1

capitolul 4 MULTIPLEXAREA I DEMULTIPLEXAREA N FRECVEN 4.1. Principiile multiplexrii i demultiplexrii n frecven Multiplexarea n frecven const n translarea spectrelor semnalelor n benzi de frecven separate, apropiate, formnd o band n jurul sau n apropierea unei purttoare unice fig. 4.1. Aceasta nseamn de fapt modularea purttoarei cu mai multe semnale. Separarea semnalelor la receptor demultiplexarea, se face prin filtrare. De fapt, este o demodulare, prin heterodinare i filtrare. Pentru utilizarea eficient a frecvenelor disponibile, este necesar ca benzile ocupate de semnale n semnalul complex (multiplex) s fie ct mai mici. Semnalul modulat cu cel mai ngust spectru posibil este cel modulat n amplitudine cu band lateral unic (MA-BLU).

Semnalul MA-BLU (fig. 4.2) se obine separnd una din benzile laterale (BL-I sau BL-S) din semnalul MA cu purttoare i 2 benzi laterale; se obin: semnalul BLU-S (se folosete banda

superioar); semnalul BLU-I (se folosete banda

inferioar). Pentru obinerea semnalelor BLU se folosesc modulatoare (mixere) echilibrate (eliminarea/reducerea purttoarei) i procedeul filtrrilor succesive1 (separarea unei benzii laterale). Semnalul cel mai vehiculat este cel telefonic (vocal) cu banda 300 3400Hz. Pentru transmisia acestui semnal se aloc o band puin mai mare, de 4kHz, filtrele nefiind perfecte. O band de 4kHz n domeniul de frecvene n care se face transmisia se numete canal. Pentru fiecare semnal telefonic se aloc un canal n care se introduce semnalul BLU corespunztor. Cnd se transmit semnale cu spectru mai larg (radiofonic, de date, ...) se aloc mai multe canale (benzi mai largi). Extragerea semnalului util se face prin demodulare coerent i filtrare, de regul efectund produsul dintre semnalul BLU i purttoarea refcut fig. 4.3. Pentru acces multiplu la aceeai cale de transmisie prin multiplexare n frecven, se procedeaz ca n exemplul din fig. 4.3. Spectrele semnalelor utile se transleaz n canale adiacente prin modulare MA-BLU, separnd benzile laterale potrivite i sumnd semnalele BLU obinute. In fig. 4.3 s-au utilizat benzile laterale superioare iar frecvenele de translaie sunt: f01, f01, f01, = 8, 12, 16kHz; evident, se pot folosi i alte frecvene. Se va observa c la recepie se procedeaz mai nti la filtrarea benzilor i apoi la demodulare coerent.

1 V. Cehan Bazele radioemitoarelor Ed. Matrix Rom, cap. 6.

Fig. 4.1. Principiul multiplexrii n frecven

0 Fm FM f

0 Fm FM f

0 Fm FM f

0 10kHz 1MHz fpurttoare f

F m F M f 0

- F M

f 0

Fm f 0

f 0 +

Fm

f 0 +

FM

semnal util semnal MA

f0 FM f0 Fm

semnal BLU-I

f0 + Fm f0 + FM

semnal BLU-S

Fig. 4.2. Spectrele semnalelor: util, MA, BLU-I i BLU-S

0 f

BL-I BL-S

2

4.2. Tehnici de multiplexare n frecven Dup cum se tie, pentru obinerea semnalelor BLU prin metoda filtrrilor succesive, se procedeaz la modularea n amplitudine urmat de separarea benzii laterale dorite (translri de spectre) cu mai multe purttoare, cu frecvene tot mai ridicate. La multiplexarea n frecven, dup primele translri se efectueaz i primele sumri (ca n exemplul din fig. 4.3) obinnd un semnal multiplex cu spectrul sum a spectrelor translate ntr-o band de frecvene. In alte benzi se formeaz ca mai sus, alte semnale multiplex. Ansamblul acestor semnale ocup o band numit band de baz; cu semnalul din banda de baz se moduleaz (de obicei n frecven) o purttoare de RF (UIF, EIF). Se vor expune principiile de obinere a semnalului n banda de baz. Obinuit, un ansamblu de 12 canale alctuiesc un grup primar (sau grup), cu lrgimea de band 412 = 48kHz. Se formeaz dou grupe primare (fig. 4.4):

grupul primar de baz A cu banda 12 ... 60kHz format cu semnale BLU-S (numite i tip A) i

grupul primar de baz B cu banda 60 ... 108kHz format cu semnale BLU-I (tip B).

f01

FTB-1 canal 1 Su-1

ME1

f02

FTB-2 canal 2 Su-2

ME2

FTB-3 canal 3 Su-3

f03

ME1

SUMATOR () A FTB-R1

FTB-R2

FTB-R3

f0r1

DC1 FTJ-1 canal 1Sur-1

f0r2

DC2 FTJ-2 canal 2Sur-2

f0r3

DC3 FTJ-3 canal 3Sur-3

0 4 8 12 16 20 kHz

canal 1

canal 2

canal 3

semnal multiplex

semnaleutile

semnale dupFTB-1, 2, 3

Fig. 4.3. Schema bloc a unui sistem de telecomunicaii cu multiplexare n frecven cu 3 canale i translrile spectrelor (ME modulator echilibrat, DC detector coerent)

12 16 20 24 52 56 60 kHz

60 64 68 96 100 104 108 kHz

Grup primar A

Grup primar B

Grup primar A Grup primar B

Fig. 4.4. Formarea grupurilor primare A i B, simbolizare

3

Gruparea canalelor se poate opri aici i n acest caz semnalul n banda de baz este format din cele dou grupe (212 = 24 canale n banda de baz 12 ... 108kHz). De obicei i grupurile primare se aranjeaz prin translri de spectre (n frecven) n structuri (benzi) mai mari. De exemplu, cu 5 grupuri primare se obine o band de baz cu 60 canale; alturarea grupurilor se poate face n diverse moduri dou modaliti apar n fig. 4.5.

Prin reunirea a 5 grupuri primare (GA i/sau GB) se obine un grup secundar (sau supergrup) cu 60 canale, ocupnd o band de 548 = 240kHz. Grupul secundar format n banda 312 552kHz se numete grup secundar de baz. La rndul lor, supergrupurile pot fi reunite n grupuri mai mari (1800 1900 canale). Prin reunirea a 5 grupuri secundare (GS) se obine un grup teriar cu 560 = 300 canale; grupul teriar format n banda 812 2044kHz se numete grup teriar de baz. Prin reunirea a 3 grupuri teriare se obine un grup cuaternar cu 3300 = 900 canale. Uneori se reunesc 3 grupuri cuatrenare, obinnd o capacitate de 2700 canale.

Grupurile primare (12 canale, 48kHz lrgime de band) se formeaz prin dou procedee: cu premodulare i cu pregrupare. a. In procedeul de formare cu premodulare, spectrele tuturor semnalelor se transleaz n aceeai poziie (pe axa frecvenei); de exemplu (fig. 4.6), spectrele 0 4kHz se transleaz n banda 48 52kHz, prin MA a unei purttoare de 48kHz i separarea benzii laterale superioare. In continuare, se execut o a doua translare, numit modulaie de canal, realizat cu 12 purttoare cu frecvene decalate cu 4kHz. Din fiecare semnal MA rezultat n urma modulaiei, se separ banda lateral dorit pentru formarea unui grup primar A sau B. In fig. 4.6 s-a considerat formarea unui grup primar B, pentru care trebuie selectate benzile laterale inferioare. Acestea trebuie plasate n intervalul 60 108kHz i ca urmare, frecvenele de purttoare (pentru modulaia de canal) trebuie s fie: 112, 116, 120, ..., 156kHz.

Fig. 4.5. Formarea unor benzi de baz cu 60 canale, din grupuri primare A (GA) i/sau B (GB)

12 60 108 156 204 252 kHz

12 60 108 156 204 252 kHz

0 4 48 52 104 108 156 204 208 kHz

0 4 48 52 100 104 152 200 204 kHz

0 4 48 52 60 64 112 160 164 kHz

60 64 68 104 108 kHz

benzi selectate prin filtrare benzi i purttore eliminate

canal 1

canal

2

canal 12

grup primar

B

Fig. 4.6. Formarea unui grup primar B prin premodulare

4

Evident, se poate alege alt frecven de premodulare n locul a 48kHz; de exemplu, se poate alege 132kHz, n care caz frecvenele pentru modulaia de canal sunt 196, ..., 240kHz. Structura echipamentelor de multiplexare i demultiplexare pentru exemplul de mai sus apare n fig. 4.7. Operaiile pot fi urmrite pe figur. Se remarc prezena transformatoarelor difereniale TR-D care asigur transmisiile semnalelor pe numai 2 fire n ambele sensuri. TR-D sunt transformatoare hibride, fiecare cu 2 nfurri (una cu priz median), cu porturile conjugate, cu funcionare cunoscut. TR-D se introduc pentru separarea semnalelor care circul n ambele sensuri pe linia cu 2 fire, pe cele care pleac de pe canal (de la microfon) de cele care vin la receptor (la difuzor).

b. In procedeul de multiplexare cu pregrupare, mai nti se formeaz grupe de canale mai mici, care apoi sunt aranjate n grupul final. Pentru obinerea unui grup primar B, n prima etap cele 12 canale se grupeaz cte 3, n 4 pregrupuri (n aceeai band de frecvene); n a doua etap se aranjeaz pregrupele n grupul primar. Operaiile i structura echipamentelor la nivel de schem bloc apar n fig. 4.8 i 4.9.

Grupurile secundare, teriare i ternare se formeaz prin procedee asemntoare celor descrise. Sistemele de comunicaii prin radiorelee folosesc de obicei grupuri mari, cu multe canale (sute ... mii). Sistemele de comunicaii prin satelii utilizeaz mai puie canale (zeci, rar sute).

LIN

IE (

2 fir

e)

canal 2 (108 - 112kHz)

canal 12 (148 -152kHz)

canal 1FTB-R1104-108kHz

FTB-R248-52kHz

fr1 = 156kHz

fpmr = 48kHz

fpm = 48kHz

FTB-E148-52kHz

f01 = 156kHz

104-108kHz

canal 12 (f012 = 112kHz) canal 2 (f02 = 152kHz)

canal 1

amplificare

amplificare

FTJ0-4kHz

TR-D1

CA

NA

L 1

Fig. 4.7. Schema bloc a echipamentului de multiplexare i demultiplexare n frecven prin premodulare pentru un grup primar B (translrile de frecven din fig. 4.6)

TR-D transformator diferenial (hibrid) pentru separarea semnalelor

TR-D2

FTB-E2

canal 1 canal 2 canal 3 pregrup I

0 4 8 12 16 20 kHz

I

II

III

IV

pregrup

8 12 16 20

8 12 16 20

8 12 16 20

8 12 16 20 canal: 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

kHz: 60 64 72 84 96 108

benzi selectate benzi i purttoare eliminate

Fig. 4.8. Obinerea unui grup primar B prin pregrupare

5

In ambele sisteme, n benzile de baz, se rezerv 1-2 canale de serviciu, pentru convorbiri ntre operatori (n acestea se pot introduce mai multe canale telegrafice de serviciu).

Banda de baz este realizat la un centru urban de telecomunicaii (central telefonic) i transferat prin cablu sau linie de radioreleu (prin modularea unei purttoare de IF) la alt centru sau la staia de sol pentru comunicaii prin satelit. Banda de baz conine mesaje cu destinaii n ntreaga lume. Staia de sol este conectat cu mai muli satelii care acoper diferite regiuni de pe glob. Ca urmare, n staie mesajele sunt mai nti demultiplexate i apoi regrupate n funcie de destinaii; cu noile grupuri se moduleaz purttoare pentru diferii satelii, cu care este conectat staia. Semnalul multiplex este evident aleator, cu caracteristici statistice n funcie de caracteristicile semnalelor de pe canale. Nivelul mediu (Na med) msurat pe un canal pe care se transmite continuu vorbire este 8 ... 18dBm; valorile frecvente sunt n jurul a 9dBm. Transmisiile au loc de obicei n ambele sensuri; se poate considera c n medie, ambii corespondeni utilizeaz canalul timpi egali. Pe de alt parte, n convorbiri exist i pauze care n medie, dureaz jumtate din timpul convorbirii ntr-un sens. Rezult c de fapt, puterea medie pe canal ntr-un sens este 1/4 din puterea medie msurat pentru cazul activitii continue (fr pauze, tot timpul ntr-un singur sens), adic nu 100W (-9dBm) ci 25W (-15dBm). In cazul semnalului multiplex, discuia de mai sus duce la urmtoarele consideraii: - din sistemul cu nc canale,numai na sunt active; - dac nc este destul de mare (sute), se poate considera c active ntr-un sens sunt nc/4 canale; - dac puterea medie msurat pe un canal n activitate continu ntr-un sens, n punctul de referin

cu nivel zero este Pmed 0c (100W, cum s-a artat), puterea medie ntr-un sens pe canalul cu semnal multiplex este Pmed 0 = Pmed 0cnc/4;

- logaritmnd ultima expresie rezult nivelul semnalului multiplex n punctul de nivel zero: ccmedmed nPN log104log10log10 00 +=

o)(dBmlog10150 cmed nN += - recomandat de CCIR pentru 240cn canale (4.1)

cmed nN log410 += - recomandat de CCIR pentru 24012 /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName (http://www.color.org) /PDFXTrapped /Unknown

/Description >>> setdistillerparams> setpagedevice