Pentru a separa semnalele, nu numai frecvența (FDC) și timpul (FDC) pot fi utilizate, ci și forma de undă. Separarea canalelor după formă nu a găsit încă o utilizare atât de răspândită ca frecvența și timpul. Aplicația și perspectivele sale actuale sunt cele mai legate de accesul multiplu în sistemele mobile și prin satelit. În comunicațiile mobile, divizarea codului este considerată ca fiind unul dintre principalele tipuri de acces multiplu în ceea ce privește implementarea conceptului de dezvoltare a sistemelor de comunicații mobile IMT-2000.

Tehnologia de separare a canalelor conform formularului presupune posibilitatea funcționării simultane a unui grup de diverse facilități radio (terminale mobile, stații radio individuale, stații terestre prin satelit etc.) într-o bandă de frecvență comună. Semnalele radio formează un semnal total (grup) , care merge la dispozitivele de recepție ale utilizatorilor. Ortogonalitatea reciprocă a semnalelor asigură receptorul de corelație pentru a extrage semnalul dorit.

Sisteme de comunicații cu adresă asincronă

În unele cazuri, este dificil să se realizeze o sincronizare precisă. Trebuie să ne ocupăm de acest lucru, de exemplu, atunci când organizăm comunicarea operațională între obiecte mobile (mașini, avioane) sau când organizăm comunicarea operațională folosind sateliți de pământ artificial ca repetori. În aceste cazuri, pot fi utilizate sisteme de comunicații asincrone cu mai multe canale, atunci când semnalele tuturor abonaților sunt transmise într-o bandă de frecvență comună, iar canalele nu sunt sincronizate între ele în timp. În sistemele cu acces gratuit, fiecărui canal (abonat) i se atribuie o anumită formă de undă, care este o trăsătură distinctivă, „adresa” acestui abonat, de unde și denumirea Asynchronous Address Communication Systems (AACC).

Adresa abonatului poate fi codificată sub formă de semnale pseudo-aleatorii (asemănătoare zgomotului) sau sub forma unei secvențe de mai multe impulsuri radio cu aceeași sau diferită umplere de frecvență. Dacă impulsurile radio au umpleri de frecvență diferite, atunci se spune că adresa este codificată sub forma unei matrice de timp-frecvență (PCM). Adresele diferă atât în \u200b\u200bintervalele de timp dintre impulsurile radio, cât și în frecvențele lor de umplere.

Luați în considerare principiul de funcționare al AASC pe baza diagramei structurale generalizate (Fig. 8.15).

Mesajele transmise primite din surse sunt modulate în impulsuri. Unele sisteme folosesc PPM, altele folosesc o formă de modulare delta. Apoi, fiecare impuls rezultat din modulația impulsului primar este convertit într-o secvență de adrese de impulsuri separate prin pauze.

Formarea secvențelor de adrese se efectuează folosind o linie de întârziere (LZ), care are robinete, așa cum se arată în Fig. 8.15.

Pentru a forma adresa, sunt folosite doar atingeri de la, și o altă combinație de atingeri este utilizată pentru cealaltă adresă. Aceste impulsuri diferă în ceea ce privește frecvența umplerii lor (există doar astfel de frecvențe în sistemul de compactare) și pot ocupa diferite poziții în timp. De exemplu, în fig. 8.16 prezintă o variantă a construirii unor astfel de secvențe de adrese pentru un sistem cu și.

Astfel, pulsul obținut ca urmare a modulației impulsului primar prin mesaj este împărțit în impulsuri în linia de întârziere. Fiecare dintre aceste impulsuri poate ocupa una dintre pozițiile în timp și este transmisă la propria frecvență.

Prin variația poziției impulsurilor în timp față de primul impuls, precum și a frecvenței de umplere a impulsurilor, se poate obține număr mare combinații de coduri de adrese (multipli mari de compactare).

Fiecare receptor individual este un dispozitiv neliniar care conține linii de întârziere și un circuit de coincidență (CC) și răspunde doar la o secvență specifică de impulsuri radio (Fig. 8.17). Receptorul are filtre bandpass reglate la frecvențele corespunzătoare. Impulsurile de ieșire ale fiecărui filtru sunt detectate și alimentate către liniile de întârziere, proiectate în conformitate cu adresa atribuită acestui receptor, astfel încât toate impulsurile de la ieșiri să coincidă în timp. Pe un circuit neliniar de coincidență (CC), un impuls apare numai cu condiția ca impulsurile de intrare întârziate din toate ramurile să coincidă. Dacă, din ieșirile liniilor de întârziere, cel puțin una dintre impulsuri ajunge la intrarea circuitului de coincidență în același timp cu celelalte, atunci semnalul de la ieșirea SS nu va apărea. Datorită acestui fapt, receptorul reacționează numai la combinația de cod de adresă atribuită.

Procesul descris de separare a mesajelor (adică, alocarea numai a combinației de coduri de adresă atribuite receptorului) este ilustrat în Fig. 8.17. Intrarea receptorului primește un semnal de grup care conține, în special, două mesaje (impulsuri radio umbrite și nesombrite). Dispozitivul de recepție răspunde doar la combinația de timp-frecvență adresată, afișată prin impulsuri umbrite, adică evidențiază mesajul. Impulsurile de la ieșirea circuitului de coincidență sunt convertite într-un mesaj primit într-un demodulator de impuls (ID) în conformitate cu modulația de impuls aplicată.

Pentru a stabili comunicarea cu un anumit abonat, este suficient să selectați pozițiile corespunzătoare ale liniei de întârziere individuale pe emițător în funcție de combinația de coduri de adresă. Nu este necesară reglarea frecvenței în aceste sisteme, ceea ce face ca echipamentul să fie foarte ieftin și să asigure fiabilitatea acestuia.

Divizarea frecvenței semnalelor. Diagrama funcțională a celui mai simplu sistem de comunicații multicanal cu separarea frecvenței canalelor este prezentată în Fig. 9.2.

Să urmărim etapele principale de formare a semnalului, precum și schimbarea acestor semnale în timpul transmisiei. În primul rând, în conformitate cu mesajele transmise, semnalele primare (individuale) având spectre de energie G 1 (ω), G 2 (ω), ..., G N (ω) modulează co-purtătorii secundari ai fiecărui canal. Această operațiune este realizată de emițătoarele de canale M 1, M 2, ....., M N. Spectrele gk (ω) ale semnalelor de canal obținute la ieșirea filtrelor de frecvență Φ 1, Φ 2, ..., Φ N ocupă respectiv benzile de frecvență Δω 1, Δω 2, ..., Δω N (Fig. 9.3), care în cazul general poate diferi în lățime de spectrele mesajului Ω 1, Ω 2, ..., Ω N. Pentru tipurile de modulație în bandă largă, de exemplu FM, lățimea spectrală este Δω k ≈2 (β + 1) Ω k, pentru OM, Δω k \u003d Ω k, adică, în cazul general, Δω k ≥ Ω k Pentru simplitate, vom presupune că OM este utilizat (așa cum se obișnuiește în sistemele de cablu pentru comunicația multicanal cu divizarea frecvenței), adică

Δω k \u003d Ω și Δω \u003d NΩ. (9.11)

Vom presupune că spectrele semnalelor individuale sunt finite. Apoi este posibil să alegeți subpurtători de frecvențe ω k astfel încât benzile Δω 1, ..., Δω 1 să nu se suprapună în perechi. În această condiție, semnalele s k (t) (k \u003d 1, ..., N) sunt reciproc ortogonale. Apoi spectrele g 1 (ω), g 2 (ω), ..., g N (ω) sunt însumate (SS) și combinația lor g (ω) este alimentată la modulatorul de grup (M). Aici, spectrul g (ω) cu ajutorul oscilației frecvenței purtătoare ω 0 este transferat în intervalul de frecvență alocat pentru transmiterea acestui grup de canale, adică semnalul de grup s (t) este convertit într-un semnal liniar s L (t) În acest caz, se poate utiliza orice formă modulare.

La capătul de recepție, semnalul liniar este alimentat către demodulatorul de grup (receptorul Π), care convertește spectrul semnalului liniar în spectrul semnalului de grup g (ω). Spectrul semnalului de bază este apoi din nou împărțit prin intermediul filtrelor de frecvență Φ 1, Φ 2, ..., Φ N în benzi separate Δω k corespunzătoare canalelor individuale. În cele din urmă, demodulatoarele de canal D convertesc spectrul semnalului g k (ω) în spectrul mesajului G k (ω) destinat destinatarilor.

Din explicațiile de mai sus, este ușor de înțeles semnificația metodei de diviziune a frecvenței. Deoarece orice linie de comunicație reală are o lățime de bandă limitată, atunci în transmisia multicanal, o anumită parte din lățimea de bandă totală este alocată fiecărui canal individual.

Pe partea de recepție, semnalele tuturor canalelor acționează simultan, diferind în poziția spectrelor de frecvență pe scara de frecvență. Pentru a separa astfel de semnale fără interferențe reciproce, dispozitivele de recepție trebuie să conțină filtre de frecvență. Fiecare dintre filtrele Φ l trebuie să treacă fără atenuare doar acele frecvențe ω∈Δω k care aparțin semnalului acestui canal; frecvențele semnalelor tuturor celorlalte canale ω∉Δω k trebuie suprimate de filtru.

Separarea de frecvență a semnalelor prin filtrele de bandă ideale poate fi reprezentată matematic după cum urmează:

unde g k (t) este răspunsul la impuls al unui filtru ideal de trecere a benzii care trece banda de frecvență Δω k fără distorsiuni. Expresia (9.12) coincide cu (9.6) pentru funcția de greutate η k (t, τ) \u003d g k (t-τ). În domeniul spectral, transformarea (9.12) corespunde înmulțirii spectrului semnalului grupului cu funcția de transfer în formă (a se vedea Fig. 9.3).

Deci, din punctul de vedere al posibilității separării complete a semnalelor de la diferite canale, este necesar să existe astfel de filtre Φ k, a căror lățime de bandă să corespundă în totalitate lățimii spectrului de semnal Δω k; filtrul Φ k nu trebuie să reacționeze la componentele armonice din afara benzii Δω k. Aceasta înseamnă că energia semnalului s k este complet concentrată în banda limitată Δω k alocată canalului k-th. Dacă ambele condiții ar fi îndeplinite, atunci prin intermediul filtrelor de frecvență ar fi posibil să se separe semnalele diferitelor canale fără interferențe reciproce. Cu toate acestea, niciuna dintre aceste condiții nu este fundamental impracticabilă. Rezultatul este interferența reciprocă între canale. Ele apar atât datorită concentrației incomplete a energiei semnalului canalului k-o în cadrul unei benzi de frecvență date Δω k, cât și datorită imperfecțiunii filtrelor reale de trecere a benzii. În condiții reale, este, de asemenea, necesar să se ia în considerare interferența reciprocă de origine neliniară, de exemplu, din cauza neliniarității caracteristicilor canalului de grup.

Pentru a reduce diafragma la nivel acceptabil este necesar să se introducă intervale de frecvență de protecție Δω protecție (Fig. 9.4). Deci, de exemplu, în sisteme moderne Pentru comunicația telefonică multicanal, fiecărui canal telefonic i se alocă o bandă de frecvență de 4 kHz, deși spectrul de frecvență al semnalelor audio transmise este limitat la o bandă de la 300 la 3400 Hz, adică lățimea spectrului este de 3,1 kHz. Între benzile de frecvență ale canalelor adiacente, sunt prevăzute intervale de 0,9 kHz, concepute pentru a reduce nivelul de interferență reciprocă la filtrarea semnalelor. Aceasta înseamnă că în sistemele de comunicații multicanal cu semnale de diviziune a frecvenței, doar aproximativ 80% din lățimea de bandă a liniei de comunicație este utilizată în mod eficient. În plus, trebuie asigurat un grad foarte ridicat de liniaritate a întregii căi de semnal a benzii de bază.

Împărțirea în timp a semnalelor. Principiul diviziunii în timp a semnalelor este foarte simplu și a fost folosit de mult în telegrafie. Constă în faptul că, prin intermediul comutatorului K, se asigură pe rând prima cale de grup pentru transmiterea semnalelor fiecărui canal al sistemului multicanal *. La transmiterea mesajelor continue, eșantionarea timpului (modularea pulsului) este utilizată pentru divizarea timpului. În primul rând, se transmite semnalul (pulsul) canalului 1, apoi canalul următor etc. până la ultimul canal numerotat N, după care primul canal este pornit din nou și procesul se repetă periodic (Fig. 9.5).

* (Întrerupătoarele mecanice nu sunt practic utilizate în echipamentele moderne. În schimb, comutatoarele electronice sunt utilizate, realizate, de exemplu, pe registrele de schimbare.)

La capătul de recepție, este instalat un comutator similar K pr, care conectează traseul grupului la rândul său la receptoarele canalelor corespunzătoare. Receptorul fiecărui canal k-ro ar trebui să fie conectat numai pe durata transmisiei semnalului k-ro și să fie oprit în restul timpului, în timp ce semnalele din alte canale sunt transmise. Aceasta înseamnă că, pentru funcționarea normală a unui sistem de divizare a timpului multicanal, este necesară funcționarea sincronă și în fază a comutatoarelor de pe laturile de recepție și de transmisie. Adesea pentru aceasta, unul dintre canale este ocupat pentru transmiterea impulsurilor speciale de sincronizare destinate funcționării coordonate în timp a K trans și K pr

În fig. 9.6 prezintă diagramele de sincronizare ale unui sistem cu două canale cu AIM. Purtătorul de mesaje aici este o secvență de impulsuri (cu o perioadă T 0 \u003d 1 / 2F max) care sosesc la un modulator de impulsuri (MI) de la un generator de impulsuri de ceas (GTI). Semnalul de grup (Fig. 9.6, a) este alimentat la comutatorul K pr. Acesta din urmă joacă rolul de filtre sau comutatoare parametrice "temporare", a căror funcție de transfer K k (Fig. 9.6.6) se modifică sincron (cu o perioadă T 0) și în fază cu modificările funcția de transfer banda K:

Aceasta înseamnă că numai detectorul de impulsuri kth ID-k este conectat la calea de transmisie în fiecare interval de timp Δt k. Mesajele primite ca urmare a detectării s k (t) sunt livrate receptorului de mesaje PS-k.

Operatorul π k, care descrie funcționarea filtrului de chei, decupează din semnalul s (t) intervalele Δt k care urmează cu perioada T 0 și aruncă restul semnalului. Este ușor de verificat dacă poate fi reprezentat în forma (9.6) dacă

Aici, ca înainte, Δt k denotă intervalul în care sunt transmise semnalele sursei a k.

Odată cu divizarea timpului, interferența reciprocă se datorează în principal din două motive. Primul este că distorsiunile liniare care decurg din banda de frecvență limitată și imperfecțiunea caracteristicilor amplitudine-frecvență și frecvență de fază a oricărui sistem de comunicații fezabil din punct de vedere fizic încalcă natura impulsului semnalelor. Într-adevăr, dacă spectrul este limitat în timpul transmiterii impulsurilor modulate de durată finită, atunci impulsurile se vor „răspândi” și în locul impulsurilor de durată finită, vom obține procese care se extind infinit în timp. Cu împărțirea în timp a semnalelor, acest lucru va duce la faptul că impulsurile unui canal vor fi suprapuse impulsurilor altor canale (Fig. 9.7). Cu alte cuvinte, diafragma reciprocă sau interferența intersimbolică apare între canale. În plus, interferența reciprocă poate apărea datorită sincronizării imperfecte a impulsurilor de ceas pe laturile de transmisie și recepție.

Pentru a reduce nivelul de interferență reciprocă, este necesar să se introducă intervale de timp de „pază”, care corespund unei anumite răspândiri a spectrului semnalului. Deci, în sistemele de telefonie multicanal, banda de frecvență efectivă este F \u003d 3100 Hz; în conformitate cu teorema Kotelnikov, valoarea minimă f 0 \u003d 2F \u003d 6200 Hz. Cu toate acestea, în sistemele reale, rata de repetare a pulsului este aleasă cu o anumită marjă: f 0 \u003d 8 kHz. Pentru a transmite astfel de impulsuri în modul cu un singur canal, este necesară o lățime de bandă de cel puțin 4 kHz. Cu împărțirea în timp a canalelor, semnalul fiecărui canal ocupă aceeași bandă de frecvență, care este determinată în condiții ideale conform teoremei Kotelnikov din relație (cu excepția canalului de sincronizare)

Δt k \u003d T 0 / N \u003d 1 / (2F total), (9,15)

unde F total \u003d NF, care este același cu lățimea de bandă totală a sistemului în diviziunea de frecvență. Deși, teoretic, diviziunea de timp și frecvență permite obținerea aceleiași eficiențe în utilizarea spectrului de frecvență, totuși, deocamdată, sistemele de diviziune a timpului (divizarea sunt inferioare sistemelor de diviziune a frecvenței din acest indicator.

În același timp, sistemele de împărțire a timpului au un avantaj incontestabil datorită faptului că, datorită diferenței în timpul de transmitere a semnalelor de la diferite canale, nu există diafragme de origine neliniară. În plus, echipamentul de diviziune a timpului este mult mai simplu decât diviziunea de frecvență, unde pentru fiecare canal individual sunt necesare filtre de bandă adecvate, care sunt dificil de implementat prin intermediul microelectronicii. Un avantaj important al sistemelor de diviziune a timpului este factorul de creastă semnificativ mai scăzut. Împărțirea timpului este utilizată pe scară largă în transmiterea mesajelor continue cu modulație analogică a impulsurilor și în special în sistemele digitale PCM.

Rețineți, de asemenea, că puterea totală P totală a semnalului primit s (t) este necesară pentru a asigura fidelitatea specificată în prezența interferenței de fluctuație, atât în \u200b\u200bdiviziuni de frecvență și timp (precum și în alte sisteme cu diviziune liniară considerate mai jos) în cazul ideal în De N ori mai mare decât puterea P pentru transmisia cu un singur canal cu același tip de modulație P total \u003d NP. Acest lucru este ușor de înțeles, deoarece atunci când se adaugă semnale independente, puterile lor se adună. De fapt, datorită diafragmei, fidelitatea recepției într-un sistem multicanal în această condiție este ușor mai mică decât într-un sistem cu un singur canal. Prin creșterea puterii semnalului într-un sistem multicanal, este imposibil să se reducă efectul diafragmei, deoarece, în acest caz, crește și puterea acestuia din urmă și, în cazul zgomotului neliniar, crește chiar mai repede decât puterea semnalului.

Separarea fazelor semnalelor. Luați în considerare acum un set de semnale sinusoidale:

Aici, informațiile care trebuie transmise sunt conținute în modificări ale amplitudinii A k (modulația amplitudinii), frecvența purtătoare a semnalelor ω 0 este aceeași și semnalele diferă în fazele inițiale φ k.

Dintre semnalele N setate (9.16), doar oricare două semnale sunt liniar independente; orice n\u003e 2 semnale sunt liniar dependente. Aceasta înseamnă că la o singură frecvență purtătoare ω 0 pentru valori arbitrare ale amplitudinilor A i și A k și a fazelor φ i și φ k, poate fi asigurată doar transmisie cu două canale *.

* (Separarea semnalelor la valori fixe ale amplitudinilor A i fazelor φ i este discutată în § 9.5.)

În practică, valoarea φ 2 - φ 1 \u003d π / 2 este utilizată în principal:

s 1 (t) \u003d A 1 sin ω 0 t; s 2 (t) \u003d A 2 sin (ω 0 t + π / t) \u003d A 2 cos ω 0 t, (9.17)

În acest caz, semnalele s 1 (t) și s 2 (t) sunt ortogonale, ceea ce facilitează implementarea sistemului și îmbunătățește performanța energetică a acestuia.

Diagrama funcțională a celui mai simplu sistem de comunicații multicanal cu separarea frecvenței canalelor este prezentată în Figura 6.2.

Figura 6.2 - Diagrama funcțională a unui sistem de comunicații multicanal cu frecvență

separarea canalului

În surse străine, termenul este folosit pentru a desemna principiul diviziunii de frecvență a canalelor (FDM) Diviziunea de frecvență Multiplicează accesul(FDMA).

În primul rând, în conformitate cu mesajele transmise, semnalele primare (individuale) având spectre de energie G 1 (w), G 2 (w), ..., G N(w) modulează subpurtătorii w K din fiecare canal. Această operație este realizată de modulatori M 1 , M 2 , ..., M N emițătoare de canale. Filtre de frecvență obținute la ieșire F 1 , F 2 , ..., Ф N spectre g K ( w) semnalele de canal ocupă benzile de frecvență D w 1, D w 2, ..., D w N, care, în cazul general, poate diferi în lățime de spectrele mesajului W 1 , W 2 , ..., W N.

Să urmărim etapele principale ale formării semnalelor, precum și schimbarea acestor semnale în timpul transmisiei (Figura 6.9).

Spectre de semnal g 1 (w), g 2 (w),..., g N(w) sunt rezumate (S) și totalitatea lor g(w) este alimentat modulatorului de grup ( M). Aici spectrul g(w) folosind oscilația frecvenței purtătoare w 0 este transferat în intervalul de frecvență alocat pentru transmisia acestui grup de canale, adică semnal de grup s(t) este convertit într-un semnal liniar s L ( t). În acest caz, poate fi utilizat orice tip de modulație.

La capătul de recepție, semnalul liniar este alimentat către demodulatorul de grup (receptor P), care convertește spectrul semnalului de linie în spectrul semnalului de bază g¢ (w). Spectrul de bază este apoi utilizat cu filtre de frecvență F 1 , F 2 ,...,Ф N se desparte din nou în dungi separate Dw Kcorespunzătoare canalelor individuale. În cele din urmă, canalizați demodulatorii D transformă spectrele semnalului g K (w) la spectre de mesaje G ¢ K (w)destinat destinatarilor.

Figura 6.3 - Conversia spectrelor într-un sistem cu multiplexare prin divizarea frecvenței

Semnificația metodei de frecvență a separării canalului este după cum urmează: o linie de comunicație reală are o lățime de bandă limitată, iar în transmisia multicanal, o anumită parte din lățimea de bandă totală este alocată fiecărui canal individual.

Pe partea de recepție, semnalele tuturor canalelor acționează simultan, diferind în poziția spectrelor lor de frecvență pe scara de frecvență. Pentru a separa astfel de semnale fără interferențe reciproce, dispozitivele de recepție trebuie să conțină filtre de frecvență. Fiecare dintre filtre F K trebuie să treacă fără atenuare doar acele frecvențe wÎDw Kcare aparțin semnalului acestui canal; filtrul trebuie să suprime frecvențele tuturor celorlalte canale.

Pentru a reduce diafragma la un nivel acceptabil, protejați intervalele de frecvență D w PROTECȚIE (Figura 6.4).

Figura 6.4 - Spectrul semnalului de grup cu intervale de protecție

În sistemele de telefonie multicanal moderne, fiecărui canal de telefon i se alocă o bandă de frecvență de 4 kHz, deși spectrul de frecvență al semnalelor audio transmise este limitat la o bandă de la 300 la 3400 Hz, adică lățimea spectrului este de 3,1 kHz. Între benzile de frecvență ale canalelor adiacente, sunt prevăzute intervale de 0,9 kHz, concepute pentru a reduce nivelul de interferență reciprocă la filtrarea semnalelor. Aceasta înseamnă că în sistemele de comunicații multicanal cu semnale de diviziune a frecvenței, doar aproximativ 80% din lățimea de bandă a liniei de comunicație este utilizată în mod eficient.