***** Google.Поиск по сайту:


Лекции по Теоретическим основам цифровой связи   

11. Уплотнение и множественный доступ

11.1.1. Уплотнение/множественный доступ с частотным разделением

11.1.1.1. Использование уплотнения с частотным разделением в телефонной связи

На заре создания телефонной связи для каждой магистральной телефонной линии, соединяющей междугородные телефонные центры, было необходимо устанавливать два провода. Как видно из рис. 11.2, небо над крупными городами становилось все темнее по мере развития телефонной связи. Важное открытие в области телефонной связи в начале XX века — уплотнение с частотным разделением (frequency-division multiplexing — FDM) — позволило передавать несколько телефонных сигналов по одному проводу, а следовательно, изменить методы телефонной передачи.

Ресурс связи представлен на рис. 11.3 в виде частотно-временной зависимости. Спектральное распределение по каналам является примером технологии FDM или FDMA. Здесь распределение сигналов или пользователей по диапазону частот является долгосрочным или постоянным. Ресурс связи может одновременно содержать несколько сигналов, разнесенных в спектре. Первый частотный диапазон содержит сигналы, которые используют промежуток частот между f0 и f1 второй — между f2 и f3 и т.д. Области спектра, находящиеся между используемыми диапазонами, называют защитными полосами частот. Защитные полосы выполняют роль буфера, что позволяет снизить интерференцию между соседними (по частоте) каналами.

Рис. 11.2. На заре создания телефонной связи для каждой магистральной телефонной линии было необходимо устанавливать два провода

Может возникнуть вопрос: как преобразовать немодулированный сигнал так, чтобы он использовал более высокий диапазон частот? Ответ: при помощи наложения или смешивания (модуляции) информационного сигнала и синусоидального сигнала фиксированной частоты.

Если два модулируемых входящих сигнала описываются синусоидами с частотами fА и fB, их смешение или перемножение дает частоты fА+В и fА-В. Процесс модуляции описывается следующим тригонометрическим равенством.

(И.З)

На рис. 11.4, а показано модулирование типичного голосового телефонного сигнала x(t) (частоты немодулированного сигнала принадлежат диапазону 300-3400 Гц) синусоидальным сигналом с частотой 20 кГц. Двусторонний спектр немодулированного сигнала, |Х(f)|, показан на рис. 11.4, а. Может ли смеситель сигналов быть линейным устройством? Нет. Выходной сигнал линейного устройства будет иметь те же составляющие частоты, что и входной сигнал. Различие может быть лишь в амплитуде и/или фазе.

Рис.11.3. Управление частотным разделением

Рис. 11.4. Смешивание сигналов: а) процесс смешивания, б) выходной спектр смесителя, в) нижняя боковая полоса, г) верхняя боковая полоса.

На рис. 11.4, 6 представлен односторонний спектр |X(f-f0)| на выходе смесителя. В результате смешивания, описанного в уравнении (11.3), спектр смещается в сторону

более высоких частот, по сравнению с немодулированным спектром, и центрирован теперь на частоте 20 кГц. Данный спектр называют двухполосным (double-sideband — DSB), поскольку информация находится в двух различных диапазонах частот. На рис. 11.4, в показана нижняя боковая полоса (lower sideband — LSB), которой принадлежат частоты 16 600-19 700 Гц. Иногда нижнюю боковую полосу называют инвертированной боковой полосой, поскольку частотные составляющие этой полосы расположены в обратном порядке, по сравнению с немодулированным сигналом. Подобным образом фильтрование может использоваться для выделения верхней боковой полосы (upper sideband — USB), которой, как показано на рис. 11.4, г, принадлежат частоты 20 300-23 400 Гц. Данную боковую полосу иногда называют прямой, поскольку частотные составляющие этой полосы расположены в том же порядке, что и в немодулированном сигнале. Обе боковые полосы спектра DSB содержат одну и ту же информацию. Таким образом, для восстановления исходных данных немодулированного сигнала необходима лишь одна боковая полоса — верхняя или нижняя.

На рис. 11.5 приведен простейший пример технологии FDM. В данном случае реализована схема с тремя каналами передачи речи. В канале 1 голосовой сигнал из диапазона 300-3 400 Гц модулируется сигналом с частотой 20 кГц. В каналах 2 и 3 аналогичный голосовой сигнал модулируется сигналами с частотами 16 и 12 кГц. В приведенном примере сохраняются лишь нижние боковые полосы. Результатом смешивания и фильтрации (для удаления верхних боковых полос) являются сдвинутые по частоте сигналы, показанные на рис. 11.5. Суммарный выходной сигнал есть суммой трех сигналов и принадлежит диапазону 8,6-19,7 кГц.

Рис. 11.5. Простейший пример FDM. Три сдвинутых по частоте канала передачи речи.

На рис. 11.6 представлены два наиболее низких уровня иерархии уплотнения телефонных каналов-с использованием FDM. Первый уровень состоит из группы 12 каналов, модулируемых поднесущими с частотами из диапазона 60-108 кГц. Второй уровень, состоящий из пяти групп (60 каналов), называют супергруппой. Супергруппа модулируется поднесущими с частотами из диапазона 312-552 кГц. Уплотненные каналы теперь рассматриваются как составной сигнал, который может передаваться по кабелю или модулироваться несущей с целью последующей радиопередачи.

Рис. 11.6. Схема модулирования типичной схемы уплотнения с частотным разделение.




***** Яндекс.Поиск по сайту:



© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.