При передаче дискретных сообщений часто используется комбинационный способ формирования группового сигнала. Сущность этого способа состоит в следующем.
Пусть необходимо организовать передачу независимых дискретных сообщений по общему групповому каналу. Если каждый элемент сообщения может принимать одно из возможных состояний то общее число состояний системы из источников будет При одинаковых источниках следовательно,
Таким образом, используя основание кода можно передавать одновременно информацию от индивидуальных каналов работающих с основанием кода
Если, в частности, (элемент сообщения может принимать одно из двух возможных состояний, например «0» и а число каналов то оказываются возможными четыре разные комбинации элементарных сигналов «0» и «1» в обоих каналах.
Задача теперь сводится к передаче некоторых чисел, определяющих номер комбинации. Эти числа могут передаваться посредством любого кода. При такой передаче групповой сигнал является отображением определенной комбинации сигналов различных каналов. Разделение сигналов, основанное на различии в комбинациях сигналов разных каналов, называется комбинационным разделением.
Типичным примером комбинационного разделения является система двукратной частотной модуляции иногда называемой двукратным частотным телеграфированием Для передачи четырех комбинаций сигналов двух каналов используются четыре разные частоты: при двукратной фазовой манипуляции (ДФМ) каждой комбинации состояний I и II каналов соответствует определенное значение фазы группового сигнала или (табл. 8.2).
В качестве иллюстрации принципа комбинационного разделения рассмотрим пример разделения сигналов при двухканальной системе частотного телеграфирования (рис. 8.17). Здесь принятый сигнал разделяется фильтрами подключенными к детекторам попарно работающим на общие нагрузки.
При передаче частоты напряжение с выхода подводится
через диоды к входным зажимам аппаратов I и II каналов. При передаче частоты напряжение с фильтра подключается через диоды соответственно к зажимам и . Все остальные соединения на схеме рис. 8.17 выполнены в соответствии с табл. 8.2.
Таблица 8.2 (см. скан)
Рис. 3.17. Комбинационное разделение сигнала в системе ДЧМ
При оптимальном приеме для разделения сигналов на частотах используются не полосовые, а согласованные фильтры. Если частотные интервалы между и удовлетворяют условию ортогональности, то вероятность ошибки в одном из каналов ДЧМ при оптимальном некогерентном приеме определяется так:
Сравнение системы ДЧМ с обычной двухканальной ЧМ системой частотным разделением показывает, что обе системы занимают практически одинаковую полосу частот, однако мощность сигнала, требуемая для обеспечения заданной верности, при ДЧМ почти вдвое меньше, чем при частотном уплотнении. Существенно меньше оказывается и пиковая мощность при ДЧМ. Поэтому в системах с ограниченной энергетикой комбинационное разделение по методу ДЧМ находит широкое применение.
Комбинационные ДФМ системы на практике реализуются в виде двойной относительной фазовой модуляции ДОФМ по тем же причинам, по которым вместо абсолютных систем ФМ используются относительные - ОФМ. Аналогично можно строить системы комбинационного уплотнения для большего числа каналов - многократную частотную (МЧМ), многократную относительную фазовую модуляцию (МОФМ) и др.
В случае МЧМ, при выборе частот, обеспечивающих ортогональность системы передаваемых сигналов, занимаемая полоса частот ростом увеличивается также экспоненциально. Вероятность эшибки в каждом канале с увеличением также возрастает, но эчень медленно. Поэтому такие системы применяют в тех случаях, согда используемый канал связи обладает большими частотными ресурсами, но энергетические его возможности ограничены.
В случае МОФМ, наоборот, занимаемая полоса частот с ростом почти не расширяется, но вероятность ошибки увеличивается очень быстро и для сохранения требуемой верности необходимо увеличивать мощность сигнала. Такие системы пригодны в тех ситуациях, когда существуют жесткие ограничения полосы пропускания канала, а мощность сигнала практически не лимитирована.
Подробно многоканальные системы связи изучаются в специальных технических курсах.
Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рисунке 6.2.
Рисунок 6.2 – 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 G 1 (w ), G 2 (w ), ..., G N (w ) модулируют поднесущие частоты w K каждого канала. Эту операцию выполняют модуляторы М 1 , М 2 , ..., М N канальных передатчиков. Полученные на выходе частотных фильтров Ф 1 , Ф 2 , ..., Ф N спектры g K (w ) канальных сигналов занимают соответственно полосы частот Dw 1 , Dw 2 , ..., Dw N , которые в общем случае могут отличаться по ширине от спектров сообщений W 1 , W 2 , ..., W N .
Проследим основные этапы образования сигналов, а также изменение этих сигналов в процессе передачи (рисунок 6.9).
Спектры сигналов g 1 (w ), g 2 (w ),..., g N (w ) суммируются (S) и их совокупность g (w ) поступает на групповой модулятор (М ). Здесь спектр g (w ) с помощью колебания несущей частоты w 0 переносится в область частот, отведенную для передачи данной группы каналов, т.е. групповой сигнал s (t ) преобразуется в линейный сигнал s Л (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 ¢ (w). Спектр группового сигнала затем с помощью частотных фильтров Ф 1 , Ф 2 ,...,Ф N вновь разделяется на отдельные полосы Dw K , соответствующие отдельным каналам. Наконец, канальные демодуляторы Д преобразуют спектры сигналов g K (w) в спектры сообщений G¢ K (w) , предназначенные получателям.
Рисунок 6.3 – Преобразование спектров в системе с частотным разделением каналов
Смысл частотного способа разделения каналов состоит в следующем: реальная линия связи обладает ограниченной полосой пропускания, и 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 Ф K должен пропустить без ослабления лишь те частоты wÎDw K , которые принадлежат сигналу данного канала; частоты сигналов всех других каналов фильтр должен подавить.
Для снижения переходных помех до допустимого уровня вводятся защитные частотные интервалы Dw ЗАЩ (рисунок 6.4).
Рисунок 6.4 – Спектр группового сигнала с защитными интервалами
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.
Л Е К Ц И Я № 16
Тема:
Текст лекции по дисциплине: «Теория электрической связи»
Г. Калининград 2013 г.
Текст лекции № 27
по дисциплине: «Теория электрической связи»
«Частотное, временное и фазовое разделение сигналов»
Введение
Самым дорогим элементом системы связи является линия связи. В системах передачи общей средой могут быть коаксиальные, симметричные или оптические кабели, воздушные кабели связи или радиолинии. Возникает необходимость уплотнять физической цепи, передавая по ним одновременно информацию от нескольких оконечных средств связи. Уплотнение линии связи осуществляется посредством аппаратуры уплотнения, которая совместно со средой передачи образует многоканальную систему передачи.
Многоканальной системой передачи (МСП) называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу двух и более сигналов по одной физической цепи или линии связи.
В многоканальной электросвязи применяются МСП с частотным разделением каналов (ЧРК) и МСП с временным разделением каналов (ВРК). Кодовое разделение каналов находит применение в подвижных системах радиосвязи.
При ЧРК за каждым каналом связи закрепляется определенный спектр (полоса) частот. При ВРК в линию связи передаются импульсные последовательности очень коротких импульсов, содержащие информацию о первичных сигналах и сдвинутые относительно друг друга по времени.
МСП с ЧРК являются аналоговыми, а МСП с ВРК – цифровыми системами.
Для этих целей создаются системы с множественным доступом и уплотнением. Именно такие системы лежат в основе современной связи.
Частотное разделение сигналов
Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на Рис. 1
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 , ,..., модулируют поднесущие частоты каждого канала. Эту операцию выполняют модуляторы , ,..., канальных передатчиков. Полученные на выходе частотных фильтров , ,..., спектры канальных сигналов занимают соответственно полосы частот , ,..., , которые в общем случае могут отличаться по ширине от спектров сообщений , ,..., . При широкополосных видах модуляции, например, ЧМ ширина спектра 
, т.е. в общем случае . Для упрощения будем считать, что используется АМ-ОБП (как это принято в аналоговых СП с ЧРК), т.е. и .
Проследим основные этапы образования сигналов, а также изменение этих сигналов в процессе передачи (Рис. 2).
Будем полагать, что спектры индивидуальных сигналов конечны. Тогда можно подобрать поднесущие частоты w K так, что полосы ,..., попарно не перекрываются. При этом условии сигналы ; 
взаимно ортогональны.
Затем спектры , ,..., суммируются и их совокупность поступает на групповой модулятор (). Здесь спектр с помощью колебания несущей частоты переносится в область частот, отведенную для передачи данной группы каналов, т.е. групповой сигнал преобразуется в линейный сигнал . 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 . Спектр группового сигнала затем с помощью частотных фильтров , ,..., вновь разделяется на отдельные полосы , соответствующие отдельным каналам. Наконец, канальные демодуляторы Д преобразуют спектры сигналов в спектры сообщений , 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 должен пропустить без ослабления лишь те частоты , которые принадлежат сигналу данного канала; частоты сигналов всех других каналов 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 , 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 (Рис. 3).
Так, например, в современных системах многоканальной телефонной связи каждому телефонному каналу выделяется полоса частот кГц, хотя частотный спектр передаваемых звуковых сигналов ограничивается полосой от
При передаче сигналов от нескольких источников сообщений возникает необходимость разделения этих сигналов с тем, чтобы на приемной стороне можно было определить, к какому источнику сообщений относится каждый сигнал и направить его к своему приемнику. Аналогичная задача имеет место при передаче элементов кодового сигнала. В телемеханике применяются три основных способа разделения сигналов или их элементов: кондуктивное (схемное), временное и частотное .
При кондуктивном разделении для каждого сообщения (или элемента кодового сигнала) отводится независимая электрическая цепь связи. По каждой электрической цепи можно осуществлять независимую и параллельную передачу сообщений. Рассмотрим систему с кондуктивным разделением, в которой используются полярные признаки тока для передачи сообщений (рис. 2.9). Посылка сигналов каждого источника сообщений осуществляется двухпозиционными ключами зависимости от положения которых в линейных проводах устанавливается то или иное направление постоянного тока. Приемниками служат поляризованные электромагнитные реле. Передача информации от каждого источника сообщений осуществляется по своему проводу, обратный провод - общий для всех каналов. Крайне неэкономичное использование линий связи практически исключает применение этого способа разделения в телемеханике при длинах линий связи свыше 3-5 км. Реально кондуктивный способ разделения сигналов используется в системах с дистанционным управлением.
Рис. 2.9. Схема кондуктивного разделения сигналов
При временном разделении (уплотнении) сигналов каждому из источников сообщения поочередно предоставляется линия связи: за интервал времени t1передается сигнал первого источника, за интервал времени t2 - второго и т. д. (на рис. 2.10,а показана передача от пяти источников). Из этого рисунка следует, что при временном разделении сигнал от каждого источника занимает свой временной интервал, не занятый сигналом от другого источника. Время, которое отводится для передачи сигналов от всех источников, называется циклом.
Рис.2.10. Пояснение временного разделения сигналов
а) разделение каналов на временной оси.
в) реализация способа синхронизации с помощью сети
Для реализации временного способа предающие и приемные узлы устройств телемеханики поочередно подключаются к линии связи с помощью синфазно работающих коммутирующих устройств (распределителей), которые в настоящее время выполняются на бесконтактных элементах. Для большей наглядности на рис. 2.10,б показана система телемеханики с временным разделением сигналов, в которой применяются контактные распределители - шаговые искатели (ШИ). При передаче информации используются полярные качества тока. Сообщения от каждого источника определяется положением ключей управления, в качестве декодирующих устройств на приемной стороне использованы поляризованные. За один цикл работы распределителей последовательно во времени передаются сообщения от всех источников информации. Устройства с временным разделением сигналов могут работать в циклическом или спорадическом режиме. В циклическом режиме системы работают непрерывно, в спорадическом информация передается по мере ее накопления или необходимости, в остальное время распределители находятся в исходном состоянии и не осуществляют переключений каналов.
Основным условием надежного и точного разделения сигналов является строгая синфазность распределителей. Для этого в циклических системах используют три основных метода синхронизации: общей сетью, циклический и пошаговый.
При синхронизации общей сетью (рис. 2.10,в) питание приводов распределителей (ПР) осуществляется от общей электрической сети 50 Гц, называемой источником синхронного питания. В качестве такого источника часто используют сеть одной энергетической системы. Этот метод может использоваться при относительно коротких (до 20 км) линиях связи (ЛС). В данных линиях из-за изменения нагрузок, подключаемых к энергетической системе, во времени возможно нарушение синфазности питания и, следовательно, синфазности работы распределителей.
При циклической синхронизации приводы распределителей, расположенные на передающей и приемной стороне, подключены к специальным генераторам импульсов управления, настроенных на одинаковую частоту. Однако даже при точной взаимной настройке генераторов рассогласование положения распределителей будет накапливаться со временем. Для устранения рассогласования один раз за цикл производится принудительное синфазирование распределителей установкой их в начальное положение.
При пошаговой синхронизации на передающей стороне используется генератор импульсов, который осуществляет переключение обоих распределителей. На каждом шаге распределителей необходимо передавать специальные синхронизирующие импульсы.
При спорадическом режиме работы телемеханической системы используют стартстопную синхронизацию, которую можно рассматривать как модификацию циклической.
При частотном разделении (уплотнении) каждому источнику сообщений выделяется определенная полоса частот: первому источнику- полоса частот ∆F 1 ,второму - ∆F 2 и т. д. (рисю 2.11, а). Полосы частот, используемые для передачи различных сообщений, не перекрываются. При этом сигналы от всех источников сообщений передаются по линии связи одновременно. На рис. 2.11,б представлена структурная схема системы с частотным разделением для передачи двоичных сигналов. Сообщение от каждого источника передается по линии синусоидальными сигналами определенной частоты f создаваемыми генераторами Г. Отсутствие посылки колебаний соответствующей частоты означает 0, посылка колебаний - 1. Колебания суммируются в линии связи. Разделение посылок от источников сообщений осуществляется на приемной стороне полосовыми фильтрами ПФ", выходы которых через выпрямители В соединяются с исполнительными реле Р.
Рис.2.11. Пояснения к частотному методу разделения сигналов
а) расположение каналов на частотной оси
б) функциональная схема системы
Литература
1. Стрыгин В.В. «Основы автоматики и вычислительной техники». М. Высшая школа. 1977 г.
2. Грицевский П.М. и др. «Основы автоматики, импульсной и вычислительной техники». М. Радио и связь. 1987 г.
3. Чекваскин А.Н. и др. «Основы автоматики». М. Энергия. 1977 г.
4. Гордин В.С. и др. «Основы авиационной автоматики». М. Оборонизд. 1972 г.
5. Аскерко В.С. и др. «Основы авиационной автоматики». М. Оборонизд. 1972 г.
6. Шишмарев В. Ю. «Типовые элементы систем автоматического управления». 4-е издание М.: Издательский центр «Академия», 2009.
7. Келим. Ю. М. Типовые элементы систем автоматического управления. М.:ФОРУМ:ИНФРА-М, 2002.г.
1. Тема 1.1. Основные понятия автоматики………………………………….…3
2. Тема 1.2. Измерительные преобразователи (датчики)………………………9
3. Тема 1.3. Электрические реле………………………………………………..28
4. Тема 1.4. Магнитные усилители……………………………………………..32
5. Тема 1.5.Типовые динамические звенья систем автоматики……………....39
6. Тема 1.6. Устойчивость и качество автоматической системы……………..43
7. Тема 2.1. Системы дистанционной передачи угловых перемещений на переменном токе………………………………………………………….…..48
8. Тема 2.2.Следящие системы переменного тока………………………….....51
9. Тема 2.3.Телемеханические системы автоматического управления и контроля……………………………………………………………………….53
- — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN time sharing …
разделение сигналов по форме - — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN waveform separation … Справочник технического переводчика
разделение сигналов по частоте - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN frequency sharing … Справочник технического переводчика
разделение навигационных сигналов ГНСС кодовое - Источник: ГОСТ Р 52928 2010: Система спутниковая навигационная глобальная. Термины и определения оригинал …
разделение навигационных сигналов ГНСС частотное - Источник: ГОСТ Р 52928 2010: Система спутниковая навигационная глобальная. Термины и определения оригин … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
разделение - 3.5 разделение (separation): Самое короткое расстояние между двумя токопроводящими частями через твердый изоляционный материал. Источник: ГОСТ Р МЭК 60079 15 2010: Взрывоопасные среды. Часть 15. Оборудование с видом взрывозащиты «n» … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Дискриминация сигналов АЭ - 2.14. Дискриминация сигналов АЭ D. Diskrimination der SE Signale E. Discrimination of AE signals Разделение сигналов АЭ по каким либо заданным признакам Источник: МИ 198 79: Акустическая эмиссия. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
временное разделение цифровых сигналов данных - временное разделение Процесс, обратный временному объединению цифровых сигналов данных. Примечание В соответствии с используемым способом временного объединения цифровых сигналов данных приобретает свое название и способ временного разделения… … Справочник технического переводчика
временное разделение цифровых сигналов электросвязи - временное разделение Процесс, обратный временному объединению цифровых сигналов электросвязи. Примечание В соответствии с используемым способом временного объединения цифровых сигналов электросвязи приобретает свое название и способ временного… … Справочник технического переводчика
Временное разделение цифровых сигналов данных - 40. Временное разделение цифровых сигналов данных Временное разделение Е. Time demultiplexing Процесс, обратный временному объединению цифровых сигналов данных. Примечание. В соответствии с используемым способом временного объединения цифровых… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Временное разделение цифровых сигналов электросвязи - 105. Временное разделение цифровых сигналов электросвязи Временное разделение Digital demultiplexing Процесс, обратный временному объединению цифровых сигналов электросвязи. Примечание. В соответствии с используемым способом временного… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Книги
- Купить за 1017 грн (только Украина)
- Теория информации. Учебное пособие для прикладного бакалавриата , Осокин А.Н.. В пособии рассмотрены этапы обращения информации в информационных системах, методы и модели измерения количества информации, датчики, описание сигналов (спектральное и вейвлет-представление…