Принцип ВРК заключается в том, что в любой данный момент времени в линейном тракте многоканальной системы передачи передаются сигналы только по одному каналу (каналы работают поочередно с определенным временным интервалом). Дискретизация (квантование) по времени - один из важнейших этапов преобразования аналогового сигнала для всех импульсных систем связи. Дискретизация сит нала непрерывного во времени заключается в том, что этот сигнал заменяется совокупностью импульсов, амплитуды которых равны, или пропорциональны его мгновенным значениям отсчитанным в моменты существования импульсов. (Рис. 1.). Расстояние Тд между смежными импульсами называется интервалом дискретизации, а сами импульсы - отсчетами сигнала. В принципе длительность каждого импульса тд может быть ничтожно мала по сравнению с интервалом дискретизации. Если отсчеты повторяются через равные промежутки времени Тд = const, дискретизация называется равномерной, в противном случае - неравномерная дискретизация.
В системах ИКМ-ВД, ИКМ-ЧД применяется равномерная дискретизация сигналов. В системах ИКМ-ВД она позволяет осуществить объединение и разделение канальных сигналов, отсчеты которых передаются по групповому многоканальному тракту поочередно. В системах ИКМ-ЧД дискретизируется групповой сигнал, где равномерная дискретизация позволяет осуществить синхронно-периодический режим работы основных импульсных устройств (кодера, декодера и др.). Возможность передачи дискретизированных сигналов вместо непрерывных во времени и неискаженного восстановления последних из последовательности отсчетов основана на применении теоремы В.А.Котельникова. Эту теорему можно сформулировать следующим образом:
Любой непрерывный сигнал ограниченный спектром частот от Fн до Fв можно воспроизвести из последовательности отсчетов, частота следования которых должна быть не меньше удвоенной максимальной частоты непрерывного сигнала.
Pиc.1. Непрерывный модулирующий сигнал (а) и его спектр (б), импульсная несущая (в) и ее спектр (г), дискретизированный сигнал (д) и его спектр (e)
Содержание этой теоремы можно также выразить формулой:
Первый сомножитель под знаком суммы представляет собой мгновенное значение (отсчет) сигнала, а второй импульсную характеристику идеального фильтра нижних частот (ФНЧ) с частотой среза ωср = ωв, т.е. реакцию такого ФНЧ на отсчет сигнала, появляющийся в момент времени tj. Поэтому располагая последовательностью переданных по каналу связи отсчетов, для точного восстановления непрерывного сигнала, достаточно пропустить ее через указанный ФНЧ
Теорема В.А.Котельникова относиться к сигналам с ограниченным спектром. Все сигналы электросвязи имеют бесконечно широкий спектр, поэтому данную теорему применительно к реальным сигналам следует понимать как приближенное утверждение, вполне достаточное для использования в практических целях. Действительно, ни одно устройство, входящее в состав системы связи, и тем более вся система в целом, немогут пропускать без искажений сигналы с бесконечно широким спектром, да это на практике и не требуется. Так например естественный получатель речевой информации - человеческое ухо - практически не реагирует на колебания г частотой выше 16 кГц. Примерный график спектральной плотности среднего квадрата звукового давления речи показан на Рис. 2.
Рис. 2. Энергетический спектр русской (а) и английской (б) речи.
Таким образом, дискретизированные сигналы в системах ИКМ можно считать практически ограниченными по спектру, и для них справедливы условия теоремы В.А.Котельникова. С технической точки зрения равномерная дискретизация ничем не отличается от хорошо известной в технике связи амплитудно-импульсной модуляции (АИМ). Различают амплитудно-импульсную модуляцию первого рода (АИМ-1) и второго рода (АИМ-2).
При АИМ-1 напряжение (ток) в течении времени существования каждого импульса изменяется в соответствии с изменением модулирующего (дискретизируемого) сигнала. При АИМ-2 напряжение (ток) в течении времени существования импульса остается неизменным и определяется значением модулирующего сигнала в некоторый фиксированный момент времени, соответствующий началу отсчета. Таким образом, импульс при АИМ-2 имеет плоскую вершину. Общий характер спектров АИМ-1 и АИМ-2 одинаков.
Простейший способ реализации АИМ состоит в том, что в цепь передачи модулирующего сигнала включают электронный ключ, открываемый последовательностью импульсов показанный на Рис. 1. в, которая выполняет функцию несущею колебания. Для получения АИМ-2 необходимо кроме операции прерывания (коммутации) модулирующего сигнала, запомнить его мгновенное значение на время равное длительности отсчета τд.
В ЦСП наибольшее распространение получили схемы, где сигналы АИМ-1 всех каналов объединяются в групповой сигнал АИМ-1, и преобразование сигналов АИМ-1 в АИМ-2 происходит в групповом тракте. Основными элементами таких схем являются накопительные конденсаторы и операционные усилители.
Схема поясняющая формирование группового АИМ сигнала приведена на Рис. 3. (см. далее) Структурная схема трехканальной системы с ВРК приведена на Рис. 4., графики поясняющие принцип ВРК на Рис. 5.
Рис. 3. Формирование группового АИМ-сигнала (а—г) и форма импульсов АИМ-1 (д) и АИМ-2 (е).
Рис. 4. Структурная схема системы передачи с BPK-АM.
Рис. 5. Принцип ВРК.
В передающей части системы индивидуальные непрерывные сигналы, через ФНЧ, ограничивающие их спектр частотой FB, поступают на электронные ключи, осуществляющие дискретизацию непрерывных сигналов. Работой ключей управляют подаваемые от распределителя канальных импульсов (РКИ) последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые относительно друг друга на время Δt = Тд/N, где N - число каналов.
Основная последовательность импульсов с частотой дискретизации Fд создается в формирователе тактовых импульсов (ФТИ). В устройстве объединения (УО) импульс цикловой синхронизации, поступающий от формирователя ФЦС объединяется с дискретными отсчетами сигналов в начале каждого цикла передачи.
Таким образом, на общем выходе модуляторов (М, М2, М3) соединенных параллельно в устройстве объединения, формируется групповая амплитудно-модулированная импульсная последовательность. Набор отсчетов всех каналов, взятых по одному разу образуют цикл передачи. Длительность цикла передачи Тц равна длительности периода дискретизации Тд.
В цикле передачи отсчеты, соответствующие канальным сигналам, следуют поочередно: за отсчетом первого канала следует отсчет второго канала и т.д. в пределах каждого цикла. В приемной части аппаратуры функции устройства разделения УР, обратны функциям УО в тракте передачи.
Согласование работы передающих и приемных устройств обеспечивается с помощью системы цикловой синхронизации, необходимой для правильного разделения каналов на приемной станции.
Приемник цикловой синхронизации (ПЦТ) выделяет импульсы цикловой синхронизации, которые совместно с выделителем тактовых импульсов (ВТИ) управляют работой РКИ. Групповой АИМ сигнал с выхода УР поступает на канальные селекторы импульсов (электронные ключи) открывающиеся поочередно импульсной последовательностью от РКИ, и пропускающие сигналы АИМ, относящиеся только к определенным каналам. Выходные сигналы фильтров соответствуют непрерывным сигналам поступающим на входы каналов.
Рассмотренная структурная схема дает лишь общее представление о назначении и функциях отдельных узлов, описание работы всех основных устройств дано в соответствующих разделах.
