6.4. Методы уплотнения и разделения каналов и абонентов

В зависимости от назначения, каждой СПИ выделяется некоторый диапазон частот, который в дальнейшем называется общей полосой частот (общей для всех абонентов). Использование общей полосы частот абонентами определяется методами уплотнения (размещение спектров сигналов всех абонентов в общей полосе) и разделения (выделение сигналов абонента). Поскольку тот или иной метод уплотнения однозначно определяет метод разделения (обратное также справедливо), то в дальнейшем будем классифицировать методы уплотнения и разделения по методам разделения.

Возможны три метода разделения информации различных абонентов, передаваемой по выделенным для них каналам. Метод частотного разделения (ЧР) заключается в том, что каждому абоненту отводится своя абонентская полоса частот (частотный канал) в пределах общей полосы частот системы. При этом абонентские полосы частот не перекрываются, но сигналы абонентов перекрываются во времени. Метод временного разделения (ВР) заключается в том, что каждый абонент работает в свой абонентский интервал времени (временной канал), в течение которого другие абоненты информацию не передают. Спектры абонентов занимают всю общую полосу частот и полностью перекрываются. Метод кодового разделения (КР) заключается в том, что разделение осуществляется по форме сигналов, которые использует тот или иной абонент, причем абоненты работают в общей полосе частот в одно время.

Первым нашло применение частотное разделение, так как оно было известно раньше других методов и достаточно просто реализовалось практически. Развитие импульсных методов модуляции привело к появлению временного разделения. Основы разделения информации по форме сигналов (основы линейной селекции или кодового разделения) были развиты Д. В. Агеевым в 1935 г. [3].

Иное положение имеет место в случае СПИ с кодовым

разделением. Поскольку кодовое разделение основано на различии сигналов, то построение таких СПИ и их характеристики определяются выбором сигналов и их свойствами. Обычно число абонентов достаточно велико, поэтому выбор сигналов для СПИ с КР сводится к определению систем сигналов с заданными свойствами. Развитие СПИ с КР и привело к исследованиям в области теории систем сигналов, основные результаты которой будут изложены в дальнейшем.

Системы связи с КР являются адресными системами, так как сигналы абонента выполняют роль его адреса. Адресные системы связи можно разделить на два класса — синхронные адресные системы (САС) и асинхронные адресные системы (ААС). Первые используются в основном при централизованном объединении абонентов, вторые — при автономном. В САС передача информации осуществляется таким образом, что переносчики информации удовлетворяют условию ортогональности (6.2), т. е. если абоненты используют сигналы спектрами то при имеют место равенства

Отметим, что условия ортогональности (6.10), (6.11) являются частными случаями линейной независимости сигналов. Если соблюдается равенство (6.10), то выполняется и (6.11). Если сигналы линейно-независимы, то они разделяются без взаимных помех. На практике обычно используют ортогональные сигналы.

Поскольку при временных смещениях ортогональность нарушается, то для обеспечения ортогональности необходимо иметь синхронизацию по времени. Таким образом, в САС передача информации различными абонентами осуществляется ортогональными сигналами при условии временной синхронизации между ними. Наличие синхронизации приводит к тому, что в САС взаимные помехи не возникают.

Следует отметить, что в системах связи с ЧР взаимные помехи принципиально существуют всегда, так как сигналы с конечной длительностью имеют бесконечно протяженные спектры, а разделительные фильтры пропускают с конечным ослаблением все частоты. По этим двум причинам часть энергии сигнала произвольного канала в системах связи с ЧР попадает в любой канал, создавая взаимную помеху. Выбором сигналов (уменьшением «внеполосных» излучений) и фильтров (повышением ослабления вне полосы пропускания), размещением каналов по частоте можно уменьшить взаимные помехи до допустимого малого уровня. При этом можно считать, что приближенно условие ортогональности (6.11) выполняется.

В ААС равенства (6.10), (6.11) не имеют места, поэтому в таких системах существуют взаимные помехи между абонентами, которые иногда называются «шумами неортогональности» или системными помехами. Из-за взаимных помех число

одновременво работающих абонентов в ААС при той же помехоустойчивости будет меньше, чем в синхронных. Но при построении ААС нет необходимости в обеспечении синхронизации абонентов по времени и по частоте. В этом существенное преимущество ААС перед синхронными системами, особенно в тех случаях, когда невозможно обеспечить временную синхронизацию абонентов, разбросанных на большой территории, по этой причине ААС и получили развитие.

В САС и ААС для обеспечения работы большого числа абонентов необходимо иметь, по крайней мере, такое же число различных сигналов. Поскольку сигналы нельзя выбирать произвольно, необходимо использовать системы сигналов с определенными свойствами. Решение вопросов выбора систем сигналов во многом определяется назначением системы связи и ее характеристиками. Основными характеристиками системы связи являются помехоустойчивость и эффективность. Под помехоустойчивостью системы связи подразумевают ее способность противостоять помехам, а под эффективностью — использование общей полосы частот, времени и мощности передатчика.

Поскольку любые системы связи состоят из каналов (в предельном случае из одною), то сначала необходимо рассмотреть помехоустойчивость одного канала, т. е. одноканальной системы связи, предназначенной для передачи дискретных или непрерывных сообщений.