Оперативность, качество, доступные цены!
info@smart-sps.ru

Москва, ул. 6-я Радиальная, д.9​

Принципы разделения каналов при передачи информации

 

Одновременная передача сообщений

 

В середине XIX в. телеграф широко распространился по всему миру. Достаточно сказать, что общая протяженность телеграфных линий в Европе, например в 1855 г., составляла почти 40 тыс. км, а уже через 10 лет, в 1865 г., она увеличилась до 160 тыс. км, т.е. в 4 раза. Однако темпы строительства телеграфных линий не могли угнаться за потребностью в услугах телеграфной связи. За тот же период число переданных телеграфных депеш возросло с 2 до 18 млн. шт., т.е. в 9 раз.

 

Все это привело к тому, что в упомянутом выше 1865 г. длина телеграфных проводов в Европе почти в 3 раза превышала длину телеграфных линий связи и составляла около 450 тыс. км. Между тем изготовление и подвеска каждого последующего провода требовала огромных по тем временам расходов. Да и подвешивание новых проводов не могло продолжаться бесконечно. Ставить же рядом новые опоры и дорого, и громоздко.

 

Применительно к середине XIX в. проблема формулировалась так: нужно было научиться передавать по одному проводу сразу несколько телеграмм.

 

Рис. 1 иллюстрирует принцип одновременной передачи нескольких сообщений с помощью системы передачи. Сообщения a1(t), a2(t), … aN(t) от N источников преобразуются на передаче в первичные сигналы s1(t), s2(t), …, sN(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 , , …, .

 


Рис. 1. Принцип одновременной передачи сообщений

 

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), …, sN(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.

 

 

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. 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. 3 представлена структурная схема многоканальной системы передачи. Первичные сигналы s1(t), s2(t), ..., sN(t) преобразуются устройствами М1, М2, ..., MN модулированные несущие колебания , , …, , полученные на выходе этих устройств, называются канальными сигналами. В отличие от первичных сигналов, имеющих общий спектр, канальные разнесены по спектру (рис. 2). Групповой сигнал v(t) получается объединением канальных сигналов , , …,  в устройстве объединения (УО).

 


Рис. 2. Преобразование первичных сигналов в канальные

 


Рис. 3. Многоканальная система передачи с

частотным разделением каналов

 

На приемном конце канальные сигналы выделяются из группового с помощью разделительных частотных фильтров Ф1, Ф2, ..., ФN, пропускающих сигналы своего канала и подавляющих остальные. Восстановление первичных сигналов , , …, из канальных , , …,  производится с помощью демодуляторов Д1, Д2, …,  ДN.

 

Системы передачи, в которых канальные сигналы размещаются в неперекрывающихся частотных полосах, получили название систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК).

 

 

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  первого канала - показан на рис. 4, а. Выберем последовательность импульсов в качестве переносчика второго первичного сигнала s2(t) таким образом, чтобы импульсы АИМ-сигнала  второго канала передавались в те промежутки времени, когда цепь свободна от передачи импульсов первого канала (см. рис. 4, б). Канальные импульсы третьего (см. рис. 4, в) и других каналов также должны быть сдвинуты во времени относительно импульсов первых двух каналов и друг друга. Групповой сигнал  получается после объединения канальных сигналов , , …,  (рис. 4, г).

 

Получить канальные АИМ-сигналы практически очень легко. Роль АИМ-модуляторов могут выполнять электронные ключи (ЭК) (рис. 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.

 


Рис. 4. Временной принцип объединения канальных

сигналов (а-в) в групповой (г)

 

Нужно позаботиться лишь о том, чтобы последовательности импульсов, подаваемые на ключи ЭК, были сдвинуты во времени относительно друг друга (рис. 6). Эту задачу (см. рис. 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. 5). Канальные импульсы , , …,  с помощью УО объединяются в групповой сигнал .


Рис. 5. Многоканальная система передачи с

временным разделением каналов

 

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. 7 показаны первичный сигнал, импульсный переносчик, канальный АИМ-сигнал -го канала и их спектры. Спектр канального АИМ-сигнала содержит спектр исходного первичного сигнала . Значит, первичный сигнал легко выделить с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ). Такие фильтры включаются в каждый канал и выполняют роль демодуляторов (см. рис. 5). Из рис. 7 видно, что частота следования импульсных последовательностей - переносчиков - должна быть не ниже удвоенной максимальной частоты спектра первичного сигнала, т.е. fд > 2Fmax, иначе невозможно будет выделить с помощью фильтра первичный сигнал. Например, этот же результат вытекает и из теоремы В.А. Котельникова, в соответствии с которой частоту следования импульсов необходимо выбирать не меньше удвоенной граничной частоты Fmax спектра сигнала s(t). Чтобы спектр передаваемых сигналов si(t) был ограничен, в каждом канале на передаче ставят фильтры нижних частот.


Рис. 6. Последовательность импульсов,

управляющих электронными ключами

 

Описанные системы передачи (см. рис. 5), в которых канальные сигналы передаются по цепи в неперекрывающиеся промежутки времени, называются системами передачи с временным разделением каналов (ВРК).


Рис. 7. Сигналы i-го канала (слева) и их спектры (справа)

а – первичный, б – импульсный переносчик, в – канальный АИМ – сигнал