Лекция 7. Системы передачи первичных сигналов

Структурная схема системы передачи первичных сигналов

Частотный способ разделения каналов

Временной способ разделения каналов

Основы передачи сигналов

Аппаратурные средства цифровых систем передачи

Структурная схема системы передачи первичных сигналов

Системой передачи называют совокупность технических устройств, с помощью которых осуществляется одновременная и независимая передача по одной линии связи множества сигналов из пункта А в пункт Б. Назначение систем передачи - эффективное использование линий связи, которые является наиболее дорогостоящим элементами электросвязи.

В рассмотренной ниже схеме система передачи представлена модуляторами, куда поступает множество сигналов от источников в пункте А идемодуляторами, откуда сигналы поступают к получателям в пункте Б. Передатчик, приемник и линия связи таким образом становятся общими средствами для источников и получателей сигналов, в то время как модулятор и демодулятор остаются для них индивидуальными. Множество модуляторов вместе с источниками сигналов в пункте А, а также множество

демодуляторов вместе с приемниками сигналов в пункте Б, показаны на схеме пунктирными линиями.

Пункт А Пункт Б

Рис.7.1 Структурная схема системы передачи сигналов

В линии связи организуют множество каналов так, чтобы для каждого первичного сигнала был свой индивидуальный канал - коридор. Различают два способа разделения каналов: частотное разделение каналов (ЧРК) и временное разделение каналов (ВРК).

ЧРК и ВРК могут использоваться в комбинации. Например, ЧРК может быть использовано для выделения нескольких частотных каналов, внутри каждого из них можно выделить с помощью ВРК несколько временных каналов для передачи низкоскоростных сигналов. По этому принципу работают

некоторые системы сотовой связи, в частности GSM (глобальная система мобильных коммуникаций).

Рис 5.2. Частотный и временной способы разделения каналов

Частотное разделение каналов

При частотном разделении каналов каждое сообщение передается по индивидуальному коридору, занимающему строго определенное положение на шкале частот. Для этого первичный сигнал следует преобразовать, т.е. перенести его в нужный коридор частот. Это делают с помощью устройства, называемого модулятором. Модуляцией называют процесс изменения параметров (амплитуды или частоты) несущего, гармонического колебания по закону изменения первичного сигнала.

Модуляторосуществляет перенос первичного сигнала по шкале частот вверх, демодулятор осуществляет обратный перенос вторичного сигнала по оси частот вниз. Принцип действия модулятора и демодулятора показан на рисунке.

Рисунок 7.3. Модуляция и демодуляция.

Принципы модуляции и демодуляции рассмотрим на примере простейшей разновидности модуляции – амплитудной.

При амплитудной модуляции по закону сигнала меняется амплитуда несущего колебания, т.е. сообщение несет огибающая амплитуд модулированного сигнала, см. временную область рисунка 7.5.

Как видно из частотной области рисунка, после модуляции спектр частот информационного (модулирующего) сигнала раздваивается и располагается по обе стороны от частоты несущего колебания, образуя верхнюю и нижнюю боковые полосы. Таким образом, при выполнении условия модуляция позволяет перенести спектр низкочастотного сигнала в высокочастотную область.

Рисунок 7.5. Временные диаграммы и спектры при амплитудной модуляции

Демодуляция позволяет произвести обратный перенос спектра информационного сигнала, а именно из высокочастотной области в низкочастотную. Производится она с помощью устройства, называемого демодулятором. Временные диаграммы и схема демодулятора, состоящего из выпрямителя и простейшего фильтра нижних частот, показаны на рис.7.6. Из рисунка видно, что демодулятор позволяет восстановить исходный информационный сигнал с точностью до постоянной составляющей.

Рис. 7.6 Временные диаграммы и схема демодулятора

Системы передачи, в которых канальные сигналы размещаются не перекрывающихся частотных полосах, получили название систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК).

Временное разделение каналов

При временном разделении каналов каждое сообщение занимает узкий временной коридор в общем цикле передачи, который непрерывно повторяется. Первичный сигнал представлен таким образом своими отсчетами в определенные моменты времени. Такое представление не приводит к потере информации, если сигнал ограничен по спектру. Ограничение спектра осуществляется с помощью специального устройства, называемого фильтром низких частот (ФНЧ).

При передаче в линию каждый аналоговый сигнал дискретизируют, т.е. заменяют считываемыми с определенным шагом отсчетами. В промежутки между отсчетами одного сигнала вставляют отсчеты второго сигнала, в оставшиеся промежутки вставляют отсчеты третьего сигнала и т.д. В итоге образуется групповой сигнал в виде импульсов, модулированных по амплитуде (АИМ сигнал). Значения амплитуд импульсов ограничивают набором разрешенных уровней. Специальное устройство, называемое квантователем, подтягивает значение амплитуды каждого импульса до ближайшего разрешенного уровня. После этого становится возможным закодировать значение каждой амплитуды в двоичном коде в виде набора токовых и бестоковых посылок, т.е. в виде набора условных нулей и единиц. В результате кодирования в линию поступает импульсно-кодово модулированный сигнал (ИКМ сигнал). Принцип временного распределения каналов при передаче сигналов в линию показывает рис. 7.7. На рисунке представлено только три элемента системы ВРК, работающих на передачу: дискретизатор, квантователь и кодер. Для простоты изложения ФНЧ опущены.

Дискретизатор при передаче с определенным шагом считывает значения аналогового сигнала, т.е. производит его дискретизацию. Дискретизатор представлен на рисунке вращающимся против часовой стрелки подвижным электродом, касающимся поочередно в течение одного цикла трех неподвижных электродов. К каждому из неподвижных электродов подводится свой аналоговый сигнал.