Для поділу сигналів можуть використовуватися як частота (ЧРК) і час (ВРК), а й форма сигналів. Поділ каналів формою поки що не знайшло такого широкого використання, як частотне і тимчасове. Його справжнє застосування та перспективи найбільшою мірою пов'язані з множинним доступом у мобільних та супутникових системах. У мобільному зв'язку кодовий поділ розглядається як один із основних видів забезпечення множинного доступу в плані реалізації концепції розвитку систем мобільного зв'язку IМТ-2000.

Технологія поділу каналів формою передбачає можливість одночасної роботи групи різноманітних радіозасобів (мобільні термінали, окремі радіостанції, земні станції супутникового зв'язку тощо. буд.) у спільній смузі частот . Сигнали радіозасобів утворюють сумарний (груповий) сигнал , що надходить на приймальні пристрої користувачів. Взаємна ортогональність сигналів забезпечує кореляційному приймачеві виділення необхідного сигналу.

Асинхронно-адресні системи зв'язку

У ряді випадків здійснити точну синхронізацію важко. З цим доводиться стикатися, наприклад, при організації оперативного зв'язку між рухомими об'єктами (автомобілями, літаками) або при організації оперативного зв'язку з використанням штучних супутників Землі як ретранслятори. У цих випадках можуть бути використані системи багатоканального асинхронного зв'язку, коли сигнали всіх абонентів передаються в загальній смузі частот, а канали не синхронізовані між собою в часі. У системах з вільним доступом кожному каналу (абоненту) надається певна форма сигналу, яка і є відмітною ознакою, "адресою" даного абонента, звідси і назва асинхронно-адресної системи зв'язку (ААСС).

Адреса абонента може кодуватися у вигляді псевдовипадкових (шумоподібних) сигналів або у вигляді послідовності декількох радіоімпульсів з однаковим або різним частотним заповненням. Якщо радоімпульси мають різне частотне заповнення, то кажуть, що адреса кодується як частотно-часової матриці (ЧВМ). Адреси розрізняються як інтервалами часу між радіоімпульсами, і частотами їх заповнення.

Розглянемо принцип роботи ААСС з урахуванням узагальненої структурної схеми (рис. 8.15).

Надіслані повідомлення, отримані від джерел , піддаються імпульсної модуляції. В одних системах використовується ФІМ, в інших – деякі різновиди дельта-модуляції. Потім кожен імпульс, отриманий в результаті первинної модуляції імпульсної, перетворюється в адресну послідовність з імпульсів, розділених паузами .

Формування адресних послідовностей здійснюється за допомогою лінії затримки (ЛЗ), що має відводів, як показано на рис. 8.15.

Для формування адреси використовується тільки відводів з , причому іншої адреси застосовується інше поєднання відводів. Ці імпульси відрізняються частотою свого заповнення (всього таких частот в системі ущільнення) і можуть займати різні положення в часі. Наприклад, на рис. 8.16 представлений варіант побудови таких адресних послідовностей для системи з .

Таким чином, імпульс, отриманий в результаті первинної модуляції імпульсної повідомленням, розділяється в лінії затримки на імпульсів. Кожен із цих імпульсів може займати одне з положень у часі та передається на своїй частоті.

Варіюючи положення імпульсів у часі щодо першого імпульсу, а також частоти заповнення імпульсів, можна отримати велику кількість адресних кодових комбінацій (велику кратність ущільнення).

Кожен індивідуальний приймач є нелінійним пристроєм, що містить лінії затримки і схему збігу (СС), і реагує тільки на певну послідовність радіоімпульсів (рис. 8.17). Приймач має смугових фільтрів, налаштованих на відповідні частоти. Вихідні імпульси кожного фільтра детектуються і надходять на лінії затримки, спроектовані відповідно до присвоєного даного приймача адресою так, щоб усі імпульси на виходах збіглися за часом. На нелінійній схемі збігів (СС) з'являється імпульс лише за умови, що затримані вхідні імпульси у всіх гілках збіглися. Якщо ж з виходів ліній затримок на вхід схеми збігу хоча один із імпульсів надходить неодночасно з іншими, то сигнал на виході СС не з'явиться. Завдяки цьому приймач реагує лише на присвоєну адресну кодову комбінацію.

Описаний процес поділу повідомлень (тобто виділення лише присвоєної приймачеві адресної кодової комбінації) пояснює рис. 8.17. На вхід приймача надходить груповий сигнал, що містить, зокрема, два повідомлення (заштриховані та незаштриховані радіоімпульси). Приймальний пристрій реагує лише на присвоєну йому адресну частотно-тимчасову комбінацію, відображену імпульсами, що заштриховані, тобто. виділяє повідомлення. Імпульси з виходу схеми збігу перетворюються на прийняте повідомлення в імпульсному демодуляторі (ІД) відповідно до застосованої імпульсної модуляції.

Для того, щоб встановити зв'язок з певним абонентом, достатньо вибрати відповідні положення індивідуальної лінії затримки на передавачі відповідно до адресної комбінації. Жодних частотних перебудов у цих системах не потрібно, що дуже здешевлює апаратуру та забезпечує її надійність.

Фазовий поділ сигналів

Фазовий поділ сигналів будується з допомогою відмінності сигналів по фазі.

Нехай інформація в Nканалах передається зміною амплітуди безперервних косинусоїдальних сигналів з однаковою несучою частотою 0 . Потрібно розділити ці сигнали з використанням лише відмінності у їх початкових фазах.

Сигнали рівні:

……………………………….

Як показує аналіз, розрізнення сигналів можливе, якщо система містить лише два канали, якими передаються косинусна і синусна складові:

а виділення первинних сигналів провадиться з використанням синхронного детектування.

Поділ сигналів формою

Крім сигналів з спектрами, що не перекриваються, і сигналів, що не перекриваються за часом, існує клас сигналів, які можуть передаватися одночасно і мати частотні спектри, що перекриваються.

Поділ цих сигналів прийнято називати поділом за формою.

До таких сигналів належать послідовності Уолша, Радемахера і різноманітні шумоподібні послідовності.

Послідовності Уолша і Радемахера будуються з урахуванням кодового алфавіту 1, -1, а будь-які пари цих послідовностей задовольняють умові

E i , i = j,

0, i? j,

де - сигнали i- го та j- го каналів системи з тимчасовим поділом, T- інтервал часу, в якому розташовуються канальні сигнали, причому T=де F У- верхня гранична частота спектра повідомлення, що передається.

Застосування кодів Уолша і Радемахера пов'язані з передачею по каналу спеціальних синхросигналів підтримки певних тимчасових співвідношень між прийнятими і опорними кодовими словами.

У разі використання шумоподібних послідовностейнеобхідності передачі спеціальних синхросигналів немає, оскільки цю роль можуть виконувати послідовності-переносники інформації.

Шумоподібні сигнали повинні відповідати таким умовам:

E, ф = 0,

0, -ф і > ф > -T,

T > ф > ф і , (9.5)

0, i? j, (9.6)

для - тривалість шумоподібного сигналу; E- Енергія сигналу; ф і- Тривалість одиничного інтервалу шумоподібного сигналу.

При виконанні умов (9.5) забезпечується робота системи синхронізації без передачі спеціального синхросигналу, так як автокореляційна функція будь-якого канального сигналу має яскраво виражений пік при ф = 0 і нульові значення при зрушенні. для будь-якої пари сигналів дорівнює нулю.

На жаль, скалярні твори (9.5) для та (9.6) для реальних сигналів не дорівнюють нулю. Це призводить до зниження достовірності поділу сигналів.

Структурна схема багатоканальної системи зв'язку з поділом сигналів формою наведена на рис.9.2.

Рис.9.2 Структурна схема багатоканальної системи зв'язку з поділом сигналів формою: 1- генератор тактових імпульсів; 2- генератор шумоподібного сигналу; 3-АЦП; 4- перемножувач;; 5,6 – модулятори; 7 – суматор; 8 – передавач; 9 – лінія зв'язку; 10 – приймач; 11 - узгоджений фільтр; 12 - вирішальний пристрій; 13 - ЦАП; 14,15 – демодулятори

Передавальна частина системи містить Nідентичних модульаторів, суматор і передавач. У модуляторах як несучих коливань використовуються шумоподібні сигнали, а як модулюючих - сфазовані з цими сигналами двійкові кодові послідовності з виходу АЦП. Період шумоподібних сигналів вибирається рівним тривалості одиничного елемента кодового слова з виходу АЦП. У процесі модуляції символу "1" двійкового кодового слова (діаграма ана рис.9.3) відповідає повний період шумоподібного сигналу (діаграма б), а символу "0" - відсутність цього сигналу. Якщо Fс - верхня гранична частота спектра первинного сигналу, а L- Число рівнів квантування, то ширина спектра сигналу на виході перемножувача (див. схему на рис. 9.2)

Де – довжина (період) шумоподібної послідовності.

Як видно з формули (9.7) ширина спектра кожного канального сигналу в раз більше ширини спектра ІКМ сигналу.

9.3. Тимчасові діаграми, які пояснюють роботу схеми, наведеної на рис.9.2

Зазначимо, що кожен канал має свою форму, а тимчасові процеси, що протікають в каналах, можуть бути незалежні. Груповий сигнал на виході суматора, що дорівнює сумі канальних сигналів, являє собою випадковий процес, середнє значення та дисперсія якого залежить від завантаження окремих каналів.

Приймальна частина системи містить приймач та Nідентичних канальних приймачів (демодуляторів). У структуру кожного демодулятора входить зргласований фільтр, вирішальний пристрій та ЦАП.

Кожен із узгоджених фільтрів відгукується тільки той сигнал, з яким він узгоджений. Наприклад, узгоджений фільтр першого каналу 11 відгукується на сигнал, який формується в першому модуляторі (рис.9.3, б). Відгук фільтра показаний на рис.9.3, в. Сигнали інших каналів та їх відгуки на рис 9.3 для простоти не показані. У вирішальному пристрої відгук узгодженого фільтра 11 огинаюча радіосигналу порівнюється із заданим граничним рівнем Uпір. Якщо відбувається перетин порога, то формується оцінка, що передається символу, що дорівнює 1, а якщо перетину не відбувається, то формується оцінка, що дорівнює нульовому символу.Кодові слова з виходу вирішального пристрою 12 надходять на ЦАП 13 і перетворюються на повідомлення a 1 * (t).

Демодуляція сигналу відбувається у присутності перешкоди, що з двох складових. Перша є відомою за попередніми

глав сумою внутрішньої та зовнішньої флуктуаційних перешкод, а друга - специфічною для систем з шумоподібними сигналами перешкодою. Ця перешкода є сумою шумоподібних сигналів інших каналів і називається структурною чи взаємною перешкодою. Структурна перешкода обумовлена ​​тим, що системи використовуваних реальних сигналів є «майже» ортогональними, тобто. їм не виконується умова (9.6). Її рівень визначається значеннями взаємнокореляційних функцій між опорним канальним шумоподібним сигналом та присутніми шумоподібними сигналами інших каналів. З метою забезпечення заданої якості інформації, що передається, повинні передбачатися заходи щодо зменшення рівня цієї структурної перешкоди. Розглянуті принципи поділу сигналів за формою та побудови багатоканальної системи зв'язку використовується в багатоканальних асинхронних адресних системах зв'язку (ААСС). В ААСС (рис.9.4) кожному абоненту надається один із «майже ортоганальних» шумоподібних сигналів, який є адресою каналу.

9.4. Структурна схема багатоканальної асинхронної адресної смстеми зв'язку: 1,4,7,10 - абоненти 1,i,k,N; 2,5,8,11-прийомопередавачі; 3,6,9,12 – генератори адресного сигналу; 13 - лінія зв'язку

Нехай, наприклад, абоненту 1 потрібно зв'язатися з абонентом k». З цією метою набирається номер абонента. k» і таким чином у генераторі адресного сигналу 1 встановлюється форма шумоподібного сигналу з номером « k». Якщо число абонентів дорівнює, то і кількість форм, що набираються, також дорівнює

Шумоподібний сигнал із номером « k» посилається в лінію зв'язку і таким чином діє на входах приймачів решти всіх абонентів. На шумоподібний сигнал k» налаштовано приймальну апаратуру тільки абонента « k», тому зв'язок встановлюється між абонентами 1 та « k». Приймачі інших абонентів на цей шумоподібний сигнал не відгукуються. Відповідь у відповідь від абонента « k» передається з використанням шумоподібного сигналу з номером 1. Важливою особливістю ААС є відсутність центральної комутаційної станції. Всі абоненти мають прямий доступ один до одного, а якщо використовується радіолінія, то частотна перебудова приймачів-передавачів для входження у зв'язок не проводиться.

На закінчення відзначимо, що у технічної літературі є опис ААСС, у яких використовується від 1000 до 1500 каналів із 50…100 активними абонентами.

Короткий опис CDMA

Прикладом впровадження технології зв'язку із шумоподібними сигналами є система з кодовим поділом каналів (CDMA – Code Division Multiple Access).

Чудова властивість цифрового зв'язку з шумоподібними сигналами - захищеність каналу зв'язку від перехоплення, перешкод та підслуховування. Тому дана технологія спочатку розроблена і використовувалася для збройних сил США і потім була передана для комерційного використання.

Система CDMA фірми Qualcom (стандарт IS-95) розрахована працювати у діапазоні 800 МГц. Система CDMA побудована методом прямого розширення спектра частот з урахуванням використання 64 видів послідовностей, сформованих згідно із законом функцій Уолша.

Кожному логічному каналу призначається свій код Волша. Всього в одному фізичному каналі може бути 64 логічних каналу, так як послідовностей Уолша, яким відповідають логічні канали 64, кожна з яких має довжину по 64 біта. У цьому 9 каналів - службові, інші 55 каналів застосовуються передачі даних.

При зміні знака біта інформаційного повідомлення фаза послідовності Уолша, що використовується, змінюється на 180 градусів. Так як ці послідовності взаємно ортогональні, то взаємні перешкоди між каналами передачі однієї базової станції відсутні. Перешкоди по каналах передачі базової станції створюють лише сусідні базові станції, які працюють у тій самій смузі частот і використовують ту саму ПСП, але з іншим циклічним зрушенням.

У стандарті CDMA використовується фазова модуляція ФМ 4 ОФМ 4.

У системах телемеханіки передачі багатьох сигналів за однією лінії зв'язку застосування звичайного кодування є недостатнім. Необхідно або додатковий поділ сигналів, або спеціальне кодування, яке включає елементи поділу сигналів. Поділ сигналів - забезпечення незалежної передачі та прийому багатьох сигналів по одній лінії зв'язку або в одній смузі частот, при якому сигнали зберігають свої властивості та не спотворюють один одного.

Зараз застосовуються такі способи:

1. Тимчасовий поділ, при якому сигнали передаються послідовно в часі, по черзі використовуючи ту саму смугу частот;

2. Кодово-адресний поділ, що здійснюється на базі тимчасового (рідше частотного) поділ сигналів з посилкою коду адреси;

3. Частотне поділ, у якому кожному з сигналів присвоюється своя частота і сигнали передаються послідовно чи паралельно у часі;

4. Частотно-часовий поділ, що дозволяє використовувати переваги як частотного, і тимчасового поділу сигналів;

5. Фазовий поділ, у якому сигнали відрізняються друг від друга фазою.

Тимчасовий поділ (ВР).Кожному з n-сигналів лінія надається по черзі: спочатку за проміжок часу t 1 передається сигнал 1, за t 2 - сигнал 2 і т.д. При цьому кожен сигнал займає свій часовий інтервал. Час, який відводиться передачі всіх сигналів, називається циклом. Смуга частот для передачі сигналів визначається найкоротшим імпульсом кодової комбінації. Між інформаційними часовими інтервалами необхідні захисні часові інтервали щоб уникнути взаємного впливу каналу на канал тобто. прохідних спотворень.

Для тимчасового поділу використовують розподільники, один з яких встановлюють на пункті управління, а інший - на виконавчому пункті.

Кодово – адресний поділ сигналів (КАР).Використовують часовий кодово-адресний поділ сигналів (ВКАР), при цьому спочатку передається синхронізуючий імпульс або кодова комбінація (синхрокомбінація) для забезпечення узгодженої роботи розподільників на пункті управління та контрольованому пункті. Далі надсилається кодова комбінація, звана кодом адреси. Перші символи коду адреси призначені для вибору контрольованого пункту та об'єкта, останні утворюють адресу функції, в якій вказується, яка ТМ - операція (функція) повинна виконуватись (ТУ, ТІ тощо). Після цього слідує кодова комбінація самої операції, тобто. передається командна інформація або приймається інформаційна інформація.

Частотний поділ сигналів.Для кожного з n-сигналів видається своя смуга в частотному діапазоні. На приймальному пункті (КП) кожен із надісланих сигналів виділяється спочатку смуговим фільтром, потім подається на демодулятор, потім на виконавчі реле. Можна передавати сигнали послідовно чи водночас, тобто. паралельно.

Фазовий поділ сигналів.На одній частоті передається кілька сигналів як радіоімпульсів з різними початковими фазами. Для цього використовується відносна або фазорастнісна маніпуляція.

Частотно-часовий розподіл сигналів.Заштриховані квадрати з номерами – це сигнали, що передаються у певній смузі частот та у виділеному інтервалі часу. Між сигналами є захисні часові інтервали та смуги частот. Число сигналів, що утворюються, при цьому значно збільшується.

24. Основні види перешкод у каналах та трактах провідних МСП(багатоканальної системи передачі) з ЧРК(частотним поділом каналів).

Під перешкодою розумітимемо всяке випадкове вплив на сигнал у каналі зв'язку, що перешкоджає правильному прийому сигналів. У цьому слід підкреслити випадковий характер впливу, оскільки боротьба з регулярними перешкодами не становить труднощів (у разі, теоретично). Так, наприклад, фон змінного струму або перешкода від певної радіостанції можуть бути усунені компенсацією або фільтрацією. У каналах зв'язку діють як адитивні перешкоди, тобто випадкові процеси, що накладаються на сигнали, що передаються, так і мультиплікативні перешкоди, що виражаються у випадкових змінах характеристик каналу.

На виході безперервного каналу завжди діють гауссівські перешкоди. До таких перешкод, зокрема відноситься тепловий шум. Ці перешкоди непереборні. Модель безперервного каналу, що включає закон композиції сигналу s(t), чотириполюсник з імпульсною характеристикою g(t, ) і джерело адитивних гауссовских перешкод (t).

Більш повна модель повинна враховувати інші типи адитивних (адитивних – сумарних) перешкод, нелінійні спотворення сигналу, а також мультиплікативні перешкоди.

Перейдемо до короткої характеристики перелічених вище перешкод.

Зосереджені за спектром, або гармонійні, перешкоди є вузькосмуговим модульованим сигналом. Причинами виникнення таких перешкод є зниження перехідного згасання між ланцюгами кабелю, вплив радіостанцій тощо.

Імпульсні перешкоди – це перешкоди, зосереджені за часом. Вони є випадковою послідовністю імпульсів, що мають випадкові амплітуди і наступних один за одним через випадкові інтервали часу, причому викликані ними перехідні процеси не перекриваються в часі. Причини появи цих перешкод: комутаційні шуми, наведення з високовольтних ліній, грозові розряди тощо. Нормування імпульсних перешкод каналі ТЧ здійснюється шляхом обмеження часу перевищення ними заданих порогів аналізу.

Флуктуаційна (випадкова) перешкода характеризується широким спектром та максимальною ентропією, і тому з нею найважче боротися. Однак у провідних каналах зв'язку рівень флуктуаційних перешкод досить малий і вони при малій питомій швидкості передачі практично не впливають на коефіцієнт помилок.

Мультиплікативні (множення на сигнал) перешкоди зумовлені випадковими змінами параметрів зв'язку. Зокрема, ці перешкоди виявляються зміні рівня сигналу на виході демодулятора. Розрізняють плавні та стрибкоподібні зміни рівня. Плавні зміни відбуваються за час, який набагато більший, ніж 0 – тривалість одиничного елемента; стрибкоподібні – за час, менший за 0 . Причиною плавних змін рівня можуть бути коливання загасання лінії зв'язку, спричинені, наприклад, зміною стану погоди, а радіоканалах - завмирання. Причиною стрибкоподібних змін рівня можуть бути погані контакти в апаратурі, недосконалість експлуатації апаратури зв'язку, технології вимірювання та ін.

Зниження рівня більш ніж 17,4 дБ нижче номінального називається перервою. При перерві рівень падає нижче за поріг чутливості приймача і прийом сигналів фактично припиняється. Перерви тривалістю менше 300 мс прийнято називати короткочасними, більше 300 мс – тривалими.

Імпульсні перешкоди та перерви є основною причиною появи помилок при передачі дискретних повідомлень провідними каналами зв'язку.

Адитивні перешкоди містять три складові: зосереджену за частотою (гармонічну), зосереджену у часі (імпульсну) та флуктуаційну. Перешкода, зосереджена за частотою, має спектр значно смуги пропускання каналу. Імпульсна перешкода є послідовністю короткочасних імпульсів, розділених інтервалами, що перевищують час перехідних процесів у каналі. Флуктуаційну перешкоду можна як послідовність безперервно наступних один за одним імпульсів, що має широкий спектр, що виходить за межі смуги пропускання каналу. Імпульсну перешкоду можна як крайній випадок флуктуаційної, коли її енергія зосереджена в окремих точках тимчасової осі, а гармонійну перешкоду - як інший крайній випадок, коли вся енергія зосереджена в окремих точках частотної осі.

Характеристиками адитивних перешкод каналах ТЧ є псофометрическая потужність шуму і рівень не зваженого шуму. Перша величина вимірюється приладом із квадратичним детектором та спеціальним контуром, що враховує чутливість людського вуха, мікрофона та телефону до напруг різних частот. Середня величина псофометричної потужності становить 2*10-15 Вт/м. Не зважений шум вимірюють приладом із квадратичним детектором, що має час інтегрування 200 мс. Ця величина в точці з відносним нульовим рівнем має перевищувати -49 дБ однією ділянці переприема. Зазначені характеристики не охоплюють імпульсних шумів, які вимірюють окремо і спеціальними приладами. Мультиплікативні перешкоди в каналах зв'язку виражаються в основному зміні залишкового згасання, що призводить до змін рівня сигналу. Зміни рівня сигналу реальних каналах зв'язку дуже різноманітні за своїм характером. Так, наприклад, розрізняють плавні та стрибкоподібні зміни рівня сигналу (іноді їх називають змінами залишкового згасання), короткочасні заниження рівня, короткочасні та тривалі перерви.

Плавними змінами рівня називають такі, при яких відхилення рівня від свого номінального значення до максимального (мінімального) відбувається за час, незрівнянно більший за тривалість одиничних елементів сигналу, що передається т0. До стрибкоподібних змін рівня відносяться ті, при яких зміна рівня від значення рН0М до рМАКС відбувається за час, який можна порівняти з часом одиничного інтервалу 0.

Дослідження показали, що за тривалий проміжок часу відхилення рівня від номінального значення відбуваються як у бік підвищення, так і у бік зниження, при цьому обидва напрямки зміни мають приблизно рівну ймовірність. Зміни такого роду можуть бути віднесені до повільних змін залишкового згасання. Поруч із ними мають місце швидкі, порівняно короткочасні зміни залишкового згасання, переважно призводять до зменшення рівня прийому. Значні заниження рівня сигналу призводять до спотворень сигналів і, як наслідок, до помилок. Заниження рівня сигналу зменшують його завадозахисність, що також викликає зростання числа помилок. І, нарешті, у синхронних системах зниження рівня сигналу призводить до порушення роботи синхронізації та витрати певного часу на входження, режим синхронізації при відновленні нормального рівня. Тому в сучасних системах ПДІ є спеціальні пристрої, які блокують приймач та його систему синхронізації при зменшенні рівня сигналу нижче заданого значення - П. З цієї причини заниження рівня на величину, більшу або рівну П, отримало назву перерви. При передачі даних згідно з рекомендаціями ЄАСС перервою вважають П = 17,4 дБ. Перерви ділять на короткочасні та тривалі

Для комутованих каналів ТЧ існує така норма: t КР.ПЕР ЗОО мс. Цей час вибрано з прийнятих в апаратурі телефонної комутації схемних рішень, які у разі перерви тривалістю понад 300 мс забезпечують роз'єднання раніше встановленого з'єднання, тобто призводять до відмови зв'язку. Зазначена величина рекомендується МСЕ як критерій відмови для передачі по комутованих каналах ТЧ. Рекомендована частка короткочасних перерв на одному переприймальному ділянці має перевищувати 1,5*10-5 за 90% часових відрізків часу.

Плавні зміни рівня певною мірою характеризуються величиною стабільності залишкового згасання. Відповідно до рекомендацій МСЕ залишкове загасання для двопровідного каналу ТЧ має становити 7,0, для чотирипровідного - 17,4 дБ, яке нестабільність у часі одному ділянці переприйому - не перевищувати 1,75 дБ.

У каналах зв'язку виникають також своєрідні мультиплікативні перешкоди, пов'язані з нестабільністю генераторів частот частот апаратури передачі. Внаслідок цього утрудняється виділення на прийомі когерентного коливання при ФМ або виникають спотворення сигналу ЧС. За існуючими нормами розбіжність частот, що піднесуть, на ділянці переприймання обмежується величиною 1 Гц. Крім того, поряд із стрибкоподібними змінами рівня сигналу в каналах зв'язку мають місце стрибки фази, проте останні поки не нормовані.

25. Принципи побудови СП (систем передачі) з тимчасовим розподілом каналів (ВРК). Основні етапи перетворення аналогових сигналів на цифрові (дискретизація за часом, квантування за рівнем, кодування).

У системах передачі з ВРК використовуються цифрові сигнали, що являють собою ту чи іншу імпульсну послідовність кодову, тобто. це система передачі цифрових даних. Нагадаємо, що для перетворення аналогового сигналу в цифровий використовуються операції ДИСКРЕТИЗАЦІЯ, КВАНТУВАННЯ, КОДИРУВАННЯ. Дискретизація складає основі теореми Котельникова. Для сигналів ТЧ із смугою 0,3 – 3,4 кГц + 0,9 кГц (захисний інтервал), тобто. fв = 4 кГц. Тактова частота дискретизації fт = 2fв = 8 кгц. Кожен відлік передається 8 бітами, отже, сигнал ТЧ можна передавати зі швидкістю fт × 8 біт = 8×103 ×8 = 64 кбіт/с. Це і є швидкість передачі одного каналу ТЧ. Відліки передаються як восьмирозрядних двійкових чисел, одержуваних при квантуванні відліків. Т.к. квантування має кінцеве число рівнів, та ще обмеження max і min, то очевидно, що квантований сигнал не є точним. Різниця між справжнім значенням відліку та його квантованим значенням – це шум квантування. Значення шуму квантування залежить від кількості рівнів квантування, швидкості зміни сигналу та від способу вибору кроку квантування.

При частотному поділі каналів(ЧРК) кожне з повідомлень, що підлягають передачі, займає смугу частот стандартного каналу ТЧ. У процесі формування групового сигналу кожному канальному сигналу відводиться смуга частот, що не перекривається зі спектрами інших сигналів. Тоді загальна смуга частот N-канальної групи дорівнюватиме . Вважаючи, що застосовується односмугова модуляція і кожен канал займає смугу частот , для спектру групового сигналу отримаємо

Груповий сигнал перетворюється на лінійний сигнал s л (t)і передається лінією зв'язку (тракту передачі). На приймальній стороні після перетворення лінійного сигналу груповий, останній за допомогою смугових канальних фільтрів Ф До(див. рис. 11.1) зі смугою пропускання та демодуляторів Д Доперетворюється на канальне повідомлення , яке надсилається одержувачам повідомлень.

На вхід приймального пристрою i-го каналу одночасно діють сигнали всіх Nканалів. Щоб без взаємних перешкод розділити сигнали, кожен із фільтрів Ф iповинен пропускати без послаблення лише ті частоти, які належать цьому i-му каналу; частоти сигналів всіх інших каналів фільтр Ф iповинен пригнічувати. За рахунок неідеальності характеристик смугових канальних фільтрів виникають перехідні взаємні перешкоди між каналами. Для зниження цих перешкод до допустимого рівня необхідно вводити частотні захисні інтервали між каналами . У сучасних системах багатоканального телефонного зв'язку кожному каналу виділяється смуга частот 4 кГц, хоча частотний спектр мовних сигналів, що передаються, обмежується смугою 300…3400 Гц, тобто ширина спектра сигналу становить 3,1 кГц. Отже, у разі = 0,9 кГц. Це означає, що у багатоканальних системах із ЧРК ефективно використовується приблизно 80% смуги пропускання тракту передачі. Крім того, необхідно забезпечити дуже високий рівень лінійності всього групового тракту.

При тимчасовому поділі каналів(ВРК) груповий тракт за допомогою синхронних комутаторів передавача та приймача по черзі надається для передачі сигналів кожного каналу багатоканальної системи. Структурну схему багатоканальної системи передачі з ВРК наведено на рис.11.2.

Як канальні сигнали в системах з ВРК використовуються неперекриваються в часі послідовності модульованих імпульсів (наприклад, по амплітуді). Сукупність канальних сигналів утворює груповий сигнал.

При тимчасовому поділі також можливі перехідні перешкоди між каналами, які зумовлені переважно двома причинами. Першою причиною є неідеальність АЧХ та ФЧХ тракту передачі, а другою – неідеальність синхронізації комутаторів на передавальній та приймальній стороні. Для зниження рівня взаємних перешкод при ВРК також доводиться вводити часові захисні інтервали. Це вимагає зменшення тривалості імпульсу кожного каналу і, як наслідок, розширення спектра сигналів. Так, у багатоканальних системах телефонного зв'язку смуга частот, що ефективно використовуються F У= 3100 Гц. Відповідно до теореми відліків Котельникова мінімальне значення частоти дискретизації f Д = 2f В= 6200 Гц. Однак у реальних системах обирають f Д= 8 кГц (із запасом).

Теоретично ВРК і ЧРК еквівалентні ефективності використання частотного спектра, однак у реальних умовах системи з ВРК дещо поступаються системам з ЧРК за цим показником через труднощі зниження рівня взаємних перешкод під час поділу сигналів. Однак системи з ВРК мають незаперечну перевагу, пов'язану з тим, що завдяки різночасності передачі різних каналів сигналів в них відсутні перехідні перешкоди нелінійного походження. У системах ВРК нижчий пік-фактор. Крім того, апаратура ВРК значно простіша за апаратуру ЧРК. Найбільш широке застосування ВРК знаходить у цифрових системах передачі з ІКМ.

Приватним випадком тимчасового поділу є поділ сигналів по фазі, у якому можна забезпечити лише двоканальну передачу .

У загальному випадку сигнали, що займають загальну смугу частот і що передаються одночасно, можуть бути розділені, якщо виконується умова їхньої лінійної незалежності або умова ортогональності.

Цим вимогам задовольняють сигнали, що різняться формою. У цифрових багатоканальних системах з поділом формою використовують ортогональні послідовності як функцій Уолша. Узагальненням поділу за формою, є асинхронно-адресні системи зв'язку(ААСС). У таких системах легко реалізуються резерви пропускної спроможності, що виникають за рахунок мало активних абонентів. Так, наприклад, можна організувати 1000-канальну систему зв'язку, в якій одночасно ведуть передачу будь-які 50-100 абонентів із тисячі.

При комбінованому методі поділугруповий сигнал є відображенням певних комбінацій дискретних канальних повідомлень за допомогою чисел, відповідних номеру комбінації. Ці числа можуть передаватися за допомогою сигналів дискретної модуляції будь-якого виду. Наприклад, для двійкових кодів (m=2)та числі каналів N=2групове повідомлення може приймати можливі значення, що відповідають різним комбінаціям нулів і одиниць:00, 01, 10, 11. N-канальних систем знадобиться різних значень параметра, що модулюється (частоти, фази). У випадку можна модулювати одночасно кілька параметрів переносника, наприклад, амплітуду і фазу, частоту і фазу тощо. буд. Структурна схема багатоканальної системи з комбінаційним (кодовим) поділом (ущільненням) представлена ​​на рис.11.3.

Рис.11.3. Структурна схема багатоканальної системи з комбінаційним ущільненням

Останнім часом великий інтерес проявляється до систем амплітудно-фазової модуляції(АФМ), що можна реалізувати схемою квадратурної модуляції. У системах АФМ протягом інтервалу передачі одного елементарного сигналу його фаза та амплітуда приймають значення, вибрані з ряду можливих дискретних значень амплітуд та фаз. Кожна комбінація значень амплітуди та фази відображає один із багатопозиційних сигналів групового сигналу з основою коду. Сигнали АФМ можна формувати також шляхом багаторівневої амплітудної та фазової модуляції двох квадратурних (зрушених по фазі на) коливань несучої частоти.

В останні роки успішно розвивається також теорія сигнально-кодових конструкцій(СКК), спрямована на підвищення швидкості передачі та завадостійкості при суттєвих обмеженнях на енергетику та займану смугу частот. Питання теорії СКК розглянуто у розділі 11 .

Частотний поділ сигналів. p align="justify"> Функціональна схема найпростішої системи багатоканального зв'язку з поділом каналів по частоті представлена ​​на рис. 9.2.

Простежимо основні етапи освіти сигналів, і навіть зміна цих сигналів у процесі передачі. Спочатку відповідно до переданих повідомлень первинні (індивідуальні) сигнали, що мають енергетичні спектри G 1 (ω), G 2 (ω),..., G N (ω) модулюють піднесучі частоти з кожного каналу. Цю операцію виконують модулятори М 1, M 2, ....., M N канальних передавачів. Отримані на виході частотних фільтрів Φ 1 , Φ 2 , ..., Φ N спектри gk (ω) канальних сигналів займають відповідно смуги частот Δω 1 , Δω 2 ,..., Δω N (мал. можуть відрізнятися по ширині від спектрів повідомлень Ω 1 , Ω 2 ,..., Ω N . При широкосмугових видах модуляції, наприклад ЧМ, ширина спектру Δω k ≈2(β + 1)Ω k , при ОМ Δω k = Ω k , тобто в загальному випадку Δω k ≥ Ω k Для спрощення вважатимемо, що використовується ОМ (як це заведено в кабельних системах багатоканального зв'язку з частотним поділом), тобто.

Δω k = Ω та Δω = NΩ. (9.11)

Вважатимемо, що спектри індивідуальних сигналів фінітні. Тоді можна підібрати піднесучі частоти k так, що смуги Δω 1 ,..., Δω 1 попарно не перекриваються. За цієї умови сигнали s k (t) (k = 1,..., N) взаємно-ортогональні. Потім спектри g 1 (ω), g 2 (ω),... ,g N (ω) сумуються (СУ) та їх сукупність g(ω) надходить на груповий модулятор (М). Тут спектр g(ω) за допомогою коливання несучої частоти 0 переноситься в область частот, відведену для передачі даної групи каналів, тобто груповий сигнал s(t) перетворюється в лінійний сигнал s Л (t) При цьому може використовуватися будь-який вид модуляції.

На приймальному кінці лінійний сигнал надходить на груповий демодулятор (приймач Π), який перетворює спектр лінійного сигналу спектр групового сигналу g(ω). Спектр групового сигналу потім за допомогою частотних фільтрів Φ 1 , Φ 2 ,..., N знову розділяється на окремі смуги Δω k , відповідні окремим каналам. Нарешті, канальні демодулятори Д перетворять спектри сигналів g k (ω) спектри повідомлень G k (ω), призначені одержувачам.

З наведених пояснень легко зрозуміти зміст частотного способу поділу каналів. Оскільки будь-яка реальна лінія зв'язку має обмежену смугу пропускання, то при багатоканальній передачі кожному окремому каналу відводиться певна частина загальної смуги пропускання.

На приймальній стороні одночасно діють сигнали всіх каналів, що відрізняються положенням частотних спектрів на шкалі частот. Щоб без взаємних перешкод розділити такі сигнали, приймальні пристрої повинні мати частотні фільтри. Кожен із фільтрів Φ л повинен пропустити без ослаблення лише ті частоти ω∈Δω k , які належать сигналу даного каналу; частоти сигналів всіх інших каналів ω∉Δω k фільтр повинен придушити.

Математично частотний поділ сигналів ідеальними смуговими фільтрами можна представити так:

де g k (t)-імпульсна реакція ідеального смугового фільтра, що пропускає без спотворень смугу частот Δω k . Вираз (9.12) збігається з (9.6) при ваговій функції η k (t, τ) = g k (t-τ). У спектральній ділянці перетворення (9.12) відповідає множенню спектра групового сигналу на Π-подібну передатну функцію (див. рис. 9.3).

Отже, з точки зору можливості повного поділу сигналів різних каналів необхідно мати такі фільтри k, смуга пропускання яких повністю відповідає ширині спектра сигналу Δω k ; на гармонійні складові поза смуги Δω k фільтр Φ k реагувати ні. При цьому мається на увазі, що енергія сигналів s k повністю зосереджена в межах обмеженої смуги Δω k відведеної k-му каналу. Якби обидві ці умови задовольнялися, за допомогою частотних фільтрів можна було б розділити сигнали різних каналів без взаємних перешкод. Однак жодна з цих умов принципово нездійсненна. Результатом є взаємні перешкоди між каналами. Вони виникають як за рахунок неповного зосередження енергії сигналу k-го каналу в межах заданої смуги частот Δω k так і за рахунок неідеальності реальних смугових фільтрів. У реальних умовах доводиться враховувати також взаємні перешкоди нелінійного походження, наприклад, за рахунок нелінійності характеристик групового каналу.

Для зниження перехідних перешкод до допустимого рівня доводиться вводити частотні захисні інтервали Δω защ (рис. 9.4). Так, наприклад, у сучасних системах багатоканального телефонного зв'язку кожному телефонному каналу виділяється смуга частот 4 кГц, хоча частотний спектр звукових сигналів, що передаються, обмежується смугою від 300 до 3400 Гц, тобто ширина спектра становить 3,1 кГц. Між смугами частот сусідніх каналів передбачені інтервали шириною по 0,9 кГц, призначені зниження рівня взаємних перешкод при розфільтруванні сигналів. Це означає, що багатоканальних системах зв'язку з частотним поділом сигналів ефективно використовується лише близько 80% смуги пропускання лінії зв'язку. Крім того, необхідно забезпечити дуже високий рівень лінійності всього тракту групового сигналу.

Тимчасовий поділ сигналів. Принцип тимчасового поділу сигналів дуже простий і давно застосовується в телеграфії. Він у тому, що з допомогою комутатора K пер груповий тракт надається по черзі передачі сигналів кожного каналу багатоканальної системи * . При надсиланні безперервних повідомлень для тимчасового поділу використовується дискретизація за часом (імпульсна модуляція). Спочатку передається сигнал (імпульс) 1 каналу, потім наступного каналу і т. д. до останнього каналу за номером N, після чого знову включається 1 канал і процес періодично повторюється (рис. 9.5).

* (У сучасній апаратурі механічні комутатори практично не використовують. Замість них застосовують електронні комутатори, виконані, наприклад, на регістрах зсуву.)

На приймальному кінці встановлюється аналогічний комутатор K пр, який підключає груповий тракт по черзі приймачів відповідних каналів. Приймач кожного k-ro каналу повинен бути підключений тільки на час передачі k-ro сигналу і вимкнений решту часу, поки передаються сигнали в інших каналах. Це означає, що для нормальної роботи багатоканальної системи з тимчасовим поділом необхідна синхронна та синфазна робота комутаторів на приймальній та передавальної сторонах. Часто для цього один із каналів займають під передачу спеціальних імпульсів синхронізації, призначених для узгодженої в часі роботи K пер та K ін.

На рис. 9.6 представлені часові діаграми двоканальної системи з АІМ. Переносником повідомлень є послідовності імпульсів (з періодом T 0 = 1/2F max), що надходять на імпульсний модулятор (ІМ) від генератора тактових імпульсів (ГТІ). Груповий сигнал (рис. 9.6,а) надходить на комутатор K пр. Останній виконує роль "тимчасових" параметричних фільтрів або ключів, передатна функція яких K k (рис. 9.6,6) змінюється синхронно (з періодом Т 0) і синфазно зі змінами передавальної функції K пер:

Це означає, що до тракту передачі в межах кожного інтервалу Δt k підключений тільки k-н імпульсний детектор ИД-k. Отримані в результаті детектування sk(t) повідомлення надходять до одержувача повідомлень ПС-k.

Оператор π k , що описує роботу ключового фільтра, вирізає з сигналу s(t) інтервали Δt k наступні з періодом Т 0 і відкидає решту сигналу. Легко переконатися, що його можна подати у формі (9.6), якщо

Тут, як і раніше, Δt k означає інтервал, протягом якого передаються сигнали k-го джерела.

При тимчасовому поділі взаємні перешкоди переважно зумовлені двома причинами. Перша полягає в тому, що лінійні спотворення, що виникають за рахунок обмеженості смуги частот і неідеальності амплітудно-частотної та фазо-частотної характеристик будь-якої фізично здійсненної системи зв'язку, порушують імпульсний характер сигналів. Справді, якщо передачі модулированных імпульсів кінцевої тривалості обмежити спектр, то імпульси " розпливуться " і замість імпульсів кінцевої тривалості отримаємо процеси, нескінченно протяжні у часі. При тимчасовому розділенні сигналів це призведе до того, що імпульси одного каналу накладатимуться на імпульси інших каналів (рис. 9.7). Інакше висловлюючись, між каналами виникають взаємні перехідні перешкоди чи міжсимвольна інтерференція. Крім того, взаємні перешкоди можуть виникати за рахунок недосконалості синхронізації тактових імпульсів на передавальної та приймальної сторонах.

Для зниження рівня взаємних перешкод доводиться вводити "захисні" часові інтервали, що відповідає деякому розширенню спектра сигналів. Так, у багатоканальних системах телефонії смуга частот, що ефективно передаються F = 3100 Гц; відповідно до теореми Котельникова мінімальне значення f 0 = 2F = 6200 Гц. Однак у реальних системах частоту проходження імпульсів вибирають із деяким запасом: f 0 = 8 кГц. Для передачі таких імпульсів в одноканальному режимі знадобиться смуга частот щонайменше 4 кГц. При тимчасовому розділенні каналів сигнал кожного каналу займає однакову смугу частот, що визначається в ідеальних умовах згідно з теоремою Котельникова із співвідношення (без урахування каналу синхронізації)

Δt k = T 0 /N = 1/(2F заг), (9.15)

де F заг = NF, що збігається із загальною смугою частот системи при частотному поділі. Хоча теоретично тимчасове та частотне поділу дозволяють отримати однакову ефективність використання частотного спектру, проте поки що системи тимчасового (поділу поступаються системам частотного поділу за цим показником).

Разом з тим системи з тимчасовим поділом мають незаперечну перевагу, пов'язану з тим, що завдяки різночасності передачі сигналів різних каналів відсутні перехідні перешкоди нелінійного походження. Крім того, апаратура тимчасового поділу значно простіша, ніж при частотному поділі, де для кожного індивідуального каналу потрібні відповідні смугові фільтри, які важко реалізувати засобами мікроелектроніки. Важливою перевагою систем тимчасового поділу є менший пік-фактор. Тимчасовий поділ широко використовують при передачі безперервних повідомлень з аналоговою модуляцією імпульсної, і особливо в цифрових системах ІКМ.

Зауважимо також, що сумарна потужність Р oбщ прийнятого сигналу s(t) необхідна для забезпечення заданої вірності в присутності флуктуаційних перешкод, як при частотному, так і при часовому поділах (а також при інших, системах, що розглядаються нижче, з лінійним поділом) в ідеальному випадку в N разів більше, ніж потужність Р при одноканальній передачі з тим самим видом модуляції Р oбщ = NР. Це легко зрозуміти, оскільки при складанні незалежних сигналів їх потужності складаються. Насправді через перехідні перешкоди вірність прийому в багатоканальній системі при виконанні цієї умови дещо нижча, ніж в одноканальній. Збільшуючи потужність сигналу в багатоканальній системі, не можна знизити вплив перехідних перешкод, оскільки при цьому потужність останніх також зростає, а у разі перешкод нелінійного походження зростає навіть швидше, ніж потужність сигналу.

Фазовий поділ сигналів. Розглянемо тепер безліч синусоїдальних сигналів:

Тут підлягає передачі інформація міститься в змінах амплітуди Ak (амплітудна модуляція), несуча частота сигналів ω 0 - та сама, а сигнали розрізняються початковими фазами φ k .

Серед множини N сигналів (9.16) лише будь-які два сигнали є лінійно-незалежними; будь-які n>2 сигналів лінійно-залежні. Це означає, що на одній несучій частоті 0 при довільних значеннях амплітуд A i і A k і фаз φ i і φ k можна забезпечити лише двоканальну передачу * .

* (Поділ сигналів при фіксованих значеннях амплітуд A i і фаз i обговорюється в § 9.5.)

Насправді переважно використовують значення 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 цьому сигнали s 1 (t) і s 2 (t) ортогональні, що полегшує реалізацію системи та покращує її енергетичні показники.