Временное разделение сигналов

Принцип временного разделения каналов (ВРК) состоит в том, что групповой тракт предоставляется поочередно для передачи сигналов каждого канала многоканальной системы (Рис. 4).

В зарубежных источниках для обозначения принципа временного разделения каналов используется термин Time Division Multiply Access (TDMA).

При передаче используется дискретизация во времени (импульсная модуляция). Сначала передается импульс 1-го канала, затем следующего канала и т.д. до последнего канала за номером N, после чего опять передается импульс 1-го канала и процесс повторяется периодически. На приеме устанавливается аналогичный коммутатор, который поочередно подключает групповой тракт к соответствующим приемникам. В определенный короткий промежуток времени к групповой линии связи оказывается подключена только одна пара приемник/передатчик.

Рис.4. Принцип временного разделения каналов

Это означает, что для нормальной работы многоканальной системы с ВРК необходима синхронная и синфазная работа коммутаторов на приемной и передающей сторонах. Для этого один из каналов занимают под передачу специальных импульсов синхронизации.

На Рис. 5. приведены временные диаграммы, поясняющие принцип ВРК. На Рис. 5, а-в приведены графики трех непрерывных аналоговых сигналов , и и соответствующие им АИМ-сигналы. Импульсы разных АИМ-сигналов сдвинуты друг относительно друга по времени. При объединении индивидуальных каналов в канале (линии) связи образуется групповой сигнал с частотой следования импульсов в раз большей частоты следования индивидуальных импульсов.

Интервал времени между ближайшими импульсами группового сигнала называется канальным интервалом или тайм-слотом (Time Slot). Промежуток времени между соседними импульсами одного индивидуального сигнала называется циклом передачи . От соотношения и зависит число импульсов, которое можно разместить в цикле, т.е. число временных каналов.

При временном разделении так же как и при ЧРК существуют взаимные помехи, в основном обусловленные двумя причинами.

Первая состоит в том, что линейные искажения, возникающие за счет ограниченности полосы частот и неидеальности амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик всякой физически осуществимой системы связи, нарушают импульсный характер сигналов. При временном разделении сигналов это приведет к тому, что импульсы одного канала будут накладываться на импульсы других каналов. Иначе говоря, между каналами возникают взаимные переходные помехи или межсимвольная интерференция.

Рис.5. Преобразование сигналов при ВРК

Кроме того, взаимные помехи могут возникать за счет несовершенства синхронизации тактовых импульсов на передающей и приемной сторонах.

В силу данных причин временное разделение каналов на основе АИМ не получило практического применения. Временное разделение широко используют в цифровых системах передачи плезиохронной и синхронной иерархий, которые будут подробно рассмотрены ниже.

В общем случае для снижения уровня взаимных помех приходится вводить "защитные" временные интервалы, что соответствует некоторому расширению спектра сигналов. Так, в СП полоса эффективно передаваемых частот Гц; в соответствии с теоремой Котельникова (см. подраздел 8.2) минимальное значение частоты дискретизации Гц. Однако в реальных системах частоту дискретизации выбирают с некоторым запасом: кГц. При временном разделении каналов сигнал каждого канала занимает одинаковую полосу частот, определяемую в идеальных условиях согласно теореме Котельникова из соотношения (без учета канала синхронизации) , где , что совпадает с общей полосой частот системы при частотном разделении. Хотя теоретически временное и частотное разделения позволяют получить одинаковую эффективность использования частотного спектра, тем не менее пока что системы временного разделения уступают системам частотного разделения по этому показателю.

Вместе с тем, системы с временным разделением имеют неоспоримое преимущество, связанное с тем, что благодаря разновременности передачи сигналов разных каналов отсутствуют переходные помехи нелинейного происхождения.

Кроме того, аппаратура временного разделения значительно проще, чем при частотном разделении, где для каждого индивидуального канала требуются соответствующие полосовые фильтры, которые достаточно трудно реализовать средствами микроэлектроники.

На рис. 5.1 показана система передачи с ВРК и АИМ. Для приведения ее к системе ВРК ИКМ необходимо включить в состав схемы кодер и декодер ИКМ преобразования.

ИКМ преобразование активно применяется в многоканальных системах передачи с ВРК ИКМ- ( , , и др.) и в специальных средствах связи.

Принцип формирования ИКМ сигнала показан на рис.5.2.

Рис.5.2.Принцип ИКМ преобразования

В качестве примера показано преобразование восьми отсчетов непрерывного сигнала с квантованием -ю уровнями. При этом используется код с основанием и количеством кодовых комбинаций (таблица 5.1).

Таблица 5.1.Принцип квантования и кодирования при ИКМ преобразовании

При шаге квантования имеет место равномерное квантование. Ошибки квантования, величина которых не выходит за пределы , приводят к появлению на приеме шумов квантования, которые искажают сигналы.

В линию связи передаются кодовые комбинации в виде двоичной импульсной последовательности. При равномерном квантовании мощность шума квантования определяется только шириной шага квантования. Чем меньше шаг (больше уровней квантования), тем меньше шум. Погрешность квантования можно уменьшить также за счет применения неравномерного квантования, при котором шаг квантования выбирается меньшим для более вероятных значений сигнала и большим для менее вероятных. Для речевого сигнала более вероятными являются малые значения амплитуды сигнала.

Частота дискретизации выбирается по теореме Котельникова из условия: при ширине спектра непрерывного сигнала более одной октавы

КГц;

На практике обычно выбирают частоту дискретизации равной кГц.

Операция преобразования непрерывного сообщения к цифровому виду производится в АЦП, которое унифицировано и имеет емкость канала.