Рефераты. Разделение каналов в радиолинии

Разделение каналов в радиолинии

Введение


Для всех РТМС характерна многоканальная передача. Число уплотняемых каналов в современных РТМС достигает 100-10000. при этом применяются различные виды операций уплотнения и разделения каналов, а также различные процедуры организации этих операций. На выбор метода разделения каналов влияет:

- число уплотняемых каналов;

- скорость  передачи информации;

- требования к помехоустойчивости и скрытности передаваемой информации;

-  условия использования многоканальной системы;

- возможности унификации и стандартизации аппаратуры.

 

1 Классификация методов разделения каналов

Все используемые методы разделения каналов можно классифицировать на линейные и нелинейные (рисунок  1).


Рисунок  1


К линейным относятся методы, при которых операции разделения осуществляются линейными устройствами. Для осуществления линейного разделения каналов необходимо и достаточно, чтобы канальные сигналы составляли ансамбль линейно независимых сигналов. В качестве таких сигналов часто используют ансамбль ортогональных сигналов. Обычно используют следующие линейные методы разделения каналов: частотное разделение каналов - ЧРК, временное разделение каналов - ВРК, разделение каналов по форме - РКФ. Для пояснения принципа линейного разделения каналов рассмотрим структурную схему многоканальной системы (рисунок  2).


Рисунок  2


Первичные сигналы  с выхода аппаратуры обработки информации АОИ поступают на канальные модуляторы (КМ), где преобразуются в канальные сигналы .


 ,                                              ( 1)


где  - оператор, осуществляющий взаимное однозначное преобразование.

Для образования группового сигнала все N канальных сигналов складываются:


.                                                ( 2)


В передатчике этот сигнал преобразует  в высокочастотное колебание:


 ,                                              ( 3)


где M – оператор преобразования.

Передатчик (ПрД), приемник (ПрМ), линия связи (ЛС)  образуют канал связи (КС). На входе приемника принимается сигнал:


 ,                                       ( 4)


где  - мультипликативные и аддитивные помехи. В приемнике (ПрМ) происходит обратное преобразование сигнала:


.                                                  ( 5)


Действие канального селектора характеризуется оператором . Процесс разделения каналов можно представить следующим образом:


.                                     ( 6)


Т.е. l-ый селектор реагирует лишь на сигнал  и не реагирует на сигналы других каналов. В демодуляторах (Д) происходит обратное преобразование канального сигнала  в сообщение . Необходимым условием нормальной работы многоканальной системы является взаимное однозначное преобразование, осуществляемое операторами .

При ВРК канальные сигналы представляют собой последовательности прямоугольных импульсов, не пересекающихся во времени.

При ЧРК канальные сигналы представляют собой гармонические колебания  с не перекрывающимися частотными спектрами.

При РКФ канальные сигналы перекрываются по времени и частоте, оставаясь ортогональными за счет их формы.

Известно большое число нелинейных методов уплотнения и разделения каналов. В некоторых случаях при нелинейном уплотнении возможно использование линейного разделения каналов. Например, если операция уплотнения состоит в перемножении канальных сигналов:


 ,                                             ( 7)


причем канальные сигналы обладают тем свойством, что их логарифмы образуют ансамбль  линейно независимых сигналов. То путем логарифмирования группового сигнала, т.е. его нелинейной обработкой можно привести задачу нелинейного разделения к известной задаче линейного разделения.


.                                              ( 8)


Из нелинейных методов уплотнения в настоящее время используется логическое (мажоритарное) уплотнение, имеющее ряд достоинств по сравнению с другими методами. К достоинствам мажоритарного уплотнения относятся:

1.                 Отсутствие буферной памяти, необходимой для согласования потока информации с пропускающей способностью канала связи.

2.                 Отсутствие при передаче служебной (адресной) информации.

3.                 Информационная скрытность.


2 Условия линейной разделимости сигналов

Для линейной разделимости каналов необходимо, чтобы с помощью оператора  выполнялась следующая операция:

                                     ( 9)


При этом сигналы должны удовлетворять определенным условиям. Пусть - множество канальных сигналов к-го канала. Назовем - линейно разделимыми множествами, если для них справедливо выражение ( 9).

Теорема: Для того, чтобы множества  были  линейно разделимыми, необходимо и достаточно, чтобы они удовлетворяли условию линейной независимости. Условием линейной независимости сигналов (функций) определенных на отрезке  является невозможность тождества:


                               ( 10)


при любых значениях коэффициентов ,,…,, кроме случая . Если окажется, что можно подобрать коэффициенты ,,…,, при которых удовлетворяется соотношение ( 10), то сигналы станут линейно зависимыми и неразделимыми. К линейно независимым сигналам относятся сигналы вида:


                                           ( 11)


где  и - вещественные числа. В общем случае критерий линейной независимости функций , определенных на интервале  дается теоремой Грама: Для того, чтобы функции  были линейно независимыми, необходимо и достаточно, чтобы был отличен от нуля определитель матрицы , элементы которой определяются соотношением:

.                                   ( 12)


Т.е. условие линейной независимости функций можно записать в следующей форме:


,                              ( 13)


где G – определитель Грама. Определитель Грама всегда не равен нулю для ортогональных функций, которые удовлетворяют условию:


                        ( 14)


где  - весовая функция. Согласно теории функции действительного переменного систему линейно независимых функций можно свести к некоторой ортогональной системе функций. Использование как правило в качестве канальных сигналов системы ортогональных функций связано с тем обстоятельством, что разделение этих сигналов осуществляется без ухудшения отношения сигнал - шум.


 3 Разделение сигнала по форме

При разделении сигналов по форме базисные функции  должны быть линейно независимыми и ортогональными. При этом передаваемая информация заключается в амплитуде базисных функций. В случае разделения по форме канальный сигнал имеет вид:

 ,                          ( 15)


где - период канального сигнала, - отсчеты первичного сигнала.

Выражение справедливо в случае, когда информация заключена в амплитуде сигнала. В качестве базиса используются функции, удобные с точки зрения технической реализации. В частности полиномы Лежандра, Матье и др. При использовании полиномов Лежандра отдельные базисные функции равны:


                              ( 16)


Условие ортогональности в этом случае имеет вид:


                                                  ( 17)


Т.о., средняя мощность каждого ортогонального колебания равна (). Для того чтобы выровнять мощность канальных сигналов на передающей стороне каждую базисную функцию умножают на .

При использовании нечетных полиномов в сигнале появляются скачки, для передачи которых потребуется широкая полоса радиоканала (рисунок  3).


Рисунок  3

Для устранения этого недостатка в передаваемом сигнале у нечетных полиномов через период изменяют полярность (рисунок  4).


Рисунок  4


Рассмотрим структурную схему передающей части системы с ортогональными сигналами (рисунок  5).


Рисунок  5


где СМУ – суммарно-масштабирующий усилитель, ГПФ – генератор полиномиальных функций, ГТЧ – генератор тактовой частоты, ГНК – генератор несущего колебания, К – ключ, С – синхронизатор.

Первичный сигнал  - непрерывная функция времени. ГТЧ формирует кратковременный импульс с частотой . Ключ К хранит значение отсчетов за весь период, а синхронизатор формирует синхросигнал.

Тогда групповой будет сигнал представлен в следующем виде:


,     ,                       ( 18)


Для разделения канальных сигналов используют свойство их ортогональности. Эта операция сводится к вычислению скалярного произведения группового сигнала на базисную функцию выделяемого канала


                                  ( 19)


Структурная схема приемной части системы приведена на рисунке  6.


Рисунок  6


Ортогональные полиномы Лежандра, Чебышева и т.д. являются непрерывными аналоговыми сигналами и, следовательно, устройствам их генерирования и обработки свойственны недостатки присущие всем аналоговым устройствам:

-       невозможность унификации и стандартизации большинства устройств;

-       высокие требования к температурной стабильности;

-       сложность технической реализации генераторов полиномиальных функций.

Поэтому в настоящее время в качестве канальных сигналов используются различные типы цифровых сигналов, в частности ансамбль функций Уолша.


 4 Частотное разделение каналов (ЧРК)


ЧРК – частный случай разделения ортогональных сигналов. Базисные функции ортогональны в частотной области. Вид базисных функций:


,                                                ( 20)


где   - поднесущая частота.

Колебания ( 19) будут оставаться ортогональными при любых значениях параметров ,  и , если частотные спектры канальных сигналов не перекрываются.

Спектр группового сигнала показан на рисунке  7.

Страницы: 1, 2



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.