Глава 4. Принципы многоканальной передачи

4.1. Одновременная передача сообщений

В середине XIX в. телеграф широко распространился по всему миру. Достаточно сказать, что общая протяженность телеграфных линий в Европе, например в 1855 г., составляла почти 40 тыс. км, а уже через 10 лет, в 1865 г., она увеличилась до 160 тыс. км, т.е. в 4 раза. Однако темпы строительства телеграфных линий не могли угнаться за потребностью в услугах телеграфной связи. За тот же период число переданных телеграфных депеш возросло с 2 до 18 млн. шт., т.е. в 9 раз.

За счет чего же темпы роста телеграфного обмена (есть такой специальный термин) оказались выше темпов строительства телеграфных линий? Как удалось передать телеграмм в 9 раз больше, если число телеграфных линий увеличилось лишь в 4 раза? В те времена были известны два пути повышения эффективности использования линии связи. Первый - совершенствование организации работы телеграфной службы и телеграфных аппаратов. Другими словами, телеграммы следовало передавать без промедления, одну за другой, и с возможно большей скоростью, т.е. как можно больше букв в минуту. Однако этот способ более эффективного использования линии связи очень быстро оказался исчерпанным. Причина проста и естественна. Как бы не улучшался телеграфный аппарат, скорость работы на нем даже опытного телеграфиста не превышает 240...300 букв/мин. Второй путь требовал гораздо больших материальных затрат. Дело в том, что основным типом линий связи в XIX в. были воздушные линии. Вот что представляла собой такая линия. На столбах (их называют опорами) подвешивался стальной провод диаметром 3...6 мм, а вторым проводом служила земля. По мере необходимости, т.е. когда обмен телеграфными депешами возрастал настолько, что передавать их по этому проводу попросту не успевали, на эти же столбы подвешивался второй провод, затем третий и т.д. Такие линии связи можно назвать многопроводными. Например, в России первая однопроводная телеграфная линия была проложена в 1854 г., а уже через год, в 1855 г., возникла потребность в подвеске второго провода. К 1857 г. в стране существовали пятипроводные телеграфные линии, а на отдельных, особенно загруженных телеграфными депешами участках, число висящих на опорах проводов достигало 8...12.

Все ЭТО привело к тому, что в упомянутом выше 1865 г. длина телеграфных проводов в Европе почти в 3 раза превышала длину телеграфных линий связи и составляла около 450 тыс. км. Между тем изготовление и подвеска каждого последующего провода требовала огромных по тем временам расходов. Да и подвешивание новых проводов не могло продолжаться бесконечно. Ставить же рядом новые опоры и дорого, и громоздко.

Применительно к середине XIX в. проблема формулировалась так: нужно было научиться передавать по одному проводу сразу несколько телеграмм.

Надо сказать, что данная проблема актуальна и по сей день. Возьмем, к примеру, современную спутниковую линию связи. Она позволяет организовать обмен информацией (а это могут быть либо речевое сообщение, либо сведения из банка данных, либо видеоизображение и т.д.) между двумя любыми точками нашей планеты. Но вряд ли кому придет в голову использовать линию для передачи информации только от одного пользователя к другому. Во-первых, это очень дорого. Во-вторых, это просто-напросто неэффективно: в линию вложены колоссальные средства, а предоставляется она каждый раз только двум пользователям. Гораздо выгоднее дать возможность как можно большему числу пользователей арендовать на время обмена информацией космический мост за вполне умеренную плату. Но поскольку каждый из них может выразить желание воспользоваться линией связи в удобное для него время и не захочет мириться с тем, что кто-то уже занял ее, решение проблемы может быть только таким: все абоненты должны пользоваться линией связи одновременно.

Цепи связи проводных кабельных линий и стволы радиолиний могут обеспечить передачу сигнала в широкой полосе частот: от десятков и сотен килогерц до десятков мегагерц в проводных системах и сотен и тьюяч мегагерц в радиосистемах. Если сравнить эти цифры с шириной спектра первичных сигналов (см. табл. 1.1), то видно, что полоса частот, в которой работает та или иная линия передачи однока-нальной системы, используется крайне неэффективно.

Линия передачи большой протяженности представляет собой дорогое и громоздкое сооружение, требующее больших затрат сил, средств и времени на строительство. Для содержания линий в исправном состоянии также необходимы значительные силы и средства. Подавляющая часть капитальных затрат приходится на линейные сооружения и лишь незначительная часть - на аппаратуру. Естественно, возникает проблема наиболее эффективного использования линейных сооружений. Техническим решением этой экономической проблемы является одновременная передача по одной цепи большого числа первичных сигналов от разных источников сообще-

4 1. Одновременная передача сообщений

32{t) S2{t)

vit)

vit)

Преобразователь сигнала

Обратный преобразователь сигнала

-Многоканальная система передачи-

\it) \it)

\it) 32if)

Рис. 4.1. Принцип одновременной передачи сообщений

НИИ, т.е. создание на одной цепи большого количества независимых каналов.

Первые образцы мнопэканальной системы появились в России в 30-е годы XX в. В 1934 г. был налажен выпуск 3-канальной системы многократного телефонирования СМТ-34, которая выпускалась вплоть до Великой Отечественной войны. В 1940 г. была введена в опытную эксплуатацию первая в стране 12-канальная аппаратура для воздушных линий. В настоящее время существуют проводные и радиосистемы передачи, позволяющие организовать на одной цепи (в одном стволе) от десятков до тьюяч каналов передачи.

Рис. 4.1 иллюстрирует принцип одновременной передачи нескольких сообщений с помощью системы передачи. Сообщения ait), ait)..... Яд,(О от Л/источников преобразуются на передаче в первичные сигналы s,(f), sit)..... sit). Последние поступают в систему передачи на преобразователь сигналов, где подвергаются специальной обработке и объединяются в групповой сигнал vit), направляемый в цепь связи. В приемной части системы передачи из искаженного помехой группового сигнала vit) выделяются индивидуальные первичные сигналы отдельных каналов

(f), SgCf).....Sfit). В приемных первичных преобразователях эти

сигналы преобразуются в сообщения а, (f), agCO..... afit).

Ранее уже описывались методы передачи первичных сигналов: выбирается переносчик (гармоническое несущее колебание или последовательность узких импульсов), и его параметры модулируются первичным сигналом по амплитуде (AM или АИМ), частоте (ЧМ или ЧИМ), фазе (ФМ или ФИМ) и т.д.

Однако первичные сигналы 5,(0, sit)..... от Л/источ-

ников сообщений могут существовать одновременно и занимать одинаковые полосы частот (например, это могут быть сигналы речи, занимающие полосу частот 0,3...3,4 кГц). Необходимо, чтобы после преобразования на передаче сигналы отличались друг от