Радиосистемы передачи информации

    КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

    УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

    Институт  Радиоэлектроники и Телекоммуникаций

Кафедра Радиоэлектронных и телекоммуникационных систем 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Расчетно-графическая  работа 
 

    По  курсу «Радиосистемы передачи информации» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнила студентка гр. 5507

Бандерова К.С. 

                                                                               Руководитель доц. Марчук В.Я. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Казань 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ 

1. Основы теории многоканальной передачи сообщений
1. Частотное разделение каналов
2. Принципы построения аппаратуры ЧРК
2. Причины появления искажений в ТМ системах с ЧРК
1. Перекрестные искажения (нелинейные)

2.1.1 Перекрестные  искажения в низкочастотной части  группового тракта

     2.1.2 Перекрестные искажения в  высокочастотной части группового тракта

Определение основных параметров многоканальной системы  передачи информации

Список  литературы 
 
 
 

1. Основы теории многоканальной передачи сообщений

Используемые методы разделения каналов можно классифицировать на линейные и нелинейные (комбинационные).  
 
В большинстве случаев разделения каналов каждому источнику сообщения выделяется специальный сигнал, называемый канальным. Промодулированные сообщениями канальные сигналы объединяются, в результате чего образуется групповой сигнал (ГС). Если операция объединения линейна, то получившийся сигнал называют линейным групповым сигналом.  
 
Для унификации многоканальных систем связи за основной или стандартный канал принимают канал тональной частоты (канал ТЧ), обеспечивающий передачу сообщений с эффективно передаваемой полосой частот 300…3400 Гц, соответствующей основному спектру телефонного сигнала.  
 
Многоканальные системы образуются путем объединения каналов ТЧ в группы, обычно кратные 12 каналам. В свою очередь, часто используют "вторичное уплотнение" каналов ТЧ телеграфными каналами и каналами передачи данных.  
 
На рис.1.1 приведена обобщённая структурная схема системы многоканальной связи.  
 
Реализация сообщений каждого источника a₁(t), a₂(t),…, a_N(t) с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) М₁ , М₂ , …, М_N преобразуются в соответствующие канальные сигналы s_N(t), s_N(t),…, s_N(t). Совокупность канальных сигналов на выходе аппаратуры объединения каналов (АОК) образует групповой сигнал s(t). Наконец, в групповом передатчике М сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал s_л(t) , который и поступает в линию связи (ЛС). Допустим, что линия пропускает сигнал практически без искажений и не вносит шумов. Тогда на приемном конце линии связи линейный сигнал s_л(t) с помощью аппаратуры разделения каналов (АРК) может быть вновь преобразован в групповой сигнал s(t). Канальными или индивидуальными приемниками П₁ , П₂ , …, П_N из группового сигнала s(t) выделяются соответствующие канальные сигналы s₁(t), s₂(t),…, s_N(t) и затем преобразуются в предназначенные получателям сообщения a₁(t), a₂(t),…, a_N(t).  
 
Канальные передатчики вместе с суммирующим устройством образуют аппаратуру объединения. Групповой передатчик М, линия связи ЛС и групповой приемник П составляют групповой канал связи (тракт передачи), который вместе с аппаратурой объединения и индивидуальными приемниками составляет систему многоканальной связи.

Индивидуальные приемники  системы многоканальной связи  П_K наряду с выполнением обычной операции преобразования сигналов s_k(t) в соответствующие сообщения a_k(t) должны обеспечить выделение сигналов s_k(t) из группового сигнала s(t). Иначе говоря, в составе технических устройств на передающей стороне многоканальной системы должна быть предусмотрена аппаратура объединения, а на приемной стороне - аппаратура разделения.  
 
Чтобы разделяющие устройства были в состоянии различать сигналы отдельных каналов, должны существовать определенные признаки, присущие только данному сигналу. Такими признаками в общем случае могут быть параметры переносчика, например амплитуда, частота или фаза в случае непрерывной модуляции гармонического переносчика. При дискретных видах модуляции различающим признаком может служить и форма сигналов. Соответственно различаются и способы разделения сигналов: частотный, временной, фазовый и другие.

1.1. Частотное разделение каналов

Функциональная схема  простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов  по частоте представлена на рис.4.2.  
 
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 G₁(ω), G₂(ω), …, G_N(ω) модулируют поднесущие частоты ω_k каждого канала соответственно. Эту операцию выполняют модуляторы M₁, M₂,…, M_N канальных передатчиков.  
 
Модуляторы - это четырёхполюсники с нелинейной амплитудной характеристикой, которая в общем случае аппроксимируется полиномом n-ой степени.

U_вых = a₁U_вх + a₂U²_вх + ... + a_nUⁿ_вх,

где a₁, …,a_n - коэффициенты аппроксимации. 
 
Для простоты возьмём полином второй степени, то есть:

U_вых = a₁U_вх + a₂U²_вх. 
 

Подадим на такой четырёхполюсник  сигналы двух частот, то есть

где ω > Ω. Тогда 

После соответствующих  преобразований получим:

Спектр сигнала  на выходе четырехполюсника будет иметь  вид (рис. 1.3):

Таким образом, на выходе четырёхполюсника наряду с частотами входных сигналов (ω, Ω) появились:

• постоянная составляющая ; 
• вторые гармоники входных сигналов (2ω, 2Ω); 
• составляющие суммарной (ω + Ω) и разностной (ω - Ω) частот.

Если предположить, что в сигнале с частотой Ω  содержится информация, то она будет  иметь место и в сигналах с  частотами (ω_н + Ω) и (ω_н - Ω), которые расположены зеркально по отношению к ω и называются верхней (ω + Ω) и нижней (ω - Ω) боковыми частотами. 
 
Если на четырёхполюсник подать сигнал несущей частоты U₁ = U_m • Cos ω_нt и сигнал тональной частоты в полосе Ω_н ... Ω_в (где Ω_н = 0,3 кГц, Ω_в = 3,4 кГц), то спектр сигнала на выходе четырёхполюсника будет иметь вид (рис. 1.4):

Полезными продуктами преобразования (модуляции) являются верхняя и нижняя боковые полосы . Для восстановления сигнала на приёме на вход демодулятора достаточно подать несущую частоту (ω _н) и одну из боковых частот. 
 
В многоканальных системах передачи с частотным разделением каналов (МСП-ЧРК) по каналу передаётся только сигнал одной боковой полосы, а несущая частота берётся от местного генератора. Таким образом, на выходе каждого канального модулятора включается полосовой фильтр с полосой пропускания Δω = Ω_в - Ω_н = 3,1кГц. Спектры G₁(ω), G₂(ω), …, G_N(ω) после транспонирования (переноса) на различные частотные интервалы и инверсирования складываются и образуют групповой спектр G_гр(ω).  
 
С целью уменьшения влияния соседних каналов (уменьшения переходных помех), обусловленного неидеальностью АЧХ фильтров, между спектрами сигнальных сообщений вводятся защитные интервалы. Для каналов ТЧ они равны 0,9 кГц. Таким образом, ширина полосы канала ТЧ с учётом защитного интервала равна 4 кГц (рис.1.5).

В системах ЧРК с  числом каналов 12 и более реализуется  принцип многократного преобразования частоты. В основу построения многоканальной системы положен стандартный канал тональной частоты. В соответствии с рекомендациями МСЭ оконечное оборудование (включающее аппаратуру объединения каналов и аппаратуру разделения каналов) строится с таким расчётом, чтобы на каждом этапе преобразования частоты с помощью унифицированных блоков формировались всё более и более укрупнённые группы каналов ТЧ. Причём в любой группе число каналов кратно 12. 
 
Вначале каждый из каналов ТЧ «привязывается» к той или иной 12-канальной группе, называемой первичной группой (ПГ). Разнесение сигналов 12 различных телефонных сообщений по спектру (формирование ПГ) осуществляется с помощью индивидуального преобразования частоты в стандартном 12-канальном блоке. Эти блоки обеспечивают как прямую, так и обратную связь в каждом из 12 дуплексных каналов. 
 
Каждый канал содержит следующие индивидуальные устройства: на передаче ограничитель амплитуд ОА, модулятор М и полосовой фильтр ПФ; на приёме полосовой фильтр ПФ, демодулятор ДМ, фильтр нижних частот ФНЧ и усилитель низкой частоты УНЧ. 
 
Для преобразования исходного сигнала на модуляторы и демодуляторы каждого канала подаются несущие частоты, кратные 4 кГц. 
 
Спектр группового сигнала ПГ представлен на рисунке 1.6, б. 
 
В приведённом варианте формирования ПГ использован принцип однократного преобразования спектра канала ТЧ (рис. 1.6, а). 
 
Как отмечалось ранее, при организации телефонной связи можно использовать либо двухполосную двухпроводную, либо однополосную четырёхпроводную систему передачи. Схема, изображённая на рис.1.6, относится ко второму варианту. Здесь каждый канал имеет отдельные тракт передачи и тракт приёма (действующие в одной и той же полосе частот), то есть каждый канал является четырёхпроводным. Если канал используется для телефонной связи, то двухпроводный участок цепи от абонента соединяется с четырёхпроводным каналом через дифференциальную систему (ДС). В случае передачи других сигналов (телеграфных, данных, звукового вещания и тому подобное), для которых необходим один или несколько односторонних канала, ДС отключается. 
 
В режиме передачи сообщение от абонента через ДС и амплитудный ограничитель (ОА) поступает на один из входов индивидуального преобразователя частоты (модулятор М₁₁). На другой вход М₁₂ подаётся сигнал поднесущей с частотой F₁₂. В результате перемножения этих сигналов образуется сигнал, спектр которого состоит из двух боковых (относительно F₁₂) полос. Сигнал нижней из этих полос выделяется фильтром ПФ₁₂ и подаётся на один из входов сумматора. На другие входы сумматора поступают сигналы с выхода аналогичных трактов передачи 11 других каналов.

Амплитудные ограничители предотвращают перегрузку групповых  усилителей (а, следовательно, уменьшают  вероятность возникновения нелинейных помех) в моменты появления пиковых  значений сигналов. 
 
В режиме приёма канальный сигнал выделяется с помощью полосового фильтра ПФ₁₂ из спектра первичной группы (с полосой 60 … 108 кГц) и подаётся на индивидуальный преобразователь ДМ₁₂. На другой вход ДМ₁₂ поступает тот же сигнал поднесущей частоты F₁₂, который питает и М₁₁. Спектр выходного сигнала ДМ₁₂ состоит из двух боковых (относительно F₁₂) полос. Сигнал нижней из этих полос выделяется ФНЧ, усиливается и через ДС поступает к абоненту . Приёмные тракты 11 других каналов построены аналогично. В аппаратуре с числом каналов 60 и более индивидуальное оборудование размещается в специальных стойках индивидуальных преобразователей СИП-60 или СИП-300.  
 
На практике используется и другой вариант: формирование первичной группы из четырёх предварительных групп (рис.1.8), каждая из которых объединяет по три канала ТЧ. Здесь реализуется двухкратный принцип преобразования (рис.1.7, б). 
 
Дальнейший процесс укрупнения групп каналов происходит в групповом оборудовании (рис.1.9). Одинаковые полосы частот пяти ПГ с помощью первичного группового преобразования разносятся по частоте в полосе 312 … 552 кГц и образуют 60-канальную (вторичную) группу (ВГ). На рисунке 1.9 изображена упрощённая структурная схема группового оборудования ВГ. Сообщения пяти первичных групп ПГ₁ – ПГ₅ подаются на пять групповых преобразователей ГП₁ – ГП₅, на вторые входы которых из генераторного оборудования поступают сигналы поднесущих частот.

С помощью полосовых  фильтров ПФ₁ – ПФ₅, подключенных к выходам групповых преобразователей, образуются сигналы с однополосной модуляцией с полосой частот 48 кГц каждый. В результате сложения этих неперекрывающихся по спектру пяти сигналов образуется спектр ВГ с полосой частот 240 кГц (312 … 552 кГц).