Основи розділення каналів

Багатоканальними системами називають системи, в яких передача великої кількості незалежних один від одного повідомлень здійснюється одночасно по одній лінії зв'язку. Їх розвиток обумовлений прямуванням до економії коштів, необхідних для побудови лінії зв'язку. Багатоканальні системи будують в основному для сукупності повідомлень комерційного характеру, що передаються на великі віддалі. Найбільш розповсюдженими багатоканальними системами потрібно вважати системи багатократної телеграфії, телефонії та передачі даних, системи радіорелейного зв'язку з використанням штучних супутників Землі, системи радіотелеметрії і радіокерування. Відмінною особливістю всіх цих систем є те, що вони всі містять в собі пристрої, що дозволяють ущільнити лінії зв'язку, й пристрої, які забезпечують розділення прийнятих повідомлень.

Загальний принцип багатоканальної системи приводиться на блок-схемі (рис.9.1), що представляє багатоканальну систему радіозв'язку. Першим елементом кожної з таких систем є джерело інформації, який поряд з "генератором повідомлення" (друкованим текстом, диктором, зображенням, що передається) містить також перетворювач інформаціі в електричний сигнал (телеграфний апарат, мікрофон, телевізійну трубку) і при необхідності також кодуючий пристрій. На виході кожного такого джерела одержуємо канальне повідомлення, що позначається r_k1(t), r_k2(t) і т.д. Ці канальні повідомлення, або електричні сигнали окремих абонементів, поступають на пристрій ущільнення каналів, вхідними вузлами якого є канальні передавачі. Вони перетворюють канальні повідомлення в канальні сигнали s_k1(t), s_k2(t) і т.д. згідно закону

(9.1)

де Λ_і — оператор, який надає повідомленню, що множиться на нього, властивості, які відрізняють це повідомлення від повідомлень, що передаються по інших каналах. Всі канальні сигнали подаються на загальний сумуючий пристрій, на виході якого після складання всіх канальних сигналів утворюється лінійне багатоканальне повідомлення

. (9.2)

Рисунок 9.1-Функціональна схема багатоканальної системи

Останнє подається на передатчик (лінійний), в якому лінійне повідомлення перетворюється у високочастотний лінійний сигнал

, (9.3)

який випромінюється в простір антеною передавача. В середовищі між антеною передавача та антеною приймача допускається існування групового (загального) каналу, або лінії зв'язку. Вважається, що на цій ділянці до сигналу додаються всі можливі завади.

Приймач лінійного (групового) сигналу сприймає цей сигнал сумісно з завадами, що може бути записано таким чином

. (9.4)

де k(t) — мультиплікативна завада (та викривлення);

п(t) — адитивна завада (та викривлення).

Сприйнятий лінійний сигнал знімається з переносія (демодулюється), т.б. відновлюється лінійне повідомлення. Це відновлення виконується оператором М^-1, оберненим до оператора М. Зневажаючи дією мультиплікативної завади на виході з приймача, одержимо

. (9.5)

З формул (9.3) та (9.5) виходить, що умовою нормальної роботи лінії зв'язку є взаємна однозначність перетворень, що здійснюються операторами М та М^-1, які характеризують відповідно роботу передавача та приймача.

Зняте з приймача лінійне повідомлення поступає на прилад розділення каналів. Кожний з селекторів, що знаходиться в ньому, покликаний відділити з лінійного повідомлення "свій" канальний сигнал. Ця дія характеризується деяким оператором р_l. Якщо знехтувати завадами, процес розділення можна представити як дію оператора р_l на лінійне повідомлення r_л(t):

(9.6)

Далі відбувається зворотне перетворення канальних сигналів s_ki(t) в канальні повідомлення r_ki(t):

. (9.7)

Як і в лінійному приймачі, тут, згідно формул (9.1) та (9.7), взаємна однозначність перетворення забезпечується зворотністю оператора Λ_і^-1 оператору Λ_і. Одержане канальне повідомлення далі поступає до одержувача — абонента.

Характерною особливістю багатоканальних систем є двократне перетворення повідомлень в сигнали і навпаки. Основною проблемою багатоканального зв'язку треба вважати надійне розділення канальних сигналів на стороні приймача. Ця задача в деякій мірі подібна на відділення сигналів від завад в звичайних системах зв'язку. Відмінність, однак, заключається в тім, що при розділенні сигналів і завад параметри останніх не задані, в той час як для розділення сигналів сусідніх каналів існує можливість надати цим сигналам властивості, що сприяють їх розділенню найкращим чином, т.б. з мінімальним рівнем завад та викривлень.

З метою виявлення властивостей, якими сигнали повинні володіти, щоб їх можна було розділити, доцільно розглянути сигнали і повідомлення з геометричної точки зору. Згідно з теоремою Котельникова, будь-який неперервний сигнал з обмеженим спектром (верхня частота спектра F_макс) може бути виражений дискретними відліками, що здійснюються через інтервали часу, що визначаються за формулою (5.4). Необхідна для відновлення сигналу кількість відліків виражається формулою (7.3). Ці відліки взаємонезалежні та ортогональні (згідно властивостей ряду Котельникова), і тому їх кількість визначає розмірність багатомірного простору, в якому розміщені всі вектори цього сигналу (або повідомлення). Таким чином, будь-який сигнал (або повідомлення) займає визначений об'єм багатомірного простору, розмірність якого визначається за формулою (7.3).

Канальний передавач, дія якого характеризується оператором Λ_і, перетворює вектори повідомлення r_ki(t) в вектори сигналів s_ki(t). В процесі перетворення розмірність простору канальних сигналів може або залишитися рівній розмірності простору відповідних повідомлень, або збільшитися в порівнянні з останньою. Наприклад, якщо в канальному передавачу відбувається амплітудна модуляція, смуга частот, що зайнята цим сигналом, збільшується вдвічі, що відповідає подвоєнню розмірності векторного простору.

Розглянуте перетворення здійснюється незалежно в кожному каналі. Утворене в подальшому лінійне повідомлення займає тоді деякий простір, що складається з підпросторів окремих канальних сигналів. Розділення сигналів можливе лише в тому випадку, якщо розмірність лінійного повідомлення співпадає з сумою розмірностей канальних сигналів або перевищує її, причому канальні сигнали в уявному просторі ніде не перекриваються (рис. 9.2). Звідси витікає, що в якості канальних сигналів зручно використовувати ортогональні функції часу. З великої сукупності різновидів взаємоортогональних сигналів в якості канальних сигналів однієї системи частіше за все використовуються такі, частотні спектри яких не перекриваються. Розділення таких сигналів можливе з допомогою частотних фільтрів, кожний з яких пропускає спектр частот, що належить даному канальному сигналу, і затримує решту частот.

Іншим розповсюдженим випадком є використання в одній системі канальних сигналів, що не перекриваються в часі. В цьому випадку лінія зв'язку надається абонементським парам почергово з таким розрахунком, щоб дискретизація кожного сигналу забезпечувала його відтворення на приймаючому кінці.

Рисунок 9.2-Простір канальних сигналів

Поиск по сайту: