Многоканальные электрические системы связи

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Актуальность темы исследования. Электрическая связь изначально была проводной. Лишь в конце XIX века была открыта и использована возможность связи без проводов, посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. К настоящему времени беспроводные технологии получили исключительно широкое распространение. Однако, несмотря на использование самых современных средств и методов обработки сигналов, беспроводные средства связи проигрывают по пропускной способности кабельным линиям и вряд ли когда-нибудь их превзойдут.

Оборудование кабельной линии связи – чрезвычайно трудоемкое и дорогостоящее мероприятие. Многие километры кабеля необходимо закопать в землю либо проложить по каналам кабельной канализации. Также следует учесть, что на протяжении большей части истории электросвязи использовались исключительно металлические кабели, для изготовления которых применялись такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец.

Все эти проблемы уже на самых ранних этапах развития средств проводной связи привели к необходимости повышать эффективность использования линейно-кабельных сооружений за счет передачи одновременно нескольких сигналов по одной паре проводов. Разработка таких способов положила начало созданию аппаратуры уплотнения, или мультиплексирования. Технологии уплотнения в ходе своего развития прошли несколько этапов и к настоящему времени обеспечили создание мощной глобальной сети типовых каналов и трактов, то есть так называемой первичной, или транспортной, сети.

Цель исследования – изучить многоканальные электрические системы связи

Для достижения обозначенной цели были поставлены следующие задачи:

- изучить построение многоканальной  системы связи;

- описать работу приемной части аппаратуры;

- обозначить основные  задачи теории и техники многоканальной  связи

При написании данной работы были использованы различные источники: периодическая печать, учебники

Данная работа состоит  из введения, заключения и основной части, которая в свою очередь, состоит  из перечня ознакомительных  вопросов, по которым проводилась  основная аналитическая работа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Построение многоканальной  системы связи

 

Наиболее дорогостоящей и громоздкой частью систем электрической связи являются линии передачи. Применительно к проводным линиям вводится понятие цепи связи. Цепью связи называется совокупность расположенных в кабеле (кабельная цепь) или подвешенных на опорах (воздушная цепь) проводов, используемых для передачи одного электрического сигнала. В зависимости от числа проводов различают одно-, двух-, трех- и четырехпроводные цепи. При использовании радиолиний аналогичным понятием является «ствол». В современных системах электрической связи используются преимущественно двух- и четырехпроводные цепи [2, c.7].

В подавляющем большинстве случаев, в силу технических и экономических соображений, возникает необходимость передавать по одной цепи (одному стволу) одновременно и независимо большое число сообщений, т.е. создавать в одной цепи большое число независимых каналов. Системой N-канальной связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной цепи связи (одному стволу). К передатчику N -канальной системы связи подводятся первичные сигналы от N источников сообщений. Эти сигналы подвергаются специальной обработке и объединяются в общий групповой сигнал, направляемый в цепь связи. В приемной части системы из группового сигнала выделяются индивидуальные сигналы отдельных каналов, соответствующие передаваемым сообщениям [2, c.8].

При построении многоканальных систем связи одной из основных является задача разделения (селекции) сигналов. Известные в современной технике связи методы разделения сигналов можно разбить на две группы [2, c.8].

К первой группе относятся методы, не требующие преобразования формы первичных сигналов, поступающих на входы каналов N -канальной системы; разделение основывается на использовании так называемых развязывающих 2 N -полюсников. Их свойство заключается в том, что при подключении источника энергии к одной из пар полюсов токи, возникающие в ветвях схемы, создают отличающуюся от нуля разность потенциалов только в одной другой какой-либо паре полюсов, в то время как во всех остальных парах полюсов она остается равной нулю. Примером развязывающего 2 N-полюсника (при N = 2) может служить уравновешенный мост. С помощью развязывающих 2N - полюсников можно построить аппаратуру лишь с небольшим числом каналов, поэтому методы первой группы играют вспомогательную роль [2, c.8].

Методы второй группы требуют преобразования первичных сигналов, заключающегося в том, что в передающей части системы сигналы отдельных каналов наделяются некоторыми заранее обусловленными признаками, которые должны быть такими, чтобы в приемной части системы сигналы могли быть различены и разделены [2, c.8].

Структурная схема такой системы N -канальной связи представлена на рис. 1. Первичные сигналы поступающие в передающую часть системы, преобразуются устройствами ; сигналы на выходах этих устройств называются канальными [2, c.9].

Рис. 1. Структурная схема многоканальной системы передачи [2, c.9]

 

Для аналитического описания этого преобразования введем в рассмотрение операторы , связывающие входные и выходные сигналы преобразователей . Теперь можно записать

                                             (1)

В процессе преобразования (1) необходимо решить две задачи [2, c.9].

Во-первых, каждый из канальных сигналов нужно наделить совокупностью физических признаков (первый индекс - номер признака, второй - номер канала), отличающих его от остальных канальных сигналов; эти признаки (или параметры) можно назвать разделительными. Во-вторых, необходимо сформировать канальные сигналы так, чтобы в них содержались передаваемые сообщения, т.е. сведения о форме первичных сигналов, поступающих на входы каналов [2, c.9]

Групповой сигнал получается объединением канальных сигналов. Обозначим оператор объединения через О. Тогда

                                               (2)

В частности, групповой сигнал можно получить суммированием канальных сигналов

                                                              (3)

Такие системы назовем аддитивными. Системы, в которых для формирования группового сигнала применяются другие операции (не суммирование), будем называть комбинационными. В современной многоканальной связи используют в большинстве случаев аддитивные системы [2, c.9].

Групповой сигнал, проходя через элементы системы передачи, претерпевает искажения - линейные и нелинейные. Кроме того, на сигнал накладываются помехи. Поэтому сигнал, поступающий на вход приемной части системы, отличается от сигнала . Введем следующие обозначения - сигнал на входе приемной части системы; L - оператор, характеризующий швейные искажения; Z - оператор, характеризующий нелинейные искажения; - аддитивная помеха [2, c.10].

Если искажения малы, т.е. мало отклонение   от , то цепь можно представить в виде параллельного соединения двух четырехполюсников. Один из них вносит только линейные искажения, т.е. характеризуется оператором L, другой создает только нелинейные искажения и характеризуется оператором Z . Тогда

                                (4)

Оператор L можно представить следующим образом. Если известна импульсная реакция цепи , то, используя интеграл Дюамеля, получим

                                   (5)

Если задана комплексная частотная характеристика (передаточная функция) цели , то обозначая спектр группового сигнала через , получим спектр сигнала на выходе цепи . Переходя от спектра к функции времени, т.е. применяя обратное преобразование Фурье, находим

                       (6)

Если линейных искажений нет, то и [2, c.10]

Выражения (5) и (6) характеризуют систему с постоянными параметрами (непараметрическую). Если параметры системы меняются во времени, т. е. имеют место мультипликативные помехи, то импульсная реакция имеет вид , а передаточная функция [2, c.10].

Оператор Z можно представить в различной форме. Одно из наиболее часто встречающихся представлений имеет вид

                  (7)

При отсутствии нелинейных искажений все и [2, c.10].

По методу разделения каналов различают системы с частотным (ЧРК) и временным (ВРК) разделением каналов. Схемы, поясняющие принцип действия систем передачи с ЧРК и ВРК, приведены на рис. 2 [1, c.30].

Рис. 2. Способы формирования и передачи сигналов

с частотным (а) и временным (б) разделением каналов [1, c.30]

 

В системах передачи с ЧРК по каналам передаются непрерывные (аналоговые) сигналы, поэтому такие системы принято называть аналоговыми. Они относительно просты в эксплуатации, имеют достаточно высокую надежность работы, обеспечивают хорошее качество передачи сигналов и необходимую дальность связи [1, c.30]

Однако есть у них и ряд недостатков. Одним из основных недостатков является относительно низкая помехозащищенность. С увеличением протяженности магистрали помехозащищенность в каналах аналоговых систем передачи уменьшается, поскольку помехи постепенно накапливаются [1, c.31]

Современные системы передачи с ВРК являются цифровыми и используют двоичный сигнал. Они имеют более высокую помехозащищенность в сравнении с аналоговыми. Это обуславливается двоичным характером сигнала, что позволяет реализовать периодическую регенерацию (восстановление) сигнала и избежать накопления помех [1, c.31].

 

 

2.Описание работы приемной части аппаратуры

 

Обозначим через Фi операторы разделения (фильтрации) и через сигналы на выходах разделителей. С учетом этих обозначений

                                           (8)

Разделяющие (фильтрующие) устройства в приемнике могут быть как линейными, так и нелинейными четырехполюсниками соответственно операторы Фi будут линейными или нелинейными. Система передачи называется линейной, или системой с линейным разделением каналов, если разделяющие устройства линейны; в противном случае система называется нелинейной [3, c.19].

Восстановление первичных сигналов производится с помощью устройств . Вводя соответствующие операторы и обозначая через сигналы на выходах каналов, получаем

                                            (9)

Ясно, что чем меньше сигнал на выходе i-го канала отличается от сигнала на его входе, тем выше качество связи. Целесообразно ввести некоторую численную оценку качества связи - некоторый критерий верности передачи, представляющий собой функционал от разности сигналов на входе и выходе канала [3, c.19].

Этот критерий, т.е. вид функционала F определяется теми требованиями, которые предъявляются к передаче данного вида сообщений. Так, при передаче аналоговых (непрерывных) сообщений часто применяют критерий среднеквадратического отклонения [3, c.19]

где Т - длительность сигнала. При передаче дискретных сообщений критерием верности обычно служит вероятность ошибки , т.е. вероятность неправильного восстановления переданного символа. Такие способы оценки называются прямыми [3, c.20].

Возможен и другой подход к оценке качества связи - по характеристикам и параметрам каналов (частотным, амплитудным, величине уровня помех и т.д.). Такая оценка называется косвенной. Косвенные методы оценки более удобны в эксплуатации и поэтому широко применяются на практике. Прямые методы, как правило, более удобны в теоретических исследованиях [3, c.20].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Основные задачи теории и техники многоканальной связи

 

При исследовании и разработке многоканальных систем связи обычно известны свойства первичных сигналов, число каналов системы и характеристики линии связи и помех, т.е. операторы и статистические характеристики помехи . Теория многоканальной связи должна указать класс канальных сигналов, обеспечивающих принципиальную возможность их разделения, и определить вид операторов М, О, Ф и D, т.е. свойства преобразователей передачи и приема и фильтрующих устройств. Задача проектирования (разработки) многоканальной системы состоит в подборе класса канальных сигналов и операторов М, О, Ф и D, минимизирующих отклонение от с точки зрения принятого критерия верности . Должны быть также указаны пути технической реализации соответствующих устройств [2, c.12].

В системах многоканальной связи кроме внешних помех возникают специфические внутренние помехи: вследствие неидеальности цепей и аппаратуры полное разделение канальных сигналов оказывается невозможным, появляются взаимные переходные влияния между каналами. Необходимо указать пути снижения этих влияний до допустимых значений.

Далеко не всегда удается решить задачу проектирования (разработки) многоканальной системы связи в такой общей постановке [2, c.12].