3.5. Комбинированное разделение каналов

Это одно из наиболее прогрессивных направлений в многоканальных системах связи, обеспечивающее наиболее плотную загрузку частотного диапазона. Сущность его заключается в том, что применяется несколько видов модуляции (или одна с несколькими опорными сигналами). Наиболее часто используют дискретную фазовую модуляцию или фазовую в комбинации с амплитудной. Приведем наиболее распространенные варианты.

1. Дискретная ФМ с четырьмя опорными колебаниями (ФМ₄).

; ; ; .

(3.7)

Если эти колебания представить в виде векторов на комплексной плоскости, получим векторную диаграмму, изображенную на рис.3.6.

Рис. 3.6. Векторная диаграмма ФМ₄

Видно, что векторы опорных колебаний ортогональны; следовательно, ортогональны и опорные колебания:

.

(3.8)

Это значит, что если промодулировать каждый из четырех источников своим опорным колебанием, то в приемнике каналы разделимы при их совместной передаче в линии связи, если обеспечить сетку опорных колебаний.

2. Дискретная ФМ с восемью опорными колебаниями (ФМ₈).

Векторная диаграмма расположения опорных колебаний приведена на рис. 3.7. Колебания смещены одно относительно другого на /4. По-прежнему на интервале [0;2] они ортогональны.

Рис. 3.7. Векторная диаграмма ФМ₈

3. Амплитудно-фазовая модуляция с четырьмя опорными сигналами, включая один нулевой (АФМ_3,1):

; ; ; .

(3.9)

Ансамбль опорных сигналов также равномерно размещен по окружности, за исключением S₄. В условной записи АФМ_3,1 первая цифра означает опорные сигналы одной амплитуды, вторая – другой. Диаграмма опорных сигналов изображена на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Векторная диаграмма АФМ_3,1

4. Амплитудно-фазовая модуляция с восемью опорными сигналами двух разных амплитуд АФМ_4,4 показана на рис. 3.9. Это также взаимно ортогональные колебания.

Рис. 3.9. Векторная диаграмма АФМ_4,4

Опорные колебания, различающиеся только фазой (концы векторов размещены на окружности), образуют семейство со сферической упаковкой, отличающиеся и амплитудой – с пространственной упаковкой. Таким образом, первые два семейства опорных сигналов образуют сферическую упаковку, вторые – пространственную. Последние менее помехоустойчивы, так как помеха чаще всего аддитивна и искажает амплитуду. Возможны более сложные семейства опорных колебаний; о них подробнее можно узнать в [38, 39]. В частности, алгоритм объемно–сферической упаковки, лежащий в основе международного стандарта V 42 bis, усложняет модель кодирования, имея в своей основе по 16 дискретных значений фазы и по два значения по амплитуде. Итого, на одном полупериоде несущей частоты возможны 32 разных значения соответственно амплитуды и фазы, что позволяет кодировать пятиразрядный код.

Более сложный алгоритм кодирования относительно несущей частоты представлен семейством с общим названием xDLC. Здесь комплексная плоскость, представляющая собой семейство сочетаний амплитуд и фаз, разбивается на 256 дискретных состояний, по 64 в каждом из квадрантов. В этом случае за один полупериод несущей частоты передается 8 двоичных разрядов, т. е. 1 байт. Это не предел: при совершенствовании методов формирования опорной частоты и обработки принимаемых сообщений возможно еще большее уплотнение каналов связи, что и используется на современном этапе.

Возможна и несколько иная трактовка сетки опорных колебаний: каждое можно считать цифрой кода, для которого количество опорных функций равно основанию системы счисления. Тогда в передатчике для формирователя кодированного сигнала достаточно иметь мультиплексор, коммутируемый по заданному закону генератор опорных колебаний.

Формирование сетки опорных колебаний особой проблемы не составляет, особенно с применением цифровой техники. В частности, такими генераторами могут быть цифро-аналоговые преобразователи, управляемые от ПЗУ, в которых хранятся коды мгновенных значений синусоидальных колебаний. При этом в ПЗУ можно хранить только четверть периода синусоиды, учитывая симметричность кривой.

На рис. 3.10. приведен один из вариантов генератора опорного колебания с цифровым управлением.

Рис. 3.10. Прецизионный генератор

Основной управляющий элемент в нем – реверсивный счетчик D4. В ПЗУ хранятся коды мгновенных значений аппроксимированной синусоиды (при желании можно записать любую другую кривую). Предположим, в начале цикла триггер D1 в единице. Тогда через схему совпадения D2 тактовые импульсы поступают на суммирующий вход D4, выходной код которого управляет ПЗУ. На выходе ЦАП формируется первая четверть периода синусоиды. Когда D4 переполняется, импульс с выхода переполнения (+) устанавливает триггер D1 в ноль, открывается схема D3, и счетчик D4 работает в режиме вычитания. Формируется вторая четверть периода синусоиды. Как только D4 устанавливается в ноль, на его выходе «заем» (на схеме обозначен «-») появляется импульс, устанавливающий D1 в единицу. Одновременно мультиплексор КЛ переключает полярность опорного напряжения ЦАП с до . Далее работа устройства продолжается аналогично, но с отрицательным напряжением (вторая полуволна). Количество разрядов счетчика D4 может быть небольшим, что увеличивает диапазон генерируемых частот.

Контрольные вопросы

1) Для чего нужны многоканальная передача информации и уплотнение каналов? Объясните это с экономической точки зрения.

2) Перечислите методы разделения каналов и сравните их между собой.

3) Что такое комбинированные методы разделения каналов? Какие при этом появляются проблемы?