Система связи с временным разделением каналов — это система связи, которая использует технологию аналогового или цифрового мультиплексирования, то есть, технологию, где несколько сигналов или битовых потоков могут передаваться одновременно как подканалы в одном коммуникационном канале.
Введение
Существующие методы разделения каналов подразделяются на следующие типы:
- Линейные методы.
- Нелинейные или комбинационные методы.
Практически во всех случаях разделения каналов любому источнику сообщения должен выделяться специальный сигнал, именуемый канальным. Подвергнутые модуляции сообщениями канальные сигналы должны объединяться, в результате чего может быть образован общий сигнал. Если процедура объединения является линейной, то сформированный в итоге сигнал является линейным групповым сигналом.
Для того чтобы унифицировать многоканальные системы связи, за основной или стандартный канал следует принимать канал тональной частоты, который обеспечивает передачу сообщений с эффективно транслируемой полосой частот 300…3400 Гц, что соответствует базовому спектру телефонного сигнала.
Система связи с временным разделением каналов
Многоканальные системы могут быть образованы за счет объединения каналов тональной частоты в группы, как правило, кратные двенадцати каналам. Однако при этом, часто применяется «вторичное уплотнение» каналов тональной частоты телеграфными каналами и каналами передачи данных.
На рисунке ниже представлена обобщенная структурная организация системы многоканальной связи.
Рисунок 1. Обобщенная структурная организация системы многоканальной связи. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Передаваемые сообщения каждого из источников $а_1(t), а_2(t), …, а_N(t)$ при помощи собственных передатчиков (модуляторов) $М_1, М_2, …, М_N$ должны быть преобразованы в соответствующие канальные сигналы $s_1(t), s_2(t), …, s_N(t)$. Набор канальных сигналов на выходе аппаратуры объединения каналов (АОК) формирует групповой сигнал s(t).
В итоге в групповом передатчике М сигнал s(t) должен быть преобразован в линейный сигнал $s_Л(t)$, который и должен поступать в линию связи ЛС. Предположим, что линия способна пропускать сигнал фактически без искажений и без внесения дополнительных шумов. В этом случае на приемном конце линии связи линейный сигнал $s_Л(t)$, при помощи аппаратуры разделения каналов (АРК) можно снова преобразовать в групповой сигнал s(t). Канальными или индивидуальными приемниками $П_1, П_2, …, П_N$ из группового сигнала s(t) могут быть выделены необходимые канальные сигналы $s_1(t), s_2(t), …, s_N(t)$ и затем преобразованы в передаваемые получателям сообщения $а_1(t), a_2(t), …, a_N(t) [1]$.
Канальные передатчики совместно с модулем суммирования являются аппаратурой объединения. Групповой передатчик М, линия связи ЛС и групповой приемник П образуют групповой канал связи, то есть, тракт передачи, который совместно с аппаратурой объединения и индивидуальными приемниками представляет собой систему многоканальной связи.
Индивидуальные приемники системы многоканальной связи ПK вместе с исполнением стандартной процедуры преобразования сигналов sK(t) в некоторые сообщения аK(t) способны выделить сигналы sK(t) из группового сигнала s(t). То есть, в состав технических устройств на передающей стороне многоканальной системы должна входить аппаратура объединения, а на приемной стороне должна быт предусмотрена аппаратура, предназначенная для разделения.
Для того чтобы разделяющие устройства были способны различить сигналы отдельных каналов, должны присутствовать специальные признаки, которые присущи лишь этому сигналу. Подобными признаками в общем варианте могут являться параметры переносчика, к примеру, амплитуда, частота или фаза при непрерывной модуляции гармонического переносчика. При дискретных типах модуляции в качестве различающего признака можно использовать и форму сигналов. Это означает, что существуют и соответствующие способы разделения сигналов, а именно:
- Частотный способ.
- Временной способ.
- Фазовый способ.
- Другие способы.
Функциональная схема наиболее простой системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте изображена на рисунке ниже.
Рисунок 2. Функциональная схема наиболее простой системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Зарубежные источники, для того чтобы обозначить принцип частотного разделения каналов (ЧРК), используют термин Frequency Division Multiply Access (FDMA). В начале согласно передаваемым сообщениям первичные (индивидуальные) сигналы, обладающие энергетическими спектрами $G_1(ω), G_2(ω), …, G_N(ω)$, должны модулировать поднесущие частоты ωK каждого канала соответственно. Данную процедуру должны выполнять модуляторы $М_1, М_2, …, М_N$ канальных передатчиков.
Модуляторами являются четырехполюсники, имеющие нелинейную амплитудную характеристику, которая в общем варианте может аппроксимироваться полиномом n-ой степени:
$Uвых = a_1Uвх + a_2U^2вх + … + a_nU^nвх$
Здесь $а_1, … а_n$ являются коэффициентами аппроксимации.
Для того чтобы не усложнять, рассмотрим полином второй степени, а именно:
$Uвых = a_1Uвх + a_2U^2вх$
Предположим, что на данный четырехполюсник поданы сигналы двух частот, а именно:
$Uвх = Um_1Cos ωt + Um_2Cos Ωt$
Здесь ω > Ω. Тогда:
$Uвых(t) = a_1(Um_1Cos ωt + Um_2Cos Ωt) + a_2(Um_1Cos ωt + Um_2Cos Ωt)^2= a_1Um_1Cos ωt + a_1Um_2Cos Ωt + a_2Um_1^2Cos^2 ωt + a_2Um_2^2Cos^2 Ωt + 2 a_2Um_1Um_2 Cos ωt Cos Ωt$
После выполнения необходимых преобразований, получаем:
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Спектр сигнала на выходе четырехполюсника станет обладать следующим видом:
Рисунок 4. Спектр сигнала на выходе четырехполюсника. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
То есть, на выходе четырехполюсника вместе с частотами входных сигналов (ω,Ω) появились следующие элементы:
Постоянная составляющая
Рисунок 5.Вторые гармоники входных сигналов (2ω,2Ω).
- Составляющая суммарной частоты (ω + Ω) θ.
- Составляющая разностной частоты (ω – Ω).
Если сделать предположение, что в сигнале с частотой Ω присутствует информация, то она окажется также и в сигналах с частотами (ωн + Ω) θ (ωн – Ω), которые располагаются зеркально относительно ω и именуются верхней (ω + Ω) θ нижней (ω – Ω) токовыми частотами. Полезными продуктами преобразования (модуляции) также считаются верхняя и нижняя боковые полосы. Для того чтобы восстановить сигнал на приеме, на вход модуля демодуляции следует подавать несущую частоту $(ω_н)$ и какую-либо боковую полосу.
