Многоканальные системы

Первой технической системой связи, которая широко используется и сейчас, является телеграф. Первую телеграмму из Капитолия в Вашингтоне послал своему сотруднику в Балтимор в 1844 году Самюэл Морзе - изобретатель известного телеграфного кода. Эта телеграмма и открыла эру телеграфа. Триумф телеграфа произошел в 1858 году, когда английская королева Виктория отправила телеграмму президенту Соединенных Штатов Америки Бьюкенену по трансатлантическому кабелю. По этому случаю в Нью-Йорке два дня продолжался "кабельный карнавал". Правда, примерно в это же время кабель отказал и телеграфная связь Европы с Америкой прекратилась. Лишь через восемь лет после этого закончили укладку нового кабеля, после чего связь восстановили и она действует и сейчас.

Рис. 17. Радиостанции ведут передачи на разных частотах. Фильтр в приемнике выбирает сигнал одной станции и подавляет сигналы других станций

В стоимости телеграфных установок основные капитальные затраты приходятся на строительство самой линии. Например, прокладка кабеля через океан обошлась во многие миллионы долларов. Поэтому почти с первого момента появления телеграфной связи начались энергичные поиски возможностей увеличения пропускной способности линии. Первым добился результата французский изобретатель Водо, разработавший пятизначный код. Он использовал для передачи сигнала одного передатчика паузы между импульсами, передаваемыми другим аппаратом. Таким образом, одновременно можно было передавать по линии два сообщения. Много сделал для повышения пропускной способности телеграфной линии и великий изобретатель Томас Эдисон.

Система, в которой одна линия используется для одновременной передачи нескольких сообщений, называется многоканальной системой связи. Сейчас такие системы широко распространены и в телеграфии, и в телефонии, и в системах автоматического управления. Подобной системой является и радиосвязь, возможность которой открыл великий русский ученый А. С. Попов. В 1889 году на лекции для минных офицеров в Кронштадте он продемонстрировал передачу сигналов с помощью электромагнитных волн.

Исследования и изобретения в области радиосвязи после этого начали очень бурно проводиться во всех развитых странах. Уже в 1900 году новое средство связи предотвратило гибель рыбаков, унесенных на льдине в открытое море.

Сейчас радиосвязь в виде радиовещания и телевидения прочно вошла в быт современного человека. Многие сотни радиостанций и телевизионных центров используют для передачи сообщений единую линию - эфир.

Рис. 18. При временном разделении передатчики действуют поочередно. Для синхронизации работы системы используется опорный сигнал

Основная проблема при использовании многоканальных систем связи - это задача разделения сигнала, пришедшего на приемный конец линии, на отдельные сообщения, посланные отправителями. В основном применяются два способа разделения сигнала: частотный и временной. Мы уже о них упоминали.

При использовании частотного способа рабочий диапазон частот разделяется на отдельные интервалы (полосы) и каждому передатчику отводится своя полоса частот. Приемник сигнала устроен так, что он принимает только тот сигнал, спектр которого лежит в нужной полосе. Для этого на входе приемника стоит фильтр, который подавляет все сигналы, лежащие вне полосы приема. На этом принципе работает радиосвязь, телефонная связь высокой частоты (ВЧ) и многие системы автоматики. Следует заметить, что очень трудно уложить сигнал в заданную полосу частот, обычно некоторая часть его выходит за границу полосы и создает для других приемников так называемые внеполосные помехи.

О временном разделении мы также уже упоминали, рассказывая о попытках увеличить пропускную способность телеграфных линий, передавая сигнал во время пауз, образующихся при передаче другого сигнала. На приемном конце такой системы стоят временные фильтры (стробаторы). Это приборы, которые пропускают через себя сигнал только в те моменты времени, когда поступает посылка нужного сигнала, а все остальное время стробатор закрыт для сигналов. Для синхронизации работы передатчика и приемника по системе передаются специальные синхронизирующие импульсы (опорный сигнал).

При разработке систем диагностики, а также при рассмотрении теоретических вопросов удобно представить механизм машины в виде многоканальной системы связи. Источниками сообщений здесь выступают кинематические пары. Они посылают сигнал в единую линию - в тело самого механизма. Датчик, установленный на корпусе, одновременно воспринимает сигналы, отправленные всеми парами механизма. Поэтому основная задача заключается в том, чтобы разделить общий сигнал на отдельные составляющие, каждая из которых принадлежит только одной кинематической паре.

В диагностике для разделения сигналов, отправленных разными источниками, используются те же два основных приема, что и в других многоканальных системах: частотная и временная фильтрация. Отличие состоит только в том, что оба способа в диагностике используются одновременно. Это связано с тем, что ни частотная, ни временная фильтрация, взятые отдельно, не позволяют выделить сигнал нужной кинематической пары и очистить его от помех, образованных другими парами этого же механизма. Если сигналы в обычных системах связи выбираются такими, чтобы их легко можно было отделить друг от друга, то в диагностике приходится пользоваться теми сигналами, которые вырабатывает механизм.