Формирование канальных сигналов в АСП

В АСП (системах передачи с ЧРК) канальные сигналы формируются в индивидуальном оборудовании из первичных информационных сигналов путем преобразования их спектров так, чтобы каждый канальный сигнал занимал некоторый участок спектра, не перекрывающийся с полосами частот других канальных сигналов.

Для такого преобразования спектров можно применить различные виды модуляции токов разных несущих частот в каждом канале. Однако в современных системах передачи используется почти исключительно амплитудная модуляция (АМ). Рассмотрим этот вид модуляции подробно.

При АМ амплитуда некоторого гармонического колебания вида изменяется пропорционально мгновенному значению напряжения исходного информационного сигнала C (t):

Амплитудно-модулированный сигнал ,

где – амплитуда несущего колебания; k – коэффициент пропорциональности.

Первичный информационный сигнал, имеющий обычно достаточно сложную форму, можно с любой заданной точностью представить рядом Фурье, принимая интервал разложения больше или равным длительности сигнала и выбирая необходимое число ряда n. Если применить четное продолжение ряда, то получим

,

где – амплитуда i -ой составляющей исходного сигнала частотой Ώ;
Тогда гармоническое колебание, модулированное сложным сигналом, представится в виде

или (1)

где – глубина амплитудной модуляции.

После несложных преобразований

. (2)

Из этого выражения видно, что амплитудно-модулированное колебание представляется суммой несущего колебания и двух боковых полос с частотными составляющими ω– Ώ и ω + Ω, расположенными симметрично относительно несущей частоты.

Спектральный состав этого колебания представлен на рис. 5, а. Если исходный информационный сигнал С (t) имеет сплошной спектр (рис.5, б), то спектры боковых колебаний также будут сплошными (рис. 5, в).

Здесь следует пояснить смысл изображения спектров в виде прямоугольных треугольников: по направлению подъема гипотенузы повышается частота исходного преобразуемого сигнала от до , при этом подъем слева направо соответствует прямому спектру, справа налево – обратному или инверсному спектру.

Сигнал по формуле (2) в общем случае может быть принят в качестве канального сигнала, поскольку он представляет собой сумму сдвинутых по оси частот всех составляющих исходного информационного сигнала. При этом для различных канальных сигналов этот сдвиг, определяемый несущей частотой, должен быть различным.

Однако следует отметить, что параметры, характеризующие исходный сигнал входят лишь во второе и третье слагаемые выражения (1), в то время как первое слагаемое их не содержит.

Поэтому в качестве канальных сигналов можно использовать не только полное АМ колебание (1), но также различные комбинации отдельных составляющих АМ сигнала, в том числе и одну из боковых полос.

Оценим вначале распределение мощности между отдельными составляющими АМ сигнала. Для решения этой задачи удобно первичный сигнал, имеющий сложную форму, представить в виде эквивалентного гармонического колебания, средняя мощность которого с некоторой достаточно большой вероятностью не превышает среднюю мощность реального сигнала:

Тогда выражение (1) преобразуется к виду

(3)

Здесь

Действующая мощность составляющей несущей частоты на некоторой нагрузке R равна .

Действующая мощность составляющей одной боковой частоты, как следует из (3), равна

или

. (4)

Для уменьшения искажения при модуляции глубину амплитудной модуляции выбирают . Если, например, принять =0,3, то 40. Таким образом, мощность колебаний каждой из боковых полос значительно меньше мощности колебаний несущей частоты.

Проанализируем различные варианты использования составляющих амплитудно-модулированного колебания в качестве канальных сигналов.

При использовании несущей частоты и двух боковых полос ширина спектра канального сигнала, занимаемая в тракте, получается равной удвоенному значению верхней частоты сигнала (рис. 11, в), то есть более чем в два раза превышает ширину спектра первичного сигнала

В этом один из главных недостатков этого варианта формирования канальных сигналов, вытекающий из того, что в некоторой заданной полосе частот линейного группового сигнала получается меньшее число каналов, чем при использовании других вариантов.

Вторым существенным недостатком варианта является то, что мощность боковых полос составляет лишь малую долю мощности всего АМ колебания (3), то есть мощность передающих устройств используется нерационально.

Вариант передачи токов одной боковой полосы частот и несущей. В сравнении с первым данный вариант отличается тем, что в тракте используется почти вдвое меньшая полоса частот. Недостатком этого варианта является очень малая мощность сигнала боковой полосы и значительно большая мощность несущего колебания, что приводит к нерациональному использованию мощности усилителей. Большая мощность несущих частот вызывает перегрузку групповых усилителей, что приводит к значительным нелинейным шумам и помехам как в канале данной системы передачи, так и в каналах систем передачи, работающих по параллельным цепям.

Передача токов одной боковой полосы частот без несущей

При этом варианте наиболее рационально используются линейный спектр и мощность передающего устройства. Канальные сигналы занимают по ширине точно такие же диапазоны частот, как и передаваемые первичные сигналы, то есть .

Коэффициент использования мощности передающего устройства увеличивается во много раз, так как практически вся мощность его расходуется для передачи полезного сигнала. Устранение колебаний несущей частоты из канальных сигналов дает возможность снизить мощность на выходе групповых усилителей до приемлемой величины, что облегчает их реализацию. Однако на приемной стороне для восстановления исходного сигнала необходимо иметь источник (генератор) несущей частоты, который может быть асинхронным (отличным по частоте) или асинфазным (отличным по фазе) по отношению к генератору передающей станции.

Если, например, на приемной станции несущая частота отличается относительно частоты передающей станции на то это приведет к смещению полосы частот восстановленного исходного сигнала на такую же величину вверх или вниз по шкале частот (рис.6).

При телефонной связи влияние асинхронности (изменение тембра голоса, ухудшение разборчивости речи) сказывается при значительных смещениях спектров (несколько десятков герц). При использовании каналов для передачи дискретных сигналов методом частотной модуляции даже небольшое смещение (единицы герц) приводит к заметным искажениям. Это требует обеспечения высокой стабильности несущих частот, что значительно усложняет генераторное оборудование аналоговых систем передачи.

Асинфазность несущих частот приводит к смещению составляющих исходного сигнала на один и тот же фазовый угол что несущественно для приема любой информации.

Таким образом, способ однополосной модуляции, обеспечивая важные преимущества перед другими вариантами использования амплитудной модуляции, накладывает жесткие требования на стабильность несущих частот, что влечет за собой усложнение генераторного оборудования. Так как этот способ применяется практически во всех существующих СП, то рассмотрим схему формирования такого сигнала в каналообразующей аппаратуре.

Формирование однополосного сигнала (кадр 3 и рис. 6) осуществляется с помощью амплитудного модулятора АМ и полосового канального фильтра ПФ1. На выходе АМ образуются верхняя и нижняя боковые полосы частот, а также другие продукты преобразования, количество и амплитуды которых зависят от конкретной схемы преобразователя (модулятора). Полосовой канальный фильтр предназначен для подавления неиспользуемой боковой полосы частот, токов несущей частоты и побочных продуктов преобразования. После ПФ объединяются сигналы других каналов.

Поле прохождения линии в приемной части системы передачи канальный однополосный сигнал выделяется из спектра группового сигнала полосовым фильтром ПФ2 и подается к демодулятору, к которому подводится также напряжение несущей частоты аналогичной передающей части. На выходе демодулятора используется нижняя боковая полоса частот

которая выделяется ФНЧ и представляет собой восстановленный первичный информационный сигнал . Верхняя боковая полоса

является побочным продуктом преобразования и подавляется фильтром.

Восстановленный сигнал в любом i -ом канале будет несколько отличаться от исходного сигнала из-за воздействия помех и искажений в тракте передачи.

Технические трудности реализации этого способа (обеспечение синхронности генераторов несущих частот, сложность канальных фильтров) при современном уровне техники сравнительно легко преодолеваются. В некоторых СП находит применение бесфильтровой способ формирования однополосного сигнала – метод фазоразностной модуляции (ФРМ). Прочитать самостоятельно параграф 5.2.2. учебника.

Достоинством этого способа является однотипность наиболее сложных и многочисленных канальных фильтров. Фильтры при второй ступени преобразования могут быть достаточно простыми, поскольку полоса расфильтровки между верхней и нижней боковыми полосами будет очень большой. В многоканальных системах с числом каналов 60 и более из каждых пяти основных первичных групп формируются основные вторичные группы в диапазоне частот 312…552 кГц (рис.19, кадр 11, вверху).

В системах передачи с числом каналов 300 и более из каждых пяти основных вторичных групп формируются основные третичные группы в диапазоне частот 812…2044 кГц (рис.12, кадр 11, внизу). Здесь предусматривается защитная полоса частот между вторичными группами шириной 8 кГц.

В системах, рассчитанных на передачу нескольких тысяч каналов ТЧ, в аппаратуре из трех третичных групп формируются четверичные группы в диапазоне частот 8516…12388 кГц, содержащие 900 каналов ТЧ (кадр 12).

Дата добавления: 2014-01-07