Принцип частотного разделения каналов

Из теории известно, что гармоническое колебание описывается выражением:

u = U₀ sin (ω₀t + φ₀), если фаза равна нулю, то u = U₀ sin ω₀t.

Реализующими амплитудную модуляцию исходного сигнала являются модуляторы (преобразователи). На один вход модулятора (рисунок 1) подается колебания исходного сигнала, который необходимо перенести в другую часть частотного спектра, на другой – несущее колебание, частота которого должна быть много больше частоты исходного сигнала.

u_Ω

u_ω

Рисунок 2 – Структурная схема преобразования исходного сигнала

Если несущее колебание и описывается как и = U₀ sin ω₀t,

а исходный сигнал и_Ω выражается как

и_Ω = , тогда на выходе модулятора получаем суммарный амплитудно-модулированный сигнал:

u_а = U₀ sin ω₀t +

Здесь первое слагаемое – колебание несущей частоты, второе – группа комбинационных частот нижней боковой полосы (НБП), третье – группа комбинационных частот верхней боковой полосы (ВБП).

Огибающие спектров НБП и ВБП повторяют огибающую спектра исходного сигнала, причем ВБП, полностью повторяющая форму исходного сигнала, называется прямым спектром, зеркальная боковая (НБП) – инверсным.

а) б)

НБП ВБП

F_min F_max F_min F_max f₀ F_min F_max

Рисунок 3 – Спектр исходного сигнала до (а) и после (б) преобразования

Реальные исходные сигналы имеют спектры, которые ограничены полосой ∆F = F_max - F_min .

Тогда ширина спектра амплитудно-модулированного (АМ) сигнала будет равна:

∆f = f₀ + F_max - f₀ + F_max = 2F_max.

Для телефонных сигналов (F_min = 0,3 кГц, F_max = 3,4 кГц)

с ∆F = 3100 Гц и F_max = 3400 Гц ширина спектра ∆f_a = 6800 Гц.

В АМ сигнале передаваемая информация содержится как в верхней (ВБП), так и в нижней (НБП) боковых полосах. Несущая частота f₀ не содержит информации, причем ее энергия в десятки раз превышает энергию колебаний боковых полос.

При построении многоканальных систем передачи преимущественно используются частотный и временной способы разделения каналов.

При частотном способе разделения каналов за каждым из них в линии передачи закрепляется определенный спектр частот. Для этого преобразователи (модуляторы) передающей станции должны перенести частотные полосы исходных сигналов в частотные полосы, которые отводятся для передачи по тому или иному каналу. Этот перенос может быть осуществлен с помощью амплитудной, частотной или фазовой модуляции. Частоты несущих колебаний необходимо выбирать так, чтобы спектры частот канальных сигналов не перекрывались. Необходимо отметить, что система, в которой реализуется частотное разделение каналов (ЧРК) и используется только амплитудная модуляция исходного сигнала называется аналоговой системой передачи (АСП). ЧРК заключается в переносе сигнала тональной частоты 0,3÷3,4 кГц (F_min... F_max) в определенную другую полосу частот с помощью несущей частоты.

Упрощенная структурная схема многоканальной системы передачи (трехканальная) с ЧРК приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Структурная схема многоканальной системы

передачи с ЧРК

Каналы в АСП в основном используются для передачи однородных сигналов (телефонных), частотные полосы которых можно считать совпадающими. Поэтому полосы частот исходных сигналов (рисунок 4) приняты одинаковыми (F_min … F_max).

Исходные сигналы С₁…С₃, поступающие на модуляторы М₁… М₃, модулируются несущими частотами f_н1 … f_н3 (12, 16, 20 кГц). Формирование канальных сигналов выполняют полосовые фильтры ПФ1…ПФ3, которые подавляют все побочные продукты модуляции не нужные для передачи.

Выделенные фильтрами канальные сигналы занимают соответственно полосы частот f₁ … f₂, f₃ … f₄, f₅ … f₆. Эти полосы частот не должны перекрываться (рисунок 5). Канальные сигналы объединяются и образуют групповой сигнал, полоса частот которого равна f₁ … f₆.

Рисунок 5 – Образование спектра группового сигнала

Ширина полосы частот канальных сигналов ∆f в общем случае может отличаться от ширины полосы частот исходного сигнала (ТЧ) ∆F,а именно

∆f ≥ ∆F. Желательно, чтобы ∆f = ∆F, так как в этом случае при заданном числе каналов N ширина спектра группового сигнала минимальна, что позволяет увеличить экономическую эффективность системы передачи. На приемной оконечной станции канальные сигналы выделяются из группового при помощи полосовых канальных фильтров ПФ₁…ПФ_N. Для получения исходных сигналов канальные сигналы подаются на демодуляторы ДМ₁… ДМ_N. Если несущие частоты на выходе модуляторов передающей станции будут подавлены, то на демодуляторы кроме канальных сигналов должны быть поданы несущие частоты (f_н1 … f_нN). Фильтры нижних частот ФНЧ выделяют исходный сигнал, внося большое затухание в высокочастотные составляющие сигнала, появившиеся в процессе демодуляции.

Для полного разделения канальных сигналов необходимо, чтобы характеристики полосовых фильтров были идеальными. Так как у реальных фильтров крутизна нарастания затухания ограничена, то между каналами могут возникнуть переходные помехи. Для их уменьшения до допустимых значений между спектрами канальных сигналов вводятся защитные частотные интервалы ∆f_защ (рисунок 5). При передаче исходных сигналов (каналов ТЧ) этот защитный интервал между канальными сигналами взят 0,9 кГц.

Вывод

Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Это сильней всего проявляется в разработке и внедрении новых телекоммуникационных систем. Существующие аналоговые системы передачи заменяются на цифровые, первым этапом которых стала плезиохронная цифровая иерархия ПЦИ (PDH). В настоящее время широко внедряется синхронная цифровая иерархия СЦИ (SDH), работающая как на медных, так и на волоконно-оптических кабелях связи.

Для передачи исходных сигналов (речевых или каналов ТЧ, что тоже самое) в системах передачи необходимо их преобразование в вид удобный для передачи. В настоящем материале рассмотрен принцип преобразования речевых сигналов с помощью амплитудной модуляции и показаны способы их передачи в системах с ЧРК.

Контрольные вопросы

1. Назовите принцип образования и коэффициенты мультиплексирования Европейской плезиохронной цифровой иерархии.

2. Дайте характеристику исходного сигнала (канала ТЧ).

3. Покажите состав спектра амплитудно-модулированного сигнала.

4. Назовите условия осуществления амплитудной модуляции.

5. Поясните назначение блоков упрощенной структурной схемы АСП с ЧРК.

6. Покажите принципы разделения каналов в системах передачи с ЧРК.

7. Назовите защитный интервал между исходными сигналами в групповом спектре и поясните его необходимость.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 1605; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!