9.5. Комбинационное разделение сигналов

При передаче дискретных сообщений часто используется комбинационный способ формирования группового сигнала. Сущность этого способа состоит в следующем.

Пусть необходимо организовать передачу N независимых дискретных сообщений по общему групповому каналу. Если каждый элемент сообщения может принимать одно из m_i возможных состояний (i = 1, 2, ..., N), то общее число состояний системы из N источников M = m₁m₂....m_N. При одинаковых источниках m₁ = m₂ = ... = m_N = m, следовательно,

Таблица 9.2

Таким образом, используя основание кода M = m^N, можно передавать одновременно информацию от N индивидуальных каналов, работающих с основанием кода т.

Если, в частности, m = 2 (элемент сообщения может принимать одно из двух возможных состояний, например "0" и "1"), а число каналов N = 2, то оказываются возможными четыре разные комбинации элементарных сигналов "0" и "1" в обоих каналах.

Задача теперь сводится к передаче некоторых чисел, определяющих номер комбинации. Эти числа могут передаваться посредством любого кода. При такой передаче групповой сигнал является отображением определенной комбинации сигналов различных каналов. Разделение сигналов, основанное на различии в комбинациях сигналов разных каналов, называется комбинационным разделением.

Типичным примером комбинационного разделения является система двукратной частотной модуляции (ДЧМ), в которой для передачи четырех комбинаций сигналов двух каналов используют четыре разные частоты: f₁, f₂, f₃, f₄. При двукратной фазовой модуляции (ДФМ) каждой комбинации состояний I и II каналов соответствует определенное значение фазы группового сигнала φ₁,φ₂, φ₃ или φ₄ (табл. 9.2).

В качестве иллюстрации принципа комбинационного разделения рассмотрим пример разделения сигналов при ДЧМ (рис. 9.17). Здесь принятый сигнал разделяется фильтрами Φ₁, Φ₂, Φ₃, Φ₄ подключенными к детекторам D₁-D₈, попарно работающим на общие нагрузки.

При передаче частоты f₁ напряжение с выхода Φ₁ подводится через диоды D₁ и D₂ к входным зажимам 0₁ и 0₂ аппаратов I и II каналов. При передаче частоты f₃ напряжение с фильтра Φ₃ подключается через диоды D₅ и D₆ соответственно к зажимам 0₁ и 1₂. Все остальные соединения на схеме рис. 9.17 выполнены в соответствии с табл. 9.2.

Рис. 9.17. Комбинационное разделение - сигнала в системе ДЧМ

При оптимальном приеме для разделения сигналов на частотах f₁, f₂, f₃, f₄ используют не полосовые, а согласованные фильтры. Если частотные интервалы между f₁ и f_k удовлетворяют условию ортогональности, то вероятность ошибки р в одном из каналов ДЧМ при оптимальном не когерентном приеме при отсутствии замираний определяется так:

Сравнение системы ДЧМ с обычной двухканальной ЧМ системой с частотным разделением "показывает, что обе системы занимают практически одинаковую полосу частот, однако мощность сигнала, требуемая для обеспечения заданной верности, при ДЧМ почти вдвое меньше, чем при частотном разделении. Существенно меньше оказывается и пиковая мощность при ДЧМ. Поэтому в системах с ограниченной энергетикой комбинационное разделение по методу ДЧМ находит широкое применение.

Комбинационные ДФМ системы на практике реализуются в виде двойной относительной фазовой модуляции ДОФМ по тем же принципам, по которым вместо абсолютных систем ФМ используют относительные - ОФМ. Аналогично можно строить системы комбинационного уплотнения для большего числа каналов - многократную частотную (МЧМ), многократную относительную фазовую модуляцию (МОФМ) и др.

В случае МЧМ при выборе частот, обеспечивающих ортогональность системы передаваемых сигналов, занимаемая полоса частот с ростом N увеличивается экспоненциально. Вероятность ошибки в каждом канале с увеличением N также возрастает, но очень медленно. Поэтому такие системы применяют в тех случаях, когда используемый канал связи обладает большими частотными ресурсами, но энергетические его возможности ограничены.

В случае МОФМ, наоборот, занимаемая полоса частот с ростом N почти не расширяется, но вероятность ошибки увеличивается очень быстро и для сохранения требуемой верности необходимо увеличивать мощность сигнала. Такие системы пригодны в тех ситуациях, когда существуют жесткие ограничения полосы пропускания канала, а мощность сигнала практически не лимитирована.

Подробно многоканальные системы связи изучаются в специальных технических курсах.

Вопросы к главе 9

1. Поясните структурную схему многоканальной передачи и сформулируйте преимущества многоканальной передачи.
2. Какие требования предъявляются к канальным сигналам при формировании группового сигнала системы многоканальной передачи?
3. Запишите условие линейной независимости сигналов и поясните его физическую сущность?
4. В чем состоит различие между ортогональными и линейно-независимыми сигналами?
5. *Приведите геометрическую трактовку условия линейного разделения сигналов при многоканальной передаче.
6. Составьте структурную схему многоканальной системы с частотным раз- делениехм каналов и постройте спектральные диаграммы преобразования сигналов при формировании группового сигнала и разделения сигналов на приемной стороне.
7. Определите необходимую полосу частот группового сигнала 12-канальной ОМ системы при условии, что полоса частот канальных сообщений 300...3400 Гц, а защитный промежуток Δf₃ составляет 30% от разноса между поднесущими частотами.
8. Составьте структурную схему многоканальной системы с временным разделением и постройте временные диаграммы формирования группового сигнала и выделения канальных сигналов на приемной стороне. Как определяется необходимая полоса частот многоканальных систем с временным разделением?
9. Приведите сравнительную оценку систем с частотным и временным разделением сигналов.
10. В чем состоит принцип фазового разделения сигналов? Объясните, почему при произвольных значениях амплитуд и фаз можно обеспечить передачу лишь двух каналов на одной несущей частоте?
11. Составьте структурную схему системы многоканальной передачи с разделением сигналов по форме и сформулируйте требования к канальным сигналам. Приведите пример различающихся по форме сигналов.
12. Сопоставьте преимущества и недостатки многоканальных систем с закрепленными каналами и асинхронно-адресных систем. Какие требования предъявляются к сигналам асинхронно-адресных систем передачи?
13. Какие сигналы называются шумоподобными, каковы их основные свойства? Приведите примеры формирования шумоподобных сигналов.
14. В чем заключается способ статистического разделения сигналов ААСС?
15. Сформулируйте причины возникновения переходных помех в многоканальных системах с линейным разделением сигналов. В чем заключается принципиальное различие между переходными помехами и помехами в канале передачи?
16. * Выведите формулы для пропускной способности системы многоканальной передачи с учетом взаимных помех между каналами (для упрощения считать взаимные помехи аддитивными, имеющими нормальное распределение). Поясните различие в зависимости пропускной способности системы от помех в тракте передачи и взаимных помех между каналами.
17. *В чем заключается принцип комбинационного разделения сигналов? Составьте схему трехканальной системы с комбинационным разделением для сигналов ЧМ и ФМ. Сравните их достоинства и недостатки.
18. *В чем заключается принципиальное различие в использовании фазового разделения в системах передачи непрерывных сообщений и в системах с комбинационным разделением?