Разделение сигналов. Разделение сигналов по форме Фазовое разделение сигналов

В системах телемеханики для передачи многих сигналов по одной линии связи применение обычного кодирования показывается недостаточным. Необходимо либо дополнительное разделение сигналов, либо специальное кодирование, которое включает в себя элементы разделения сигналов. 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.

Сейчас применяются следующие способы:

1. Временное разделение, при котором сигналы передаются последовательно во времени, поочередно используя одну и ту же полосу частот;

2. Кодово-адресное разделение, осуществляемое на базе временного (реже частотного) разделение сигналов с посылкой кода адреса;

3. Частотное разделение, при котором каждому из сигналов присваивается своя частота и сигналы передаются последовательно или параллельно во времени;

4. Частотно-временное разделение, позволяющее использовать преимущества как частотного, так и временного разделения сигналов;

5. Фазовое разделение, при котором сигналы отличаются друг от друга фазой.

Временное разделение (ВР). Каждому из n - сигналов линия предоставляется поочередно: сначала за промежуток времени t 1 передается сигнал 1, за t 2 - сигнал 2 и т.д. При этом каждый сигнал занимает свой временной интервал. Время, которое отводится для передачи всех сигналов, называется циклом. Полоса частот для передачи сигналов определяется самым коротким импульсом в кодовой комбинации. Между информационными временными интервалами необходимы защитные временные интервалы во избежание взаимного влияния канала на канал т.е. проходных искажений.

Для осуществления временного разделения используют распределители, один из которых устанавливают на пункте управления, а другой - на исполнительном пункте.

Кодово - адресное разделение сигналов (КАР). Используют временное кодово-адресное разделение сигналов (ВКАР), при этом сначала передается синхронизирующий импульс или кодовая комбинация (синхрокомбинация) для обеспечения согласованной работы распределителей на пункте управления и контролируемом пункте. Далее посылается кодовая комбинация, называемая кодом адреса. Первые символы кода адреса предназначены для выбора контролируемого пункта и объекта, последние образуют адрес функции, в котором указывается, какая ТМ - операция (функция) должна выполняться (ТУ, ТИ и т.п.). После этого следует кодовая комбинация самой операции, т.е. передается командная информация или принимается известительная информация.

Частотное разделение сигналов. Для каждого из n - сигналов выдается своя полоса в частотном диапазоне. На приемном пункте (КП) каждый из посланных сигналов выделяется сначала полосовым фильтром, затем подается на демодулятор, затем на исполнительные реле. Можно передавать сигналы последовательно или одновременно, т.е. параллельно.

Фазовое разделение сигналов. На одной частоте передается несколько сигналов в виде радиоимпульсов с различными начальными фазами. Для этого используется относительная или фазорастностная манипуляция.

Частотно-временное разделение сигналов. Заштрихованные квадраты с номерами - это сигналы, передаваемые в определенной полосе частот и в выделенном интервале времени. Между сигналами имеются защитные временные интервалы и полосы частот. Число образуемых сигналов при этом значительно увеличивается.

24. Основные виды помех в каналах и трактах проводных МСП(многоканальной системы передачи) с ЧРК(частотным разделением каналов).

Под помехой будем понимать всякое случайное воздействие на сигнал в канале связи, препятствующее правильному приему сигналов. При этом следует подчеркнуть случайный характер воздействия, так как борьба с регулярными помехами не представляет затруднений (во всяком случае, теоретически). Так например, фон переменного тока или помеха от определенной радиостанции могут быть устранены компенсацией или фильтрацией. В каналах связи действуют как аддитивные помехи, т. е. случайные процессы, налагающиеся на передаваемые сигналы, так и мультипликативные помехи, выражающиеся в случайных изменениях характеристик канала.

На выходе непрерывного канала всегда действуют гауссовские помехи. К таким помехам, в частности, относится тепловой шум. Эти помехи неустранимы. Модель непрерывного канала, вклю­чающая в себя закон композиции сигнала s(t), четырёхполюсник с импульсной характеристикой g(t, ) и источник аддитивных гауссовских помех (t).

Более полная модель должна учитывать другие типы аддитивных (аддитивные – суммарные) помех, нелинейные искажения сигнала, а также мультипликативные помехи.

Перейдем к краткой характеристике перечисленных выше помех.

Сосредоточенные по спектру, или гармонические, помехи представляют собой узкополосный модулированный сигнал. Причинами возникновения таких помех являются снижение переходного затухания между цепями кабеля, влияние радиостанций и т. п.

Импульсные помехи - это помехи, сосредоточенные по времени. Они представляют собой случайную последовательность импульсов, имеющих случайные амплитуды и следующих друг за другом через случайные интервалы времени, причем вызванные ими переходные процессы не перекрываются во времени. Причины появления этих помех: коммутационные шумы, наводки с высоковольтных линий, грозовые разряды и т. п. Нормирование импульсных помех в канале ТЧ производится путем ограничения времени превышения ими заданных порогов анализа.

Флуктуационная (случайная) помеха характеризуется широким спектром и максимальной энтропией, и поэтому с ней труднее всего бороться. Однако в проводных каналах связи уровень флуктуационных по­мех достаточно мал и они при малой удельной скорости передачи информации практически не влияют на коэффициент ошибок.

Мультипликативные (умножения на сигнал) помехи обусловлены случайными изменениями параметров канала связи. В частности, эти помехи проявляются в изменении уровня сигнала на выходе демодулятора. Различают плавные и скачкообразные изменения уровня. Плав­ные изменения происходят за время, которое намного больше, чем 0 – длительность единичного элемента; скачкообразные - за время, меньшее 0 . Причиной плавных изменений уровня могут быть колебания затухания линии связи, вызванные, например, изменением состояния погоды, а в радиоканалах - замирания. Причиной скачкообразных изменений уровня могут быть плохие контакты в аппаратуре, несовершенство эксплуатации аппаратуры связи, технологии измерений и др.

Снижение уровня более, чем 17,4 дБ ниже номинального, на­зывается перерывом. При перерыве уровень падает ниже порога чувствительности приемника и прием сигналов фактически прекращается. Перерывы длительностью меньше 300 мс принято называть кратковременными, больше 300 мс - длительными.

Импульсные помехи и перерывы являются основной причиной появления ошибок при передаче дискретных сообщений по про­водным каналам связи.

Аддитивные помехи содержат три составляющие: сосредоточенную по частоте (гармоническую), сосредоточенную во времени (импульсную) и флуктуационную. Помеха, сосредоточенная по частоте, имеет спектр значительно уже полосы пропускания канала. Импульсная помеха представляет собой последовательность кратковременных импульсов, разделенных интервалами, превышающими время переходных процессов в ка­нале. Флуктуационную помеху можно представить как последовательность непрерывно следующих один за другим импульсов, имеющую широкий спектр, выходящий за пределы полосы пропускания канала. Импульсную помеху можно рассматривать как крайний случай флуктуационной, когда её энергия сосредоточена в отдельных точках временной оси, а гармоническую помеху - как другой крайний случай, когда вся энергия сосредоточена в отдельных точках частотной оси.

Характеристиками аддитивных помех в каналах ТЧ являются псофометрическая мощность шума и уровень не взвешенного шума. Первая величина измеряется прибором с квадратичным детектором и специальным контуром, учитывающим чувствительность человеческого уха, микрофона и телефона к напряжениям различных частот. Средняя величина псофометрической мощности составляет 2*10-15 Вт/м. Не взвешенный шум измеряют прибором с квадратичным детектором, имеющим время интегрирования 200 мс. Эта величина в точке с относительным нулевым уровнем не должна превышать -49 дБ на одном участке переприёма. Указанные характеристики не охватывают импульсные шумы, которые измеряют отдельно и специальными приборами. Мультипликативные помехи в каналах связи выражаются в основном в изменении остаточного затухания, приводящего к изменениям уровня сигнала. Изменения уровня сигнала в реальных каналах связи весьма разнообразны по своему характеру. Так, например, различают плавные и скачкообразные изменения уровня сигнала (иногда их называют изменениями остаточного затухания), кратковременные занижения уровня, кратковременные и длительные перерывы.

Плавными изменениями уровня называют такие, при которых отклонение уровня от своего номинального значения до максимального (минимального) происходит за время, несоизмеримо большее длительности единичных элементов передаваемого сигнала т0. К скачкообразным изменениям уровня относятся те, при которых изменение уровня от значения рН0М до рМАКС происходит за время, соизмеримое с временем единичного интервала 0.

Исследования показали, что за длительный промежуток времени отклонения уровня от номинального значения происходят как в сторону повышения, так и в сторону понижения, при этом оба направления изменения имеют примерно равную вероятность. Изменения такого рода могут быть отнесены к числу медленных изменений остаточного затухания. Наряду с ними имеют место быстрые, сравнительно кратковременные изменения остаточного затухания, в основном приводящие к уменьшению уровня приема. Значительные занижения уровня сигнала приводят к искажениям принимаемых сигналов и, как следствие, к ошибкам. Занижения уровня сигнала уменьшают его помехозащищенность, что также вызывает рост числа ошибок. И, наконец, в синхронных системах снижение уровня сигнала приводит к нарушению работы синхронизации и затрате определенного времени на вхождение, в режим синхронизации при восстановлении нормального уровня. Поэтому в современных системах ПДИ имеются специальные устройства, которые блокируют приемник и его систему синхронизации при уменьшении уровня сигнала ниже заданного значения - П. По этой причине занижение уровня на величину, большую или равную П, получило название перерыва. При передаче данных согласно рекомендациям ЕАСС перерывом считают П= 17,4 дБ. Перерывы делят на кратковременные и длительные

Для коммутируемых каналов ТЧ существует следующая нор­ма: t КР.ПЕР ЗОО мс. Это время выбрано из принятых в аппаратуре телефонной коммутации схемных решений, которые в случае перерыва длительностью более 300 мс обеспечивают разъединение ранее установленного соединения, т. е. приводят к отказу связи. Указанная величина рекомендуется МСЭ в качестве критерия отказа для передачи по коммутируемым каналам ТЧ. Рекомендуемая доля кратковременных перерывов на одном переприемном участке не должна превышать 1,5*10-5 за 90% часовых отрезков времени.

Плавные изменения уровня до некоторой степени характеризуются величиной стабильности остаточного затухания. Согласно рекомендациям МСЭ остаточное затухание для двухпроводного канала ТЧ должно составлять 7,0, для четырёхпроводного - 17,4 дБ, а его нестабильность во времени на одном участке переприёма - не превышать 1,75 дБ.

В каналах связи возникают также своеобразные мультипликативные помехи, связанные с нестабильностью генераторов поднесущих частот аппаратуры передачи. В результате затрудняется выделение на приёме когерентного колебания при ФМ или возникают искажения сигнала ЧМ. По существующим нормам расхождение поднесущих частот на участке переприёма ограничивается величиной 1 Гц. Кроме того, наряду со скачкообразными изменениями уровня сигнала в каналах связи имеют место скачки фазы, однако последние пока не нормированы.

25.Принципы построения СП (систем передачи) с временным разделением каналов (ВРК). Основные этапы преобразования аналоговых сигналов в цифровые (дискретизация по времени, квантование по уровню, кодирование).

В системах передачи с ВРК используются цифровые сигналы, представляющие собой ту или иную импульсную кодовую последовательность, т.е. это система для передачи цифровых данных. Напомним, что для преобразования аналогового сигнала в цифровой используются операции ДИСКРЕТИЗАЦИЯ, КВАНТОВАНИЕ, КОДИРОВАНИЕ. Дискретизация осуществляется на основе теоремы Котельникова. Для сигналов ТЧ с полосой 0,3 – 3,4 кГц + 0,9 кГц (защитный интервал), т.е. fв = 4 кГц. Тактовая частота дискретизации fт = 2fв = 8 кГц. Каждый отсчёт передаётся 8 битами, значит сигнал ТЧ можно передавать со скоростью fт × 8 бит = 8×103 ×8 = 64 кбит/с. Это и есть скорость передачи одного канала ТЧ. Отсчёты передаются в виде восьмиразрядных двоичных чисел, получаемых при квантовании отсчётов. Т.к. квантование имеет конечное число уровней, да ещё ограничения по max и min, то очевидно, что квантованный сигнал не является точным. Разница между истинным значением отсчёта и его квантованным значением – это шум квантования. Значение шума квантования зависит от количества уровней квантования, скорости изменения сигнала и от спосрба выбора шага квантования.

При передаче сигналов от нескольких источников сообщений возникает необходимость разделения этих сигналов с тем, чтобы на приемной стороне можно было определить, к какому источнику сообщений относится каждый сигнал и направить его к своему приемнику. Аналогичная задача имеет место при передаче элементов кодового сигнала. В телемеханике применяются три основных способа разделения сигналов или их элементов: кондуктивное (схемное), временное и частотное .

При кондуктивном разделении для каждого сообщения (или элемента кодового сигнала) отводится независимая электрическая цепь связи. По каждой электрической цепи можно осуществлять независимую и параллельную передачу сообщений. Рассмотрим систему с кондуктивным разделением, в которой используются полярные признаки тока для передачи сообщений (рис. 2.9). Посылка сигналов каждого источника сообщений осуществляется двухпозиционными ключами зависимости от положения которых в линейных проводах устанавливается то или иное направление постоянного тока. Приемниками служат поляризованные электромагнитные реле. Передача информации от каждого источника сообщений осуществляется по своему проводу, обратный провод - общий для всех каналов. Крайне неэкономичное использование линий связи практически исключает применение этого способа разделения в телемеханике при длинах линий связи свыше 3-5 км. Реально кондуктивный способ разделения сигналов используется в системах с дистанционным управлением.

Рис. 2.9. Схема кондуктивного разделения сигналов

При временном разделении (уплотнении) сигналов каждому из источников сообщения поочередно предоставляется линия связи: за интервал времени t1передается сигнал первого источника, за интервал времени t2 - второго и т. д. (на рис. 2.10,а показана передача от пяти источников). Из этого рисунка следует, что при временном разделении сигнал от каждого источника занимает свой временной интервал, не занятый сигналом от другого источника. Время, которое отводится для передачи сигналов от всех источников, называется циклом.

Рис.2.10. Пояснение временного разделения сигналов

а) разделение каналов на временной оси.

в) реализация способа синхронизации с помощью сети

Для реализации временного способа предающие и приемные узлы устройств телемеханики поочередно подключаются к линии связи с помощью синфазно работающих коммутирующих устройств (распределителей), которые в настоящее время выполняются на бесконтактных элементах. Для большей наглядности на рис. 2.10,б показана система телемеханики с временным разделением сигналов, в которой применяются контактные распределители - шаговые искатели (ШИ). При передаче информации используются полярные качества тока. Сообщения от каждого источника определяется положением ключей управления, в качестве декодирующих устройств на приемной стороне использованы поляризованные. За один цикл работы распреде­лителей последовательно во времени передаются сообщения от всех источников информации. Устройства с временным разделением сигналов могут работать в циклическом или спорадическом режиме. В циклическом режиме системы работают непрерывно, в спорадическом информация передается по мере ее накопления или необходимости, в остальное время распределители находятся в исходном состоянии и не осуществляют переключений каналов.

Основным условием надежного и точного разделения сигналов является строгая синфазность распределителей. Для этого в циклических системах используют три основных метода синхронизации: общей сетью, циклический и пошаговый.

При синхронизации общей сетью (рис. 2.10,в) питание приводов распределителей (ПР) осуществляется от общей электрической сети 50 Гц, называемой источником синхронного питания. В качестве такого источника часто используют сеть одной энергетической системы. Этот метод может использоваться при относительно коротких (до 20 км) линиях связи (ЛС). В данных линиях из-за изменения нагрузок, подключаемых к энергетической системе, во времени возможно нарушение синфазности питания и, следовательно, синфазности работы распределителей.

При циклической синхронизации приводы распределителей, расположенные на передающей и приемной стороне, подключены к специальным генераторам импульсов управления, настроенных на одинаковую частоту. Однако даже при точной взаимной настройке генераторов рассогласование положения распределителей будет накапливаться со временем. Для устранения рассогласования один раз за цикл производится принудительное синфазирование распределителей установкой их в начальное положение.

При пошаговой синхронизации на передающей стороне используется генератор импульсов, который осуществляет переключение обоих распределителей. На каждом шаге распределителей необходимо передавать специальные синхронизирующие импульсы.

При спорадическом режиме работы телемеханической системы используют стартстопную синхронизацию, которую можно рассматривать как модификацию циклической.

При частотном разделении (уплотнении) каждому источнику сообщений выделяется определенная полоса частот: первому источнику- полоса частот ∆F 1 ,второму - ∆F 2 и т. д. (рисю 2.11, а). Полосы частот, используемые для передачи различных сообщений, не перекрываются. При этом сигналы от всех источников сообщений передаются по линии связи одновременно. На рис. 2.11,б представлена структурная схема системы с частотным разделением для передачи двоичных сигналов. Сообщение от каждого источника передается по линии синусоидальными сигналами определенной частоты f создаваемыми генераторами Г. Отсутствие посылки колебаний соответствующей частоты означает 0, посылка колебаний - 1. Колебания суммируются в линии связи. Разделение посылок от источников сообщений осуществляется на приемной стороне полосовыми фильтрами ПФ", выходы которых через выпрямители В соединяются с исполнительными реле Р.

Рис.2.11. Пояснения к частотному методу разделения сигналов

а) расположение каналов на частотной оси

б) функциональная схема системы

Литература

1. Стрыгин В.В. «Основы автоматики и вычислительной техники». М. Высшая школа. 1977 г.

2. Грицевский П.М. и др. «Основы автоматики, импульсной и вычислительной техники». М. Радио и связь. 1987 г.

3. Чекваскин А.Н. и др. «Основы автоматики». М. Энергия. 1977 г.

4. Гордин В.С. и др. «Основы авиационной автоматики». М. Оборонизд. 1972 г.

5. Аскерко В.С. и др. «Основы авиационной автоматики». М. Оборонизд. 1972 г.

6. Шишмарев В. Ю. «Типовые элементы систем автоматического управления». 4-е издание М.: Издательский центр «Академия», 2009.

7. Келим. Ю. М. Типовые элементы систем автоматического управления. М.:ФОРУМ:ИНФРА-М, 2002.г.

1. Тема 1.1. Основные понятия автоматики………………………………….…3

2. Тема 1.2. Измерительные преобразователи (датчики)………………………9

3. Тема 1.3. Электрические реле………………………………………………..28

4. Тема 1.4. Магнитные усилители……………………………………………..32

5. Тема 1.5.Типовые динамические звенья систем автоматики……………....39

6. Тема 1.6. Устойчивость и качество автоматической системы……………..43

7. Тема 2.1. Системы дистанционной передачи угловых перемещений на переменном токе………………………………………………………….…..48

8. Тема 2.2.Следящие системы переменного тока………………………….....51

9. Тема 2.3.Телемеханические системы автоматического управления и контроля……………………………………………………………………….53

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.

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

Л Е К Ц И Я № 16

Тема:

Текст лекции по дисциплине: «Теория электрической связи»

Г. Калининград 2013 г.

Текст лекции № 27

по дисциплине: «Теория электрической связи»

«Частотное, временное и фазовое разделение сигналов»

Введение

Самым дорогим элементом системы связи является линия связи. В системах передачи общей средой могут быть коаксиальные, симметричные или оптические кабели, воздушные кабели связи или радиолинии. Возникает необходимость уплотнять физической цепи, передавая по ним одновременно информацию от нескольких оконечных средств связи. Уплотнение линии связи осуществляется посредством аппаратуры уплотнения, которая совместно со средой передачи образует многоканальную систему передачи.

Многоканальной системой передачи (МСП) называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу двух и более сигналов по одной физической цепи или линии связи.

В многоканальной электросвязи применяются МСП с частотным разделением каналов (ЧРК) и МСП с временным разделением каналов (ВРК). Кодовое разделение каналов находит применение в подвижных системах радиосвязи.

При ЧРК за каждым каналом связи закрепляется определенный спектр (полоса) частот. При ВРК в линию связи передаются импульсные последовательности очень коротких импульсов, содержащие информацию о первичных сигналах и сдвинутые относительно друг друга по времени.

МСП с ЧРК являются аналоговыми, а МСП с ВРК – цифровыми системами.

Для этих целей создаются системы с множественным доступом и уплотнением. Именно такие системы лежат в основе современной связи.

Частотное разделение сигналов

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на Рис. 1

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используется термин Frequency Division Multiply Access (FDMA).

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры , ,..., модулируют поднесущие частоты каждого канала. Эту операцию выполняют модуляторы , ,..., канальных передатчиков. Полученные на выходе частотных фильтров , ,..., спектры канальных сигналов занимают соответственно полосы частот , ,..., , которые в общем случае могут отличаться по ширине от спектров сообщений , ,..., . При широкополосных видах модуляции, например, ЧМ ширина спектра , т.е. в общем случае . Для упрощения будем считать, что используется АМ-ОБП (как это принято в аналоговых СП с ЧРК), т.е. и .

Проследим основные этапы образования сигналов, а также изменение этих сигналов в процессе передачи (Рис. 2).

Будем полагать, что спектры индивидуальных сигналов конечны. Тогда можно подобрать поднесущие частоты w K так, что полосы ,..., попарно не перекрываются. При этом условии сигналы ; взаимно ортогональны.

Затем спектры , ,..., суммируются и их совокупность поступает на групповой модулятор (). Здесь спектр с помощью колебания несущей частоты переносится в область частот, отведенную для передачи данной группы каналов, т.е. групповой сигнал преобразуется в линейный сигнал . При этом может использоваться любой вид модуляции.

На приемном конце линейный сигнал поступает на групповой демодулятор (приемник П), который преобразует спектр линейного сигнала в спектр группового сигнала . Спектр группового сигнала затем с помощью частотных фильтров , ,..., вновь разделяется на отдельные полосы , соответствующие отдельным каналам. Наконец, канальные демодуляторы Д преобразуют спектры сигналов в спектры сообщений , 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 должен пропустить без ослабления лишь те частоты , которые принадлежат сигналу данного канала; частоты сигналов всех других каналов фильтр должен подавить.

На практике это невыполнимо. Результатом являются взаимные помехи между каналами. Они возникают как за счет неполного сосредоточения энергии сигнала k-го канала в пределах заданной полосы частот , 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 (Рис. 3).

Так, например, в современных системах многоканальной телефонной связи каждому телефонному каналу выделяется полоса частот кГц, хотя частотный спектр передаваемых звуковых сигналов ограничивается полосой от