Лекция 8 Принципы формирования канальных сигналов в системе передачи с частотным разделением каналов

Структурная схема системы передачи с частотным разделением каналов

Многоканальные системы передачи с частотным разделением каналов (СП с ЧРК) относятся к классу систем с линейным разделе­нием сигналов с совпадающими или перекрывающимися спектрами. В качестве переносчиков канальных сигналов в СП с ЧРК использу­ются гармонические колебания различных частот, а методами формирования канальных сигналов является модуляция одного или нескольких параметров этих колебаний. Переносчики канальных сигналов называются несущими колебаниями, или несущими час­тотами.

Известно, что модуляция одного из параметров несущей частоты переносит спектр модулирующего сигнала в спектр частот, опреде­ляемый частотами несущего колебания и видом модуляции.

Сущность построения СП с ЧРК заключается в том, что спектр каж­дого первичного сигнала с помощью несущей частоты переносится в отведенную для него полосу частот линии связи (физической среды распространения электрического сигнала), формируя таким образом канальные сигналы с неперекрывающимися спектрами (рис. 1).

На вход канальных модуляторов М₁, М₂ и М₃ поступают первичные сигналы с₁(t), c₂(t) и c₃(t), спектры которых S₁(f), S₂(f) и S₃(f) занимают одну и ту же полосу частот (рис. 2 а). С помощью несущих частот f_H1, f_H2 и f_H3, представляющих гармонические колебания - пере­носчики , первичные сигналы преобразуются в канальные сигналы, занимающие полосы частот для первого канала, для второго и для третьего каналов (рис. 2 б).

Рис. 1. Структурная схема системы передачи с частотным разделением каналов

Рис. 2. Формирование канальных сигналов в системе передачи с частотным разделением каналов в передающей части - тракте передачи

Канальные сигналы выделяются канальными полосовыми фильтрами (КПФ-1 для первого канала, КПФ-2 для второго канала и КПФ-3 для третьего канала). Спектр группового сигнала состоит из трех полос и занимает общий диапазон частот от до .

В приемной части происходит разделение канальных сигналов с помощью разделительных канальных полосовых фильтров КПФ-1 для первого канала, КПФ-2 для второго канала и КПФ-3 для третье­го канала. Спектральные диаграммы сигналов приемной части сис­темы передачи с частотным разделением каналов приведены на рис. 3.

На рис. 3 а показаны канальные сигналы на выходе разделитель­ных канальных полосовых фильтров (КПФ-1, КПФ-2, КПФ-3) прием­ной части или тракта приема системы передачи с частотным разде­лением каналов (см. рис.1). Выделенные канальные сигналы посту­пают на входы демодуляторов Д-1 первого канала, Д-2 второго ка­нала и Д-3 третьего канала (см. рис. 1). На другие входы демодуля­торов подаются несущие частоты f_H1 первого канала, f_H2 второго кана­ла и f_Н3 третьего канала. На выходе демодуляторов появляются пер­вичные сигналы с полосой частот и высокочастотные продукты демодуляции (рис.3 б, в, г). Фильтры нижних частот (ФНЧ), устанавливаемые на выходе демодуляторов, выделяют полосу час­тот первичных сигналов и подавляют высокочастотные продукты демодуляции (см. рис. 1 и рис. 3 б, в, г).

Рис. 3. Преобразование канальных сигналов в приемной части -тракте приема

Нетрудно показать, что сигналы на выходе канальных полосовых фильтров тракта передачи СП с ЧРК будут ортогональными в частотной области. Рассмотрим N-канальную систему передачи, спектр канальных сигналов которой приведен на рис. 4.

Рис. 4. Спектры канальных сигналов N-канальной СП с ЧРК

Для спектров канальных сигналов (см. рис. 4) справедливы сле­дующие условия:

(1)

Общий диапазон частот, занимаемый многоканальным - группо­вым сигналом , находится в области частот от f₁ до f_N. Спектры канальных сигналов s_i(t) не перекрываются и потому

(2)

где - некоторая постоянная, величина которой определяется энергией i-го канального сигнала.

Выражение (2) означает, что спектры канальных сигналов пред­ставляют ортогональные функции частоты и, следовательно, они всегда разделимы. Канальные сигналы, как функции времени s₁(t), s₂(t)... s_N(t), также ортогональны, что легко доказывается с помощью преобразования Фурье.

Выделение i-го канального сигнала из группового будет осущест­влено, если модуль коэффициента передачи (частотная характери­стика) i-го разделительного канального полосового фильтра удовлетворяет условию

(3)

Последнее выражение соответствует частотной характеристике идеального полосового фильтра. Реальные полосовые фильтры

имеют хотя и значительное, но все же конечное затухание в полосе эффективного затухания и переходную область - полосу расфильтровки. Поэтому для обеспечения разделения канальных сигналов реальными фильтрами между спектрами канальных сигналов долж­ны быть защитные частотные интервалы , ширина которых опре­деляет ширину полосы расфильтровки канальных полосовых фильтров.

Неидеальность разделительных канальных полосовых фильтров приводит к появлению межканальных переходных помех.

Общая полоса частот группового сигнала , передаваемого в тракт, определяется полосой частот отводимой на один канал, защитным частотным интервалом , и количеством каналов N

(4)

или

(5)

если все канальные сигналы имеют одинаковые полосы частот, т.е. .

Полоса частот , отводимая на один канал, определяется спосо­бом формирования канальных сигналов и может быть равна или шире исходной полосы частот первичного сигнала , т.е. . Для бо­лее экономичного использования линии связи ширина полосы частот группового сигнала должна быть как можно меньше при заданном чис­ле каналов N. Минимальная ширина полосы частот группового сигнала получается в случае, когда .

Поэтому выбор способа формирования канальных сигналов имеет большое значение при построении СП с ЧРК.