Лекція 7. Системи передачі первинних сигналів

Структурна схема системи передачі первинних сигналів

Частотний спосіб розділення каналів

Часовий спосіб розділення каналів

Основи передачі сигналів

Апаратурні засоби цифрових систем передачі

 

Структурна схема системи передачі первинних сигналів

Системою передачі називають сукупність технічних пристроїв, за допомогою яких здійснюється одночасна і незалежна передача по одній лінії зв'язку безлічі сигналів з пункту А в пункт Б. Призначення систем передачі – ефективне використання ліній зв'язку, які є найбільш дорогим елементами електрозв'язку.

У розглянутій нижче схемою система передачі представлена ​​модуляторами, куди надходить безліч сигналів від джерел в пункті А і демодулятори, звідки сигнали надходять до одержувачів в пункті Б. Передавач, приймач і лінія зв'язку таким чином стають загальними засобами для джерел та одержувачів сигналів, в той час як модулятор і демодулятор залишаються для них індивідуальними. Безліч модуляторів разом з джерелами сигналів в пункті А, а також безліч демодуляторів разом з приймачами сигналів в пункті Б, показані на схемі пунктирними лініями.

 

Пункт А Пункт Б

Рис.7.1 Структурна схема системи передачі сигналів

 

У лінії зв'язку організовують безліч каналів так, щоб для кожного первинного сигналу був свій індивідуальний канал – коридор. Розрізняють два способи розділення каналів: частотне розділення каналів (ЧРК) і тимчасове розділення каналів (ВРК).

ЧРК і ВРК можуть використовуватися в комбінації. Наприклад, ЧРК може бути використано для виділення декількох частотних каналів, усередині кожного з них можна виділити за допомогою ВРК кілька тимчасових каналів для передачі низькошвидкісних сигналів. За цим принципом працюють деякі системи стільникового зв'язку, зокрема GSM (глобальна система мобільних комунікацій).

 

Рис 5.2. Частотний та тимчасової способи поділу каналів

 

Частотний поділ каналів

При частотному поділі каналів кожне повідомлення передається за індивідуальним коридору, що займає строго певне положення на шкалі частот. Для цього первинний сигнал слід перетворити, тобто перенести його в потрібний коридор частот. Це роблять за допомогою пристрою, званого модулятором. Модуляцією називають процес зміни параметрів (амплітуди або частоти) несучого, гармонійного коливання за законом зміни первинного сигналу.

Модулятор здійснює перенесення первинного сигналу по шкалі частот вгору, демодулятор здійснює зворотний перенос вторинного сигналу по осі частот вниз. Принцип дії модулятора і демодулятора показаний на малюнку.

 

Рисунок 7.3. Модуляція і демодуляція.

 

Принципи модуляції і демодуляції розглянемо на прикладі найпростішої різновиди модуляції – амплітудної.

При амплітудної модуляції за законом сигналу змінюється амплітуда несучого коливання, тобто повідомлення несе обвідна амплітуд модульованого сигналу, див тимчасову область малюнка 7.5.

Як видно з частотній області малюнка, після модуляції спектр частот інформаційного (модулюючого) сигналу роздвоюється і розташовується по обидві сторони від частоти несучого коливання, утворюючи верхню і нижню бічні смуги. Таким чином, при виконанні умови модуляція дозволяє перенести спектр низькочастотного сигналу в високочастотну область.

 

Рисунок 7.5. Тимчасові діаграми і спектри при амплітудної модуляції

 

Демодуляція дозволяє провести зворотний перенос спектру інформаційного сигналу, а саме з високочастотної області в низькочастотну. Виробляється вона за допомогою пристрою, званого демодулятором. Тимчасові діаграми та схема демодулятора, що складається з випрямляча і найпростішого фільтра нижніх частот, показані на ріс.7.6. З малюнка видно, що демодулятор дозволяє відновити вихідний інформаційний сигнал з точністю до постійної складової.

 

Рис. 7.6 Часові діаграми та схема демодулятора

 

Системи передачі, в яких канальні сигнали розміщуються не перекриваються частотних смугах, отримали назву систем передачі з частотним поділом каналів (ЧРК).

 

Часовий поділ каналів

При тимчасовому поділі каналів кожне повідомлення займає вузький часовий коридор в загальному циклі передачі, який безперервно повторюється. Первинний сигнал представлений таким чином своїми відліками в певні моменти часу. Таке уявлення не призводить до втрати інформації, якщо сигнал обмежений по спектру. Обмеження спектру здійснюється за допомогою спеціального пристрою, званого фільтром низьких частот (ФНЧ).

При передачі в лінію кожен аналоговий сигнал діскретізіруют, тобто замінюють зчитувати з певним кроком відліками. У проміжки між відліками одного сигналу вставляють відліки другого сигналу, в решту проміжки вставляють відлік третій сигналу і т.д. В результаті утворюється груповий сигнал у вигляді імпульсів, модульованих по амплітуді (АІМ сигнал). Значення амплітуд імпульсів обмежують набором дозволених рівнів. Спеціальний пристрій, зване квантователя, підтягує значення амплітуди кожного імпульсу до найближчого дозволеного рівня. Після цього стає можливим закодувати значення кожної амплітуди в двійковому коді у виді набору струмових і бестоковой посилок, тобто у вигляді набору умовних нулів і одиниць. У результаті кодування в лінію надходить імпульсно-кодово модульований сигнал (ІКМ сигнал). Принцип часового розподілу каналів при передачі сигналів в лінію показує рис. 7.7. На малюнку представлено тільки три елементи системи ВРК, що працюють на передачу: Дискретизатор, квантователь і кодер. Для простоти викладу ФНЧ опущені.

Дискретизатор при передачі з певним кроком зчитує значення аналогового сигналу, тобто виробляє його дискретизацію. Дискретизатор представлений на малюнку обертовим проти годинникової стрілки рухомим електродом, що стосуються почергово протягом одного циклу трьох нерухомих електродів. До кожного з нерухомих електродів підводиться свій аналоговий сигнал.

Квантователь підтягує значення звіту сигналу до найближчого дозволеного рівня.

Кодер виробляє операцію кодування, тобто уявлення відліків сигналу у вигляді набору бітів, умовних нулів або одиниць.

 

Ріс.7.7. Принцип часового розподілу каналів при передачі сигналів в лінію

 

При прийомі з лінії груповий ІКМ сигнал декодується, тобто його значення переводяться з двійкової системи числення в звичайну десяткову. Отриманий після цього груповий АІМ сигнал розподіляється по каналах, які є індивідуальними для кожного повідомлення. На вході кожного з таких каналів коштує фільтр низьких частот (ФНЧ), який переводить сигнал з дискретної форми в аналогову.

Принцип часового розподілу каналів при прийомі сигналів з лінії показує рис. 7.8.. На малюнку представлено тільки два елементи системи ВРК, що працюють на прийом: декодер і Дискретизатор. Для простоти викладу ФНЧ опущені.

Декодер виконує операцію, зворотну кодуванню, т.е. Переводить значення сигналу з двійкової системи числення в звичайну десяткову. Дискретизатор на прийомі розбиває груповий дискретний сигнал на індивідуальні дискретні сигнали. Дискретизатор на прийомі повинен синхронно працювати з Дискретизатор при передачі. Пристрій обох Дискретизатор однаково.

 

Ріс.7.8. Принцип часового розподілу каналів при прийомі сигналів з лінії

 

Основи передачі сигналів

Передача сигналів – це процес транспортування інформації між кінцевими пунктами системи або мережі. Сигнал, як носій інформації, проходить довгий шлях і на цьому шляху йому зустрічається багато пристроїв, таких як комутаційні станції, лінії, модулятори і демодулятори, передавачі і приймачі. Нижче ми розглянемо основні елементи системи передачі і засудимо їх роль в успішній передачі сигналів.

Узагальнена схема передачі сигналів наведена на рис. 7.9.

 

Рис. 7.9. Узагальнена схема передачі сигналів

 

На схемі не показані перетворювачі, в яких ми потребуємо для того, щоб перетворити повідомлення в електричний сигнал. Вони не входять безпосередньо в систему передачі сигналів.

Зате показані шуми перешкоди і спотворення, які є не іменними супутниками сигналів при їх передачі. Зауважимо, що двонаправлені комунікації вимагають іншої системи для одночасної передачі сигналу в протилежному напрямку.

Передавач обробляє вхідний сигнал і виробляє передаваний сигнал, відповідний по характеристикам каналу передачі. Обробка сигналу для передачі часто включає в себе кодування і модуляцію. У разі оптичної лінії зв'язку перетворення електричного сигналу в оптичний проводиться передавачем.

Лінія передачі являє собою фізичну середу, яка перекидає місток від джерела до пункту призначення. Це може бути пара проводів, коаксіальний кабель або оптоволокно. Передача по лінії пов'язана з втратами енергії і тому потужність переданого сигналу постійно зменшується із збільшенням пройденого шляху. Сигнал також спотворюється в лінії по формі внаслідок неоднаковості ослаблення в лінії наявних в ньому коливань різних частот. Зміна сигналу за формою прийнято називати спотвореннями. Зауважимо, що лінія часто включає в себе багато каналів для передачі мови або даних, які об'єднуються в одній парі проводів або оптоволокні.

Приймач обробляє одержуваний з лінії сигнал для того, щоб потім подати його на вхід перетворювача в пункті призначення. Операції приймача включають в себе:

- Фільтрацію, щоб виключити шуми в частотному діапазоні, розташованому за межами спектра сигналу,

- Посилення, щоб компенсувати ослаблення в лінії;

-Корекцію, щоб компенсувати спотворення форми сигналу;

- Демодуляцію і декодування, щоб зробити сигнал ідентичним з тим, що був переданий передавачем.

Шуми, спотворення і перешкоди. Багато небажаних факторів супроводжують передачу сигналу. Ослаблення небажано, тому рівні вхідного і вихідного сигналів повинні бути однаковими.

Більш серйозні проблеми пов'язані з спотвореннями в лінії, перешкодами і шумами. В якості засобів боротьби із спотвореннями сигналу в приймачі завжди використовують частотні коректори, а для боротьби з шумами фільтри, які пропускають електричні коливання тільки в частотному діапазоні, що визначається спектром сигналу.