Система многоканальной связи с частотным разделением каналов

Для эффективного использования дорогостоящих линейных сооружений желательно в полосе частот, которая обеспечивается кабелем, разметить как можно больше каналов. Обеспечивается это модуляцией. Амплитудная модуляция – для этого наиболее подходящий вариант, т.к. требует минимума полосы. Используют при этом амплитудную модуляцию с подавленной несущей и сохраняют одну боковую полосу (см. школьный курс: ).

Несущее колебание большого уровня тоже неоправданно из-за энергетических соображений. Пара в виде модулятора и фильтра называется преобразователем частоты.

Идея многоканальной системы при непосредственном ее воплощении будет следующей:

Обосновывается целесообразность промежуточных усилителей. Если есть только усилитель передающий, компенсирующий затухание , то уровень немыслимо велик. Пример, l =100 км, симметричный кабель , . При уровне приема ~1дБ надо на передаче делать равным 17,4 МВт. Только за счет усилителя на приеме система не проходит из-за того, что сигнал становится меньше шума.

Число каналов в линии определяется полосой канала, частотными свойствами кабеля и технико-экономическими показателями.

Для воздушных проводных линий верхняя граница спектра равна ~ 150кГц, ограничение обусловлено наводкой от длинноволнового диапазона радиостанций. Для симметричного кабеля F_в ~250 кГц из-за увеличения взаимного влияния пар кабеля. Для малых дальностей F_в~1мГц. Для коаксиального кабеля ограничение технико-экономической эффективностью (стоимость 1 канала/км). С увеличением частоты растет затухание, увеличивается число линейных усилителей, растут затраты. Максимальная частота ~60МГц.

Обсудим какие каналы обычно образуют или используют как основные структурные единицы, на базе которых получают каналы разных систем. Наиболее развитая система телефонная, для нее был спроектирован канал, он и является базовым, называется каналом ТЧ = 3100 Гц. Канал ТЧ пригоден для передачи речи, данных и телеграфных сигналов и сигнлов факсимильных систем.

Для передачи сигналов звукового вещания () высокоскоростной передачи данных или при передаче набора газет требуется более широкая полоса, которая получается объединением каналов в группы, но группы стандартные.

Для телевидения и канал звук-сопровождения – это, как правило, коаксиальный кабель.

Объединение каналов ТЧ в стандартизованные группы связано с техническими трудностями реализации идеи многоканальности с ЧУ непосредственно. Прямое воплощение идеи требует неоправданно большой номенклатуры фильтров и сложностью их реализации в некоторых частотных диапазонах.

Чтобы разнообразие фильтров было меньше сначала объединяют по три канала, частоты модуляции для них 12 кГц, 16 кГц и 20 кГц. Нижнюю боковую полосу подавляют.

Совершенно аналогично преобразуют 4, 5, 6 каналы, 7, 8, 9 и 10, 11, 12 каналы. Чтобы объединить далее все 12 каналов, используют второе преобразование. Модулирующие частоты берут равными 84 кГц, 96 кГц, 108 кГц и 120 кГц. Фильтрами подавляют верхнюю боковую полосу. Таким образом, получается следующая блок-схема формирования группового сигнала.

Групповой сигнал со спектром подается либо непосредственно на линейный усилитель и в линию, либо в целях более эффективного использования линии и организации обратного канала по той же паре проводов на еще один преобразователь с несущей 120 кГц и отфильтровкой нижней полосы частот. Тогда линейный сигнал будет заключен в полосе 12-60 кГц для обратного канала и 60-108 кГц для прямого. Всего здесь требуется 8 типов фильтров вместо 12 типов. Это экономичнее.

Так как передача ведется с подавленной несущей и на передаче и на приеме надо иметь жесткую сетку частот, которая обычно получается от одного генератора. Для приемного конца посылаются контрольные частоты для подстройки его генератора, чтобы не было смещения частот. При расхождении частот более чем на 15 Гц, разборчивость резко падает. Допускается расхождение 1 Гц на 1 приемный участок. Коэффициент затухания линии в диапазоне 60-108 кГц велик, поэтому через 15-20 км необходимо ставить усилительные пункты (НУП и ОУП).

Достоинствами частотного уплотнения каналов являются следующие моменты:

- экономное использование полосы пропускания группового канала (0,75-0,80);

- возможность получения большого числа каналов (первичная группа ПГ: 12 каналов с полосой 60-80 кГц, вторичная группа ВГ: 60 каналов с полосой 312-552 кГц, третьичная группа ТГ: 300 каналов с полосой 812-2044 кГц, четверичная группа ЧГ на 900 каналов). Есть системы на 12, 60, 120, 180, 300, 600, 900, 1420, 10800 каналов;

- легкость сопряжения проводных и радиорелейных линий;

- возможность объединения нескольких каналов для передачи более широкополосного сигнала (например, телевизионного);

Недостатки системы с частотным уплотнением:

- наличие переходных помех, обусловленных нелинейностью АЧХ и ФЧХ групповых усилителей и накопление этих помех с увеличением числа промежуточных усилительных пунктов;

- необходимость контроля и регулировки и обеспечение устойчивости группового тракта;

- неприспособленность к перегрузкам группового тракта;

- сложность и громоздкость аппаратуры, трудность реализации высоких требований к параметрам полосовых фильтров, генераторам поднесущих колебаний.