In un sistema a N-canali, il numero di filtri e dei loro tipi è Nn, dove n è il numero di stadi di conversione. Il numero di filtri e dei relativi tipi può essere ridotto aggiungendo una trasformazione multipla gruppo, in cui il segnale di gruppo è soggetto a trasformazione. A tale scopo, N canali sono divisi in m gruppi di K canali, cioè Km=N. In ciascun gruppo, il segnale di ciascun canale è soggetto a conversione individuale utilizzando le frequenze portanti w H1 , w H2 ,..., w NC (Fig. 3.51). In tutti i gruppi, la trasformazione è dello stesso tipo, quindi all'uscita di ciascun gruppo si forma lo stesso spettro di frequenza. Gli spettri di gruppo ottenuti vengono quindi trasformati in gruppo con le portanti w GR1 , w GR2 ,..., w GRm , in modo che dopo aver combinato i segnali di gruppo convertiti, si formi uno spettro di frequenza di N canali. Nel caso in esame, il numero totale di filtri è uguale a N+mn GR e il numero di tipi di filtri è ridotto a K+mn GR, dove n GR è il numero di passaggi di conversione del gruppo.
Fig.3.51 Conversione di frequenza di gruppo
Pertanto, l'uso di trasformazioni multiple e di gruppo consente di unificare l'attrezzatura di filtraggio del sistema, ad es. ridurne la varietà. Tale unificazione aumenta la producibilità dei componenti delle apparecchiature e, in definitiva, ne riduce i costi.
Il multiplexing è il processo di combinazione di una pluralità di segnali che trasportano informazioni in un segnale di gruppo da trasmettere, concentrato in una banda di frequenza. Il compito viene risolto con mezzi aerei o terrestri. Quasi tutte le combinazioni possono essere utilizzate:
Metodi utilizzati per la modulazione negli apparati terrestri;
Guarnizioni in apparecchiature a terra;
Modulazione portante su un collegamento satellitare;
Accesso multiplo.
Quindi, nei sistemi INTELSAT, TELESAT, DSCS-1 e ²Lightning², viene utilizzata la modulazione di ampiezza a banda laterale singola con multiplexing a divisione di frequenza e separazione dei canali (NC), modulazione di frequenza su una linea satellitare e frequenze portanti diverse per ciascun ES.
Il sistema WMDV può essere chiamato PCM/VU/CHFM/MDVU.
Un sistema SPADE con un canale per portante è designato: PCM/FSK/FDMA.
Nelle apparecchiature terrestri, il multiplexing a divisione di frequenza e la separazione dei canali (NC) sono i più comuni. I sistemi NC includono:
a) sistemi portanti soppressi (SBC) a banda laterale singola;
b) sistemi single-sideband con portante trasmessa (OBP-PN);
c) sistemi portanti soppressi a due vie (SBC);
d) sistemi a due vie con portante trasmessa (DBP-PN).
Utilizzato principalmente da OBP.
I sistemi di divisione del tempo utilizzano:
metodi discreti;
Metodi digitali.
Tipicamente, RT è combinato con TDMA e NC con MDMA, ma sono possibili anche sistemi misti.
Trasmissione di segnali TV e segnali audio.
Secondo il piano WARC-77, la velocità di trasmissione massima in un canale TV non supera i 20 Mbps. Ma per trasferire un'immagine a colori di alta qualità, è necessaria una velocità di trasferimento di almeno 34 Mbps. Pertanto, per la prima generazione di sistemi di TV satellitare, sono stati utilizzati metodi da analogico a digitale, quando parte delle informazioni veniva trasmessa in forma analogica e parte in forma digitale.
Uno di questi sistemi è il sistema MAC (Multiplexing Analogue Components). In questo sistema, il segnale di luminanza analogica viene trasmesso alternativamente (con il metodo della divisione del tempo) con i segnali di crominanza convertiti in forma discreta, il che consente di evitare distorsioni incrociate dei segnali di luminanza e di crominanza, di ridurre il rumore nella crominanza canale a causa del suo trasferimento nella regione delle basse frequenze. Audio, sincronizzazione, segnali di dati vengono trasmessi insieme ai segnali di colore in un flusso digitale comune.
Nella versione più semplice, il segnale di luminanza viene trasmesso in tempo reale durante la parte attiva della linea e il flusso digitale - nell'intervallo dell'impulso di spegnimento orizzontale e il segnale di crominanza è precompresso nel tempo. Alla reception, il flusso digitale totale viene demultiplexato. Il flusso corrispondente al segnale di crominanza viene allungato e spostato nel tempo per ripristinare le proporzioni originarie, quindi inviato al decoder.
In un sistema più complesso, sia il segnale di luminanza che il segnale di crominanza vengono compressi nel tempo e la separazione viene eseguita sul periodo non solo della linea, ma anche del frame. Ciò consente di modificare le proporzioni della cornice. Come risultato degli studi ESR, è stato scelto un rapporto di compressione di 3/2 per il segnale di luminanza e 3 per i segnali di crominanza. Sul lato trasmittente, il segnale di luminanza viene ritardato di un periodo di frame relativo al segnale di crominanza, mentre in ricezione il segnale di luminanza passa senza modifiche e il segnale di crominanza viene allungato nel tempo e ritardato di un periodo di frame, in modo che la loro il rapporto originale viene ripristinato.
Uno dei problemi più difficili della televisione satellitare (STV) è il metodo di trasmissione dei segnali audio in un canale televisivo. Studi teorici ed esperimenti hanno dimostrato che utilizzando il metodo FM analogico nella banda dei 12 GHz è possibile trasmettere insieme ad un segnale immagine non più di due programmi sonori con un rapporto segnale/rumore di circa 50-55 dB, e la frequenza della seconda sottoportante deve essere selezionata in modo da non interferire nel canale del colore. Ad esempio, per TV-SAT sono stati scelti valori di sottoportante di 5,5 MHz e 5,746128 0,000003 MHz. È necessario avere almeno 4-6 canali audio nel bagagliaio.
Il metodo di trasmissione di un flusso digitale insieme ai segnali dell'immagine deve soddisfare determinati requisiti: la qualità della trasmissione dell'immagine non deve deteriorarsi; la probabilità di errore nella trasmissione dei segnali audio non deve superare 10 -3 con un rapporto C/N=8 dB; è richiesta la compatibilità con i ricevitori TV esistenti.
Si possono distinguere tre modi per trasmettere segnali di immagine e flusso digitale:
Divisione di frequenza (sistema MAS-A);
Divisione del tempo a frequenza video (MAC-B);
Divisione del tempo del vettore (MAC-C).
Sistema MAC-A. Il flusso digitale viene trasmesso su una frequenza di sottoportante che supera la frequenza superiore dello spettro del segnale video. La frequenza della sottoportante viene selezionata dal rapporto , dove F B è la frequenza superiore del segnale video, R è il bit rate in Mbit/s.
Tra i metodi di modulazione digitale, viene data preferenza al phase-shift keying a due posizioni con banda laterale parzialmente soppressa, detto anche “MSK semplificato” (Minimum Shift Keying), per la sua semplicità e l'applicabilità di un demodulatore coerente alla ricezione.
Sistema MAC-B. La compressione di un segnale video da parte di un flusso digitale a una frequenza video si basa sull'uso di una certa ridondanza del segnale TV: la presenza in ciascuna riga di intervalli per il percorso di ritorno dei raggi, in cui vengono trasmessi solo i segnali di sincronizzazione. Inserendo una sequenza PCM agli intervalli indicati, è possibile trasmettere da due a quattro programmi audio senza aumentare la larghezza di banda totale occupata dal segnale video. Il vantaggio di questo metodo di trasmissione è l'assenza di un demodulatore separato per i segnali audio, poiché la sequenza digitale è ottenuta all'uscita di un rilevatore di frequenza comune.
Nelle reti di telecomunicazione, i sistemi multicanale con divisione di frequenza e tempo dei canali hanno trovato ampia applicazione.
5.2.1. Principi di formazione dei segnali di gruppo nei sistemi multicanale con divisione in frequenza dei canali
In tutti i sistemi multicanale con canali a divisione di frequenza (ISS con FDM), vengono utilizzati segnali AM con una selezione di una banda laterale (AM-SSB). I metodi per costruire un MCS con FDM differiscono nel modo in cui si forma il segnale di gruppo e nelle caratteristiche della sua trasmissione in un percorso lineare. Secondo la prima funzione, ci sono opzioni:
– con conversione del segnale individuale;
– con conversione di gruppo dei segnali.
Secondo il metodo di amplificazione del segnale di gruppo (lineare) in punti intermedi (il secondo segno), le opzioni si distinguono con l'amplificazione di ogni singolo segnale o del segnale lineare nel suo insieme.
Con conversione del segnale individuale lo spettro di frequenza del gruppo (lineare) è formato da una trasformazione indipendente separata di ciascuno di n segnali. Sulla fig. La Figura 5.3 mostra un diagramma a blocchi che spiega questo metodo. Ciascun canale contiene un filtro passa-banda del canale (BPF io), modulatore di canale (M io) e demodulatore (DM io), e alle stazioni intermedie (PS) - un dispositivo di amplificazione individuale (Us io).
virtù di questo metodo sono:
– una semplice soluzione al problema di isolare (diramare) qualsiasi segnale in qualsiasi punto intermedio;
– non ci sono requisiti elevati per gli indicatori di qualità per un singolo dispositivo di amplificazione: ogni amplificatore è a banda relativamente stretta e può funzionare con grandi distorsioni non lineari, poiché sono soppresse in uscita da un filtro passa-banda;
– conversioni minime di segnale ai punti finali;
- elevata affidabilità della comunicazione, poiché il guasto di uno degli amplificatori del punto intermedio non pregiudica il funzionamento degli altri.
Riso. 5.3. Schema strutturale della ISS con FDC con individuo
conversione del segnale
– ingombranti ed elevati consumi energetici delle apparecchiature delle stazioni intermedie per la presenza di amplificatori di canale;
- la presenza di un gran numero di dispositivi elettorali (PFC) e, di conseguenza, un aumento del volume e del costo delle apparecchiature;
– scarso utilizzo della larghezza di banda del percorso lineare, perché a causa dell'insufficiente selettività del CTF, è necessario aumentare la spaziatura in frequenza tra segnali di canale adiacenti, il che peggiora la “densità di impacchettamento” del segnale lineare; di conseguenza aumenta la frequenza superiore del segnale lineare e diminuisce la lunghezza ammessa del tratto di linea tra punti amplificatori adiacenti.
Al centro del metodo con la conversione del segnale di gruppo sta il principio di formare un segnale lineare al punto finale di trasmissione (OP td) del sistema utilizzando più stadi di conversione. In ogni fase vengono combinati diversi segnali di canale, ad es. un segnale lineare è la somma di più segnali di gruppo intermedi. Al punto finale di ricezione (OP pr) vengono eseguite le operazioni inverse.
vantaggio Questo metodo serve a semplificare i punti intermedi e, di conseguenza, a ridurne i costi e le dimensioni.
Gli svantaggi del metodo di amplificazione di gruppo includono:
– requisiti di alta qualità per l'amplificatore lineare della stazione intermedia: deve avere una risposta in frequenza di guadagno ben definita nella larghezza di banda dello spettro lineare e una distorsione non lineare molto bassa;
– difficoltà nell'isolare i segnali di canale.
È impossibile posizionare i canali strettamente nello spettro di frequenza lineare, poiché con un aumento della frequenza portante si deteriorano le proprietà selettive dei filtri passa-banda (la larghezza di banda del circuito risonante è pari a ∆ F= F 0 /Q k). Pertanto, con frequenza crescente Fè necessario aumentare l'intervallo di guardia ∆ F zi tra canali adiacenti. Nei moderni MCS con FDM, a ciascun canale viene assegnata una banda di frequenza di 4 kHz, sebbene la larghezza di banda dell'FDM sia di 3,1 kHz. In questo caso = 0,9 kHz. Pertanto, l'MCS FDM utilizza effettivamente circa l'80% della larghezza di banda del percorso di trasmissione. Inoltre, il percorso di gruppo deve essere altamente lineare.
Questo è uno dei motivi principali per passare al metodo di trasformazione di gruppo. In questo caso, la conversione di un singolo segnale avviene in più fasi. In ogni fase vengono combinati diversi segnali convertiti generati nelle fasi precedenti. Il principio di questo metodo è illustrato in Fig. 5.4. Nella prima fase viene eseguita una conversione individuale nello spettro di un segnale ausiliario di gruppo, detto primario; nella seconda fase, si ottiene un segnale secondario combinando più segnali di gruppo primari convertiti, ecc. L'ultimo passaggio è chiamato passaggio di trasformazione del sistema. Sul lato ricevente vengono eseguite le operazioni inverse.
Sulla fig. 5.5, ma, B i dati di trasformazione sono presentati nella regione spettrale, fig. 5.5, ma spiega la generazione di un segnale di gruppo del gruppo standard primario (PSG) utilizzando singole frequenze portanti F h1 - F h12, e fig. 5.4 – Secondary Standard Group (SSG) tramite vettori multicast F h1 - F h5.
Riso. 5.4. Il principio del metodo di conversione del segnale di gruppo
Riso. 5.5. Formazione di spettri di segnali di gruppo
primario ( ma) e il gruppo standard secondario ( B)
Vantaggi metodo:
– elevata “densità di impacchettamento” dello spettro del segnale lineare e, di conseguenza, diminuzione della larghezza di banda del segnale lineare a parità di numero di canali;
- semplificazione delle stazioni intermedie, aumentando la distanza tra i punti intermedi e riducendo il costo del sistema nel suo complesso;
- ridurre il numero delle diverse tipologie di trasformazioni e filtri, portando ad apparecchiature più economiche, aumentandone la serializzazione e l'unificazione;
– riduzione del numero di diverse frequenze portanti utilizzate nella conversione di gruppo e semplificazione degli apparati di generazione;
– si semplifica il problema della selezione dei gruppi di canali e dell'interfacciamento di diverse tipologie di apparati ISS.
Svantaggi del metodo:
– un gran numero di trasformazioni su ciascun segnale, di conseguenza, la distorsione del segnale aumenta e, di conseguenza, i requisiti per le apparecchiature diventano più severi;
– possibile aumento delle dimensioni e del costo dei terminali.
I parametri principali dei gruppi di canali MCS standard con FDM sono riportati nella Tabella 5.1.
Tabella 5.1
Parametri di base dei gruppi di canali standard
5.2.2. Principi di generazione di segnali multicanale in MCS con suddivisione temporale dei canali
Con la divisione temporale dei canali (TDM), viene fornito alternativamente un percorso di gruppo con l'aiuto di interruttori sincroni del trasmettitore e del ricevitore per la trasmissione dei segnali di ciascun canale della ISS. Lo schema strutturale della ISS con VRC è mostrato in fig. 5.6, dove sono introdotte le seguenti designazioni: IP io, PS io – io-esima sorgente e ricevitore di messaggi, IM - modulatore di impulsi, GTI - generatore di impulsi di clock, LS - linea di comunicazione, ID i - rilevatore di impulsi io-esimo canale. Sequenze di impulsi modulati che non si sovrappongono nel tempo vengono utilizzati come segnali di canale nei sistemi con TDM. L'insieme dei segnali di canale forma un segnale di gruppo.
| LORO |
| LS |
| GTI |
| IC N |
| n |
| È 1 |
| È 2 |
| K |
| K pr |
| ID N |
| PS N |
| n |
| ID 2 |
| PS 2 |
| ID 1 |
| PS 1 |
| Riso. 5.6. Schema strutturale della ISS con VRC |
I sistemi di trasmissione digitale (DTS) con TDM utilizzati nelle reti di telecomunicazioni sono costruiti sulla base di una certa gerarchia, che deve soddisfare i seguenti requisiti di base:
– trasmissione attraverso canali e percorsi DSP di tutti i tipi di segnali analogici, discreti e digitali;
– corrispondente molteplicità di elaborazione del segnale e velocità di trasmissione a diversi stadi di trasmissione;
– la possibilità di una combinazione, separazione, separazione e transito sufficientemente semplice dei flussi digitali trasmessi;
– I parametri DSP dovrebbero essere selezionati tenendo conto delle caratteristiche dei sistemi di guida esistenti e futuri;
– possibilità di interazione DSP con sistemi di trasmissione analogici e vari sistemi di commutazione;
– quando si segnalano messaggi generici, la larghezza di banda del DSP dovrebbe essere utilizzata nel miglior modo possibile.
La formazione della gerarchia DSP viene effettuata sulla base della combinazione di flussi digitali di ordine inferiore, chiamati flussi di componenti, in un unico flusso digitale, chiamato flusso di gruppo. La formazione di un segnale digitale di gruppo è possibile nei seguenti modi di combinazione di flussi digitali:
- carattere per carattere (Fig. 5.7, ma);
- per canale (Fig. 5.7, B).
In entrambi i casi, vengono combinati 4 flussi.
Riso. 5.7. Struttura a frame di un sistema di trasmissione digitale con simbolo per simbolo ( ma) e per canale ( B) combinando flussi digitali
Nella combinazione carattere per simbolo, gli impulsi dei segnali digitali dei flussi digitali combinati vengono accorciati e distribuiti nel tempo in modo che gli impulsi combinati di altri flussi possano essere adattati negli intervalli liberati. Con la combinazione canale per canale di flussi digitali, gli intervalli allocati per i gruppi di codici vengono ridotti e distribuiti nel tempo. Il segnale di clock è necessario per la corretta distribuzione dei flussi digitali all'estremità ricevente.
È possibile combinare flussi digitali in cicli, che è simile alla combinazione canale per canale: viene elaborato (compresso) nel tempo e viene trasmesso l'intero ciclo di un flusso digitale, quindi il successivo.
Il metodo più semplice e più utilizzato è il metodo di concatenazione carattere per carattere.
Con TDM è possibile la diafonia tra i canali, principalmente per due motivi:
– imperfezione della risposta in frequenza e della risposta di fase del percorso di trasmissione;
– sincronizzazione non ideale degli interruttori sul lato trasmittente e ricevente.
Per ridurre il livello di interferenza reciproca in TS, è inoltre necessario introdurre intervalli di tempo di guardia, che portano ad una diminuzione della durata dell'impulso di ciascun canale e, di conseguenza, ad un'espansione dello spettro del segnale. In accordo con il teorema di Kotelnikov per CFC, la frequenza di campionamento minima dovrebbe essere F D = 2F in = 6,8 kHz. Tuttavia, nella vera ISS con VRC F q = 8 kHz.
I Real MCS con TDM sono inferiori a MCS con FDM in termini di efficienza nell'utilizzo dello spettro di frequenza. Tuttavia, i sistemi con VRC presentano una serie di vantaggi:
– non ci sono diafonia di origine non lineare;
– fattore di cresta inferiore;
- l'equipaggiamento del VRK è molto più semplice dell'equipaggiamento del ChRK.
TDM trova la più ampia applicazione nei sistemi di trasmissione digitale con PCM.
5.3. Fase, non lineare, combinatoria e altri metodi di separazione dei canali
5.3.1. Canali di separazione di fase
Come portanti nei sistemi di trasmissione con divisione di fase dei canali (PRF), vengono utilizzate oscillazioni armoniche (portanti) aventi le stesse frequenze e con fasi iniziali diverse tra loro di π/2:
I segnali di canale nel sistema sono formati dalla modulazione di ampiezza delle oscillazioni della portante. Lo spettro di ciascun segnale di canale contiene due bande laterali relative alla frequenza portante ω n. Con PRK, gli spettri dei segnali di canale si sovrappongono. Tuttavia, la separazione dei segnali alla ricezione è possibile grazie alla mutua ortogonalità dei portanti e . La separazione dei segnali di canale e l'estrazione dei segnali di informazione vengono effettuate simultaneamente nella separazione dei segnali ortogonali. In questo caso, il segnale di gruppo viene moltiplicato per la portante di questo canale e integrato mediante un filtro passa-basso . Alla ricezione, un demodulatore viene utilizzato come moltiplicatore in ciascun canale. , a cui viene applicata una forma d'onda portante coerente con la corrispondente forma d'onda di trasmissione. La necessità di una ricezione coerente complica le apparecchiature di separazione di fase, poiché i requisiti per le apparecchiature dei generatori diventano più severi.
5.3.2. Separazione dei segnali trasmessi su più frequenze portanti
Nei sistemi discreti di trasmissione di informazioni trovano applicazione pratica la MCS, in cui le portanti ortogonali sono espresse da membri della serie trigonometrica: Ψ K = K cosω n T, . Lo schema a blocchi di un tale sistema corrisponde allo schema di separazione dei segnali ortogonali. Il sistema utilizza la modulazione di ampiezza.
Gli zeri dello spettro di un singolo impulso del segnale binario trasmesso sono multipli della frequenza F 0 = 1/τu, dove τu è la durata dell'impulso. Se equalizziamo le frequenze F 0 e F n = ω n /2π, allora il sistema di portanti selezionato sarà ortogonale su un intervallo di durata τ e. Perché K- th il segnale del canale è UK(T) =c k(T)cos( Kω n T), quindi il suo spettro contiene due bande laterali relative alla portante F k = kf n. In F n = F 0 = 1/ τ e frequenze portanti ( K +1), (K+ 2)-esimo, ecc. canali, nonché portanti del precedente ( K – 1), (K– 2)-esimo, ecc. i canali coincidono con gli zeri dello spettro K-esimo canale. Sebbene gli spettri di tutti i segnali di canale si sovrappongano, tuttavia, differenze nella forma delle portanti consentono di separare questi segnali alla ricezione utilizzando il metodo di separazione dei segnali ortogonali.
Il metodo di trasmissione su più portanti può essere combinato con il metodo di separazione di fase dei segnali: su ciascuna portante Kω n è possibile trasmettere due segnali con portanti cos Kω n T e peccato Kω n T. In questo caso, a parità di ampiezza dello spettro del segnale di gruppo, il numero di canali può essere raddoppiato.
Sono noti sistemi multicanale per la trasmissione di informazioni discrete, in cui altri sistemi di funzioni ortogonali vengono utilizzati come portanti: polinomi di Legendre, polinomi di Laguerre, ecc. Tutti questi sistemi sono caratterizzati da quanto segue:
1) la formazione e la separazione dei segnali di canale vengono effettuate utilizzando semplici integratori, anziché complessi filtri passa-banda di canale;
2) i sistemi hanno un'elevata immunità ai disturbi;
3) le transizioni tra i canali sono interessate da distorsioni lineari e non lineari nel percorso di gruppo;
4) i requisiti per le apparecchiature di generazione stanno diventando più severi a causa della necessità di una ricezione coerente.
5.3.3. Separazione del segnale non lineare
Quando si costruiscono alcuni sistemi di trasmissione del segnale binario, vengono utilizzati i seguenti metodi di separazione del segnale non lineare:
- combinazione;
– separazione dei segnali per livello;
– divisione del codice dei segnali.
Metodo di separazione del segnale combinato. Durante il trasferimento n messaggi discreti indipendenti su un percorso di gruppo comune, se l'elemento io-esimo messaggio può ricevere uno di io valori possibili ( io = 1, 2, ..., n), il numero totale di valori che un elemento può assumere n-canale sorgente che combina l'originale n le fonti saranno uguali a . Per gli stessi valori m io = m noi abbiamo M = m N . Quindi usando la base di codice M = mN, è possibile trasmettere simultaneamente informazioni da n singole fonti che lavorano con la base di codice T. In particolare, quando T= 2 (codici binari), numero di canali n= 2, messaggio di gruppo B G può assumere quattro possibili valori corrispondenti a diverse combinazioni di zero e uno in entrambi i canali, con n= 3 il numero delle diverse combinazioni sarà uguale m= 8 ecc. Il compito ora si riduce al passaggio di alcuni numeri B G, determinazione del numero di combinazione. Questi numeri possono essere trasmessi tramite segnali di modulazione discreti di qualsiasi tipo. La separazione dei segnali basata sulla differenza nelle combinazioni di segnali provenienti da canali diversi è chiamata combinatoria. . Lo schema a blocchi dell'MCS con separazione combinatoria (codice) è mostrato in fig. 5.8. Ecco i post originali B 1 (T),B 2 (T),..., b N(T) da n le sorgenti vengono alimentate all'ingresso dell'encoder, che funge da channel combiner (CCU). Ricevuto messaggio di gruppo B G ( T) viene convertito utilizzando il modulatore M in un segnale di gruppo tu G ( T) entrando nel percorso del gruppo (linea di comunicazione). Sul lato ricevente, dopo la demodulazione e la decodifica nel ricevitore (R) nel divisore di canale (URD), si formano messaggi di canale corrispondenti a n messaggi primari.
Tipici esempi di multiplexing combinatorio sono i sistemi di telegrafia a doppia frequenza (DFT) e telegrafia a doppia fase (DFT), in cui quattro frequenze diverse vengono utilizzate per trasmettere quattro combinazioni di segnali da due sorgenti (canali). f k, K= 1, 2, 3, 4 e quattro frequenze con diverse fasi iniziali (Tabella 5.2).
Riso. 5.8. Schema strutturale di un sistema multicanale
con guarnizione combinata
Tabella 5.2
Parametri del segnale a 2 canali
Il sistema combinatorio è vantaggioso con un numero ridotto di canali, poiché un aumento del numero di canali (molteplicità del sistema) aumenta notevolmente il numero richiesto di segnali trasmessi, il che porta alla complessità del sistema. Attualmente vengono utilizzati sistemi a doppio modulo con FM e AM, sistemi a triplo con FM e sistemi combinati multipli di tipo AFM (modulazione ampiezza-fase).
Separazione dei segnali per livello. Nel sistema di separazione dei segnali per livello segnali della stessa forma possono essere trasmessi simultaneamente e il segnale di gruppo è la somma dei segnali del canale. La separazione dei segnali alla ricezione viene effettuata utilizzando dispositivi di soglia non lineari. Nel caso più semplice, quando si separano due segnali tu 1 (T) e tu 2 (T) con ampiezze UN 1 e MA 2 il dispositivo di soglia seleziona un segnale con un'ampiezza maggiore limitandolo dall'alto e dal basso (Fig. 5.9, ma). Lo schema del dispositivo ricevente è mostrato in fig. 5.9, B.
Riso. 5.9. Schema strutturale del ricevitore ISS
con separazione del segnale non lineare ( B) e diagrammi di segnale ( ma)
Il segnale corrispondente al segnale passa all'uscita del dispositivo di soglia. tu 1 (T), ma con ampiezza ridotta pari a (UN 1 – MA 2). Questo segnale viene amplificato al valore di ampiezza nominale ( UN 1) ed entra nell'uscita del primo canale. Segnale tu 2 (T) all'uscita del secondo canale viene estratto per sottrazione tu 1 (T) dal segnale totale.
Codice di divisione dei segnali. I principi della divisione del codice dei canali si basano sull'uso di segnali a banda larga (WBS), la cui larghezza di banda è molto superiore alla larghezza di banda richiesta per la trasmissione convenzionale di messaggi, ad esempio nei sistemi FDM a banda stretta. La caratteristica principale di NLS è la base del segnale, definita come il prodotto IN = ∆FT la larghezza del suo spettro ∆ F per la sua durata T. Nei sistemi di comunicazione digitale che trasmettono informazioni sotto forma di simboli binari, la durata della NPN T e la velocità dei messaggi v legati dal rapporto T= 1/v. Pertanto, la base del segnale IN = ∆f/v caratterizza l'espansione dello spettro NLS ( S shps) rispetto allo spettro del messaggio.
L'ampliamento dello spettro di frequenza dei messaggi digitali trasmessi può essere effettuato con due metodi o una combinazione di essi:
– diffusione diretta dello spettro di frequenza;
– salto di frequenza della portante.
Nel primo metodo, un segnale a banda stretta viene moltiplicato per una sequenza pseudo-casuale (PRS) con un periodo di ripetizione T, Compreso n durata della sequenza di bit T 0 ciascuno. In questo caso, la base NPS è numericamente uguale al numero di elementi PSS: IN = T/t 0 = n.
Il cambiamento di salto nella frequenza portante viene solitamente effettuato sintonizzando rapidamente la frequenza di uscita del sintetizzatore secondo la legge di formazione di una sequenza pseudo-casuale.
La ricezione NLS è effettuata da un ricevitore ottimale, che, per un segnale con parametri completamente noti, calcola l'integrale di correlazione
dove X(T) è il segnale di ingresso, che è la somma del segnale utile tu(T) e interferenza n(T) (in questo caso rumore bianco).
Poi il valore z rispetto alla soglia Z 0. Il valore dell'integrale di correlazione si trova usando un correlatore o un filtro abbinato. Il correlatore "comprime" lo spettro del segnale in ingresso a banda larga moltiplicandolo per la copia di riferimento tu(T) seguito dal filtraggio nella banda 1/ T, che porta a un miglioramento dell'SNR all'uscita del correlatore in IN tempi relativi all'ingresso. Quando si verifica un ritardo tra il segnale ricevuto e quello di riferimento, l'ampiezza del segnale di uscita del correlatore diminuisce e si avvicina a zero quando il ritardo diventa uguale alla durata dell'elemento PRS T 0. Questa variazione nell'ampiezza del segnale di uscita del correlatore è determinata dalla forma della funzione di autocorrelazione (quando i PSP di ingresso e di riferimento coincidono) e dalla funzione di correlazione incrociata (quando i PSP di ingresso e di riferimento differiscono). Scegliendo un certo insieme di segnali con proprietà reciproche e di autocorrelazione "buone", è possibile garantire la separazione dei segnali nel processo di elaborazione della correlazione (convoluzione NPS). Ciò si basa sul principio della separazione dei codici dei canali di comunicazione.
5.3.4. Metodi di compattazione statistica
I metodi di multiplexing statistico utilizzano le caratteristiche statistiche dei segnali di canale nei sistemi FDM o TDM. Nei sistemi telefonici multicanale, questo metodo consente di organizzare connessioni aggiuntive sui canali esistenti nelle pause dei segnali vocali. Durante una conversazione telefonica, ciascuna delle direzioni di trasmissione è occupata in media per il 25% della durata della chiamata. Il numero dei canali occupati dalla trasmissione vocale continua, i cosiddetti canali attivi, in un impianto telefonico multicanale è sempre inferiore al numero totale dei canali n e con un gran numero di canali n> rapporto 4000 n/n diventa uguale a 0,25 - 0,35. La presenza di canali temporaneamente liberi permette di realizzare sistemi di multiplexing in cui il numero di trasmissioni m supera il numero nominale di canali NB in tali sistemi, il canale è fornito all'abbonato solo durante la trasmissione vocale continua, cioè durante lo stato attivo del canale. Durante le pause del parlato, il canale viene disconnesso da questo abbonato e collegato a un altro oratore. Quando il primo abbonato riprende a parlare, si connette a qualsiasi canale gratuito del sistema.
Un altro tipo di sistemi di multiplexing statistico sono i sistemi in cui le pause nella trasmissione vocale sui canali telefonici vengono utilizzate per la trasmissione di dati.
5.4. Sistemi di trasmissione e distribuzione delle informazioni
Al fine di organizzare lo scambio di informazioni tra molte fonti e destinatari di informazioni, i canali e i sistemi di trasmissione sono combinati in reti di comunicazione - sistemi di trasmissione e distribuzione dell'informazione (ISDP).
Ogni giorno le persone si trovano ad affrontare l'uso di dispositivi elettronici. Senza di loro, la vita moderna è impossibile. Dopotutto, stiamo parlando di TV, radio, computer, telefono, multicucina e altro ancora. In precedenza, alcuni anni fa, nessuno pensava a quale segnale fosse utilizzato in ciascun dispositivo utilizzabile. Ora le parole "analogico", "digitale", "discreto" sono state ascoltate da tempo. Alcuni dei segnali elencati sono di alta qualità e affidabili.
La trasmissione digitale è entrata in uso molto più tardi di quella analogica. Ciò è dovuto al fatto che un tale segnale è molto più facile da mantenere e la tecnologia in quel momento non era così migliorata.
Ogni persona affronta costantemente il concetto di "discrezione". Se traduci questa parola dal latino, significherà "discontinuità". Approfondindo la scienza, possiamo dire che un segnale discreto è un metodo per trasmettere informazioni, il che implica un cambiamento nel tempo del mezzo portante. Quest'ultimo prende qualsiasi valore da tutto il possibile. Ora la discrezione sta svanendo in secondo piano, dopo che è stata presa la decisione di produrre sistemi su chip. Sono integrali e tutti i componenti interagiscono strettamente tra loro. Nella discrezione, tutto è esattamente l'opposto: ogni dettaglio è completato e collegato agli altri attraverso speciali linee di comunicazione.
Segnale
Un segnale è un codice speciale che viene trasmesso nello spazio da uno o più sistemi. Questa formulazione è generale.
Nel campo dell'informazione e della comunicazione, un segnale è un vettore speciale di qualsiasi dato utilizzato per trasmettere messaggi. Può essere creato ma non accettato, l'ultima condizione è facoltativa. Se il segnale è un messaggio, allora "catturare" è considerato necessario.
Il codice descritto è dato da una funzione matematica. Caratterizza tutte le possibili modifiche dei parametri. Nella teoria dell'ingegneria radio, questo modello è considerato di base. In esso, il rumore era chiamato l'analogo del segnale. È una funzione del tempo che interagisce liberamente con il codice trasmesso e lo distorce.
L'articolo descrive i tipi di segnali: discreti, analogici e digitali. Viene anche brevemente fornita la teoria principale sull'argomento descritto.
Tipi di segnale
Sono disponibili diversi segnali. Diamo un'occhiata ai tipi.
- In base al supporto fisico del supporto dati, un segnale elettrico, ottico, acustico ed elettromagnetico sono suddivisi. Ci sono molte altre specie, ma sono poco conosciute.
- In base al metodo di impostazione, i segnali sono divisi in regolari e irregolari. I primi sono metodi deterministici di trasferimento dei dati specificati da una funzione analitica. Quelli casuali sono formulati a causa della teoria della probabilità e assumono anche valori a intervalli di tempo diversi.
- A seconda delle funzioni che descrivono tutti i parametri del segnale, i metodi di trasmissione dei dati possono essere analogici, discreti, digitali (un metodo quantizzato a livello). Sono utilizzati per garantire il funzionamento di molti apparecchi elettrici.
Il lettore ora ha familiarità con tutti i tipi di segnalazione. Non sarà difficile per nessuno capirli, l'importante è pensare un po' e ricordare il corso di fisica della scuola.
Perché il segnale viene elaborato?
Il segnale viene elaborato per trasmettere e ricevere le informazioni in esso crittografate. Una volta estratto, può essere utilizzato in vari modi. In alcune situazioni, viene riformattato.
C'è un altro motivo per elaborare tutti i segnali. Consiste in una leggera compressione delle frequenze (per non danneggiare le informazioni). Successivamente, viene formattato e trasmesso a bassa velocità.
I segnali analogici e digitali utilizzano tecniche speciali. In particolare, filtraggio, convoluzione, correlazione. Sono necessari per ripristinare il segnale se è danneggiato o presenta disturbi.
Creazione e formazione
Spesso è necessario un convertitore analogico-digitale (ADC) per generare segnali, molto spesso entrambi vengono utilizzati solo in una situazione con l'uso di tecnologie DSP. In altri casi, è adatto solo l'uso di un DAC.
Quando si creano codici analogici fisici con l'ulteriore uso di metodi digitali, si basano sulle informazioni ricevute, che vengono trasmesse da dispositivi speciali.
Gamma dinamica
Viene calcolato come la differenza tra i livelli di volume superiore e inferiore, che sono espressi in decibel. Dipende completamente dal lavoro e dalle caratteristiche della performance. Stiamo parlando sia di brani musicali che di dialoghi ordinari tra le persone. Se prendiamo, ad esempio, un annunciatore che legge le notizie, la sua gamma dinamica oscilla intorno ai 25-30 dB. E durante la lettura di un'opera, può crescere fino a 50 dB.
segnale analogico
Un segnale analogico è un modo continuo di trasmettere dati. Il suo svantaggio è la presenza di rumore, che a volte porta a una completa perdita di informazioni. Molto spesso ci sono situazioni tali che è impossibile determinare dove il codice è dati importanti e dove sono le solite distorsioni.
È per questo motivo che l'elaborazione del segnale digitale ha guadagnato grande popolarità e sta gradualmente sostituendo l'analogico.
segnale digitale
Il segnale digitale è speciale, è descritto da funzioni discrete. La sua ampiezza può assumere un certo valore tra quelli già dati. Se il segnale analogico è in grado di ricevere un'enorme quantità di rumore, quello digitale filtra la maggior parte delle interferenze ricevute.
Inoltre, questo tipo di trasferimento di dati trasferisce le informazioni senza un inutile carico semantico. È possibile inviare più codici contemporaneamente attraverso un canale fisico.
Non esistono tipi di segnale digitale, poiché si distingue come metodo separato e indipendente di trasmissione dei dati. È un flusso binario. Al giorno d'oggi, un tale segnale è considerato il più popolare. Ha a che fare con la facilità d'uso.
Applicazione del segnale digitale
In che modo un segnale elettrico digitale è diverso dagli altri? Il fatto che sia in grado di eseguire una rigenerazione completa nel ripetitore. Quando un segnale con la minima interferenza entra nell'apparecchiatura di comunicazione, cambia immediatamente la sua forma in digitale. Ciò consente, ad esempio, a una torre TV di formare nuovamente un segnale, ma senza l'effetto rumore.
Nel caso in cui il codice arrivi già con grosse distorsioni, allora, purtroppo, non può essere ripristinato. Se mettiamo a confronto le comunicazioni analogiche, in una situazione simile, il ripetitore può estrarre parte dei dati, spendendo molta energia.
Quando si discute di comunicazioni cellulari di diversi formati, con una forte distorsione su una linea digitale, è quasi impossibile parlare, poiché non si sentono parole o frasi intere. La comunicazione analogica in questo caso è più efficace, perché puoi continuare a condurre un dialogo.
È a causa di tali problemi che i ripetitori spesso formano un segnale digitale per ridurre il divario nella linea di comunicazione.
segnale discreto
Ora ogni persona utilizza un telefono cellulare o una sorta di "dialer" sul proprio computer. Uno dei compiti di dispositivi o software è la trasmissione di un segnale, in questo caso un flusso vocale. Per trasportare un'onda continua, è necessario un canale che abbia una larghezza di banda di livello superiore. Ecco perché è stata presa la decisione di utilizzare un segnale discreto. Non crea l'onda stessa, ma la sua forma digitale. Come mai? Perché la trasmissione viene dalla tecnologia (ad esempio un telefono o un computer). Quali sono i vantaggi di questo tipo di trasferimento di informazioni? Con il suo aiuto, la quantità totale di dati trasmessi viene ridotta e anche l'invio batch è più facile da organizzare.
Il concetto di "discretizzazione" è stato a lungo utilizzato stabilmente nel lavoro della tecnologia informatica. Grazie a tale segnale, non vengono trasmesse informazioni continue, che sono completamente codificate con caratteri e lettere speciali, ma dati raccolti in blocchi speciali. Sono particelle separate e complete. Questo metodo di codifica è stato a lungo relegato in secondo piano, ma non è del tutto scomparso. Con esso, puoi trasferire facilmente piccole informazioni.
Confronto di segnali digitali e analogici
Al momento dell'acquisto di apparecchiature, quasi nessuno pensa a quali tipi di segnali vengono utilizzati in questo o quel dispositivo, e ancor di più al loro ambiente e natura. Ma a volte devi ancora fare i conti con i concetti.
È da tempo chiaro che le tecnologie analogiche stanno perdendo domanda, perché il loro uso è irrazionale. Invece arriva la comunicazione digitale. È necessario capire cosa c'è in gioco e cosa l'umanità rifiuta.
In breve, un segnale analogico è un metodo di trasmissione di informazioni, che implica la descrizione dei dati mediante funzioni continue del tempo. Infatti, nello specifico, l'ampiezza delle oscillazioni può essere uguale a qualsiasi valore che rientri in determinati limiti.
L'elaborazione del segnale digitale è descritta da funzioni a tempo discreto. In altre parole, l'ampiezza di oscillazione di questo metodo è uguale a valori rigorosamente specificati.
Passando dalla teoria alla pratica, va detto che il segnale analogico è caratterizzato da interferenze. Con il digitale, non ci sono problemi di questo tipo, perché li "leviga" con successo. Grazie alle nuove tecnologie, questo metodo di trasmissione dei dati è in grado di ripristinare da solo tutte le informazioni originali senza l'intervento di uno scienziato.
Parlando di televisione, possiamo già affermare con sicurezza: la trasmissione analogica ha esaurito da tempo la sua utilità. La maggior parte dei consumatori sta passando a un segnale digitale. Lo svantaggio di quest'ultimo è che se un dispositivo è in grado di ricevere una trasmissione analogica, un metodo più moderno è solo una tecnica speciale. Sebbene la richiesta del metodo obsoleto sia diminuita da tempo, tuttavia, questi tipi di segnali non sono ancora in grado di scomparire completamente dalla vita di tutti i giorni.
Sistema AB
Il primo sistema che ha ricevuto applicazione pratica nello sviluppo della stereofonia è stato il sistema AB.
Lo schema a blocchi della trasmissione del suono nel sistema AB è mostrato in fig. 2. In questo caso i microfoni sono due: Ml sinistro e Mn destro, posti lungo il fronte davanti agli esecutori, ad esempio davanti all'orchestra. Le onde sonore emanate dagli stessi strumenti influiscono su microfoni con fasi e intensità diverse, a seconda di quanto lontano dalla sorgente si trova il microfono, motivo per cui il sistema AB è chiamato intensità di fase.
Considerare quanto segue quando si utilizza il sistema AB. In primo luogo, se la distanza tra i microfoni è eccessiva, l'ascoltatore può avere l'impressione di una "pausa" nell'immagine, un salto del suono da un altoparlante all'altro, un "fallimento del centro", la mancanza di continuità di l'immagine sonora in azimut e l'incapacità di distinguere le singole sorgenti sonore in questa immagine.
Fig2. Impianto stereo AB
Maggiore è la distanza tra i microfoni, minore è l'angolo di percezione dell'immagine stereo. In secondo luogo, se le sorgenti sonore sono troppo vicine alla linea dei microfoni, può verificarsi lo stesso effetto indesiderato, e in misura ancora maggiore. In terzo luogo, minore è la distanza tra i microfoni, più corretta è la trasmissione del suono di sorgenti poste ad angoli diversi rispetto all'asse di simmetria dei microfoni. Tuttavia, è anche impossibile avvicinare troppo i microfoni. La distanza minima è limitata dalla necessità che ogni microfono riceva informazioni diverse. Quando entrambi i microfoni sono posizionati nello stesso punto nello spazio, percepiscono le stesse informazioni nel sistema AB e l'effetto stereo scompare.
Sistema XY
In questo sistema la localizzazione delle sorgenti sonore è fornita solo dalla differenza di intensità del suono percepita da entrambi i microfoni, quindi il sistema è chiamato intensità. Non ci sono sfasamenti tra i segnali dei microfoni Ml e Mn.
Lo schema di trasmissione del suono stereofonico secondo il sistema XY è mostrato in Fig. 3. Due microfoni direzionali (in questo caso, microfoni bidirezionali) sono combinati in un unico design in modo che i loro diaframmi siano il più vicino possibile l'uno all'altro, ad esempio, accanto o sulla stessa verticale uno sopra l'altro.
Fig.3
Gli assi di massima sensibilità si trovano in due direzioni ortogonali in modo tale da formare angoli uguali con il piano di simmetria che divide il campo sonoro a metà (il più delle volte 45°).
Tenendo conto delle caratteristiche di direttività dei microfoni, la sorgente sonora I1 sarà percepita solo dal microfono Ml, la sorgente sonora IZ - solo dal microfono Mn, che hanno la massima sensibilità in queste direzioni. La sorgente sonora I2, situata al centro del campo sonoro, è ugualmente percepita dai microfoni Ml e Mn e sarà ascoltata dal centro durante la riproduzione. Le sorgenti sonore situate tra le sorgenti I1 e I2 creeranno un segnale di livello più alto sul microfono Ml e, durante l'ascolto, saranno percepite a sinistra del centro. Le sorgenti sonore situate tra le sorgenti I2 e FM verranno ascoltate durante la riproduzione da destra.
Sistema MS
Questo sistema è in realtà una delle varietà del sistema XY, ad esempio quando uno dei microfoni Mm ha una caratteristica di direttività circolare e il secondo microfono Ms ha una caratteristica del coseno, come mostrato in Fig. 2.3, g.
Nel sistema MS, il segnale stereo è diviso in un "segnale sonoro" o segnale M (dalla parola tedesca Mittel - medio) e un "segnale di direzione" o segnale S (dalla parola tedesca Seite - lato). Il segnale M è la solita informazione totale monofonica, cioè la somma dei segnali sinistro e destro. Il segnale S contiene informazioni sul campo sonoro a sinistra ea destra del microfono, ovvero informazioni sulla posizione delle sorgenti sonore lungo la parte anteriore. Il segnale S è la differenza tra le intensità delle onde sonore che agiscono dalla stessa sorgente sul diaframma del microfono da due lati: sinistro e destro.
Per ottenere informazioni dai canali X sinistro e Y destro di un sistema di trasmissione stereo, è necessario convertire i segnali utilizzando i convertitori somma-differenza dell'SRP (Fig. 4). Il segnale del canale sinistro di una coppia stereo è la somma dei segnali M e S, ovvero X=M+S, e il segnale del canale destro è la differenza tra i segnali M e S, ovvero Y=M--S . Questo può essere facilmente verificato rappresentando le caratteristiche direzionali dei microfoni M (cerchio) e S (coseno) nel sistema di coordinate cartesiane (Fig. 5a). Nel sistema cartesiano, la dipendenza della sensibilità del microfono E dall'angolo di incidenza M e S (a) della caratteristica circolare ha la forma di una retta M, e per la caratteristica del coseno, un segmento del coseno S.
Fig.4
Riso. cinque
Se in un canale si sommano le tensioni dei segnali M e S (M + S), e nell'altro canale si sottrae la tensione del segnale S alla tensione del segnale M (cioè, M - S), allora per ciascuno di i canali di trasmissione stereo la dipendenza della tensione di uscita dall'angolo l'incidenza di un'onda sonora sul microfono è rappresentata dalle curve M+S =X e M--S = Y, come mostrato in Fig. 5B. Pertanto, si può vedere che i sistemi XY e MS sono equivalenti e il passaggio da uno all'altro viene effettuato utilizzando l'operazione più semplice di conversione del segnale somma-differenza.
Il sistema MS richiede la presenza di unità aggiuntive nella composizione del pannello di controllo del suono: trasduttori somma-differenza, controller di direzione stereo e una base. Il vantaggio del sistema MS rispetto al sistema XY è che con questo sistema la tecnica di controllo è più semplice, è in gran parte identica alla tecnica di controllo di una trasmissione mono convenzionale. In questo sistema è facile regolare sia la larghezza complessiva della base che la larghezza delle sezioni della base occupate dai singoli gruppi di esecutori, nonché regolare le direzioni delle sorgenti.
Sistemi combinati
I sistemi AB, XY e MS discussi sopra si basano sull'uso di due microfoni mono convenzionali o, per i sistemi XY e MS, un microfono stereo, ovvero due microfoni mono disposti in un alloggiamento. Tuttavia, con lo sviluppo della stereofonia, specialmente con l'avvento della registrazione del suono multicanale, i sistemi di trasmissione del suono stereofonico iniziarono a diventare gradualmente più complessi. I microfoni iniziarono ad essere installati vicino a ciascun gruppo di strumenti, ogni gruppo di esecutori, separatamente per il solista, separatamente per alcuni strumenti, ecc. Tutti questi segnali vengono prima registrati e poi "mixati". Si scopre un originale stereo, dal quale vengono quindi rimossi i doppi di trasmissione stereo e mono. I sistemi di trasmissione del suono stereo che utilizzano un gran numero di microfoni sono chiamati sistemi polimicrofonici. Alcuni di quelli:
Sistema di polimicrofoni AB
Sistema polimicrofono XY
Sistema misto AB e XY
Sistema MS con più microfoni singoli
Sistema a doppia conversione
Conclusioni sui segnali stereo
Per formare un segnale stereo, sono necessari almeno due microfoni, posizionati sia in punti diversi (Sistema AB) della stanza principale (studio, sala), sia in un punto, ma posizionati ad una certa angolazione tra loro (Sistema XY), o con differenti modelli di direttività (sistema MS).
Il principio del sistema MS che la somma e la differenza dei segnali L e R vengono trasmessi viene applicato per generare un segnale di trasmissione stereo, che consente di ricevere trasmissioni stereo su dispositivi mono.
Per riprodurre un segnale stereo ottenuto utilizzando il sistema MS, è necessaria un'unità di conversione somma-differenza aggiuntiva, che converte i segnali M e S in segnali L e R e, con una certa raffinatezza, può essere utilizzata per regolare l'ampiezza dello stereo base.
