1.1. Формирование канальных сигналов
1.2. Многократное и групповое преобразование частот. Стандартные группы каналов
Система многоканальной связи, предназначенная для передачи по одной линии N, сигналов из пункта А в пункт Б, приведена на рис.1.1 Информационные сигналы с1(t), c2(t), …, сN(t) от N источников информации поступают на оконечную аппаратуру пункта А, которая состоит из преобразователей М1, М2,…М N , объединяющего (суммирующего) устройства
и групповых устройств ГУ. С помощью преобразователей из исходных информационных сигналов с1(t), c2(t), …, сN(t) формируются канальные сигналы u1(t), u2(t),…,uN(t), которые объединяются в групповой сигнал u(t), причем : 
Групповые устройства предназначены для усиления группового сигнала и для согласования оконечной аппаратуры с линией (проводной или радиорелейной). В результате преобразования в пункте А исходные сигналы изменяются и в линию поступают канальные сигналы, отличающиеся друг от друга полосой занимаемых частот. На приеме в пункте Б с помощью устройств П1, П2,…ПN из группового сигнала U(t) выделяются канальные сигналы UR(t), которые затем преобразуются в исходные информационные сигналы CR(t).
Рис. 1.1. Структурная схема системы многоканальной связи
Многоканальные системы отличаются друг от друга как методами построения преобразователей МR на передаче, так и методами разделения канальных сигналов и обратного преобразования их в информационные сигналы на приеме. По методам разделения сигналов на приеме системы многоканальной связи делятся на системы частотного и временного разделения сигналов.
1.1. Формирование канальных сигналов
АСП строятся по принципу ЧРК (рис 1.2).
Рис.1.2. Метод ЧРК
Для каждого канала используется в линии своя полоса частот. Для этой цели каждый исходный сигнал преобразуется в модуляторе с помощью несущей частоты fнес.пер (рис 1.2). На приемном конце производится обратное преобразование с помощью fнес.пр. На выходе модулятора в общем случае присутствуют несущая и две боковых полосы частот.
Различают следующие способы формирования канальных сигналов:
1. Передача двух боковых полос и несущей частоты.
2. Передача двух боковых полос без несущей.
3. Передача одной боковой полосы (ОБП) с несущей.
4. Передача ОБП без несущей.
При передаче двух боковых полос расширяется более чем в 2 раза ширина полосы частот канального сигнала по сравнению с исходным сигналом (
F).
Наличие несущей частоты, не несущей никакой полезной информации, может привести к перегрузке групповых усилителей многоканальных систем передачи и, как следствие, к увеличению мощности нелинейных помех.
Однако достоинство первого метода – простота оборудования, поэтому он применяется в технике радиосвязи и в одноканальной системе уплотнения абонентских линий типа АВУ. Во втором способе требуется точное совпадение несущих частот на передающем конце, иначе возникают биения между двумя частотами F+f и F-f, получаемые от двух боковых, где f = fн.пер – fн.пр.
Задачи, 4 способа:
- подавить fнес на передающем конце;
- fнес восстановить на приемном конце;
- подавить одну боковую на передаче.
Задачи, решаемые при передаче 1БП без fнес.
1. Для подавления fнес используют балансные схемы модулятора.
В некоторых случаях на месте подавленных fнес передают специальные частоты в линию для контроля затухания линии (fконтр). В этих случаях для подавления несущих используют заграждающие фильтры.
2. Восстановление fнес на приемном конце.
Требуется генераторное оборудование (ГО) на приемном конце. Любой генератор имеет некоторый уход частоты (нестабильность). К чему это приводит? Рассмотрим рисунок 1.3, где показаны для одного канала устройства на передаче и приеме.
Рис. 1.3. Схема канала
В точке а частота fнес.пер + F
В точке б ВБП: fнес.пер + F + fнес.пр
НБП: fнес.пер + F - fнес.пр
Т.к. f = fнес.пер - fнес.пр, то сигнал на выходе канала: F + f, т.е. все частоты исходного сигнала будут сдвинуты на частоту f.
В точке в F + f
Пусть f = 10 Гц; F = 1000 Гц, тогда на выходе канала будет 1010 Гц.
Каждый звук речи содержит основной тон частоты ее гармоники (обертона).
Пусть звук “А” = 200 Гц – основной тон, тогда обертона:
400, 600, 800,……Гц.
На приемном конце с учетом сдвига 10 Гц будет:
200 – 210 Гц,
400 – 410 Гц,
600 – 610 Гц,
800 – 810 Гц.
Нарушено соотношение между основным тоном и обертонами, что приводит к искажению звука.
Было доказано, что человеческое ухо не воспринимает эти искажения, если f <50 Гц. Однако для передачи сигналов дискретной информации такой сдвиг не допустим. Он установлен не более 1 Гц.
3. Подавление одной боковой полосы частот (ОБП).
Определим степень подавления ОБП (для ВБП), если на канал F отводится 4 кГц (рисунок 1.4).
Рис.1.4. Канальные сигналы двух каналов
Азад – задерживание (затухание).
Для этого метода степень подавления одной боковой определяется величиной переходных помех, обусловленных неподавленной боковой полосой соседнего канала.
По нормам Азад >55дБ
Второй случай: на канал приходится 8 кГц (F = 8 кГц, рисунок 1.5)
Рис. 1.5. Канальные сигналы при F = 8 кГц
На приемном конце возникают биения. Чтобы этого не было f = 0, но реально f = 1 Гц. Тогда на приеме получаются две частоты:
F + f
F - f (между ними возникают биения)
Для того, чтобы не было биений на выходе канала, вторую боковую нужно подавлять.
Азад = 25-30 дБ, если
f <1 Гц
Методы подавления ОБП.
С помощью фильтра.
Ответ на вопрос: “На сколько сложным будет фильтр для подавления ОБП на 55 дБ” можно получить с помощью 
(рисунок 1.6).
Рис. 1.6. Спектр сигнала на выходе модулятора.
- относительная ширина полосы расфильтровки.
(1.2)
Если >= 0,03, то степень подавления 55дБ можно получить с помощью фильтра, построенного на LC-элементах.
Если < 0,03, то фильтры LC применять нельзя, а используют кварцевые электромеханические фильтры, т.е.
0,001 < < 0,03 (необходимо использовать высокодобротные фильтры).
Контрольные вопросы.
1. Какие методы формирования канальных сигналов существуют ?
2. Какие задачи необходимо решать при использовании метода передачи одной боковой полосы частот без несущей ?
3. Способы подавления несущей.
4. К чему приводит расхождение несущих частот на передающей и приемной станциях ?
5. Какова допустимая величина расхождения несущих частот на передающем и приемном концах ?
6. Степень подавления одной боковой полосы частот (ОБП).
7. Методы подавления ОБП.
1.2. Многократное и групповое преобразование частот. Стандартные группы каналов
В аппаратуре современных многоканальных систем с частотным делением каналов (ЧД), как правило, используется многократное преобразование частоты. Это означает, что информационные сигналы в передающей части аппаратуры перемещаются несколько раз по шкале частот, прежде чем попадают в линию. Такое же многократное преобразование частоты, но в обратном порядке, осуществляется в приемной части аппаратуры.
Многократное преобразование частоты – необходимо для использования любого сколько угодно высокого диапазона частот в линии.
Структурная схема, поясняющая принцип многократного преобразования частоты в многоканальных системах, показана на рис. 1.7
Рис.1.7. Структурная схема
В первой ступени, называемой ступенью индивидуального преобразования, каждые М исходных информационных сигналов многоканальной системы с общим числом каналов, кратным М, преобразуются в М канальных сигналов, размещенных в неперекрывающихся полосах частот. Эти сигналы объединяются в М-канальный групповой сигнал. Следующие ступени преобразования являются групповыми и предназначаются для создания из Р одинаковых по спектру М-канальных групповых сигналов общего группового Q канального сигнала (где Q = МР), затем для создания из R одинаковых по спектру Q-канальных групповых сигналов общего группового N-канального сигнала (где N = RQ = RMP) и т.д. Последняя ступень группового преобразования предназначается для преобразования спектров полученных многоканальных групповых сигналов, содержащих необходимое число канальных сигналов, в линейный спектр системы, предназначенный для передачи по линии.
Использование многократного и группового преобразования частоты позволяет наиболее рационально разместить спектры отдельных каналов в линейном спектре системы при помощи относительно простых канальных полосовых фильтров. Линейный спектр современных многоканальных систем распространяется вплоть до очень высоких частот. Если преобразовать спектр исходных сигналов сразу в этот спектр, то для возможности их разделения на приеме с помощью полосовых фильтров надо увеличивать защитные интервалы между каналами по мере повышения частоты. В противном случае крутизна нарастания затухания фильтров должна быть большей, чем выше расположена полоса их пропускания. При многократном преобразовании частоты каналы во всей линейной полосе частот могут располагаться с такими же, как в первой М-канальной группе, промежутками. Спектр же этой группы должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечивались наилучшие условия работы канальных полосовых фильтров. Многократное и групповое преобразования частоты позволяют использовать для построения оконечной аппаратуры всех многоканальных систем стандартное преобразовательное оборудование.
Все многоканальные системы, имеющие число каналов 12 и выше, рассчитаны на число каналов, кратное 12, и комплектуются из соответствующего количества 12-канальных групп. Назначением 12-канальной группы является такое преобразование 12 исходных информационных сигналов в общий 12-канальный групповой сигнал, чтобы в спектре этого группового сигнала индивидуальные канальные сигналы располагались в неперекрывающихся частотных полосах. Таким образом, оборудование 12-канальной группы представляет собой оборудование индивидуального преобразования и позволяет преобразовать одинаковые полосы частот 12 исходных сигналов 0,3-3,4 кГц в общую полосу частот группового сигнала (сигнала первичной группы) 60-108 кГц.
Выбор полосы частот 12-канальной группы определяется рядом соображений. Во первых, как указывалось выше, метод передачи сигналов одной боковой полосой требует применения высокоселективных канальных полосовых фильтров. Такими фильтрами в начальный период разработки многоканальных систем современного типа могли быть только фильтры с кварцевыми резонаторами, для упрощения конструкции которых было желательно использовать спектр частот от 50-60 кГц до примерно 110 кГц). Во-вторых, полосу частот 12-канальной группы целесообразно выбрать так, чтобы в нее попадало минимальное количество гармоник и комбинационных частот; при использовании полосы частот 60-108 кГц с относительной шириной меньше одной октавы (108/60 <2) вторые и более высокие гармоники, а также многие комбинированные продукты располагаются за пределами полосы частот 12-канальной группы. На основании этих соображений МККТТ рекомендовал в качестве стандартного диапазона частот 12-канальной группы диапазон 60-108 кГц.
В многоканальных системах, построенных на основе использования индивидуального преобразовательного оборудования, формирующего стандартные 12-канальные (первичные) группы, все последующие ступени преобразования являются групповыми и предназначены для формирования более крупных групп каналов. Вторичная (60-канальная) группа в современных многоканальных системах формируется путем группового преобразования и объединения пяти 12-канальных групп и занимает стандартный диапазон частот 312-552 кГц, третичная (300-канальная) группа – путем группового преобразования и объединения пяти 60-канальных групп и занимает стандартный диапазон частот 812-2044 кГц. Все перечисленные группы каналов и их стандартные спектры соответствуют рекомендациям МККТТ и используются в многоканальных системах всех стран.
Линейный спектр конкретных многоканальных систем формируется из нескольких стандартных групп с соответствующим числом каналов путем их группового преобразования и переноса в соответствующие части линейного диапазона частот.
Использование многократного преобразования частоты и стандартных групп каналов дает возможность строить оконечную аппаратуру любых многоканальных систем на основе использования стандартного преобразовательного оборудования. Однако преимущества многократного и группового преобразования частоты заключаются не только в однотипности построения преобразовательного оборудования различных многоканальных систем. Этот метод дает возможность значительно сократить число типов фильтров и число номиналов несущих частот, необходимых для формирования линейного спектра многоканальной системы.
При групповом преобразовании частот возможны случаи, когда спектр группового сигнала, поступающего на вход преобразователя, частично совпадает со спектром полезной боковой полосы на его выходе. В этом случае вследствие «просачивания» непреобразованных сигналов с входа на выход преобразователя могут возникнуть переходные помехи между каналами. Для устранения таких помех используется дополнительная, промежуточная ступень группового преобразования.
При многократном преобразовании расположение каждого канала в линейном спектре частот характеризуется так называемой виртуальной несущей частотой данного канала. Виртуальная несущая частота представляет собой частоту, с помощью которой можно было бы путем однократного преобразования исходный спектр сигнала переместить в то положение, которое он занимает в линейном спектре и в которое он фактически перемещается путем многократного преобразования. Виртуальная несущая частота занимает в линейном спектре канала то положение, которое занимала бы в нем нулевая частота, если она имелась в спектре исходного сигнала.
Групповой тракт многоканальных систем, в котором передача многоканального сигнала осуществляется в линейном спектре частот, называется линейным трактом. В многоканальных системах он начинается входом усилителя передачи одной оконечной станции и заканчивается выходом усилителя приема другой станции. В состав линейного тракта входят участки линий связи и промежуточные усилители, устанавливающие групповой линейный сигнал.