Моделирование многоканальной системы связи с Частотным

Лабораторная работа №3
Моделирование многоканальной системы связи с Частотным
разделением сигналов.
Теоретические основы.
Для организации по одной линии передачи большого числа каналов в аналоговых
системах передачи используют метод ЧРК и АМ для формирования отдельных канальных
сигналов. Наиболее сложным блоком амплитудных модуляторов и демодуляторов
является полосовой фильтр. В ряде случаев (при высоких значениях несущей частоты)
ширина полосы расфильтровки оказывается настолько малой, что выполнение
высокодобротных фильтров оказывается затруднено, а иногда невозможно. В этих
случаях по экономическим соображениям, в том числе с целью уменьшения количества
типов используемых фильтров, объединение канальных сигналов в групповой
осуществляется методом многократного преобразования частоты.
При многократном преобразовании (Рис.1) сигнал проходит последовательно через
несколько преобразователей частоты (ПЧ) с различными несущими частотами.
Абсолютная ширина полосы расфильтровки на выходе каждого последующего ПЧ
больше, чем на выходе предыдущего, что позволяет увеличивать значение несущих частот
без уменьшения относительной ширины полосы расфильтровки.
Рис. 1. Многократное преобразование частоты
Однако, общее число преобразователей и, следовательно, общее число разнотипных
фильтров оказывается очень большим. В N-канальной системе число фильтров и их типов
равно Nn, где n - число ступеней преобразования. Число фильтров и их типов можно
уменьшить, если дополнить многократное преобразование групповым, при котором
преобразованию подвергается групповой сигнал. С этой целью N каналов разбивается на
m групп по K каналов, т.е. Km=N. В каждой группе сигнал каждого канала подвергается
индивидуальному преобразованию с помощью несущих частот  Н1,  Н2,...,  НК (Рис. 2).
Во всех группах преобразование однотипно, поэтому на выходе каждой группы
образуется один и тот же спектр частот. Полученные групповые спектры подвергаются
затем групповому преобразованию с несущими  ГР1,  ГР2,...,  ГРm, так что после
объединения преобразованных групповых сигналов образуется спектр частот N каналов.
В рассматриваемом случае общее число фильтров равно N+mnГР, а число типов фильтров
сокращается до K+mnГР, где nГР - число групповых ступеней преобразования.
Рис. 2. Групповое преобразование частоты
Таким образом, применение многократного и группового преобразования позволяет
унифицировать фильтровое оборудование системы, т.е. уменьшить его разнотипность.
Такая унификация повышает технологичность изготовления узлов аппаратуры и, в
конечном счете, удешевляет ее.
Кроме того, применение группового преобразования и стандартизации методов
формирования групп каналов позволяет унифицировать часть оборудования различных
систем. По этой причине МСЭ-Т были стандартизированы следующие основные группы
каналов.
Первичная группа (ПГ) - 12 каналов ТЧ, спектр 60...108 кГц. Образуется однократным
преобразованием с помощью несущих частот 64, 68, 72, .., 108 кГц или двукратным
преобразованием с помощью образования 4 трехканальных групп на несущих 12, 16, 20
кГц и их последующего преобразования на несущих 84, 96, 108, 120 кГц.
Вторичная группа (ВГ) - 60 каналов ТЧ, спектр 312...552 кГц. Образуется из 5 ПГ с
помощью несущих 420, 468, 516, 564, 612 кГц. Возможность параллельной работы
фильтров обеспечивается их подключением через развязывающий блок параллельной
работы первичных групп (ПРПГ).
Третичная группа (ТГ) - 300 каналов ТЧ, спектр 812...2044 кГц. Образуется из 5 ВГ с
помощью несущих (1364+(n-1)*248) кГц, где n - номер ВГ в спектре ТГ.
Четверичная группа (ЧГ) - 900 каналов ТЧ, спектр 8516..12388 кГц. Образуется из 3 ТГ.
Может также формироваться из 15 ВГ.
Совокупность преобразовательного оборудования всех групп носит название
каналообразующей аппаратуры. Ее назначение заключается в преобразовании
индивидуальных сигналов в групповой сигнал одной из стандартных групп.
Использование каналообразующей аппаратуры позволяет строить оконечную аппаратуру
систем передачи различной емкости на основе стандартного преобразовательного
оборудования и, следовательно, создавать унифицированное техническое оборудование.
Широкополосные каналы. Современные системы передачи позволяют кроме стандартных
каналов ТЧ организовать каналы с более высокой пропускной способностью. Увеличение
пропускной способности достигается расширением ЭППЧ, причем широкополосные
каналы образуются объединением нескольких каналов ТЧ.
В настоящее время аналоговые системы передачи предусматривают образование
следующих широкополосных каналов:
предгруппового канала с полосой частот 12..24 кГц взамен трех каналов ТЧ;
первичного канала 60..108 кГц взамен 12 каналов ТЧ;
вторичного канала 312..552 кГц взамен 60 каналов ТЧ;
третичного канала 812..2044 кГц взамен 300 каналов ТЧ.
Кроме перечисленных каналов в системах передачи формируются каналы вещания и
телевидения (со звуковым вещанием).
На практике используется и другой вариант: формирование первичной группы из
четырёх предварительных групп (рис. 3), каждая из которых объединяет по три канала ТЧ.
Здесь реализуется двукратный принцип преобразования.
Рис. 3. Структурная схема формирования ПГ с использованием двукратного
преобразования
Дальнейший процесс укрупнения групп каналов происходит в групповом
оборудовании и поясняет рис. 4. Одинаковые полосы частот пяти ПГ с помощью
первичного группового преобразования разносятся по частоте в полосе 312 … 552 кГц и
образуют 60-канальную (вторичную) группу (ВГ). На рисунке 4. изображена упрощённая
структурная схема группового оборудования ВГ. Сообщения пяти первичных групп ПГ 1 –
ПГ5 подаются на пять групповых преобразователей ГП1 – ГП5, на вторые входы которых
из генераторного оборудования поступают сигналы поднесущих частот.
С помощью полосовых фильтров ПФ1 – ПФ5, подключенных к выходам групповых
преобразователей, образуются сигналы вида ОБП с полосой частот 48 кГц каждый. В
результате сложения этих неперекрывающихся по спектру пяти сигналов образуется
спектр ВГ с полосой частот 240 кГц (312 … 552 кГц).
Для снижения переходных влияний между сигналами ВГ, передаваемыми по
смежным трактам, в спектре ВГ могут использоваться как прямые, так и инверсные
спектры ПГ2 – ПГ5. В первом случае на ГП2 – ГП5 подаются несущие частоты 468, 516,
564, 612 кГц, а соответствующие полосовые фильтры выделяют нижние боковые полосы
(как показано на рисунке 4.3.4). Во втором случае на ГП2 – ГП5 подаются несущие
частоты 300, 348, 396, 444 кГц, а полосовыми фильтрами ПФ2 – ПФ5 выделяются верхние
боковые полосы. Несущая частота для ПГ1 в обоих случаях одинаковая (420 кГц), и
спектр ПГ1 не инверсируется. Оборудование первичного группового преобразования
размещается в специальных стойках первичных преобразователей УСПП или СПП.
Следующие ступени группового преобразования выполняются аналогично.
Аппаратура образования групповых трактов может состоять из различных
Рис. 4. Структурная схема группового оборудования ВГ.
комбинаций стандартных блоков, в которых осуществляется тот или иной этап
преобразования частоты. Например, в широко используемой в настоящее время
аппаратуре системы К-1920 каналы ТЧ объединяются в две 60-канальные группы (ВГ) и
шесть 300-канальных групп (ТГ). При этом общее число каналов N = 60 ∙ 2 + 300 ∙ 6 =
1920 .
После того как путём последовательного объединения достигается номинальное
число каналов, обычно осуществляется ещё одно преобразование частоты: суммарный
(групповой) спектр преобразуется в линейный спектр, то есть в ту полосу частот, в
которой многоканальный сигнал этой системы передаётся по линии. При этом
учитываются особенности каждой линии.
Если индивидуальное и групповое преобразование обычно осуществляется в
типовых блоках и стойках, то сопряжение этой аппаратуры (в частности, формирование
линейного спектра) с линейным трактом выполняется в оборудовании, специфичном для
каждой данной проводной или радиосистемы.
Контрольные вопросы
1. Что включает в себя система многоканальной связи? Поясните её
работу.
2. В чём состоит принцип частотного разделения каналов?
3. Дайте определение модулятору. Что является полезными продуктами
модуляции?
4. Для чего нужны амплитудные ограничители с системах передачи с
ЧРК?
5. Чем обусловлены взаимные помехи, возникающие при разделении
каналов? Что делают для снижения уровня взаимных помех?
6.
Задание: построить модель в системе МАТЛАБ – СИМУЛИНК: Первичную
группу (ПГ) - 12 каналов ТЧ, спектр 60...108 кГц, с однократным преобразованием с
помощью несущих частот 64, 68, 72, .., 108 кГц или двукратным преобразованием с
помощью образования 4 трехканальных групп на несущих 12, 16, 20 кГц и их
последующего преобразования на несущих 84, 96, 108, 120 кГц - по выбору.