Многоканальные системы связи

При передаче информации между стационарными пунктами (например, городами) возникает необходимость в одновременной передаче многих независимых сообщений от разных источников. Для решения таких задач используют многоканальные системы, «уплотняют» радиоканал, объединяя сообщения и формируя групповые сообщения или групповой сигнал. Групповым сигналом модулируют несущую частоту и получают радиосигнал, пригодный для передачи в свободном пространстве. В точке приема осуществляется селекция радиосигнала и его демодуляция, в результате которой получают групповой сигнал, который разделяют на отдельные первичные сообщения и отправляют соответствующим получателям информации.

Формирование группового сигнала и его разделение можно осуществить по-разному. Структурная схема многоканальной системы, не привязанной к конкретному виду формирования, приведена на рис. 6.45. Для разных систем связи количество объединенных сообщений меняется весьма существенно. В системах радиосвязи на ВЧ оно в пределах десяти, до ста в системах телеметрии и несколько тысяч в магистральных каналах спутниковых и радиорелейных линиях.

Методы формирования группового сигнала зависят от вида представления исходных сообщений. Если необходимо передать непрерывный сигнал, то используется частотное уплотнение, а при передаче импульсных и дискретных сигналов — временное уплотнение и уплотнение по форме.

Частотное уплотнение при его применении к сообщениям, имеющим близкий спектральный состав, требует предварительное разнесение спектра от разных источников по частотному диапазону. Например, если имеем дело с телефонными сообщениями, то спектр каждого из них (сигнал «тональной частоты») расположен в полосе от 300 до 3400 Гц. Для разнесения сигналов используется набор «поднесущих» частот. В дальнейшем совокупность модулированных иоднесущих составляет групповой сигнал, который после модуляции им общей несущей можно использовать как переносчик группового сигнала в радиоканале. Естественно, двухэтапная модуляция приводит к появлению сигналов вида АМ-АМ, АМ-ЧМ и т. д.

Принцип работы многоканальной системы с частотным уплотнением проиллюстрирован на рис. 6.46.

Рис. 6.46. Частотное уплотнение информации.

Три сообщения от разных источников (1) разносятся с помощью трех поднесущих частот^, f_Hl и/_и3 по частотному диапазону и с помощью полосовых фильтров из них выделяют по одной боковой полосе (2). После суммирования (3) групповым сигналом модулируется несущая частота f_S] (4). В приемнике осуществляется демодуляция принятого сигнала, выделение канальными фильтрами отдельных сообщений (5) и перенос их с помощью сети поднесущих частот (6) и демодуляции в каналы получателей сообщений (7). Этот алгоритм реализуется с помощью устройства, структурная схема которого изображена на рис. 6.47.

Рис. 6.47. Структурная схема многоканальной системы передачи информации с частотным уплотнением.

Совместное рассмотрение рис. 6.46 и 6.47 даст исчерпывающую информацию о работе структурной схемы многоканальной системы с частотным уплотнением информации. Дополнительно следует подчеркнуть только необходимость передачи сигнала синхронизации. Заметим, что так как система аналоговая, к ее точностным характеристикам по временной стабильности предъявляются жесткие требования. Отметим также, что формирование широкополосных каналов осуществляется при объединении каналов тональной частоты. В аналоговых системах используют: предгрупповой канал — взамен трех каналов «тональной частоты» (ТЧ); первичный канал — 12 каналов ТЧ; вторичный канал — 60 каналов ТЧ; третичный канал ;

300 каналов ТЧ.

Временное уплотнение используегся в случае применения импульсных или цифровых сигналов. Техническая реализация импульсных систем проще, чем аналоговых. Идея временного уплотнения.

I

заключается в выделении каждому из каналов временного интервала, в котором находится импульс, несущий информацию в своих параметрахамплитуде (АИМ), длительности (ШИМ) или во временном положении (ВИМ), или же группа импульсов, содержащая, например, в двоичном коде информацию от источника сообщения.

На рис. 6.48 проиллюстрирован принцип временного уплотнения. Так как принципы передачи импульсных и цифровых сигналов при временном уплотнении близки, на одном рисунке представлены оба варианта.

Для того чтобы излишне не увеличивать объем рисунка, ряд временных диаграмм, без ущерба для целей пояснения рабогы системы, опущен.

Первичный непрерывный сигнал SH^t) (1) подвергается дискретизации по времени в соответствии с теоремой Котельникова (2). Так как интервалы дискретизации /^достаточно большие, то в этот временной интервал возможно поместить выборки и от других источников сообщений, отведя на каждую интервал Д/_и (3). В интервалы помещаются импульсы, несущие информацию от разных источников сообщений (4), в нашем примере с АИМ модуляцией (может быть и ШИМ, и ВИМ). Кроме того, информация в цифровых системах может быть представлена кодовой последовательностью, в нашем примере двоичной пятиразрядной (5). Затем в приемном устройстве с помощью сигналов синхронизации осуществляется формирование канальных стробов (6) и получение адресатом своего сообщения, импульсного (7) или цифрового (8). Естественно, как из импульсных, так и из цифровых сигналов возможно восстановление первичных непрерывных сообщений. На рис. 6.49 приведена структурная схема многоканальной системы передачи информации с временным уплотнением — как с импульсными, так и цифровыми сигналами в канале передачи информации.

Рис. 6.48. Временное уплотнение информации.

Рис. 6.49. Структурная схема многоканальной системы передачи информации с временным уплотнением.

В передающей части с помощью ключей производятся выборки, из которых впоследствии формируется групповой сигнал, в составе которого передастся и сигнал синхронизации. Импульсный сигнал (его информационный параметр) может быть преобразован в цифровую форму. В приемнике осуществляются обратные преобразования и с помощью строб-импульсов, управляющих ключами, осуществляется разделение группового сигнала по каналам. Переход к непрерывным сигналам осуществляется в сглаживающих фильтрах.

В цифровых системах передачи используют набор стандартных широкополосных каналов: основной цифровой канал — 1 канал (64 кбит/с); субпервичный цифровой канал — 7 каналов (480 кбит/с); первичный цифровой канал — 30 каналов (2048 кбит/с); вторичный цифровой канал — 120 каналов (8448 кбит/с); третичный цифровой канал — 480 каналов (34 368 кбит/с); четвертичный цифровой канал — 1920 каналов (139 264 кбит/с).

Заметим, что при любом способе формирования группового сообщения необходимо выполнение условия ортогональности сигналов (по времени, частоте, форме), позволяющее впоследствии их разделить. Емкость многоканальной системы определяется не только числом каналов, но и введением защитных интервалов между канальными сигналами — частотных или временных. В цифровых системах возникает своеобразный вид ошибки — ошибка переименования символов. Ее вероятность растет по мере уменьшения длительности, а следовательно, и энергии цифрового импульса.