Частотное разделение - уплотнение каналов (ЧРК)

ЧРК – частный случай разделения ортогональных сигналов.

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рис. 6.11.

Рисунок 6.11 – Передающая часть системы с ЧРК, где ПР – преобразователь, КМ – канальный модулятор, ГНК – генератор несущего колебания, ПФ – полосовой фильтр

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используется термин Frequency Division Multiply Access (FDMA).

В системах с ЧРК используются канальные сигналы, частотные спектры которых располагаются в неперекрывающихся частотных полосах (рис. 6.12).

Базисные функции ортогональны в частотной области. Вид базисных функций:

, (6.4)

где - поднесущая частота.

Рисунок 6.12 - Формирование канальных сигналов в системе с ЧРК

Колебания (6.4) будут оставаться ортогональными при любых значениях параметров , и , если частотные спектры канальных сигналов не перекрываются.

Для лучшего разделения каналов между спектрами канальных сигналов вводят защитный интервал . Общая ширина спектра группового сигнала

. (6.5)

Ширина спектра зависит от вида модуляции и ширины спектра первичного сигнала.

( 6.6)

где - ширина спектра первичного сигнала, - коэффициент, зависящий от вида модуляции, для амплитудной модуляции (АМ) .

Для частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляции зависит от девиации частоты и индекса модуляции.

Основным недостатком системы с ЧРК является то, что с ростом числа каналов возрастает ширина спектра группового сигнала. При ЧРК сообщения можно передавать амплитудной, частотной и фазовой модуляцией. Модуляция осуществляется непрерывно при передаче всего сообщения. Обычно используют две ступени модуляции. В первой ступени каждая поднесущая может быть промодулирована по амплитуде, частоте или фазе. Возможна одновременная модуляция поднесущей по амплитуде и частоте. Эта операция удваивает число каналов без существенного расширения полосы частот тракта, но создает значительные взаимные помехи. Кроме того, можно увеличить общее число каналов, применяя однополосную модуляцию с полным подавлением одной боковой и поднесущей. Сумма модулируемых поднесущих модулирует несущую частоту передатчика по амплитуде, фазе или частоте во второй ступени модуляции. Возможны различные комбинации способов модуляции поднесущих частот и несущих колебаний:

АМ – АМ; АМ – ЧМ; ОБП – ЧМ; АМ – ОБП; ИКМ – ЧМ – ЧМ.

Выбор определенного варианта построения системы с ЧРК зависти от требований к эффективности и помехоустойчивости. ОБП – однополосная модуляция.

Перенос спектров осуществляет КМ, а ПФ пропускают все спектральные компоненты модулированного сообщения и задерживают их гармоники. Гармоники возникают из-за нелинейности модуляционной характеристики КМ. После сумматора сигнал подается на модулятор передатчика, где происходит модуляция несущей. На первой ступени осуществляется модуляция канальных сигналов, а на второй модуляция несущей частоты. Сигнал, полученный на приемной стороне, поступает на общий демодулятор, а затем на систему из N фильтров (рисунок 6.13).

Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) фильтров аналогичны АЧХ фильтров, используемых на передающей стороне. После фильтров включены канальные демодуляторы (КД).

Рисунок 6.13 – Приемная часть системы с ЧРК

Для идеального разделения каналов необходимо, чтобы затухание фильтров в пределах полосы частот спектра сигнала равнялось нулю и было бесконечным вне пределов полосы спектра (рис. 6.14).

Рисунок 6.14 – АЧХ идеального и реального фильтров

В реальных полосовых фильтрах затухание вне полосы прозрачности конечно, имеют место переходные области. Эти области определяют величину защитных интервалов между частотными спектрами соседних канальных сигналов. В итоге, между полосами частот соседних каналов предусматривают интервалы, предназначенные для снижения уровня взаимных помех при расфильтровке сигналов. Это означает, что в многоканальных системах связи с частотным разделением сигналов эффективно используется лишь около 80% полосы пропускания линии связи. Кроме того, необходимо обеспечить высокую степень линейности всего тракта группового сигнала.