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.