40092

Частотное разделение каналов

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

2 Функциональная схема многоканальной системы с частотным разделением каналов В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов ЧРК используется термин Frequency Division Multiply ccess FDM. В многоканальных системах передачи с частотным разделением каналов МСПЧРК по каналу передаётся только сигнал одной боковой полосы а несущая частота берётся от местного генератора. С целью уменьшения влияния соседних каналов уменьшения переходных помех обусловленного неидеальностью АЧХ фильтров между спектрами...

Русский

2013-10-15

135.63 KB

99 чел.

Частотное разделение каналов

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рисунке 4.2.


Рисунок 4.2 - Функциональная схема многоканальной системы с частотным разделением каналов

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используется термин Frequency Division Multiply Access (FDMA).

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры G1(ω), G2(ω), …, GN(ω) модулируют поднесущие частоты ωK каждого канала соответственно. Эту операцию выполняют модуляторы М1, М2, …, МN канальных передатчиков.[6].

Модуляторы – это четырёхполюсники с нелинейной амплитудной характеристикой, которая в общем случае аппроксимируется полиномом n-ой степени.

, (4.1)

где а1, … а– коэффициенты аппроксимации

Для простоты возьмём полином 2-й степени, то есть:

, (4.2)

Подадим на такой четырёхполюсник сигналы двух частот, то есть

, (4.3)

где ω > Ω. Тогда


Формула(4.4)

После соответствующих преобразований получим:

, (4.5)

Спектр сигнала на выходе четырехполюсника будет иметь вид (рисунок 4.3):


Рисунок 4.3 – Спектр сигнала на выходе четырехполюсника

Таким образом, на выходе четырёхполюсника наряду с частотами входных сигналов (ω,Ω) οоявились: постоянная составляющая ; вторые гармоники входных сигналов (2ω,2Ω); ρоставляющие суммарной (ω + Ω) θ разностной (ω – Ω) χастот.

Если предположить, что в сигнале с частотой Ω содержится информация, то она будет иметь место и в сигналах с частотами (ωн + Ω) θ (ωн – Ω), κоторые расположены зеркально по отношению к ω и называются верхней (ω + Ω) θ нижней (ω – Ω) αоковыми частотами.

Если на четырёхполюсник подать сигнал несущей частоты U1(t) = Um∙Cosωнt и сигнал тональной частоты в полосе Ωн … Ωв (где Ωн = 0.3 кГц, Ωв = 3.4 кГц), то спектр сигнала на выходе четырёхполюсника будет иметь вид (рисунок 4.4)


Рисунок 4.4 – Спектр сигнала на выходе четырехполюсника

Полезными продуктами преобразования (модуляции) являются верхняя и нижняя боковые полосы. Для восстановления сигнала на приёме на вход демодулятора достаточно подать несущую частоту (ωн) и одну из боковых полос.

В многоканальных системах передачи с частотным разделением каналов (МСП-ЧРК) по каналу передаётся только сигнал одной боковой полосы, а несущая частота берётся от местного генератора. Таким образом, на выходе каждого канального модулятора включается полосовой фильтр с полосой пропускания ∆ω = Ωв – Ωн = 3.1 кГц. Спектры G1(ω), G2(ω) … GN(ω) οосле транспонирования (переноса) на различные частотные интервалы и инвертирования (эта операция в принципе необязательна, но обычно выполняется для упрощения оборудования) складываются и образуют групповой спектр Gгр(ω).

С целью уменьшения влияния соседних каналов (уменьшения переходных помех) обусловленного неидеальностью АЧХ фильтров, между спектрами сигнальных сообщений вводятся защитные интервалы. Для каналов ТЧ они равны 0.9 кГц. Таким образом, ширина полосы канала ТЧ с учётом защитного интервала равна 4 кГц (рисунок 4.5)

Рисунок 4.5 – Спектр группового сигнала с защитными интервалами

4.3 Принципы построения аппаратуры ЧРК

В системах ЧРК с числом каналов 12 и более реализуется принцип многократного преобразования частоты [6]. В основу построения многоканальной системы положен стандартный канал тональной (ТЧ). В соответствии с рекомендациями МККТТ оконечное оборудование (включающее АОК и АРК) строится с таким расчётом, чтобы на каждом этапе преобразования частоты с помощью унифицированных блоков формировались всё более и более укрупнённые группы каналов ТЧ. Причём в любой группе число каналов кратно 12.

Вначале каждый из каналов ТЧ "привязывается" к той или иной 12-канальной группе, называемой первичной группой (ПГ). Разнесение сигналов 12 различных телефонных сообщений по спектру (формирование ПГ) осуществляется с помощью индивидуального преобразования частоты в стандартном 12-канальном блоке. Эти блоки обеспечивают как прямую, так и обратную связь в каждом из 12 дуплексных каналов (рисунок 4.6, а).

Каждый канал содержит следующие индивидуальные устройства: на передаче ограничитель амплитуд ОА, модулятор М и полосовой фильтр ПФ; на приёме полосовой фильтр ПФ, демодулятор ДМ, фильтр нижних частот ФНЧ и усилитель низкой частоты УНЧ.

Для преобразования исходного сигнала на модуляторы и демодуляторы каждого канала подаются несущие частоты, кратные 4 кГц.


Рисунок 4.6 – Структурная схема блока индивидуального преобразования (а) и схема формирования первичной группы (б)

Спектр группового сигнала ПГ представлен на рисунке 4.6, б.

В приведённом варианте формирования ПГ использован принцип однократного преобразования спектра канала ТЧ (рисунок 4.7, а)

Поскольку индивидуальное оборудование во всех 12 каналах однотипно, на данном рисунке приведены лишь устройства, относящиеся к одному каналу (первому). Как отмечалось ранее, при организации телефонной связи можно использовать либо двухполосную двухпроводную, либо однополосную четырёхпроводную систему передачи. Схема, изображённая на рисунке 4.6, относится ко второму варианту. Здесь каждый канал имеет отдельные тракт передачи и тракт приёма (действующие в одной и той же полосе частот), то есть каждый канал является четырёхпроводным. Если канал используется для телефонной связи, то двухпроводный участок цепи от абонента соединяется с четырёхпроводным каналом через дифференциальную систему (ДС). В случае передачи других сигналов (телеграфных, данных, звукового вещания и тому подобное), для которых необходим один или несколько односторонних канала, ДС отключается [5].

В режиме передачи сообщение от абонента (Аб) через ДС и амплитудный ограничитель (ОА) поступает на один из входов индивидуального преобразователя частоты (модулятор М11). На другой вход М11 подаётся сигнал поднесущей с частотой F12. В результате перемножения этих сигналов образуется сигнал, спектр которого состоит из двух боковых (относительно F12) полос. Сигнал нижней из этих полос выделяется фильтром ПФ12 и подаётся на один из входов сумматора. На другие входы сумматора поступают сигналы с выхода аналогичных трактов передачи 11 других каналов.

Амплитудные ограничители предотвращают перегрузку групповых усилителей (а, следовательно, уменьшают вероятность возникновения нелинейных помех) в моменты появления пиковых значений напряжений нескольких речевых сигналов.

В режиме приёма канальный сигнал выделяется с помощью полосового фильтра ПФ12 из спектра первичной группы (с полосой 60 … 108 кГц) и подаётся на индивидуальный преобразователь ДМ12. На другой вход ДМ12 поступает тот же сигнал поднесущей частоты F12, который питает и М11. Спектр выходного сигнала ДМ12 состоит из двух боковых (относительно F12) полос. Сигнал нижней из этих полос выделяется ФНЧ, усиливается и через ДС поступает к абоненту. Приёмные тракты 11 других каналов построены аналогично. В аппаратуре с числом каналов 60 и более индивидуальное оборудование размещается в специальных стойках индивидуальных преобразователей СИП-60 или СИП-300 [5].

На практике используется и другой вариант: формирование первичной группы из четырёх предварительных групп (рисунок 4.8), каждая из которых объединяет по три канала ТЧ. Здесь реализуется двухкратный принцип преобразования (рисунок 4.7, б)


Рисунок 4.7 – структурные схемы и диаграммы однократного (а) и двухкратного (б) преобразования спектра канала ТЧ

Рисунок 4.8 – Структурная схема формирования ПГ с использованием двухкратного преобразования

Дальнейший процесс укрупнения групп каналов происходит в групповом оборудовании и поясняет рисунок 4.3.4. Одинаковые полосы частот пяти ПГ с помощью первичного группового преобразования разносятся по частоте в полосе 312 … 552 кГц и образуют 60-канальную (вторичную) группу (ВГ). На рисунке 4.9 изображена упрощённая структурная схема группового оборудования ВГ. Сообщения пяти первичных групп ПГ1 – ПГ5 подаются на пять групповых преобразователей ГП1 – ГП5, на вторые входы которых из генераторного оборудования поступают сигналы поднесущих частот.

Рисунок 4.9 – Структурная схема группового оборудования ВГ

С помощью полосовых фильтров ПФ1 – ПФ5, подключенных к выходам групповых преобразователей, образуются сигналы вида ОБП с полосой частот 48 кГц каждый. В результате сложения этих неперекрывающихся по спектру пяти сигналов образуется спектр ВГ с полосой частот 240 кГц (312 … 552 кГц).

Для снижения переходных влияний между сигналами ВГ, передаваемыми по смежным трактам, в спектре ВГ могут использоваться как прямые, так и инверсные спектры ПГ2 – ПГ5. В первом случае на ГП2 – ГПподаются несущие частоты 468, 516, 564, 612 кГц, а соответствующие полосовые фильтры выделяют нижние боковые полосы (как показано на рисунке 4.9). Во втором случае на ГП2– ГП5 подаются несущие частоты 300, 348, 396, 444 кГц, а полосовыми фильтрами ПФ2 – ПФ5выделяются верхние боковые полосы. Несущая частота для ПГ1 в обоих случаях одинаковая (420 кГц), и спектр ПГ1 не инвертируется. Оборудование первичного группового преобразования размещается в специальных стойках первичных преобразователей УСПП или СПП. Следующие ступени группового преобразования выполняются аналогично.

Аппаратура образования групповых трактов может состоять из различных комбинаций стандартных блоков, в которых осуществляется тот или иной этап преобразования частоты. Например, в широко используемой в настоящее время аппаратуре системы К-1920 каналы ТЧ объединяются в две 60-канальные группы (ВГ) и шесть 300-канальных групп (ТГ). При этом общее число каналов N = 60 ∙ 2 + 300 ∙ 6 = 1920 [5].

После того как путём последовательного объединения достигается номинальное число каналов, обычно осуществляется ещё одно преобразование частоты: суммарный (групповой) спектр преобразуется в линейный спектр, то есть в ту полосу частот, в которой многоканальный сигнал этой системы передаётся по линии. При этом учитываются особенности каждой линии.

Если индивидуальное и групповое преобразование обычно осуществляется в типовых блоках и стойках, то сопряжение этой аппаратуры (в частности, формирование линейного спектра) с линейным трактом выполняется в оборудовании, специфичном для каждой данной проводной или радиосистемы.

Рассмотрим основные характеристики групповых сообщений.

При проектировании и разработке многоканальных систем передачи возникает необходимость количественной оценки параметров групповых сообщений на различных ступенях преобразования, в частности сигналов на входе линейного тракта. Эти параметры, как и для любых сигналов связи, определяются соответствующими частотными, информационными и энергетическими характеристиками.

По рекомендации МККТТ средняя мощность сообщения в активном канале в точке с нулевым относительным уровнем устанавливается равной 88 мкВт0 (– 10.6 дБм0). Однако при расчёте PсрМККТТ рекомендует принимать величину P1 = 31.6 мкВт0 (– 15 дБм0) (при этом кроме активности каналов учитываются и другие факторы, например, организация в некоторых ТЧ каналах каналов ТТ, неидеальность индивидуального оборудования и тому подобное). Если N ≥ 240, то средняя мощность группового сообщения в точке нулевого относительного уровня Pср = 31.6N, мкВт, а соответствующий уровень средней мощности pср = – 15 + 10 lg N , дБм0.

По нормам, принятым в РФ при N ≥ 240

Р1 = 50 мкВт0 (– 13 дБм0); рср = – 13 + 10 lg N, дБм0. (4.6)

Если N < 240, то приходится учитывать существенную зависимость коэффициента активности от N. В этом случае Р1 представляют как функцию N, и уровень средней мощности группового сообщения определяют иначе:

Рср = – 1 + 4 lg N, дБм0. (4.7)

Некоторые параметры и область применения типовой аппаратуры кабельных систем передачи с ЧРК приведены в таблице 4.1.


Таблица 4.1 – Параметры типовой аппаратуры кабельных систем передачи с ЧРК

===========================================================

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением

каналов по частоте представлена на Рис. 6.12.

Рис. 6.12. Функциональная схема системы многоканальной связи с частотным

разделением каналов

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов

(ЧРК) используется термин Frequency Division Multiply Access (FDMA).

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные)

сигналы, имеющие энергетические спектры G1(ω), G2(ω), ..., GN(ω) модулируют

поднесущие частоты ωK каждого канала. Эту операцию выполняют модуляторы М1, М2,

..., МN канальных передатчиков. Полученные на выходе частотных фильтров Ф1, Ф2, ..., ФN

спектры gK(ω) канальных сигналов занимают соответственно полосы частот Δω1, Δω2, ...,

ΔωN, которые в общем случае могут отличаться по ширине от спектров сообщений Ω1, Ω2,

..., ΩN. При широкополосных видах модуляции, например, ЧМ ширина спектра Δω K2(β

+1) ΩK, т.е. в общем случае Δω≥ Ω K. Для упрощения будем считать, что используется

АМ-ОБП (как это принято в аналоговых СП с ЧРК), т.е. ΔωК =Ω и Δω =NΩ.

Проследим основные этапы образования сигналов, а также изменение этих сигналов в

процессе передачи (Рис. 6.13).

Рис. 6.13. Преобразование спектров в системе с частотным разделением каналов

Будем полагать, что спектры индивидуальных сигналов конечны. Тогда можно подобрать

поднесущие частоты ωK так, что полосы Δω1, ..., Δω K попарно не перекрываются. При

этом условии сигналы sК(t) (k=1,...,N) взаимноортогональны.

Затем спектры g1(ω), g2(ω),..., gN(ω) суммируются (Σ ) и их совокупность g(ω) поступает

на групповой модулятор (М). Здесь спектр g(ω) с помощью колебания несущей частоты

ω0 переносится в область частот, отведенную для передачи данной группы каналов, т.е.

групповой сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал sЛ(t). При этом может

использоваться любой вид модуляции.

На приемном конце линейный сигнал поступает на групповой демодулятор (приемник П),

который преобразует спектр линейного сигнала в спектр группового сигнала g(ω).

Спектр группового сигнала затем с помощью частотных фильтров Ф1, Ф2,...,ФN вновь

разделяется на отдельные полосы ΔωK, соответствующие отдельным каналам. Наконец,

канальные демодуляторы Д преобразуют спектры сигналов gK(ω) в спектры сообщений G

K(ω), предназначенные получателям.

Из приведенных пояснений легко понять смысл частотного способа разделения каналов.

Поскольку всякая реальная линия связи обладает ограниченной полосой пропускания, то

при многоканальной передаче каждому отдельному каналу отводится определенная часть

общей полосы пропускания.

На приемной стороне одновременно действуют сигналы всех каналов, различающиеся

положением их частотных спектров на шкале частот. Чтобы без взаимных помех

разделить такие сигналы, приемные устройства должны содержать частотные фильтры.

Каждый из фильтров ФK должен пропустить без ослабления лишь те частоты ω∈ΔωK,

которые принадлежат сигналу данного канала; частоты сигналов всех других каналов

ω∉ ΔωK фильтр должен подавить.

На практике это невыполнимо. Результатом являются взаимные помехи между каналами.

Они возникают как за счет неполного сосредоточения энергии сигнала k-го канала в

пределах заданной полосы частот ΔωK, так и за счет неидеальности реальных полосовых

фильтров. В реальных условиях приходится учитывать также взаимные помехи

нелинейного происхождения, например за счет нелинейности характеристик группового

канала.

Для снижения переходных помех до допустимого уровня приходится вводить защитные

частотные интервалы ΔωЗАЩ (Рис. 6.14).

Рис. 6.14. Спектр группового сигнала с защитными интервалами

Так, например, в современных системах многоканальной телефонной связи каждому

телефонному каналу выделяется полоса частот 4 кГц, хотя частотный спектр

передаваемых звуковых сигналов ограничивается полосой от 300 до 3400 Гц, т.е. ширина

спектра составляет 3,1 кГц. Между полосами частот соседних каналов предусмотрены

интервалы шириной по 0,9 кГц, предназначенные для снижения уровня взаимных помех

при расфильтровке сигналов. Это означает, что в многоканальных системах связи с

частотным разделением сигналов эффективно используется лишь около 80% полосы

пропускания линии связи. Кроме того, необходимо обеспечить высокую степень

линейности всего тракта группового сигнала.__


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76369. Нетарифные методы торговой политики 90 KB
  Если правительство хочет ограничить объем импорта и устанавливает квоту размером Q то общее предложение зерна на внутреннем рынке с учетом импорта может быть представлено в виде кривой Sd Q. Таким образом в результате введения импортной квоты возникают чистые потери для страны в целом равные области b с то есть результаты воздействия квоты и тарифа на уровень благосостояние идентичны конечно это справедливо если объем лицензированного импорта меньше чем спрос на импорт на внутреннем рынке. Почему же в этом случае государство часто...
76370. Международная экономическая интеграция. Формы (уровни) международной экономической интеграции 260.5 KB
  Борьба за упрочение своего экономического положения побуждает страны к образованию различных интеграционных объединений. Партнеры по объединению получают определенные преференции по сравнению с другими странами но платят за это ответными обязательствами по отношению к партнерам. Международная экономическая интеграция это процесс хозяйственнополитического объединения стран на основе глубоких устойчивых взаимосвязей и разделения труда между национальными хозяйствами. На микроуровне этот процесс идет через взаимодействие отдельных фирм...
76371. Международное движение капитала. Сущность и формы движения капитала 121 KB
  Международное движение капитала Сущность и формы движения капитала Вывоз капитала зарубежное инвестирование представляет собой процесс изъятия части капитала из национального оборота в данной стране и перемещение его в товарной или денежной форме в производственный процесс и обращение другой страны. Важнейшими причинами вывоза капитала являются: 1. Более низкие экологические стандарты в принимающей стране чем в странедоноре капитала. В зависимости от собственника вывоз капитала делится на 3 вида: 1 частный вывоз капитала крупные...
76372. Международная миграция трудовых ресурсов. Проблемы оптимального размещения трудовых ресурсов в мировой экономике 106.5 KB
  Проблемы оптимального размещения трудовых ресурсов в мировой экономике Миграция рабочей силы переселение трудоспособного населения из одних государств в другие сроком более чем на год вызванное причинами экономического и иного характера. Различают внутреннюю миграцию рабочей силы происходящую между регионами одного государства и внешнюю миграцию затрагивающую несколько стран. силы – утечка мускулов перемещение высококвалифицированной раб. силы – утечка умов Первая форма получила свое развитие еще при рабовладельческом строе...
76373. Международные валютно-финансовые и кредитные отношения 87 KB
  Цена единицы национальной валюты выраженная в единицах иностранной валюты называется валютный обменный курс exchnge rte. Валютный курс играет важную роль в развитии международной торговли и движении капитала. Таким образом с помощью валютных курсов производители и потребители приводят цены на товары в сопоставимый вид и формируют на этой основе международные потоки товаров. Фиксирование курса национальной денежной единицы по отношению к иностранным денежным единицам принято называть валютной котировкой currency quottion.
76374. Платежный баланс. Понятие и структура платежного баланса 75.5 KB
  В этом случае итальянская фирма осуществила продажу а Сбербанк – покупку российских активов банковского депозита на сумму в 1000 долл и эта сделка будет отражена в российских счетах движения капитала. Такая операция создает две компенсирующие бухгалтерские записи в платежном балансе РФ: Кредит Дебет Покупка принтера текущий счет российский импорт 1000 долл Продажа банковского депозита осуществляемая Сбербанком счет движения капитала экспорт российских активов 1000 долл 2. Поэтому когда вы расплачиваетесь за свой обед за...
76375. Мировой рынок. Конъюнктура мирового рынка. Ценообразование в международной торговле 64.5 KB
  В зависимости от уровня конкретной цены на конкретный товар зависит решение тех или иных проблем возникающих у продавца: возмещение понесенных издержек производства и обращения товара доходность производства данного товара и его реализации появление новых стимулов для расширения внешнеэкономических связей или их свертывания. Цены в международной торговле как и внутри страны зависят от конкретной рыночной ситуации соотношения спроса и предложения но здесь оказывает влияние более широкий круг участников влияющих на конъюнктуру и...
76376. Мировое хозяйство и международные экономические отношения 50.5 KB
  Международные экономические отношения МЭО система хозяйственных связей между национальными экономиками отдельных стран соответствующими субъектами хозяйствования. МЭО особая сфера деятельности основанная на международном разделении труда. МЭО объективно вытекают из процесса разделения труда международной специализации производства и науки интенационализации хозяйственной жизни. Становление и развитие МЭО определяются усилением взаимосвязи и взаимозависимости экономик отдельных стран.
76377. Формирование мирового хозяйства и МРТ 78.5 KB
  Финикийские и греческие торговцы не только торговали по всему Средиземноморью собственными и приобретенными в других странах товарами но и оказывали услуги перевозя чужие грузы и иноземных пассажиров. Район Средиземноморья и Черного моря вместе с прилегающими странами Западной Азии стал тем регионом мира где еще в глубокой древности зародилось ядро МХ. Экономика различных стран становилась более открытой: в 1913 экспорт европейских стран составлял 14 их ВВП против 55 в 1830г. Тогда впервые возникла мировая система мирохозяйственных...