←предыдущая следующая→
1 2 3
Министерство образования Российской Федерации
Омский государственный
технический университет
Кафедра «ССИБ»
Пояснительная записка
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
на тему «Частотное и временное уплотнение каналов связи»
Руководитель работы
доцент, к.т.н В.Л. Хазан
Разработал ст. гр. РЗ-310
Валентинов А.А.
Омск 2003 г.
Министерство образования Российской Федерации
Омский государственный технический университет
Кафедра «ССИБ»
ЗАДАНИЕ №__
Курсовая работа по курсу «Радиотехнические цепи и сигналы»
Студенту группы РЗ-310 Валентинову А.А. 2002/2003 учебный год
Тема курсовой работы: Частотный и временной методы уплотнения каналов связи
Аннотация
В данной курсовой работе изучаются общие методы организации частотного и временного уплотнения каналов связи. Приведена информация относительно частотного и временного методов разделения каналов связи.
Содержание
1. Введение 5
2. Системы с частотным и временным уплотнением каналов
2.1. Системы с частотным уплотнением каналов 6
2.2. Системы с временным уплотнением каналов 18
3. Заключение 24
1. Введение
В наши дни радиосвязь получила широкое распространение. В связи с ограниченным частотным ресурсом и огромным числом пользователей, которые используют радиочастоты, приходится применять различные методы уплотнения (разделения) каналов связи. Уплотнение линий связи экономически целесообразно осуществлять, так как это позволяет сократить затраты на организацию новых линий связи в случае отсутствия уплотнения и сократить расходы на оборудование и эксплуатацию.
Существуют, например, такие методы уплотнения каналов связи:
Частотное разделение каналов – для каждого канала связи отводится своя полоса частот так, чтобы не происходило перекрытия их частотных полос.
Временное разделение каналов – сигналы каждого канала дискретизируются и их мгновенные значения передаются последовательно по времени, таким образом, каждое сообщение передается короткими импульсами – дискретами.
Фазовое разделение каналов – по линии связи передаются сигналы одинаковой частоты и амплитуды и с различными фазами. На приемной стороне такие сигналы выделяются с помощью специальных устройств.
Пространственное разделение каналов – метод уплотнения по поляризации сигнала, ортогональные сигналы передаются по одной линии связи, что позволяет сократить полосу частот канала.
Линейное разделение каналов – или метод разделения по форме, используются линейно независимые сигналы. Такие сигналы линейно разделены и могут быть приняты в качестве канальных сигналов.
Наиболее широкое применение нашли частотное и временное разделения каналов связи. Именно эти методы уплотнения описаны в данной курсовой работе.
2. Системы с частотным и временным уплотнением каналов
2.1. Системы с частотным уплотнением каналов.
В системах с ЧРК используются канальные сигналы, частотные спектры которых располагаются в неперекрывающихся частотных полосах. Формирование канальных сигналов осуществляется при помощи АМ, ЧМ или ФМ так, чтобы средние частоты спектров канальных сигналов соответствовали средним частотам отведенных полос каждого канала. В приемной части разделение каналов осуществляется набором частотных фильтров, каждый из которых пропускает спектр частот, принадлежащий только данному канальному сигналу. На рис. 2.1.1 показаны спектры сообщений, передаваемых по трем каналам (а), спектры канальных сигналов (б) и спектр сигнала, передаваемого по линии связи (в).
Рис. 2.1.1, а
Рис. 2.1.1, б
Рис. 2.1.1, в
Для формирования канальных сигналов с неперекрывающимися спектрами осуществляется перенос спектров сообщений с помощью канальных модуляторов (Мi). На каждый модулятор подаются сообщение λk(t) и колебание sk(t)=akcos(ωkt + φk) от генератора поднесущих частот (ГЧ) (рис. 2.1.2). Канальные сигналы подаются на фильтры, полосы которых согласованы со спектрами этих сигналов. Фильтры подавляют гармоники, образующиеся в канальных модуляторах. В суммирующем устройстве складываются канальные сигналы, и групповой сигнал, спектр которого показан на рис. 2.1.1,б, модулирует несущую, вырабатываемую генератором (ГН). На выходе модулятора МΣ образуется радиосигнал с несущей ω0.
На приемной стороне после усиления и преобразования сигнала в ЛПр производится выделение группового сигнала с помощью демодулятора (Д). Групповой сигнал подается на устройство разделения, состоящее из параллельно включенных фильтров Ф1, Ф2,…, ФМ. На рис. 2.1.1,б параболами обозначены характеристики затухания фильтров. На выходе каждого фильтра выделяется соответствующий канальный сигнал вместе с продуктами взаимных помех и шумами. Канальные демодуляторы (КДi) выделяют переданные сообщения, направляемые далее получателям Пi.
Спектральные функции канальных сигналов не перекрываются, поэтому они удовлетворяют условию ортогональности:
(2.1.1)
Из (2.1.1) следует, что канальные сигналы s1(t),…, sM(t) ортогональны:
(2.1.2)
что доказывается с помощью преобразования Фурье.
Рис. 2.1.2
Определим вид оператора разделения Lk для системы с ЧРК. При использовании линейных фильтров с импульсными реакциями gk(t) и группового сигнала sΣ(t) вид оператора Lk следующий:
(2.1.3)
Отсюда находим комплексный коэффициент передачи Kk(jω) разделительного фильтра Фk:
(2.1.4)
Для идеального разделения каналов необходимо, чтобы затухание фильтров в пределах полосы спектра сигнала sk(t) равнялось нулю и было бесконечным вне пределов полосы спектра (рис. 2.1.3, а). В реальных полосовых фильтрах затухание вне полосы прозрачности конечно, имеют место переходные области δωk. Эти области определяют величину защитных интервалов между частотными спектрами соседних канальных сигналов. С учетом защитных интервалов ширину спектра 2Δƒc многоканального радиосигнала можно определить выражением:
(2.1.5)
где zkFвk=2ΔFk – полоса частот, занимаемая k-ым канальным сигналом; zk – коэффициент, определяемый способом модуляции поднесущей сообщением λk, спектр которого имеет полосу Fвk; Z – коэффициент, определяемый способом модуляции поднесущей групповым сигналом; δƒk – защитный интервал между соседними спектрами; Δƒ – нижняя граничная частота спектра многоканального сообщения.
Рис. 2.1.3, а
Рис. 2.1.3, б
Соотношение (2.1.5) позволяет определить число уплотняемых каналов в системе с ЧРК. При одинаковых значениях Fв для всех каналов и одинаковых защитных интервалах δƒ число каналов равно:
(2.1.6)
Как видно, число каналов зависит от селективных свойств фильтров, определяемых величиной δƒ, а также от видов модуляции z и Z.
Неидеальность разделительных фильтров (gk(t)≠ğk(t)) приводит к появлению межканальных переходных помех. При этом выражение (2.1.3) принимает вид:
(2.1.7)
где εk – ошибка выделения канального сигнала; коэффициент μ≈1 характеризует уровень межканальных помех. При ослаблении переходных сигналов разделительным фильтром в N раз имеем:
(2.1.8)
Отсюда, преобразуя по Фурье (2.1.7), можно определить комплексный коэффициент передачи реального фильтра k-го канала:
(2.1.9)
Это выражение позволяет сформулировать требования к затуханию разделительного фильтра k-го канала (рис. 2.1.3, б):
(2.1.10)
Выбор способов модуляции (формирования) канальных сигналов позволяет экономично использовать отведенную для передачи полосу частот. На первой ступени модуляции (модуляции поднесущих) применяют АМ, ФМ или ЧМ. Для более эффективного использования поднесущих могут применяться комбинированные способы модуляции: одна и та же поднесущая подвергается АМ сообщением источника одного канала и ФМ (ЧМ) – сообщением другого. При этом число уплотняемых каналов увеличивается, однако возникают взаимные помехи при выделении сообщений. Применение однополосной модуляции с полным или частичным подавлением одной боковой и поднесущей (ОБП) позволяет разместить в той же полосе частот примерно вдвое больше каналов.
На второй ступени модуляции (модуляции несущей) групповой сигнал модулирует несущую по амплитуде, фазе или частоте. Таким образом, существуют различные комбинации способов модуляции первой и второй ступеней, в соответствии с которыми определяется тип системы с ЧРК, например АМ-АМ, АМ-ОБП, ФМ-АМ, ЧМ-ФМ и т.п. В системах, использующих ОБП, коэффициенты z и Z, определяющие полосы спектров, равны единице, что и позволяет увеличивать число M каналов. При АМ z=Z=2, а при ФМ или ЧМ эти коэффициенты зависят от индексов модуляции и всегда больше двух.
Рассмотрим особенности построения систем с ЧРК при некоторых
←предыдущая следующая→
1 2 3