Многоканальная электрическая связь

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный  университет путей сообщения

 

 

Кафедра: «Системы передачи информации»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МНОГОКАНАЛЬНАЯ  ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

 

Реферат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         Студент гр. :

                                                                                         ______________   А.В.Петров

 

                                           Руководитель:

                                                                           преподаватель кафедры «СПИ»

                                                                                                  ____________  Н.С. Горбачев

 

 

 

 

 

 

Омск 2013

УДК 656.254

Реферат

Реферат содержит  25 страниц,  14 рисунков, 4 источника.

 

Многоканальная  связь, системы передачи, канал связи, временное разделение, частотное разделение, группы каналов, частотный диапазон.

 

Реферат содержит основные сведения о многоканальной связи, в часности об истории зарождения многоканальной связи, принципах построения аналоговых систем, об основных аналоговых узлах систем передачи, а также о формировании групп каналов и пр.

Целью написания реферата является укрепление знаний по многоканальной связи.

Реферат выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word.

 

Содержание

 

	Реферат……………………………………………………………………….	2
	Содержание…………………………………………………………………..	3
	Введение…………………………………………………………………......	4
	1 История возникновения многоканальной  связи………………………...	5
	2 Разделение электрических сигналов…………………………………….	8
	2.1 Частотное разделение сигналов………………………………………	8
	2.2 Временное разделение сигналов………………………………………	10
	2.3 Разделение сигналов по форме……………………………………….	14
	3 Принципы построения аналоговых  систем……………………………...	15
	3.1 Основные узлы аналоговых систем передачи…………………………	15
	4 Формирование стандартных групп каналов……………………………	19
	5 Стандартное размещение вторичных групп ВГ………………………..	23
	6 Построение однокабельных, двухкабельных, однополосных, двухполосных систем передач…………………………………………….	24
	Заключение………………………………………………………………….	26
	Библиографический список………………………………………………...	27

 

 

Введение

 

Электрическая связь изначально была проводной. Лишь в конце XIX века была открыта и использована возможность связи без проводов, посредством электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве. К настоящему времени беспроводные технологии получили исключительно широкое распространение. Однако, несмотря на использование самых современных средств и методов обработки сигналов, беспроводные средства связи проигрывают по пропускной способности кабельным линиям и вряд ли когда-нибудь их превзойдут.

Оборудование кабельной линии связи – чрезвычайно трудоемкое и дорогостоящее мероприятие. Многие километры кабеля необходимо закопать в землю либо проложить по каналам кабельной канализации. Также следует учесть, что на протяжении большей части истории электросвязи использовались исключительно металлические кабели, для изготовления которых применялись такие дорогостоящие металлы, как медь и свинец.

Все эти  проблемы уже на самых ранних этапах развития средств проводной связи привели к необходимости повышать эффективность использования линейно-кабельных сооружений за счет передачи одновременно нескольких сигналов по одной паре проводов. Разработка таких способов положила начало созданию аппаратуры уплотнения, или мультиплексирования. Технологии уплотнения в ходе своего развития прошли несколько этапов и к настоящему времени обеспечили создание мощной глобальной сети типовых каналов и трактов, то есть так называемой первичной, или транспортной, сети.

 

 

 

1 История  возникновения многоканальной связи

 

Первые  попытки повышения эффективности использования линий связи относятся к первой половине XIX века. Единственным существовавшим тогда видом электрической связи была телеграфия. В 1860–1870 гг. применялись системы дуплексного, диплексного и квадруплексного телеграфирования. При дуплексном телеграфировании по одному проводу во встречных направлениях посылались две телеграммы. Разделение направлений приема и передачи осуществлялось при помощи развязывающих устройств (дифференциальных схем). Наиболее совершенная схема дуплексного телеграфирования была предложена американским инженером Дж. Стирнсом в 1871 г. При диплексном способе обе телеграммы посылались в одном направлении. В 1858–1859 гг. известный российский математик З. Я. Слонимский предложил схему квадруплексного телеграфирования – самый эффективный, хотя и самым сложный из подобных методов. В этом случае по одному проводу передавались четыре телеграммы – по две во встречных направлениях. Практически эта схема была реализована лишь в 1874 г. Т. А. Эдисоном .

В 1876 г. французский  изобретатель Ж. Бодо предложил способ многократного телеграфирования, позволявший  работать по одной линии сразу  нескольким телеграфным аппаратам. На передающей и приемной станциях устанавливались абсолютно одинаковые устройства – распределители, которые  представляли собой круглые диски  с укрепленными на них неподвижными контактами – ламелями. К каждой ламели подключался свой телеграфный  аппарат. Кроме того, на диске имелся один подвижный контакт – щетка. Этот контакт был связан с телеграфным  проводом и приводился в движение мотором. Вращаясь вокруг своей оси, щетка поочередно касалась каждой ламели и таким образом соединяла  телеграфные аппараты с проводом.

В своей  системе Бодо реализовал принцип  временного разделения каналов, который  лежит в основе практически всей современной цифровой связи.

В XIX веке предпринимались также попытки  использовать явление механического  резонанса для избирательного приема токов различных частот. В 1860 г. французский  учитель физики Эдмонд Лаборд подобрал несколько пар гибких металлических пластинок и настроил передающую и приемную пластинки каждой пары в резонанс на собственную частоту.

Более совершенную  схему предложил в 1869 г. профессор  физики Харьковского университета Григорий Иванович Морозов. В его схеме  предусматривались жидкостный передатчик и электромагнитный приемник. В сосуд  с жидкостью опускались две металлические  пластинки – подвижная и неподвижная. Ток от батареи подводился к подвижной  пластинке. При ее колебаниях изменялись сопротивление слоя жидкости и, соответственно, сила тока, идущего в линию от неподвижной пластинки. Постоянный ток превращался в пульсирующий соответственно частоте колебаний пластинки. Приемник состоял из двух стержневых электромагнитов, над которыми располагался якорь в виде железной пластинки, настроенной в резонанс с подвижной пластинкой передатчика. Если по линии посылать одновременно сигналы от нескольких передатчиков, то каждый приемник реагирует на сигналы только своего передатчика и воспроизводит исходный сигнал. Ни схема Лаборда, ни схема Морозова так и не были реализованы .

Первые  телефонные линии, также как и  телеграфные, были воздушными и работали по однопроводной системе. По причине  взаимных и внешних влияний пришлось отказаться от несимметричных однопроводных  цепей и перейти на симметричные – двухпроводные цепи. Скрутка  изолированных жил в пары начала применяться в 1882 г. Законодательно решение о переходе на двухпроводные  телефонные цепи было принято на втором Международном электротехническом конгрессе, состоявшемся в Париже в 1889 г.

В 1882 г. инженер  фирмы Siemens Brothers в Лондоне Франк Джекоб показал, что на каждых двух парах жил в кабеле можно получить, кроме двух физических цепей, еще одну – третью цепь путем включения на концах линии специальных дифференциальных трансформаторов. Эта третья цепь была названа фантомной, или призрачной. Физически она не существует: ее прямым проводом служат обе жилы первой пары, а обратным проводом – обе жилы второй пары. В отечественной послевоенной литературе фантомные цепи были переименованы в искусственные. Благодаря дифференциальным трансформаторам, разговоры по искусственной цепи не оказывают влияния на разговоры по основным цепям. В результате, вместо двух по линии можно было одновременно вести три телефонных разговора; следовательно, эффективность ее использования возросла на 50 %. Это был исторически первый шаг на пути уплотнения физических цепей.

Идею  использования дифференциальных трансформаторов  применил в одно время с Джекобом и Пикар в своей схеме одновременного телефонирования и телеграфирования по одной двухпроводной цепи. К средним точкам вторичных обмоток дифференциальных трансформаторов подводились провода от двух телеграфных аппаратов. При работе телеграфных аппаратов через дифференциальные обмотки трансформаторов проходят токи разных направлений, и влияние их на вторичные (линейные) обмотки трансформаторов будут взаимно уничтожаться. Благодаря этому телеграфная передача не создает помех ни в одной ни в другой телефонной цепи. В тот же период – в начале 1880-х гг. – были разработаны схемы одновременного телефонирования и телеграфирования бельгийским инженером Риссельберге и независимо от него капитаном русской армии Григорием Григорьевичем Игнатьевым.

В 1886 г. Сидней Шелбурн в Нью-Йорке предложил скручивать одновременно четыре жилы, но составлять цепи не из рядом лежащих, а из противолежащих жил, расположенных по диагонали образованного в поперечном сечении квадрата. Такая четверка напоминает четырехлучевую звезду и называется звездной. Она обеспечивает более устойчивую цилиндрическую форму кабеля, а также удобство формирования искусственных цепей. Но главное достоинство звездной четверки в том, что расстояние между диагонально расположенными жилами в 1,4 раза больше, чем между рядом ле­жащими. Следовательно, несколько уменьшается электрическая емкость цепи, а значит, и ее коэффициент затухания. В результате незначительно, но все же возрастает дальность связи.

Решающего влияния на эффективность использования  телефонных линий эти полезные усовершенствования не оказали. Успех был достигнут  в XX веке на базе достижений радиотехники и электроники .

В начале XX в. великий русский ученый В. А. Котельников доказал свою знаменитую теорему о дискретизации, показав  принципиальную возможность представления  непрерывного сигнала в виде последовательности отсчетов, взятых через определенный промежуток времени, и полного восстановления по этой последовательности исходного  сигнала. В 1937 году французский инженер  А. Ривс предложил принципы импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Импульсные методы модуляции интенсивно развивались в связи с развитием радиолокации начиная с 40-х годов. Таким образом, предпосылки к созданию цифровых систем передачи были созданы еще в первой половине XX века.

 

2 Разделение  электрических сигналов

2.1 Частотное разделение сигналов

 

Функциональная  схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Функциональная схема системы многоканальной связи с частотным разделением каналов

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

Сначала в соответствии с передаваемыми  сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры G1(w), G2(w), ..., GN(w) модулируют поднесущие частоты wK каждого канала. Эту операцию выполняют модуляторы М1, М2, ..., МN канальных передатчиков. Полученные на выходе частотных фильтров Ф1, Ф2, ..., ФN спектры gK(w) канальных сигналов занимают соответственно полосы частот Dw1, Dw2, ..., DwN, которые в общем случае могут отличаться по ширине от спектров сообщений W1, W2, ..., WN. При широкополосных видах модуляции, например, ЧМ ширина спектра Dw K» 2(b +1) WK, т.е. в общем случае Dw³ W K. Для упрощения будем считать, что используется АМ-ОБП (как это принято в аналоговых СП с ЧРК), т.е. DwК =W и Dw =NW.

Проследим основные этапы образования сигналов, а также изменение этих сигналов в процессе передачи (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Преобразование спектров в системе с частотным разделением каналов

 

Будем полагать, что спектры индивидуальных сигналов конечны. Тогда можно подобрать  поднесущие частоты wK так, что полосы Dw1, ...,  Dw K попарно не перекрываются. При этом условии сигналы sК(t) (k=1,...,N) взаимноортогональны.

Затем спектры g1(w), g2(w),..., gN(w) суммируются (S ) и их совокупность g(w) поступает на групповой модулятор (М). Здесь спектр g(w) с помощью колебания несущей частоты w0 переносится в область частот, отведенную для передачи данной группы каналов, т.е. групповой сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал sЛ(t). При этом может использоваться любой вид модуляции.