9.2. ПРИНЦИПЫ УПЛОТНЕНИЯ ЛИНИЙ СВЯЗИ [1—3, 8]

9.2.1. Частотное разделение канальных сигналов. При частотном разделении канальных сигналов переносчики имеют различные частоты. Поэтому модулированные (канальные) сигналы занимают неперекрывающие полосы частот в общей полосе линнн связи и являются ортогональными. Выделение канальных сигналов в приемнике производится с помощью полосовых фильтров. Центральные частоты фильтров соответствуют частотам переносчиков, а полосы прозрачности — ширине спектров модулированных сигналов.

Для эффективного разделения канальных сигналов необходимо, чтобы выполнялись два условия: частоты сигналов-переносчнков должны быть различны и разнесены на интервал, больший или равный шнрине спектра модулированного сигнала; отклонение реальных характеристик полосовых фильтров от идеальных не должно влиять на качество разделения, поэтому необходимо оставлять защитный интервал частот между каналами.

Для модуляции канальных переносчиков можно применять все известные способы. Ясно, что более экономное использование полосы частот линии связи имеет место при однополосной модуляцин, так как в этом случае ширина спектра модулированного сигнала равна шнрнне спектра полезного сигнала.

В технике радиосвязи применяют двойную модуляцию. Полученным в результате уплотнения линии связи групповым сигналом модулируют основную несущую, а канальные частоты называют поднесущими. В приемнике сначала выполняют демодуляцию с целью получения линейного сигнала, а затем уже производится разделение канальных сигналов. Системы с поднесущимн нашли широкое примененне в радиорелейной связи и в телеметрии. Качество передачи информации в таких системах определяется обоими видами модуляции. При оценке помехоустойчивости двойной модуляции необходимо учитывать и переходные помехи.

Исследования показали, что система ОМ-ЧМ, получившая распространение в радиорелейных УКВ линиях связи, обладает сравнительно высокой помехоустойчивостью и относительно неплохой эффективностью использования полосы

частот линии. Недостатками этой системы являются снижение эффективности использования полосы частот линии при увеличении индекса модуляции, наличие порога помехоустойчивости и появление переходных помех при многолучевом распространении радиоволн. Большое внимание уделяется системе ОМ-ОМ, которая лишена указанных недостатков. Ее недостатком является усложнение аппаратуры формирования группового и линейного сигналов, а также аппаратуры выделения полезных сигналов. Для многоканальной телеграфной связи используют и диапазон коротких волн, обычно применяют системы ЧМ-ОМ, а также ОФМ-ОМ, если число каналов невелико. В радиорелейных линиях связи для передачи телеграфной информации выделяют часть телефонных каналов, которые вторично уплотняют телеграфными каналами.

Основные достоинства частотного разделения: простота технической реализации, высокая помехоустойчивость, возможность организации любого числа каналов, а также последующего его увеличения, если позволяет общая полоса пропускания линии связи. Недостатки: неизбежное расширение полосы используемых системой частот при увеличении числа каналов, относительно низкая эффективность использования полосы частот линии из-за потерь на «расфильтров-ку», громоздкость и высокая стоимость аппаратуры, обусловленные в основном большим колнчеством фильтров.

9.2.2. Временное разделение канальных сигналов. Многоканальные системы с временным разделением канальных сигналов широко применяют для передачи как аналоговой, так и дискретной информации. Сущность временного разделения заключается в том, что все каналы поочередно используют одну и ту же полосу частот линии связи. Временное разделение может применяться только при импульсной модуляции (см. § 3.5), когда из-за большой скважности между импульсами одного канала образуется большой интервал времени, в котором можно разместить импульсы других каналов.

Передающее и приемное устройства многоканальной системы с временным разделением сигналов имеют электронные переключатели, назначение которых периодически и синхронно подключать ,к линии передатчик и приемник каналов системы. Частоту повторения канальных сигналов (величина, обратная периоду подключения к линии одного канала) выбирают согласно теореме Котельникова. С учетом реальных характеристик устройств обычно

где верхняя граничная частота полезных сигналов. Для синхронизации работы переключателей передают вспомогательные синхронизирующие импульсы, для которых отводят один или несколько каналов.

При временном разделении используют различные виды импульсной модуляции: фазоимпульсную, широтно-импульсную, импульсно-кодовую, дельта-модуляцию и др. При использовании радиолиний применяют двойную модуляцию, например ФИМ-АМ, ФИМ-ЧМ, ИКМ-ЧМ, ИКМ-ОФМ.

В системах с временным разделением отсутствуют канальные полосовые фильтры, стоимость которых достигает 40% стоимости систем с частотным разделением. При временном разделении каналов просто осуществить выделение каналов на промежуточных станциях, без каких-либо ограничений количества выделяемых каналов и с сохранением высокого качества передачи. Аппаратура этих систем имеет малые габариты и массу, что обусловлено широким применением микромодулей, интегральных схем, элементов цифровой вычислительной техники.

Основной недостаток систем с временным разделением — необходимость обеспечения синхронной работы коммутаторов каналов передатчика и приемника, относительная сложность изготовления аппаратуры на большое количество каналоз, рост полосы занимаемых частот с увеличением числа каналов, что обусловлено уменьшением длительности передаваемых канальных импульсов. Расширениеполосы по сравнению с системами с частотным разделением оправдывается высокой помехоустойчивостью импульсных методов передачи (ФИМ, ИКД, ДМ), что является существенным преимуществом систем с временным разделением.

Преимущества систем с временным разделением каналов обусловили их широкое распространенне в телефонии, особенно систем с импульсно-кодовой

модуляцией и временным делением каналов (ИКМ-ВД). В этих системах применяют компандирование речевых сигналов (см. § 3.5). В результате общее количества уровней квантования, необходимое для обеспечения высокого качества, резко уменьшается. Отличное качество передачи речевой информации при неравномерном квантовании достигается при уровнях, хорошее — при 64 и удовлетворительное — при 32. В современных системах используют -разрядный код — семь информационных импульсов и восьмой для передачи сигналов управления работой автоматических телефонных станций.

Системы ИКМ-ВД находят применение для уплотнения как городских, так и междугородных телефонных линий. Их используют для передачи речевых, телевизионных, видеотелефонных сигналов и высокоскоростной передачи данных. Восьмизначный код имеет кодовые комбинации, длина которых соответствует одному машинному слогу (байту). Поэтому системы ИКД-ВД хорошо сопрягаются с входными и выходными устройствами ЦВМ. Непосредственный синхронный ввод дискретной информации в ИКМ каналы позволяет получить скорость передачи в стандартном телефонном канале около При обычном вводе информации, когда применяют ее двойное преобразование (аналого-цифровое и цифроаналоговое), максимальная скорость всего лишь порядка

9.2.3. Частотно-временное разделение сигналов применяют для того, чтобы использовать преимущества как частотного, так и временного уплотнения. Системы с частотно-временным разделением строят по следующему принципу: предварительно производится уплотнение по времени, затем образовавшиеся группы каналов подают на вход системы с частотным уплотнением, в которой каждая группа каналов работает на своем несущем колебании. При таком комбинированном методе уплотнения линий связи значительно увеличивается число каналов системы и существенно упрощается аппаратура по сравнению с системами только частотного уплотнения.

9.2.4. Разделение канальных сигналов по форме лежит в основе построения широкополосных систем связи с шумоподобными сигналами-переносчнками (см. § 3.3). Шумоподобные сигналы различной формы удовлетворяют условию (9.6) линейной независимости. Для передачи можно использовать одну и ту же полосу частот линий связи и передачу производить в одни и те же интервалы времени. Поэтому эффективность использования линий связи существенно возрастает. Для разделения канальных сигналов в приемнике наиболее часто используют квазиортогональность (см. § 3.3) шумоподобных сигналов.

9.2.5. Кодово-адресное разделение канальных сигналов объединяет преимущества частотного и временного разделения и разделения сигналов по форме. В системах с кодово-адресным разделением, чаще всего использующим УКВ радиолинии, каждому абоненту (станции) присваивается адрес, который представляет определенную кодовую последовательность, известную всем абонентам системы. Абоненты одновременно используют общую полосу частот линии связи, поэтому системы с кодово-адресным разделением называют системами со свободным доступом. Связь между любымн двумя абонентами может осуществляться в любое время и вне зависимости от использовании линии в это время другими абонентами. Основным фактором, сдерживающим рост числа одновременно работающих абонентов, является увеличение уровня взаимных помех.

В качестве сигналов-переносчиков используют ансамбль сигналов, обладающих хорошими корреляциониымн свойствами и прежде всего малыми значениями взаимокорреляционной функцин. Такие сигналы, как уже отмечалось (см. § 3.3), называют квазиортогональнымн. В системах с кодово-адресным разделением используют как непрерывные, так и дискретные сигналы. В системах с непрерывными сигналами используют шумоподобные сигналы или двоичные псевдослучайные последовательности (см. § 3.3).

Во многих системах с кодово-адресным уплотнением в качестве сигналов используют набор элементов частотно-временной матрицы. С помощью ФИМ или ДМ непрерывные сигналы преобразуются в последовательность импульсов определенной длительности. Формирующее устройство передатчика (шифратор) кодирует каждый двоичный информационный символ в дискретный адрес — набор нескольких (трех-четырех) импульсов с различной частотой заполнения. Управляемыми параметрами шифратора являются временные интервалы между импульсами и частоты заполнения видеоимпульсов адресной последовательности.

Эти параметры и играют роль параметров селекции при разделении канальных сигналов.

Общее число время-частотных комбинаций импульсов в адресных последовательностях достигает нескольких десятков тысяч (общее число абонентов). В приемнике перед демодулятором стоит дешифратор адресной последовательности, который выделяет информационные сигналы только своего адреса. Демодулятор преобразует выделенные информационные импульсы в полезные сигналы. Приемник в таких системах работает как цифровой согласованный фильтр.

Важными достоинствами систем с кодово-адресным уплотнением линий связи являются высокая эффективность и надежность связи, более низкая стоимость аппаратуры по сравнению с системами частотного разделения, высокая помехоустойчивость.

Контрольные вопросы

(см. скан)