответствующее фазе 90° (прием единицы во втором канале),

так как фаза опорной частоты, сдвинутая на 90° по сравнению с опорной частотой первого

канала, совпадает с фазой второго канала. Напряжение сигнала первого канала на выход

ФДМ2 не поступит, так как вектор опорной частоты в данном канале перпендикулярен

вектору напряжения первого канала и произведение этих векторов будет равно нулю.

Аналогично может осуществляться и передача двух сообщений на одной частоте при

относительной фазовой манипуляции (ДОФМ). Таким образом, использование ДФМ или

ДОФМ позволяет удвоить пропускную способность канала связи. Возможна также

передача трех сообщений на одной частоте с помощью трехкратной относительной

Если рассмотреть простейшую сеть, состоящую из двух пунктов А и Б, между которыми организовано N цифровых каналов (здесь не оговаривается каким образом), то независимая передача сигналов по этим каналам возможна, если эти каналы разделены между собой. Возможны следующие способы разделения каналов между двумя пунктами:

Пространственное разделение (space division), использующее различные передающие среды для организации каналов;

Временное разделение (time division), осуществляющее передачу цифровых сигналов в разные временные интервалы в различных каналах;

Кодовое разделение (code division), при котором разделение происходит путем приме­нения конкретных значений кодов для каждого сигнала;

Разделение по длине волны, при котором цифровые сигналы передаются по цифро­вым каналам, организованным на различных длинах волн в оптическом кабеле;

Разделение по моде при организации канала на различных типах электромагнитной волны (модах) полых волноводов и оптического кабеля;

Разделение по поляризации электромагнитной волны полых волноводов и оптическо­го кабеля.

Во всех случаях разделение каналов между двумя узлами не предполагает наличие еди­ной среды распространения электромагнитного сигнала. Для передачи сигналов в одной среде распространения разделенные по тому или иному признаку (кроме пространственно­го) каналы с помощью операции объединения (мультиплексирования) группируются, обра­зуя цифровую систему передачи (ЦСП).

В цифровых системах коммутации (ЦСК) такое объединение и разделение сигналов чаще всего происходит с помощью временного мультиплексирования (time division multi­plexing). Временное мультиплексирование в настоящее время является важной составной частью не только ЦСП, но и ЦСК, и играет определяющую роль особенно на стыке этих систем. В телефонии временное мультиплексирование определяется как инструмент для распределения (разделения и объединения) телефонных каналов во времени при передаче по одной физической линии связи. При этом используется один из видов импульсной моду­ляции. Каждый импульс соответствует сигналу одного из каналов, сигналы от разных кана­лов передаются последовательно.

Принцип временного объединения сигналов показан на рис. 1.8, где изображен вращающийся коммутатор К (в центре), попеременно подключающийся к выходам по­следовательности каналов. К выходу канала 1 коммутатор подключается в момент времени t, к выходу канала 2 в момент времени t 2 , к выходу канала N в момент времени t N , после чего процесс повторяется. Результирующий вы­ходной сигнал будет состоять из последовательности сиг­налов разных каналов, смещенных друг относительно друга на время At.

Разделение сигналов на приемной стороне будет про­исходить аналогично: вращающийся коммутатор пооче­редно подключается к каналам, передавая первый сигнал в канал номер 1, второй - в канал номер 2 и т.д. Очевид­но, что работа коммутаторов на приемной и передающей стороне должна определенным образом синхронизиро­ваться, чтобы сигналы, пришедшие по линии, направля­лись в необходимые каналы. На рис. 1.9 представлены временные диаграммы для случая объединения трех ка­налов, по которым передаются амплитудно - импульсно модулированные сигналы.

Как указывалось выше, в ЦСП используются ИКМ сигналы, представляющие собой цифровые кодовые по­следовательности, состоящие из нескольких бит.

Времен­ное объединение нескольких ИКМ сигналов - это объеди­нение кодовых последовательностей, поступающих от различных источников, для совместной передачи по об­щей линии, при котором линия в каждый момент времени предоставляется для передачи только одной из поступив­ших кодовых последовательностей.

Временное объединение ИКМ сигналов характеризу­ется рядом параметров. Цикл временного объединения есть совокупность следующих друг за другом интервалов времени, отведенных для передачи ИКМ сигналов, по­ступающих от различных источников. В цикле временно­го объединения каждому ИКМ сигналу выделен кон­кретный интервал времени, положение которого может быть определено однозначно. Поскольку обычно каждый сигнал соответствует своему каналу передачи, то такой интервал времени, отведенный для передачи одного кана­ла, называют канальным интервалом (КИ). Выделяют два типа цикла - основной, продолжительность которого рав­на периоду дискретизации сигнала, и сверхцикл - повто­ряющаяся последовательность следующих друг за другом основных циклов, в которой положение каждого из них определяется однозначно.

Рис. 1.8. Круговая интерпретация временного мультиплексирования

Рис. 1.9. Временное объединение

При построении ИКМ аппаратуры используют однородное временное объединение ИКМ сигналов, при котором скорости передачи кодовых слов объединяемых ИКМ сигналов одинаковы. Это дает возможность производить погрупповое объединение ИКМ сигналов и строить на основе этого иерархические системы передачи ИКМ сигналов.