Многоканальные системы с частотным разделением канальных сигналов


СОДЕРЖАНИЕ:

Многоканальные системы с частотным разделением канальных сигналов

Частотное разделение сигналов. Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Схема многоканальной системы с частотным разделением

Проследим основные этапы образования сигналов, а также изменение этих сигналов в процессе передачи. Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры модулируют поднесущие частоты каждого канала. Эта операция выполняется модуляторами канальных передатчиков. Полученные на выходе частотных фильтров спектры канальных сигналов занимают соответственно полосы частот которые в общем случае могут отличаться по ширине спектров сообщений

Рис. 8.3. Преобразование спектров в системе с частотным разделением сигналов

При широкополосных видцх модуляции, например ЧМ, ширина спектра т. е. в общем случае простоты ради считать, что используется (как это принято в системах многоканальной связи с частотным разделением), т. е.

Будем полагать, что спектры индивидуальных сигналов финитны. Тогда можно подобрать поднесущие частоты так, что полосы Дсвь попарно не перекрываются. При этом условии сигналы взаимно ортогональны. Затем спектры суммируются и их совокупность поступает на групповой модулятор Здесь спектр с помощью колебания несущей частоты переносится в область

частот, отведенную для передачи данной группы каналов, т. е. групповой сигнал преобразуется в линейный сигнал При этом может использоваться любой вид модуляции.

На приемном конце линейный сигнал поступает на групповой демодулятор (приемник Я), который преобразует спектр линейного сигнала в спектр группового сигнала Спектр группового сигнала затем с помощью частотных фильтров вновь разделяется на отдельные полосы Асои, соответствующие отдельным каналам. Наконец, канальные демодуляторы преобразуют спектры сигналов в спектры сообщений предназначенные получателям.

Из приведенных пояснений легко понять смысл частотного способа разделения каналов. Поскольку всякая реальная линия связи обладает ограниченной полосой пропускания, то при многоканальной передаче каждому отдельному каналу отводится определенная часть общей полосы пропускания.

На приемной стороне одновременно действуют сигналы всех каналов, различающиеся положением их частотных спектров на шкале частот. Чтобы без взаимных помех разделить такие сигналы, приемные устройства должны содержать частотные фильтры. Каждый из фильтров должен пропустить без ослабления лишь те частоты которые принадлежат сигналу данного канала; частоты сигналов всех других каналов со фильтр должен подавить. Такой способ разделения сигналов называется частотным разделением.

Математически частотное разделение сигналов идеальными полосовыми фильтрами можно представить следующим образом:

где импульсная реакция идеального полосового фильтра, пропускающего без искажений полосу частот Выражение (8.12) совпадает с (8.6) при весовой функции В спектральной области преобразование (8.12) соответствует умножению спектра группового сигнала на -образную передаточную функцию (см. рис. 8.3).

Итак, с точки зрения возможности полного разделения сигналов различных каналов надо иметь такие фильтры полоса пропускания которых полностью соответствует ширине спектра сигнала на гармонические составляющие за пределами полосы фильтр реагировать не должен. При этом имеется в виду, что энергия сигналов полностью сосредоточена в пределах ограниченной полосы отведенной каналу. Если бы оба эти условия удовлетворялись, то посредством частотных фильтров можно было бы разделить сигналы различных каналов без взаимных помех. Однако ни одно из этих условий принципиально невыполнимо. Результатом являются взаимные помехи между каналами. Они возникают как за счет неполного сосредоточения энергии сигнала канала в пределах заданной

полосы частот так и за счет неидеальности реальных полосовых фильтров. В реальных условиях приходится учитывать так же взаимные помехи нелинейного происхождения, например за счет нелинейности характеристик группового канала.

Для снижения переходных помех до допустимого уровня приходится вводить защитные частотные интервалы Дюзащ (рис. 8,4). Так, например, в современных системах многоканальной телефонной связи каждому телефонному каналу выделяется полоса частот хотя частотный спектр передаваемых звуковых сигналов ограничивается полосой от 300 до 3400 Гц, т., е. ширина спектра составляет

Рис. 8.4. Спектр группового сигнала с защитными промежутками

Рис. 8.5. Схема многоканальной системы с временным разделением

Между полосами частот соседних каналов предусмотрены интервалы шириной по предназначенные для снижения уровня взаимных помех при расфильтровке сигналов. Это означает, что в многоканальных системах связи с частотным разделением сигналов эффективно используется лишь около 80% полосы пропускания линии связи. Кроме того, необходимо обеспечить очень высокую степень линейности всего тракта группового сигнала.

Временное разделение сигналов. Принцип временного разделения сигналов весьма прост и издавна применяется в телеграфии. Он состоит в том, что с помощью коммутатора групповой тракт предоставляется поочередно для передачи сигналов каждого капала многоканальной системы. При передаче непрерывных сообщений для временного уплотнения используется дискретизация по времени (импульсная модуляция). Сначала передается сигнал (импульс) канала, затем следующего канала и т. д., до последнего канала за номером после чего опять включается 1-й канал и процесс периодически повторяется (рис. 8.5).

На приемном конце устанавливается аналогичный коммутатор который подключает групповой тракт поочередно к приемникам разных каналов. Приемник каждого канала должен быть подключен только на время передачи сигнала и выключен все остальное время, пока передаются сигналы в других каналах. Это означает, что для нормальной работы многоканальной системы с временным разделением необходима синхронная и синфазная работа коммутаторов на приемной и передающей сторонах. Часто с этой целью один из каналов занимается под передачу

специальных импульсов синхронизации, предназначенных для согласованной во времени работы

На рис. 8.6 представлены временные диаграммы двухканальной системы с АИМ. Переносчиком сообщений здесь являются следовательности импульсов (с периодом поступающих на импульсный модулятор (ИМ) от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Групповой сигнал (рис. 8.6а) поступает на коммутатор

Рис. 8.6. Временное разделение двух сигналов с АИМ

Рис. 8.7. Возникновение переходных помех при временном разделении

Последний выполняет роль «временных» параметрических фильтров или ключей, передаточная функция которых (рис. 8.66) изменяется синхронно (с периодом ) и синфазно с изменениями передаточной функции

Это означает, что к тракту передачи в пределах каждого временного интервала подключен только импульсный детектор Полученные в результате детектирования сообщения поступают к получателю сообщений

Оператор описывающий работу ключевого фильтра, вырезает из сигнала интервалы следующие с периодом и отбрасывает остальную часть сигнала. Легко убедиться, что его можно представить в форме (8.6), если

Здесь, как ранее, обозначает интервал, в течение которого передаются сигналы источника.

При временном разделении взаимные помехи в основном обусловлены двумя причинами. Первая из них состоит в том, что линейные искажения, возникающие за счет ограниченности полосы частот и неидеальности амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик всякой физически осуществимой системы связи, нарушают импульсный характер сигналов. Действительно, если при передаче модулированных импульсов конечной длительности ограничить спектр, то импульсы «расплывутся» и вместо импульсов конечной длительности мы получим процессы, бесконечно протяженные во времени. При временном разделении сигналов это приведет к тому, что импульсы одного канала будут накладываться на импульсы других каналов (рис. 8.7). Иначе говоря, между каналами возникают взаимные переходные иомехи или, как их иногда называют, межсимвольная интерференция. Кроме того, взаимные иомехи могут возникать за счет несовершенства синхронизации тактовых импульсов на передающей и приемной сторонах.

Для снижения уровня взаимных помех приходится вводить «защитные» временные интервалы, что соответствует некоторому расширению спектра сигналов. Так, в многоканальных системах коммерческой телефонии полоса эффективно передаваемых частот устанавливается равной Гц; в соответствии с теоремой Котельникова минимальное значение Гц. Однако в реальных системах частоту следования импульсов выбирают с некоторым запасом и принимают равной Для передачи таких импульсов в одноканальном режиме потребуется полоса частот не менее При временном разделении каналов сигнал каждого канала занимает одинаковую полосу частот, определяемую в идеальных условиях, согласно теореме Котельникова, из соотношения (без учета канала синхронизации)

где что совпадает с общей полосой частот системы при частотном разделении. Хотя теоретически временное и частотное разделения позволяют достигнуть одинаковой эффективности использования частотного спектра, тем не менее пока что системы временного разделения уступают системам частотного разделения по этому показателю. Поэтому при большом числе каналов и ограниченности используемой полосы частот предпочитают применять частотное разделение.

Вместе с тем, системы с временным разделением имеют неоспоримое преимущество, связанное х тем, что благодаря разновременности передачи сигналов разных каналов отсутствуют переходные помехи нелинейного происхождения. Кроме того, аппаратура временного уплотнения значительно проще, чем при частотном уплотнении, где для каждого индивидуального канала требуются соответствующие полосовые фильтры, которые трудно реализовать средствами микроэлектроники. Немаловажным преимуществом систем временного уплотнения является значительно

меньший пик-фактор. Временное уплотнение широко используется при передаче непрерывных сообщений с аналоговой импульсной модуляцией, а также с ИКМ.

Заметим также, что суммарная мощность принимаемого сигнала необходимая для обеспечения заданной верности в присутствии флуктуационных помех, как при частотном, так и при временном разделениях (а также при других, рассматриваемых ниже системах с линейным разделением) в идеальном случае в раз больше, чем мощность при одноканальной передаче с тем же видом модуляции Это легко понять, поскольку при сложении независимых сигналов их мощности складываются. В действительности из-за переходных помех верность приема в многоканальной системе при выполнении этого условия несколько ниже, чем в одноканальной системе. Увеличивая мощность сигнала в многоканальной системе, нельзя снизить воздействие переходных помех, поскольку при этом и мощность последних также возрастает, а в случае помех нелинейного происхождения растет даже быстрее, чем мощность сигнала.

Фазовое разделение сигналов. Рассмотрим теперь множество синусоидальных сигналов

Здесь подлежащая передаче информация содержится в изменениях амплитуды (амплитудная модуляция), несущая частота сигналов одна и та же, а сигналы различаются Начальными фазами

Среди множества сигналов (8.16) лишь любые два сигнала являются линейно независимыми; любые 2 сигналов оказываются линейно зависимыми. Это означает, что на одной несущей частоте при произвольных значениях амплитуд и фаз можно обеспечить лишь двухканальную передачу.

На практике преимущественно используется значение

При этом сигналы ортогональны, что облегчает техническую реализацию системы и улучшает ее энергетические показатели.

Классификация многоканальных систем связи

Системой N-канальной связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной ЛС [3].

Функциональная схема многоканальной системы связи представлена на рис. 1.31.

Рис. 1.31. Функциональная схема многоканальной системы связи

Первичные сигналы C1(t), C2(t),…,CN(t) преобразуются в формирователях каналов в сигналы V1(t), V2(t). VN(t), которые называются канальными. Если групповой сигнал V(t) можно получить суммированием канальных сигналов, то в этом случае многоканальные системы называются аддитивными.

Системы, в которых формирование группового сигнала осуществляется иными способами, называются комбинационными.

Современные многоканальные телекоммуникационные системы в основном являются аддитивными.

Задача разделения каналов есть не что иное, как задача разделения сигналов. Здесь существует некоторая аналогия с отделением сигнала от помехи. Однако если характеристики помех от нас не зависят, то характеристики сигналов различных каналов могут быть выбраны по нашему усмотрению из условий наилучшего разделения этих сигналов. Для этого сигналы нужно наделить некоторыми вполне определенными признаками, по которым их можно легко разделить.

Отличительные признаки каждого канального сигнала формируются каналообразующей аппаратурой (КОА) или аппаратурой уплотнения (АУ).

Для выделения сигнала некоторого канала из смеси сигналов, поступающих из ЛС, необходимо произвести операцию разделения.

Если операция разделения сигналов, принадлежащих различным каналам, происходит с помощью линейных фильтров, то такая многоканальная система называется линейной. Если же разделение сигналов осуществляется нелинейными фильтрами, то система называется нелинейной. Кроме того, она является синхронной или асинхронной в зависимости от того, являются ли фильтры, разделяющие сигналы, фильтрами с постоянными или переменными во времени параметрами.

В многоканальных системах связи возникает специфический вид помех – помехи от соседних каналов, которые возникают из-за несовершенства разделения сигналов. Кроме того, на сигнал накладываются помехи П(t), действующие в канале связи.

Для обеспечения максимальной помехоустойчивости многоканальной системы необходимо и достаточно, чтобы переносчики канальных сигналов были ортогональны.

Различают следующие многоканальные системы передачи:

– с разделением каналов по частоте (ЧРК);

– с разделением каналов по времени (ВРК);

– цифровые многоканальные системы передачи (ЦСП);

– асинхронные адресные системы передачи (ААСП);

– комбинационные системы передачи (КСП);

– нелинейные системы передачи (НСП).

Системы передачи с ЧРК и ВРК относятся к аддитивным линейным системам и находят на практике широкое применение в проводных системах и в системах радиосвязи. Эти многоканальные системы используются в радиорелейной и спутниковой связи, поскольку они работают в диапазонах УКВ с большой частотной емкостью. В этих системах используется двойная, а иногда и тройная модуляция. Поэтому при использовании той или иной многоканальной аппаратуры вводятся специальные обозначения применяемых видов модуляции. Например, в системах с ВРК: АИМ-ЧМ, ШИМ-АМ и т.д. Здесь первичная модуляция АИМ или ШИМ, а вторичная (в радиопередатчике) – ЧМ или AM.

К системам многоканальной передачи предъявляются следующие требования:

– обеспечение необходимого числа каналов на требуемую дальность связи;

– высокое качество связи;

– использование канала тональной частоты с полосой 0,3. 3,4 кГц в качестве основного канала.

Перечисленные методы уплотнения каналов еще называют первичным уплотнением. Часто каналы тональной частоты уплотняют с помощью аппаратуры вторичного уплотнения десятками телеграфных и телекодовых сигналов, используя принципы частотного или временного разделения каналов.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 91 ; Нарушение авторских прав

Частотное разделение каналов

Системы передачи, в которых канальные сигналы размещаются в неперекрывающихся частотных полосах, получили название сис­тем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК).

Один из способов разделения канальных сигналов (или разделе­ния каналов) заключается в следующем. В качестве переносчиков выбирают гармонические несущие колебания с различными часто­тами. В результате каждый первичный сигнал после преобразования в канальный сигнал (т.е. после модуляции) будет размещаться в своей полосе частот. В качестве примера на рис. 5.1. показано преобразование N первичных сигналов, имеющих одинаковые спек­тры, путем модуляции по амплитуде (AM) несущих колебаний с раз­личными частотами. Интервал между несущими частотами соседних каналов должен быть таким, чтобы полосы частот канальных сигна­лов не перекрывались.

На рис. 5.2. представлена структурная схема многоканальной сис­темы передачи. Первичные сигналы s1(t), s2(t). sN(t) преобра­зуются устройствами М1, М2, . MN; модулированные несущие ко­лебания v1(t), v2(t), . vN(t), полученные на выходе этих уст­ройств, называются канальными сигналами. В отличие от первичных сигналов, имеющих общий спектр, канальные разнесены по спектру (рис. 5.1). Групповой сигнал v(t) получается объединением канальных сигналов (t), v1(t), v2(t). vN(t) в устройстве объединения (УО).

На приемном конце канальные сигналы выделяются из группового с помощью разделительных частотных фильтров Ф1,Ф2. ФN, пропускающих сигналы своего канала и подавляющих остальные. Вос­становление первичных сигналов s1(t),s2(t). sN(t) из канальных v1(t),v2(t), . vN(t) производится с помощью демодуляторов Д1,Д2, . ДN, в состав которых входят фильтры нижних частот.

Рис. 5.2. – Многоканальная система передач с частотным разделением каналов

Принципы построения систем передач с ЧРК

Наибольшее распространение в системах передач с ЧРК получила амплитудная модуляция, при которой требуется значительно меньшая полоса частот для организации одного канала, что позволяет разместить большее число каналов в отведенной полосе частот.

Однако, помехозащищенность АМ гораздо ниже, чем у сигналов ФМ и ЧМ. Полезная информация содержится как в нижней так и в верхней боковой полосе, а в несущей полезной информации нет. Поэтому передавать АМ сигнал по общему групповому тракту можно одним из следующих способов:

1. Передача токов несущей и обеих боковых полос (рис. 5.3. а);

2. Передача несущей и одной боковой полосы (рис. 5.3. б);

3. Передача одной боковой полосы с восстановлением на приеме (рис. 5.3. в);

4. Передача двух боковых полос с восстановлением несущей на приеме (рис. 5.3. г);

5. Передача несущей, одной из боковой и части второй боковой (рис. 5.3. д).

Рис. 5.3. а, б, в, г, д

Наиболее применима оказалась передача АМ сигнала с одной боковой полосой, поскольку имеет наименьшую ширину спектра по сравнению с остальными. Также в силу отсутствия несущей передавать сигнал с ОБП по линии с усилителями оказывается наиболее применимым, поскольку отсутствие несущей снижает динамический диапазон (Pmax/Pmin) сигналов в групповом тракте, что снижает взаимные влияния в параллельных цепях.

Несмотря на недостатки, аппаратура систем передач с ЧРК всегда строилась по групповому принципу. При построении используется многоканальное преобразование частоты, в результате которого формируется линейный спектр систем передачи (рис. 5.4.).

1. Первичная группа – 12 каналов ТЧ – 60-108 кГц;

2. Вторичная группа – 60 каналов ТЧ (5 ПГ) – 312-552 кГц;

3. Третичная группа – 300 каналов ТЧ (5 ВГ) – 812-2044 кГц;

4. Четвертичная группа – 900 каналов ТЧ (3 ТГ) – 8516-12388 кГц.

Полоса частот каждой типовой группы каналов выбирается таким образом, чтобы ее абсолютная и относительная полоса (ширина) была как можно меньше.

где: АППГ – аппаратура преобразования первичной группы; АПВГ – аппаратура преобразования вторичной группы; АПТГ – аппаратура преобразования третичной группы; АС – аппаратура сопряжения; ОЛТ – оборудование линейного тракта; ГО – генерирующее оборудование.

АС осуществляет формирование линейного спектра системы передачи путем преобразования полосы частот соответствующих типовых групповых каналов на передаче и обратного преобразования на приеме.

ОЛТ – содержит линейные усилители передачи и приема, устройства авторегулировки уровней (АРУ) линейного тракта, устройства согласования входных сопротивлений аппаратуры и физические цепи, корректоры АЧХ и т.д.

ГО – генераторное оборудование вырабатывает индивидуальные и групповые несущие частоты и контрольные частоты для работы АРУ.

Структурная схема системы передачи с ЧРК

Полоса частот каждой типовой группы каналов выбирается таким образом, чтобы ее абсолютная и относительная полоса (ширина спектра) была как можно меньше.

Абсолютная ширина зависит только от эффективной передаваемой полосы частот канала ТЧ и частотного интервала, необходимого для разделения канала ТЧ.

Рис. 5.5. – Абсолютная ширина полосы частот канала

Относительная ширина полосы частот каждой группы зависит от места ее размещения на шкале частот. Желательно, чтобы fMAX / fMIN

Дата добавления: 2020-10-22 ; просмотров: 1686 | Нарушение авторских прав

Частотное разделение каналов

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с частотным разделением каналов представлена на рис. 6.8 [8].

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используется термин Frequency Division Multiply Access (FDMA).

Проследим основные этапы преобразования спектров сигналов, а также изменение этих сигналов в процессе передачи (рис. 6.9).

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры G)(co), G2((o), . у, которые в общем случае могут отличаться по ширине от спектров сообщений Qi, Q2, Qn-

Спектры сигналовgi(co),g2((o), суммируются (Е), и их совокупность g(со) поступает на групповой модулятор М. Здесь спектр g(co) с помощью колебания несущей частоты

Многоканальная РТС с частотным разделением каналов

Принципы многоканальной передачи информации. Структурная схема системы многоканальной связи. Временное разделение каналов, аналоговые методы передачи. Частотное разделение каналов. Продукты модуляции. Спектр группового сигнала с защитными интервалами.

Читайте также:

  1. A) научная дисциплина, исследующая и обобщающая специфические связи между обществом и окружающей средой
  2. A) системного программного обеспечения
  3. A) системный блок, дисплей, клавиатура
  4. A) Средство организации связи между удаленными абонентами
  5. A. системы учета
  6. A.Становление системы экспортного контроля
  7. AGIL. Системный подход в теории Т. Парсонса.
  8. B) Информационные системы в логистике
  9. CASE-средства. Общая характеристика и классификация
  10. CASE-технология создания информационных систем
Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 11.02.2020
Размер файла 237,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Многоканальная РТС с частотным разделением каналов

1.Принципы многоканальной передачи информации

Используемые методы разделения каналов (РК) можно классифицировать на линейные и нелинейные (комбинационные).

В большинстве случаев разделения каналов каждому источнику сообщения выделяется специальный сигнал, называемый канальным. Промодулированные сообщениями канальные сигналы объединяются, в результате чего образуется групповой сигнал (ГС). Если операция объединения линейна, то получившийся сигнал называют линейным групповым сигналом.

Для унификации многоканальных систем связи за основной или стандартный канал принимают канал тональной частоты (канал ТЧ), обеспечивающий передачу сообщений с эффективно передаваемой полосой частот 300…4700 Гц, соответствующей основному спектру телефонного сигнала.

Многоканальные системы образуются путем объединения каналов ТЧ в группы, обычно кратные 12 каналам. В свою очередь, часто используют «вторичное уплотнение» каналов ТЧ телеграфными каналами и каналами передачи данных .

На Рисунке 1 приведена обобщённая структурная схема системы многоканальной связи.

Рисунок1 — Обобщённая структурная схема системы многоканальной связи

Реализация сообщений каждого источника а1(t), а2(t),…,аN(t) с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) М1, М2, …, МN преобразуются в соответствующие канальные сигналы s1(t), s2(t),…,sN(t). Совокупность канальных сигналов на выходе аппаратуры объединения каналов (АОК) образует групповой сигнал s(t). Наконец, в групповом передатчике М сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал sЛ(t), который и поступает в линию связи ЛС. Допустим, что линия пропускает сигнал практически без искажений и не вносит шумов. Тогда на приемном конце линии связи линейный сигнал sЛ(t) с помощью аппаратуры разделения каналов (АРК) может быть вновь преобразован в групповой сигнал s(t). Канальными или индивидуальными приемниками П1, П2, …, ПN из группового сигнала s(t) выделяются соответствующие канальные сигналы s1(t), s2(t), …,sN(t) и затем преобразуются в предназначенные получателям сообщения а1(t), a2(t), …, aN(t) .

Канальные передатчики вместе с суммирующим устройством образуют аппаратуру объединения. Групповой передатчик М, линия связи ЛС и групповой приемник П составляют групповой канал связи (тракт передачи), который вместе с аппаратурой объединения и индивидуальными приемниками составляет систему многоканальной связи.

Индивидуальные приемники системы многоканальной связи ПK наряду с выполнением обычной операции преобразования сигналов sK(t) в соответствующие сообщения аK(t) должны обеспечить выделение сигналов sK(t) из группового сигнала s(t). Иначе говоря, в составе технических устройств на передающей стороне многоканальной системы должна быть предусмотрена аппаратура объединения, а на приемной стороне — аппаратура разделения.

Чтобы разделяющие устройства были в состоянии различать сигналы отдельных каналов, должны существовать определенные признаки, присущие только данному сигналу. Такими признаками в общем случае могут быть параметры переносчика, например амплитуда, частота или фаза в случае непрерывной модуляции гармонического переносчика. При дискретных видах модуляции различающим признаком может служить и форма сигналов. Соответственно различаются и способы разделения сигналов: частотный, временной, фазовый и другие.

2.Временное разделение каналов (ВРК), аналоговые методы передачи

Формирование сигнала линейного тракта систем передачи при ВРК и аналоговых методах передачи. При ВРК на передающей стороне непрерывные сигналы от абонентов передаются поочерёдно

Принцип временного разделения каналов

Для этого эти сигналы преобразуются в ряд дискретных значений, периодически повторяющихся через определённые интервалы времени Тд, которые называются периодом дискретизации. Согласно теореме В.А. Котельникова период дискретизации непрерывного, ограниченного по спектру сигнала с верхней частотой Fв>>Fн должен быть равен

Преобразование сигналов при ВРК

Интервал времени между ближайшими импульсами группового сигнала Тк называется канальным интервалом или тайм-слотом (TimeSlot).

Из принципа временного объединения сигналов следует, что передача в таких системах осуществляется циклами, то есть периодически в виде групп из Nгр = N + n импульсов, где N — количество информационных сигналов, n — количество служебных сигналов (импульсов синхронизации — ИС, служебной связи, управления и вызовов). Тогда величина канального интервала

Таким образом, при ВРК сообщения от N абонентов и дополнительных устройств передаются по общему каналу связи в виде последовательности импульсов, длительность каждого из которых фи 2Fв ,

что соответствует условию. Обычно принимают щд = (2.3 … 2.4)Щв и при дискретизации телефонного сообщения с полосой частот 0.3 … 3.4 кГц частоту дискретизации Fд = щд/2р выбирают равной 8 кГц, а период дискретизации Тд = 1/Fд = 125 мкс.

При ФИМ составляющие спектра модулирующего сообщения (Щн…Щв) зависят от его частоты и имеют малую амплитуду, поэтому демодуляция ФИМ производится только путём преобразования в АИМ или ШИМ с последующей фильтрацией в ФНЧ.

3.Частотное разделение каналов

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рисунке 2

Рисунок 2 Функциональная схема многоканальной системы с частотным разделением каналов

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используется термин FrequencyDivisionMultiplyAccess (FDMA).

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры G1(щ), G2(щ), …, GN(щ) модулируют поднесущие частоты щK каждого канала соответственно. Эту операцию выполняют модуляторы М1, М2, …, МN канальных передатчиков.

Модуляторы — это четырёхполюсники с нелинейной амплитудной характеристикой, которая в общем случае аппроксимируется полиномом n-ой степени.

где а1, … аn— коэффициенты аппроксимации

Для простоты возьмём полином 2-й степени, то есть:

Подадим на такой четырёхполюсник сигналы двух частот, то есть

После соответствующих преобразований получим:

Спектр сигнала на выходе четырехполюсника будет иметь вид (рисунок 3)

Рисунок 3 — Спектр сигнала на выходе четырехполюсника

Таким образом, на выходе четырёхполюсника наряду с частотами входных сигналов (щ,Щ) появились: постоянная составляющая ; вторые гармоники входных сигналов (2щ,2Щ); составляющие суммарной (щ + Щ) и разностной (щ — Щ) частот.

Если предположить, что в сигнале с частотой Щ содержится информация, то она будет иметь место и в сигналах с частотами (щн + Щ) и (щн — Щ), которые расположены зеркально по отношению к щ и называются верхней (щ + Щ) и нижней (щ — Щ) боковыми частотами.

Если на четырёхполюсник подать сигнал несущей частоты U1(t) = Um•Cosщнt и сигнал тональной частоты в полосе Щн … Щв(где Щн= 0.3 кГц,Щв = 3.4 кГц), то спектр сигнала на выходе четырёхполюсника будет иметь вид (рисунок 4)

Рисунок 4 — Спектр сигнала на выходе четырехполюсника

Полезными продуктами преобразования (модуляции) являются верхняя и нижняя боковые полосы. Для восстановления сигнала на приёме на вход демодулятора достаточно подать несущую частоту (щн) и одну из боковых частот.

В данной многоканальной системе передачи с частотным разделением каналов (МСП-ЧРК) по каналу передаётся две боковые полосы и несущая. Таким образом, на выходе каждого канального модулятора включается полосовой фильтр с полосой пропускания ?щ =щн+2Щ = 9,4 кГц. С целью уменьшения влияния соседних каналов (уменьшения перекрестных помех) обусловленного неидеальностью АЧХ фильтров, между спектрами сигнальных сообщений вводятся защитные интервалы. Для каналов они равны 2,6 кГц. Таким образом, ширина полосы канала с учётом защитного интервала равна 12 кГц (рисунок 5)

Рисунок 5 — Спектр группового сигнала с защитными интервалами

Частотное разделение сигналов

Балтийский федеральный университет имени И. Канта

Физико-технический факультет

Утверждаю
Заведующий кафедрой
к.т.н., доцент
А. Шпилевой
«___»_________ 201__ г.

Л Е К Ц И Я № 16

Тема:«Частотное, временное и фазовое разделение сигналов»

Текст лекции по дисциплине:«Теория электрической связи»

Обсуждена и одобрена на заседании кафедры
протокол №___ от «___»___________201__г.

Г. Калининград 2013 г.

Текст лекции № 27

по дисциплине:«Теория электрической связи»

«Частотное, временное и фазовое разделение сигналов»

Введение

Самым дорогим элементом системы связи является линия связи. В системах передачи общей средой могут быть коаксиальные, симметричные или оптические кабели, воздушные кабели связи или радиолинии. Возникает необходимость уплотнять физической цепи, передавая по ним одновременно информацию от нескольких оконечных средств связи. Уплотнение линии связи осуществляется посредством аппаратуры уплотнения, которая совместно со средой передачи образует многоканальную систему передачи.

Многоканальной системой передачи(МСП) называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу двух и более сигналов по одной физической цепи или линии связи.

В многоканальной электросвязи применяются МСП с частотным разделением каналов (ЧРК) и МСП с временным разделением каналов (ВРК). Кодовое разделение каналов находит применение в подвижных системах радиосвязи.

При ЧРК за каждым каналом связи закрепляется определенный спектр (полоса) частот. При ВРК в линию связи передаются импульсные последовательности очень коротких импульсов, содержащие информацию о первичных сигналах и сдвинутые относительно друг друга по времени.

МСП с ЧРК являются аналоговыми, а МСП с ВРК – цифровыми системами.

Для этих целей создаются системы с множественным доступом и уплотнением. Именно такие системы лежат в основе современной связи.

Частотное разделение сигналов

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на Рис. 1

Рис. 1. Функциональная схема системы многоканальной связи с частотным разделением каналов

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используется термин Frequency Division Multiply Access (FDMA).

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры , . модулируют поднесущие частоты каждого канала. Эту операцию выполняют модуляторы , . канальных передатчиков. Полученные на выходе частотных фильтров , . спектры канальных сигналов занимают соответственно полосы частот , . , которые в общем случае могут отличаться по ширине от спектров сообщений , . . При широкополосных видах модуляции, например, ЧМ ширина спектра , т.е. в общем случае . Для упрощения будем считать, что используется АМ-ОБП (как это принято в аналоговых СП с ЧРК), т.е. и .

Проследим основные этапы образования сигналов, а также изменение этих сигналов в процессе передачи (Рис. 2).

Будем полагать, что спектры индивидуальных сигналов конечны. Тогда можно подобрать поднесущие частоты wK так, что полосы . попарно не перекрываются. При этом условии сигналы ; взаимно ортогональны.

Затем спектры , . суммируются и их совокупность поступает на групповой модулятор ( ). Здесь спектр с помощью колебания несущей частоты переносится в область частот, отведенную для передачи данной группы каналов, т.е. групповой сигнал преобразуется в линейный сигнал . При этом может использоваться любой вид модуляции.

На приемном конце линейный сигнал поступает на групповой демодулятор (приемник П), который преобразует спектр линейного сигнала в спектр группового сигнала . Спектр группового сигнала затем с помощью частотных фильтров , . вновь разделяется на отдельные полосы , соответствующие отдельным каналам. Наконец, канальные демодуляторы Д преобразуют спектры сигналов в спектры сообщений , предназначенные получателям.

Из приведенных пояснений легко понять смысл частотного способа разделения каналов. Поскольку всякая реальная линия связи обладает ограниченной полосой пропускания, то при многоканальной передаче каждому отдельному каналу отводится определенная часть общей полосы пропускания.

Рис. 2. Преобразование спектров в системе с частотным разделением каналов

На приемной стороне одновременно действуют сигналы всех каналов, различающиеся положением их частотных спектров на шкале частот. Чтобы без взаимных помех разделить такие сигналы, приемные устройства должны содержать частотные фильтры. Каждый из фильтров должен пропустить без ослабления лишь те частоты , которые принадлежат сигналу данного канала; частоты сигналов всех других каналов фильтр должен подавить.

На практике это невыполнимо. Результатом являются взаимные помехи между каналами. Они возникают как за счет неполного сосредоточения энергии сигнала k-го канала в пределах заданной полосы частот , так и за счет неидеальности реальных полосовых фильтров. В реальных условиях приходится учитывать также взаимные помехи нелинейного происхождения, например за счет нелинейности характеристик группового канала.

Для снижения переходных помех до допустимого уровня приходится вводить защитные частотные интервалы (Рис. 3).

Рис.3. Спектр группового сигнала с защитными интервалами

Так, например, в современных системах многоканальной телефонной связи каждому телефонному каналу выделяется полоса частот кГц, хотя частотный спектр передаваемых звуковых сигналов ограничивается полосой от до Гц, т.е. ширина спектра составляет кГц. Между полосами частот соседних каналов предусмотрены интервалы шириной по кГц, предназначенные для снижения уровня взаимных помех при расфильтровке сигналов. Это означает, что в многоканальных системах связи с частотным разделением сигналов эффективно используется лишь около полосы пропускания линии связи. Кроме того, необходимо обеспечить высокую степень линейности всего тракта группового сигнала.

Выводы

1. Для идеального выделения сигналов при ЧРК необходимо вводить защитные частотные интервалы, кроме того, необходимо обеспечить высокую степень линейности всего тракта группового сигнала.

Многоканальные системы с частотным разделением канальных сигналов

Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

4 Принципы многоканальной передачи

Раздел 4 посвящен важнейшему и основополагающему для современных систем связи принципу многоканальной передачи сообщений. Вводятся основные понятия: групповой сигнал, аппаратура объединения, система многоканальной связи, частотное и временное разделение каналов.

Рассмотрен математический аппарат, позволяющий реализовать принцип ЧРК посредством переноса спектра канала ТЧ в более высокую область частот для расположения на различных частотных интервалах в составе группового спектра. Рассмотрен принцип построения аппаратуры, позволяющей сформировать первичную и вторичную группы аппаратуры ЧРК.

На основе теоремы Котельникова приводится принцип передачи информации о непрерывном сигнале посредством его дискретных отсчетов, позволяющий реализовать следующие виды модуляции: амплитудно-импульсную, широтно-импульсную, фазоимпульсную. Представлена структурная схема оборудования связи с ВРК.

4.1 Основы теории многоканальной передачи сообщений

Используемые методы разделения каналов (РК) можно классифицировать на линейные и нелинейные (комбинационные).

В большинстве случаев разделения каналов каждому источнику сообщения выделяется специальный сигнал, называемый канальным. Промодулированные сообщениями канальные сигналы объединяются, в результате чего образуется групповой сигнал (ГС). Если операция объединения линейна, то получившийся сигнал называют линейным групповым сигналом .

Для унификации многоканальных систем связи за основной или стандартный канал принимают канал тональной частоты (канал ТЧ), обеспечивающий передачу сообщений с эффективно передаваемой полосой частот 300…3400 Гц, соответствующей основному спектру телефонного сигнала.

Многоканальные системы образуются путем объединения каналов ТЧ в группы, обычно кратные 12 каналам. В свою очередь, часто используют “вторичное уплотнение” каналов ТЧ телеграфными каналами и каналами передачи данных [6].

На рисунке 4.1 приведена обобщённая структурная схема системы многоканальной связи.

Реализация сообщений каждого источника а 1 (t), а 2 (t),…,а N (t) с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) М 1 , М 2 , …, М N преобразуются в соответствующие канальные сигналы s 1 (t), s 2 (t),…,s N (t). Совокупность канальных сигналов на выходе аппаратуры объединения каналов (АОК) образует групповой сигнал s(t). Наконец, в групповом передатчике М сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал s Л (t), который и поступает в линию связи ЛС. Допустим, что линия пропускает сигнал практически без искажений и не вносит шумов. Тогда на приемном конце линии связи линейный сигнал s Л (t) с помощью аппаратуры разделения каналов (АРК) может быть вновь преобразован в групповой сигнал s(t). Канальными или индивидуальными приемниками П 1 , П 2 , …, П N из группового сигнала s(t) выделяются соответствующие канальные сигналы s 1 (t), s 2 (t), …,s N (t) и затем преобразуются в предназначенные получателям сообщения а 1 (t), a 2 (t), …, a N (t) [1].

Канальные передатчики вместе с суммирующим устройством образуют аппаратуру объединения . Групповой передатчик М, линия связи ЛС и групповой приемник П составляют групповой канал связи (тракт передачи), который вместе с аппаратурой объединения и индивидуальными приемниками составляет систему многоканальной связи .

Индивидуальные приемники системы многоканальной связи П K наряду с выполнением обычной операции преобразования сигналов s K (t) в соответствующие сообщения а K (t) должны обеспечить выделение сигналов s K (t) из группового сигнала s(t). Иначе говоря, в составе технических устройств на передающей стороне многоканальной системы должна быть предусмотрена аппаратура объединения , а на приемной стороне – аппаратура разделения .

Чтобы разделяющие устройства были в состоянии различать сигналы отдельных каналов, должны существовать определенные признаки, присущие только данному сигналу. Такими признаками в общем случае могут быть параметры переносчика, например амплитуда, частота или фаза в случае непрерывной модуляции гармонического переносчика. При дискретных видах модуляции различающим признаком может служить и форма сигналов. Соответственно различаются и способы разделения сигналов: частотный, временной, фазовый и другие [6].

4.2 Частотное разделение каналов

Функциональная схема простейшей системы многоканальной связи с разделением каналов по частоте представлена на рисунке 4.2.

В зарубежных источниках для обозначения принципа частотного разделения каналов (ЧРК) используется термин Frequency Division Multiply Access (FDMA).

Сначала в соответствии с передаваемыми сообщениями первичные (индивидуальные) сигналы, имеющие энергетические спектры G 1 (ω), G 2 (ω), …, G N (ω) μодулируют поднесущие частоты ω K каждого канала соответственно. Эту операцию выполняют модуляторы М 1 , М 2 , …, М N канальных передатчиков.[6].

Модуляторы – это четырёхполюсники с нелинейной амплитудной характеристикой, которая в общем случае аппроксимируется полиномом n-ой степени.

где а 1 , … а n – коэффициенты аппроксимации

Для простоты возьмём полином 2-й степени, то есть:

Подадим на такой четырёхполюсник сигналы двух частот, то есть

После соответствующих преобразований получим:

Спектр сигнала на выходе четырехполюсника будет иметь вид (рисунок 4.3):

Таким образом, на выходе четырёхполюсника наряду с частотами входных сигналов (ω,Ω) οоявились: постоянная составляющая ; вторые гармоники входных сигналов (2ω,2Ω); ρоставляющие суммарной (ω + Ω) θ разностной (ω – Ω) χастот.

Если предположить, что в сигнале с частотой Ω содержится информация, то она будет иметь место и в сигналах с частотами (ω н + Ω) θ (ω н – Ω), κоторые расположены зеркально по отношению к ω и называются верхней (ω + Ω) θ нижней (ω – Ω) αоковыми частотами.

Если на четырёхполюсник подать сигнал несущей частоты U 1 (t) = U m ∙Cosω н t и сигнал тональной частоты в полосе Ω н … Ω в (где Ω н = 0.3 кГц, Ω в = 3.4 кГц), то спектр сигнала на выходе четырёхполюсника будет иметь вид (рисунок 4.4)

Полезными продуктами преобразования (модуляции) являются верхняя и нижняя боковые полосы. Для восстановления сигнала на приёме на вход демодулятора достаточно подать несущую частоту (ω н ) и одну из боковых полос.

В многоканальных системах передачи с частотным разделением каналов (МСП-ЧРК) по каналу передаётся только сигнал одной боковой полосы, а несущая частота берётся от местного генератора. Таким образом, на выходе каждого канального модулятора включается полосовой фильтр с полосой пропускания ∆ω = Ω в – Ω н = 3.1 кГц. Спектры G 1 (ω), G 2 (ω) … G N (ω) οосле транспонирования (переноса) на различные частотные интервалы и инвертирования (эта операция в принципе необязательна, но обычно выполняется для упрощения оборудования) складываются и образуют групповой спектр G гр (ω).

С целью уменьшения влияния соседних каналов (уменьшения переходных помех) обусловленного неидеальностью АЧХ фильтров, между спектрами сигнальных сообщений вводятся защитные интервалы . Для каналов ТЧ они равны 0.9 кГц. Таким образом, ширина полосы канала ТЧ с учётом защитного интервала равна 4 кГц (рисунок 4.5)

Рисунок 4.5 – Спектр группового сигнала с защитными интервалами

4.3 Принципы построения аппаратуры ЧРК

В системах ЧРК с числом каналов 12 и более реализуется принцип многократного преобразования частоты [6]. В основу построения многоканальной системы положен стандартный канал тональной (ТЧ). В соответствии с рекомендациями МККТТ оконечное оборудование (включающее АОК и АРК) строится с таким расчётом, чтобы на каждом этапе преобразования частоты с помощью унифицированных блоков формировались всё более и более укрупнённые группы каналов ТЧ. Причём в любой группе число каналов кратно 12.

Вначале каждый из каналов ТЧ “привязывается” к той или иной 12-канальной группе, называемой первичной группой (ПГ). Разнесение сигналов 12 различных телефонных сообщений по спектру (формирование ПГ) осуществляется с помощью индивидуального преобразования частоты в стандартном 12-канальном блоке. Эти блоки обеспечивают как прямую, так и обратную связь в каждом из 12 дуплексных каналов (рисунок 4.6, а).

Каждый канал содержит следующие индивидуальные устройства: на передаче ограничитель амплитуд ОА, модулятор М и полосовой фильтр ПФ; на приёме полосовой фильтр ПФ, демодулятор ДМ, фильтр нижних частот ФНЧ и усилитель низкой частоты УНЧ.

Для преобразования исходного сигнала на модуляторы и демодуляторы каждого канала подаются несущие частоты, кратные 4 кГц.

Спектр группового сигнала ПГ представлен на рисунке 4.6, б.

В приведённом варианте формирования ПГ использован принцип однократного преобразования спектра канала ТЧ (рисунок 4.7, а)

Поскольку индивидуальное оборудование во всех 12 каналах однотипно, на данном рисунке приведены лишь устройства, относящиеся к одному каналу (первому). Как отмечалось ранее, при организации телефонной связи можно использовать либо двухполосную двухпроводную, либо однополосную четырёхпроводную систему передачи. Схема, изображённая на рисунке 4.6, относится ко второму варианту. Здесь каждый канал имеет отдельные тракт передачи и тракт приёма (действующие в одной и той же полосе частот), то есть каждый канал является четырёхпроводным. Если канал используется для телефонной связи, то двухпроводный участок цепи от абонента соединяется с четырёхпроводным каналом через дифференциальную систему (ДС). В случае передачи других сигналов (телеграфных, данных, звукового вещания и тому подобное), для которых необходим один или несколько односторонних канала, ДС отключается [5].

В режиме передачи сообщение от абонента (Аб) через ДС и амплитудный ограничитель (ОА) поступает на один из входов индивидуального преобразователя частоты (модулятор М 11 ). На другой вход М 11 подаётся сигнал поднесущей с частотой F 12 . В результате перемножения этих сигналов образуется сигнал, спектр которого состоит из двух боковых (относительно F 12 ) полос. Сигнал нижней из этих полос выделяется фильтром ПФ 12 и подаётся на один из входов сумматора. На другие входы сумматора поступают сигналы с выхода аналогичных трактов передачи 11 других каналов.

Амплитудные ограничители предотвращают перегрузку групповых усилителей (а, следовательно, уменьшают вероятность возникновения нелинейных помех) в моменты появления пиковых значений напряжений нескольких речевых сигналов.

В режиме приёма канальный сигнал выделяется с помощью полосового фильтра ПФ 12 из спектра первичной группы (с полосой 60 … 108 кГц) и подаётся на индивидуальный преобразователь ДМ 12 . На другой вход ДМ 12 поступает тот же сигнал поднесущей частоты F 12 , который питает и М 11 . Спектр выходного сигнала ДМ 12 состоит из двух боковых (относительно F 12 ) полос. Сигнал нижней из этих полос выделяется ФНЧ, усиливается и через ДС поступает к абоненту. Приёмные тракты 11 других каналов построены аналогично. В аппаратуре с числом каналов 60 и более индивидуальное оборудование размещается в специальных стойках индивидуальных преобразователей СИП-60 или СИП-300 [5].

На практике используется и другой вариант: формирование первичной группы из четырёх предварительных групп (рисунок 4.8), каждая из которых объединяет по три канала ТЧ. Здесь реализуется двухкратный принцип преобразования (рисунок 4.7, б)

Рисунок 4.8 – Структурная схема формирования ПГ с использованием двухкратного преобразования

Дальнейший процесс укрупнения групп каналов происходит в групповом оборудовании и поясняет рисунок 4.3.4. Одинаковые полосы частот пяти ПГ с помощью первичного группового преобразования разносятся по частоте в полосе 312 … 552 кГц и образуют 60-канальную (вторичную) группу (ВГ). На рисунке 4.9 изображена упрощённая структурная схема группового оборудования ВГ. Сообщения пяти первичных групп ПГ 1 – ПГ 5 подаются на пять групповых преобразователей ГП 1 – ГП 5 , на вторые входы которых из генераторного оборудования поступают сигналы поднесущих частот.

Рисунок 4.9 – Структурная схема группового оборудования ВГ

С помощью полосовых фильтров ПФ 1 – ПФ 5 , подключенных к выходам групповых преобразователей, образуются сигналы вида ОБП с полосой частот 48 кГц каждый. В результате сложения этих неперекрывающихся по спектру пяти сигналов образуется спектр ВГ с полосой частот 240 кГц (312 … 552 кГц).

Для снижения переходных влияний между сигналами ВГ, передаваемыми по смежным трактам, в спектре ВГ могут использоваться как прямые, так и инверсные спектры ПГ 2 – ПГ 5 . В первом случае на ГП 2 – ГП 5 подаются несущие частоты 468, 516, 564, 612 кГц, а соответствующие полосовые фильтры выделяют нижние боковые полосы (как показано на рисунке 4.9). Во втором случае на ГП 2 – ГП 5 подаются несущие частоты 300, 348, 396, 444 кГц, а полосовыми фильтрами ПФ 2 – ПФ 5 выделяются верхние боковые полосы. Несущая частота для ПГ 1 в обоих случаях одинаковая (420 кГц), и спектр ПГ 1 не инвертируется. Оборудование первичного группового преобразования размещается в специальных стойках первичных преобразователей УСПП или СПП. Следующие ступени группового преобразования выполняются аналогично.

Аппаратура образования групповых трактов может состоять из различных комбинаций стандартных блоков, в которых осуществляется тот или иной этап преобразования частоты. Например, в широко используемой в настоящее время аппаратуре системы К-1920 каналы ТЧ объединяются в две 60-канальные группы (ВГ) и шесть 300-канальных групп (ТГ). При этом общее число каналов N = 60 ∙ 2 + 300 ∙ 6 = 1920 [5].

После того как путём последовательного объединения достигается номинальное число каналов, обычно осуществляется ещё одно преобразование частоты: суммарный (групповой) спектр преобразуется в линейный спектр, то есть в ту полосу частот, в которой многоканальный сигнал этой системы передаётся по линии. При этом учитываются особенности каждой линии.

Если индивидуальное и групповое преобразование обычно осуществляется в типовых блоках и стойках, то сопряжение этой аппаратуры (в частности, формирование линейного спектра) с линейным трактом выполняется в оборудовании, специфичном для каждой данной проводной или радиосистемы.

Рассмотрим основные характеристики групповых сообщений .

При проектировании и разработке многоканальных систем передачи возникает необходимость количественной оценки параметров групповых сообщений на различных ступенях преобразования, в частности сигналов на входе линейного тракта. Эти параметры, как и для любых сигналов связи, определяются соответствующими частотными, информационными и энергетическими характеристиками.

По рекомендации МККТТ средняя мощность сообщения в активном канале в точке с нулевым относительным уровнем устанавливается равной 88 мкВт0 (– 10.6 дБм0). Однако при расчёте P ср МККТТ рекомендует принимать величину P 1 = 31.6 мкВт0 (– 15 дБм0) (при этом кроме активности каналов учитываются и другие факторы, например, организация в некоторых ТЧ каналах каналов ТТ, неидеальность индивидуального оборудования и тому подобное). Если N ≥ 240, то средняя мощность группового сообщения в точке нулевого относительного уровня P ср = 31.6N, мкВт, а соответствующий уровень средней мощности p ср = – 15 + 10 lg N , дБм0.

По нормам, принятым в РФ при N ≥ 240

Р 1 = 50 мкВт0 (– 13 дБм0); р ср = – 13 + 10 lg N, дБм0. (4.6)

Если N 1 представляют как функцию N, и уровень средней мощности группового сообщения определяют иначе:

Рср = – 1 + 4 lg N, дБм0. (4.7)

Некоторые параметры и область применения типовой аппаратуры кабельных систем передачи с ЧРК приведены в таблице 4.1.

4.3 Временное разделение каналов (ВРК), аналоговые методы передачи

Формирование сигнала линейного тракта систем передачи при ВРК и аналоговых методах передачи. При ВРК на передающей стороне непрерывные сигналы от абонентов передаются поочерёдно (рисунок 4.9)

Рисунок 4.9 — Принцип временного разделения каналов

Для этого эти сигналы преобразуются в ряд дискретных значений, периодически повторяющихся через определённые интервалы времени Т д , которые называются периодом дискретизации (смотри рисунок 4.10). Согласно теореме В.А. Котельникова период дискретизации непрерывного, ограниченного по спектру сигнала с верхней частотой F в >> F н должен быть равен

T д = 1/F д , F д ≥ 2F в , (4.8)

Рисунок 4.10 – Преобразование сигналов при ВРК

Интервал времени между ближайшими импульсами группового сигнала Т к называется канальным интервалом или тайм-слотом (Time Slot).

Из принципа временного объединения сигналов следует, что передача в таких системах осуществляется циклами, то есть периодически в виде групп из N гр = N + n импульсов, где N – количество информационных сигналов, n – количество служебных сигналов (импульсов синхронизации – ИС, служебной связи, управления и вызовов). Тогда величина канального интервала ∆t к = Т д /N гр .

Таким образом, при ВРК сообщения от N абонентов и дополнительных устройств передаются по общему каналу связи в виде последовательности импульсов, длительность каждого из которых τ и к (смотри рисунок 4.10 и 4.11) [1].

При временном разделении каналов возможны следующие виды импульсной модуляции (рисунок 4.12): АИМ – амплитудно-импульсная модуляция; ШИМ – широтно-импульсная модуляция; ФИМ – фазоимпульсная модуляция.

Рисунок 4.12– Модуляция канальных импульсов при ВРК: а) непрерывное сообщение; б) АИМ; в) ШИМ; г) ФИМ

Каждый из перечисленных методов импульсной модуляции имеет свои достоинства и недостатки. АИМ – проста в реализации, но плохая помехоустойчивость. Используется как промежуточный вид модуляции при преобразовании аналогового сигнала в цифровой [1], [6].

При ШИМ спектр сигнала меняется в зависимости от длительности импульса. Минимальному уровню сигнала соответствует минимальная длительность импульса и, соответственно, максимальный спектр сигнала. При ограниченной полосе канала такие импульсы сильно искажаются.

В аппаратуре с ВРК и аналоговыми методами модуляции наибольшее применение получила ФИМ, так как при её использовании можно уменьшить мешающее действие аддитивных шумов и помех путём двухстороннего ограничения импульсов по амплитуде, а также оптимальным образом согласовать неизменную длительность импульсов с полосой пропускания канала. Поэтому в системах передачи с ВРК используется, в основном, ФИМ.

Характерной особенностью спектров сигналов при импульсной модуляции является наличие составляющих с частотами Ω н …Ω в передаваемого сообщения u к (t) (рисунок 4.3). Эта особенность спектра указывает на возможность демодуляции АИМ и ШИМ фильтром нижних частот (ФНЧ) с частотой среза, равной Ω в . Демодуляция не будет сопровождаться искажениями, если в полосу пропускания ФНЧ не попадут составляющие нижней боковой полосы (ω д – Ω в ) … (ω д – Ω н ), а это условие будет выполняться, если выбрать

что соответствует условию (4.11). Обычно принимают ω д = (2.3 … 2.4)Ω в и при дискретизации телефонного сообщения с полосой частот 0.3 … 3.4 кГц частоту дискретизации F д = ω д /2π βыбирают равной 8 кГц, а период дискретизации Т д = 1/F д = 125 мкс.

При ФИМ составляющие спектра модулирующего сообщения (Ω н …Ω в ) зависят от его частоты и имеют малую амплитуду, поэтому демодуляция ФИМ производится только путём преобразования в АИМ или ШИМ с последующей фильтрацией в ФНЧ.

4.4 Принципы построения аппаратуры с ВРК

На рисунке 4.13 приведена упрощённая структурная схема оконечной станции многоканальной системы с ВРК [5]. Непрерывное сообщение от каждого из абонентов u 1 (t) … u N (t) через соответствующие дифференциальные системы ДС 1 … ДС N подаются на входы канальных модуляторов КМ 1 … КМ N . В канальных модуляторах в соответствии с передаваемым сообщением производятся модуляции импульсов, следующих через период дискретизации Т д , по одному из параметров, например, ФИМ. В соответствии со значением передаваемого непрерывного сообщения (рисунок 4.12, а) в момент отсчёта при ФИМ происходит изменение положения импульса постоянной амплитуды и длительности относительно середины канального интервала от +∆t m до – ∆t m (рисунок 4.12, г). Промодулированные импульсы с выхода КМ, импульсы синхронизации от генератора синхронизации (ГИС), а также импульсы датчика служебной связи (ДСС), датчика сигналов управления и вызовов (ДУВ) объединяются. В результате получается групповой сигнал u гр (t). Для обеспечения работы канальных модуляторов и дополнительных устройств последовательности импульсов с частотой дискретизации F д , сдвинутые относительно первого канала на i∆t к , где i – номер канала. Таким образом, моменты начала работы КМ определяются запускающими импульсами от РК, который определяет моменты подключения к общему широкополосному каналу соответствующего абонента или дополнительного устройства.

Полученный групповой сигнал u гр (t) подаётся на вход регенератора (Р), который придаёт дискретным сигналам различных каналов одинаковые характеристики, например одинаковую форму импульса. Все устройства, предназначенные для образования сигнала u гр (t): КМ 1 … КМ N , РК, ГИС, ДУВ, ДСС, Р – входят в аппаратуру объединения сигналов (АО), которая осуществляет объединение во времени всех сигналов и формирует групповой сигнал. Далее сигнал может передаваться на следующую станцию по проводным соединительным линиям или с помощью радиосвязи.

Рисунок 4.13 – Упрощённая структурная схема оконечной станции системы связи с ВРК

На приёме выделенный сигнал u * гр (t) подаётся на входы всех канальных демодуляторов КД 1 … КД N и приемников служебной связи (ПСС), управления и вызова (ПУВ).

Канальные демодуляторы осуществляют разделение u * гр (t) на отдельные канальные сигналы, представляющие собой дискретные отсчёты, и восстановление по этим отсчётам непрерывных сообщений u * 1 (t) … u * N (t), соответствующих поданным на входы КМ в АО. Для обеспечения временного разделения канальных сигналов необходимо, чтобы каждый из КД открывался поочерёдно только (!) в соответствующие данному каналу интервалы времени ∆t к . Это обеспечивается импульсами, снимаемыми с выходов РК′ аппаратуры разделения сигналов (АР), работающего аналогично РК в АО на передающем конце линии связи. Для обеспечения правильного разделения каналов РК′, который находится в АР, должен работать синхронно и синфазно с РК АО, что осуществляется с помощью импульсов синхронизации (ИС), выделяемых соответствующими селекторами (СИС) и блоком синхронизации (БС). Сообщения с выходов КД поступают к соответствующим абонентам через дифференциальные системы.

Помехоустойчивость систем передачи с ВРК во многом определяется точностью и надёжностью работы системы синхронизации и распределителей каналов, установленных в аппаратуре объединения и разделения каналов [27]. Для обеспечения точности работы системы синхронизации импульсы синхронизации (ИС) должны иметь параметры, позволяющие наиболее просто и надёжно выделять их из последовательности импульсов группового сигнала u * гр (t). Наиболее целесообразным при ФИМ оказалось применение сдвоенных ИС, для передачи которых выделяют один из канальных интервалов ∆t к в каждом периоде дискретизации Т д (смотри рисунок 4.11).

Определим число каналов, которое можно получить в системе с ФИМ. На рисунке 4.11 показана последовательность импульсов при многоканальной передаче с ФИМ. Из рисунка следует, что

Т д = (2∆τ макс + τ з )N гр , (4.9)

где τ з – защитный интервал; ∆τ макс – максимальное смещение (девиация) импульсов. При этом полагаем, что длительность импульсов мала по сравнению с τ з и ∆τ макс .

Из формулы (4.9) получаем

Максимальная девиация импульсов при заданном количестве каналов

Учитывая, что при телефонной передаче Т д = 125 мкс, получим при N гр = 6 ∆τ макс = 8 мкс, при N гр = 12 ∆τ макс = 3 мкс и при N гр = 24 ∆τ макс = 1.5 мкс. Помехоустойчивость системы с ФИМ тем выше, чем больше ∆τ макс .

При передаче сигналов с ФИМ по радиоканалам на второй ступени (в радиопередатчике) может использоваться амплитудная (АМ) или частотная (ЧМ) модуляция. В системах с ФИМ – АМ обычно ограничиваются 24 каналами, а в более помехоустойчивой системе ФИМ – ЧМ – 48 каналами.

Контрольные вопросы по разделу 4:

  1. Что включает в себя система многоканальной связи? Поясните её работу.
  2. В чём состоит принцип частотного разделения каналов?
  3. Дайте определение модулятору. Что является полезными продуктами модуляции?
  4. Сколько составляет длительность цикла при передаче телефонных сообщений с ВРК, почему?
  5. Для чего нужны амплитудные ограничители с системах передачи с ЧРК?
  6. Для чего используются частотные фильтры в системах передачи с ВРК?
  7. В чём состоит принцип временного разделения каналов?
  8. Поясните назначение дифсистемы (упрощённая структурная схема оконечной станции системы связи с ВРК), каким требованиям должны удовлетворять такие устройства?
  9. Какие виды импульсной модуляции возможны при временном разделении каналов?
  10. Какой параметр сигнала является носителем информации в сигналах с АИМ, ФИМ, ШИМ?
  11. Для чего передают импульсы синхронизации?
  12. Перечислите виды синхронизаций по назначению.
  13. Чем обусловлены взаимные помехи, возникающие при разделении каналов? Что делают для снижения уровня взаимных помех?

Основы построения телекоммуникационных систем
для специальностей 201100 и 210100
Пуговкин А.В.
Кафедра ТОР
Томск-2002

№ 1
Физическая среда распространения электромагнитных волн, непрерывных сообщений это –
• линия передачи.

№ 2
В каком пункте приведён полный список компонентов системы передачи:
• преобразователь сообщения в сигнал, канал передачи, преобразователь сигнала в сообщение.

№ 3
Канал называется дуплексным, если обеспечивается:
• одновременная передача двух сигналов во встречных направлениях.

№ 4
Режим работы канала называют полудуплексным, если обеспечивается:
• поочерёдная передача двух сигналов во встречных направлениях.

№ 5
Под групповым трактом многоканальной системы передачи понимают комбинацию:
• устройство объединения каналов, линейный тракт, устройство разделения каналов.

№ 6
Под первичным трактом многоканальной системы передачи понимают комбинацию:
• модуляторы, устройство объединения каналов, широкополосный канал, устройство разделения каналов, демодуляторы.

№ 7
В многоканальных системах передачи (СП) с частотным разделением каналов (ЧРК) сигналы всех каналов передаются:
• одновременно в разных диапазонах частот.

№ 8
В многоканальных системах передачи (СП) с временным разделением каналов (ВРК) сигналы всех каналов передаются:
• поочерёдно в одной полосе частот.

№ 9
В какой некоммутируемой сети обрыв одной из линий связи нарушает связь между только одной парой абонентов:
• полносвязная сеть.

№ 10
В какой некоммутируемой сети отрыв одной из линий связи приводит к нарушению связи одного из абонентов со всеми остальными:
• звезда.

№ 11
В какой некоммутируемой сети обрыв одной из линий связи приводит к нарушению связи всей сети:
• общая шина.

№ 12
В коммутируемых сетях пропускная способность линии связи между узлами коммутации:
• должна быть одинаковой с пропускной способностью входящих линий.

№ 13
По функциональным признакам телекоммуникационные сети разделяют по следующим признакам:
• сети передачи, вторичные сети, службы электрической связи, сети управления коммуникациями.

№ 14
Первичную сеть телекоммуникационных сетей составляют:
• системы передачи, сетевые узлы, сетевые станции.

№ 15
Вторичные сети – это сети связи, распределяющие информацию между:
• службами и абонентами.

№ 16
Службы электрической связи:
• службы информационного доступа;
• службы передачи данных;
• службы телеграфной связи;
• службы передачи газет.

№ 17
Сети управления телекоммуникациями предназначены для:
• управления конфигурацией сети;
• управления неисправностями;
• управления качеством связи;
• управления расчётами за услуги связи;
• управления безопасностью, защита от несанкционированного доступа.

№ 18
Телекоммуникационные системы по территориальному признаку разделяются на :
• глобальные;
• государственные;
• зоновые;
• местные.

№ 19
Эталонная модель взаимодействия открытых систем содержит 7 уровней. Какие функции модели обеспечиваются на физическом уровне:
• обеспечивает необходимое взаимодействие со средой передачи.

№ 20
Какие функции эталонной модели выполняются на канальном уровне:
• установление и подтверждение соединений. Управление ошибками (проверка чётности или контрольных сумм).

№ 21
Какие функции эталонной модели выполняются на сетевом уровне:
• маршрутизация, адресация, установление и освобождение вызовов. Сегментирование и объединение блоков данных.

№ 22
Какие функции эталонной модели выполняются на транспортном уровне:
• управление соединением, управление ошибками, сетевой сервис.

№ 23
Выражение для определения уровня передачи по мощности Рм:
• pм=20lgU/U, где U, I, P – значения, соответственно, напряжения, тока и мощности; Р – отсчётное значение.

№ 24
Выражение для определения уровня передачи по напряжению рн:
• pн=20lgU/U, где U, Uвх, Uвых, U – соответственно, анализируемое, входное, выходное и отсчётное напряжения.

№ 25
Что понимают под максимальным значением случайного сигнала рmax:
• значение сигнала, которое превышается с достаточно малой вероятностью.

№ 26
Что понимают под пик-фактором сигнала:
• П=10lgPmax/Pcp, где Рmax, Рmin, Рcp, соответственно, максимальное минимальное и среднее значение мощности.

№ 27
Что понимают под динамическим диапазоном Д:
• П=10lgPmax/Pmin, где Рmax, Рmin, Рcp, соответственно, максимальное минимальное и среднее значение мощности.

№ 28
Указать выражения для определения защищённости сигнала Аз:
• Аз=10lgPcp/Pпом, где Рmax, Рmin, Рcp, соответственно, максимальная, минимальная и средняя мощности сигнала, Рпом – мощность помехи.

№ 29
График огибающей спектра телеграфного сигнала.

№ 30
График огибающей спектра телефонного сигнала.

№ 31
График огибающей спектра факсимильного сигнала.

№ 32
График огибающей спектра радиовещательного сигнала.

№ 33
График огибающей спектра телевизионного сигнала.

№ 34
При передаче аналогового сигнала по каналу связи учитывают следующие основные характеристики объёма сигнала:
• длительность сигнала, ширина спектра сигнала, мощность сигнала.

№ 35
При передаче аналоговых сигналов по каналу связи учитывают следующие характеристики ёмкости канала связи:
• динамический диапазон, время действия канала, полосу пропускания канала.

№ 36
Количество информации, содержащейся в цифровом сигнале Iц:
• Iц=FTlog2l, где FT — тактовая частота, l — число разрешённых уровней передачи.

№ 37
Сигналы в порядке нарастания количества информации, передаваемой в единицу времени
• телеграф; телефон; факс; радиовещание; телевидение.

№ 38
Двухсторонняя передача с 4-проводным окончанием организована с помощью:
• Двух встречно включённых каналов одностороннего действия в одном диапазоне частот.

№ 39
В канале ТЧ для перехода с 4-х проводной линии на 2-х проводную и наоборот используют:
• Дифференциальную систему.

№ 40
Введение дифференциальной системы в канал ТЧ с двухпроводным окончанием:
• Повышает устойчивость СП.

№ 41
В дифсистеме канала ТЧ стремятся:
• Повысить переходные затухания между односторонними каналами и понизить затухания перехода четырёхпроводной линии на двухпроводную и наоборот.

№ 42
Канал ТЧ имеет следующие основные параметры:
• Диапазон частот — 300…. 3100 Гц; Сопротивление линии — 600 Ом .

№ 43
Какие помехи относятся к собственным:
• Тепловой шум, дробовой шум.

№ 44
Какие системы передачи не относятся к широкополосным каналам:
• Канал ТЧ.

№ 45
Какой вид модуляции применяется в аналоговых системах передачи с частотным разделением каналов:
• амплитудная;
• однополосная.

№ 46
Какова полоса относительной расфильтровки типичная для кварцевого фильтра:
• δ=0,005.

№ 47
Первичная группа содержит 12-каналов тональной частоты. Какой частотный диапазон она занимает:
• 60-108 кГц.

№ 48
При формировании первичной группы частоты гетеродинов лежат в диапазоне 64-108 кГц. Какой спектр формируется на выходе модулятора:
• инверсный.

№ 49
Назвать основное преимущество способа формирования первичной группы с двухкратным преобразованием частоты:
• применение L-C фильтров.

№ 50
Основные свойства частотного корректора с амплитудным корректором на входе усилителя:
• повышаются требования к усилителю, снижается защищённость сигнала.

№ 51
Основные свойства частотного корректора с амплитудным корректором в устройстве обратной связи:
• склонность к самовозбуждению, хорошая защищённость сигнала.

№ 52
Приведённое выражение
,
где индексы “с” и “п” относятся, соответственно, к сигналу и помехе, а “вх” и “вых” ко входу и выходу, есть:
• коэффициент шума.

№ 53
В линейном тракте аналоговых систем передачи происходит накопление всех помех.

№ 54
Оптимальная длина усилительного участка находится из условия:
• равенства мощности собственных помех нормативному значению.

№ 55
Назвать способ уменьшения наводки на дальний конец линии:
• скрутка двухпроводной линии.

№ 56
Спектр дискретного сигнала представляет собой зависимость:
• непрерывный периодический.

№ 57
При дискретизации сигнала S(t) (с периодом Т) в соответствии с теорией Котельникова период дискретизации τд удовлетворяет соотношению:

№ 60
Для гармонического сигнала при реальном квантовании отношение сигнал/шум Pc/Pш=7,78+10lgn, [дБ].
При числе уровней квантования n=10:
• Pc/Pш= 17,78 дБ.

№ 61
Неравномерное квантование применяется для:
• уменьшение числа уровней.

№ 62
При временном группообразовании соотношение времени цикла τц и времени дискретизации есть:
• τцд.

№ 63, 64, 65, 97
Укажите на структурной схеме ЦСП:

• точку группообразования — 2.
• блок линейного кодирования — Преобразователь кодов.
• блоки аналого-цифрового преобразования — АИМ, кодер ИКМ.
• блоки формирования канала тональной частоты — ФНЧ, АИМ, компрессор.

№ 66
Основное свойство регенератора ЦСП:
• восстанавливает сигнал без накопления шумов.

№ 67
Для оцифровки сигнала использовали равномерное и неравномерное кодирование с одинаковым числом разрядов. Для малых уровней сигнала отношение сигнал/шум квантования при равномерном кодировании будет:
• меньше, чем при неравномерном кодировании.

№ 68
Отношение сигнал/шум для больших уровней сигнала квантования при равномерном кодировании будет:
• больше, чем при неравномерном кодировании.

№ 69
При аналоговом компандировании сигналов в ЦСП используют компрессоры для:
• сжатия динамического диапазона.

№ 70
— экспандеры для:
• расширения динамического диапазона.

№ 71
При аналоговом компандировании сигналов в передатчике ЦСП используют следующую последовательность операций:
• аналоговая компрессия, равномерное квантование; линейное кодирование.

№ 72
— в приёмнике ЦСП:
• аналоговое экспандирование, равномерное квантование.

№ 73
При нелинейном компандировании диапазон входных сигналов разбивают на ряд сегментов. При этом размеры соседних сегментов находятся в следующих соотношениях:
• отличаются в 2 раза.


№ 74
Операция нелинейного кодирования содержит следующие этапы:
• определение знака; формирование кода сегмента; формирование кода внутри сегмента.

№ 75
При нелинейном кодировании выполняются следующие операции:
• аналоговый сигнал квантуется равномерно; разряд кода, определяющий знак сигнала сохраняется; код отсчёта преобразуется в код с меньшим числом разрядов.

№ 76
На выходе линейного 12 разрядного АЦП сформирован код 100011001011. При его нелинейном кодировании сформируется код:
• 11001001.

№ 77
На выходе линейного 12 разрядного АЦП сформирован код 000011011011. При его нелинейном кодировании сформируется код:
• 01001011.

№ 78
Код NRZ (без возврата к нулю) при одинаковой амплитуде с кодом RZ: характеризуется:
• меньшей полосой частот;
• большей энергией.

№ 79
В каком коде может быть представлена данная последовательность импульсов:

• RZ ЧПИ (с чередованием полярности последовательности импульсов).

№ 80
В каком коде может быть представлена данная последовательность импульсов:

• NRZ ЧПИ (с чередованием полярности импульсов).

№ 81
Код NRZ ЧПИ по сравнению с кодом NRZ имеет характеристики:
• улучшенные энергетические показатели.

№ 82
Блочные коды с использованием троичных сигналов характеризуются:
• сужением спектра.

№ 83
В каком коде может быть представлена данная последовательность импульсов:

• абсолютный биимпульсный код.

№ 84
В каком коде может быть представлена данная последовательность импульсов:

• относительный биимпульсный код.

№ 85
Исходная двоичная последовательность имеет вид 010000100000110000111 преобразуется в МЧПИ код (HDB-3). Указать преобразованный код.
• 0 (+1) 0 0 0 (+1) (-1) 0 0 0 (-1) 0 (+1) (-1) (+1) 0 0 (+1) (-1) (+1) (-1).

№ 86
Исходная двойная последовательность имеет вид 010000100010111000011 преобразуется в МЧПИ код (HDB-3). Указать преобразованный код.
• 0 (+1) 0 0 0 (+1) (-1) 0 0 0 (+1) 0 (-1) (+1) (-1) 0 0 0 (-1) (+1) (-1).

№ 87
Назовите основные недостатки при передаче однополярного сигнала:
• большая передаваемая мощность.

№ 88
Назначение линейных кодов:
• увеличение дальности передачи.

№ 89
Схема резонансного УВТЧ для ЧПИ (МЧПИ) имеет вид:

• усилитель; двухполупериодный выпрямитель; фильтр; формирователь импульсов.

№ 90
Схема УВТЧ с ФАПЧ без непосредственного воздействия на генератор имеет вид:

• фазовый детектор; фильтр; делитель частоты; устройство управления; генератор.

№ 91
Нарушение тактовой синхронизации ЦСП приводит к:
• увеличению вероятностей ошибок приёма символа;
• срыву цикловой синхронизации;
• срыву сверхцикловой синхронизации.

№ 92
Нарушение цикловой синхронизации ЦСП приводит к:
• срыву цикловой синхронизации;
• срыву сверхцикловой синхронизации.

№ 93
Нарушение сверхцикловой синхронизации ЦСП приводит к:
• срыву сверхцикловой синхронизации.

№ 94
Для надёжной работы цикловой синхронизации ЦСП важны свойства синхросигнала:
• уникальность синхросигнала;
• периодичность синхросигнала.

№ 95
Схема приёмника синхросигнала ЦСП имеет вид:

• Опознаватель; анализатор; Решающее устройство; УВТЧ; Генераторное оборудование приёмника.

№ 96
При однократном нарушении структуры синхросигнала в приёмнике синхросигнала ЦСП будет зафиксирован:
• никаких сбоев синхронизации не произойдёт.

№ 98
Для идентификации канальных интервалов при ВРК применяется:
• цикловая синхронизация.

№ 99
Необходимость сверхцикла и сверхцикловой синхронизации:
• распределение сигналов управления и взаимодействия.

№ 100
Условия для синхронного режима передачи
• fпер=fприем, φперприем.

№ 101
Высокая помехоустойчивость цифровых методов передачи обеспечивается:
• двоичным цифровым кодированием.

№ 102
Искажения первого рода в линейных ЦСП приводит к:
• увеличение длительности импульса;
• смещение импульса (на временной оси).

№ 103
Искажения второго рода в линейных ЦСП приводит к:
• спад плоской вершины;
• появление “хвостов” импульсов.

№ 104
Для подавления межсимвольных искажений в линейных трактах ЦСП используют следующие методы:
• применение сигналов без постоянной составляющей;
• фильтрация сигнала с целью подавления боковых лепестков импульсной характеристики;
• применение фильтра Найквиста.

№ 105
ЦСП ИКМ-30 имеет следующее основные характеристики
• длительность канального интервала 4 мкс;
• длительность тактового интервала 0,48 мкс.

№ 106
Основной цифровой канал имеет следующие основные характеристики:
• скорость передачи информации 64 кбит/с;
• разрядность слова 8 бит.

№ 107
В ЦСП ИКМ-30 сверх циклы предусмотрены для:
• передачи служебной информации.

№ 108
Основные причины возникновения шумов дискретизации в ЦСП обусловлены:
• нестабильностью частоты задающих генераторов;
• случайным изменением времени задержки в трактах передачи.

№ 109
Основные причины возникновения шумов квантования в ЦСП обусловлены:
• округлением отсчёта сигнала до ближайшего уровня.

№ 110
Для уменьшения шумов незагруженного канала ЦСП применяют:
• сдвиг характеристики квантования.

№ 111
Шумы ограничения в ЦСП вызваны:
• ограничением характеристики квантователя.

№ 112
При объединении цифровых потоков выполняют следующие операции:
• одновременную запись входных последовательностей в запоминающее устройство; поочерёдное считывание запоминающих устройств за более короткое время.

№ 113
При асинхронном объединении цифровых потоков и скорости считывания большей, чем скорость записи выполняются следующие операции:
• команда согласования скоростей формируется при определенных временных соотношениях процессов записи и считывания; в конце цикла процесс считывания задерживается на одну позицию.

№ 114
При асинхронном объединении цифровых потоков и скорости считывания меньшей, чем скорость записи выполняются следующие операции:
• команда согласования скоростей формируется при определенных временных соотношениях процессов записи и считывания; последний импульс цикла передаётся вместо одного из служебных.

№ 115
Плезиохронная цифровая иерархия ЦСП характеризуется на каждой ступени объединения следующими параметрами:
• группируются 4 цифровых потока;
• разделение цикла передачи на 4 субцикла;
• команда согласования скоростей повторяется в цикле 3 раза.

№ 116
Номера байтов в цикле, в которые помещены команды согласования скоростей объединяемых потоков плезиохронной цифровой иерархии (на примере ИКМ-120):
• 17, 33, 49.

№ 117
Разделение цикла передачи при объединении цифровых потоков на несколько субциклов на примере ЦСП ИКМ-120 обусловлено следующим:
• сглаживанием нерегулярности информационного потока;
• повышением защищённости команд согласования скоростей объединённых потоков от импульсных помех.

№ 118
Последовательность этапов формирования синхронного транспортного модуля STM-1. (на примере цифрового потока 139 МГц/с):
• упаковка сигнала в контейнер С4; добавление маршрутного заголовка POH; образование виртуального контейнера VC4; добавление секционного заголовка SOH; образование административного блока AU4; образование административной группы АUG.

№ 119
Достоинствами ЦСП синхронной цифровой иерархии SDH являются:
• простота объединения и разъединения цифровых потоков;
• простота ввода компонентных сигналов;
• качественное управление сложными сетями.

№ 120
Недостатками ЦСП синхронной цифровой иерархии SDH являются:
• высокая стоимость системы;
• большая избыточность потоков в системе;
• большое время вхождения в синхронизм.

№ 121
Какое устройство позволяет выделять и перенаправлять как первичные потоки (контейнеры), так и целые STM:
• кросс-коннектор.

№ 122
Какое устройство коммутации позволяет извлекать часть контейнера и добавлять в поток:
• мультиплексор ввода вывода.

Принципы разделения канальных сигналов. Принципы построения многоканальных систем передачи. Принципы разделения измерительных каналов

Линия связи — наиболее дорогостоящий элемент системы свя­зи. Поэтому целесообразно по ней вести многоканальную передачу информации, так как с ростом числа каналов N увеличивается ее пропускная способность С. Поичем. должно выполняться условие:

Н К — производительность к-го канала.

Основная проблема многоканальной передачи — разделение ка­нальных сигналов на приемной стороне. Сформулируем условия этого разделения.

Пусть необходимо организовать одновременную передачу несколь­ких сообщений по общему (групповому) каналу, каждое из которых описывается выражением

С учетом формулы (7.1.1.) получаем:

Иначе говоря, приемник обладает избирательными свойствами по от­ношению к сигналу Sk(t).

Рассматривая вопрос разделения сигналов различают частотное, фазовое, вре­менное разделение каналов, а также разделение сигналов по форме и другим признакам.

Второй учебный вопрос

Частотное разделение каналов

Структурная схема многоканальной системы связи (МКС) с час­тотным разделением каналов (ЧРК) приведена на рис.7.1.1, где обо­значено: ИС — источник сигнала, Мi — модулятор, Фi — фильтр i-го канала, Σ — сумматор сигналов, ГН — генератор несущей, ПРД- пе­редатчик, ЛС — линия связи, ИП — источник помех, ПРМ — прием­ник, Д — детектор, ПС — получатель сообщения.

Рис.7.1.1. Структурная схема многоканальной системы связи

При ЧРК сигналы-переносчики имеют различные частоты fi (поднесущие) и разнесены на интервал, больший или равный ширине спектра модулированного канального сигнала. Поэтому модулирован­ные канальные сигналы занимают неперекрывающиеся полосы час­тот и являются ортогональными между собой. Последние суммируют­ся (уплотняются по частоте) в блоке Σ образуя групповой сигнал, которым модулируется колебание основной несущей частоты fн в блоке М.

Для модуляции канальных переносчиков можно применять все известные способы. Но более экономично полоса частот линии связи используется при однополосной модуляции (ОБП AM), так как в этом случае ширина спектра модулированного сигнала минимальна и равна ширине спектра передаваемого сообщения. Во второй ступени моду­ляции (групповым сигналом) чаще также используется ОБП AM в проводных каналах связи.

Такой сигнал с двойной модуляцией, после усиления в блоке ПРД передается по линии связи в приемник ПРМ, где подвергается обратному процессу преобразования, т. е. демодуля­ции сигнала по несущей в блоке Д для получения группового сигнала, выделения из него канальных сигналов полосовыми фильтрами Фi и демодуляции последних в блоках Дi. Центральные частоты полосовых фильтров Фi равны частотам канальных переносчиков, а их полосы прозрачности — ширине спектра модулированных сигналов. Откло­нение реальных характеристик полосовых фильтров от идеальных не должно влиять на качество разделения сигналов, поэтому используют защитные интервалы частот между каналами. Каждый из фильтров Ф приема должен пропускать без ослабления лишь те частоты, которые принадлежат сигналу данного канала. Частоты сигналов всех других каналов фильтр должен подавить.

Частотное разделение сигналов идеальными полосовыми фильтра­ми математически можно представить так:

где g k — импульсная реакция идеального полосового фильтра, пропускаю­щего без искажений полосу частот к-го канала.

Основные достоинства ЧРК : простота технической реализации, высокая помехоустойчивость, возможность организации любого числа каналов. Недостатки: неизбежное расширение используемой полосы частот при увеличении числа каналов, относительно низкая эффек­тивность использования полосы частот линии связи из-за потерь на расфильтровку; громоздкость и высокая стоимость аппаратуры, обу­словленные в основном большим числом фильтров (стоимость фильт­ров достигает 40 % стоимости системы с ЧРК). На железнодорожном транспорте разработана МКС с ЧРК типа К-24Т, в которой исполь­зуются малогабаритные электромеханические фильтры.

Третий учебный вопрос

Методы разделения каналов: пространственное, линейное (частотное, временное), по форме. Условие линейного разделения каналов.

В многоканальных системах тракты всех сигналов должны быть разде­лены каким-либо способом, чтобы сигнал каждого источника мог попасть в соответствующий приемник. Такая процедура носит название разделения каналов или раз­деления канальных сигналов .

Мультиплексирование (англ. MUX) – процедура объединения (уплотнения) канальных сигналов в МСП.

Процедура обратная мультиплексированию связана с разделением каналов – демультиплексирование (англ. DMX или DeMUX).

MUX + DMX = MULDEX — «мульдекс»

Классификация методов разделения каналов

Все используемые методы разделения каналов можно классифицировать на линейные и нелинейные (см. рисунок).

Рисунок — Классификация методов разделения каналов

В МСП выделяют следующие методы разделения каналов:

линейные: частотное – ЧРК, временное – ВРК, разделение каналов по форме – РКФ;

нелинейные: приводимые к линейным и мажоритарные.

Это простейший вид разделения, при котором каждому каналу отводится индивидуальная линия связи:

Рисунок — МСП с пространственным разделением каналов

ИИ – источник информации

ПИ – приемник информации

ЛС — линия связи

Другие формы разделения каналов предполагают передачу сообщений по одной линии связи. В связи с этим многоканальную передачу называют также уплотнением каналов .

Обобщенная структурная схема МСП с линейным разделением сигналов каналов

M i – модулятор i-го канала

П i – перемножитель i-го канала

И i – интегратор i-го канала

Д i – модулятор i-го канала

СС – синхросигнал передающей стороны

ПС – приемник синхросигнала на приёмной стороне

ЛС – линия связи

На передающей стороне первичные сигналы C 1 (t), C 2 (t). C N (t) поступают на вход M 1 , M 2 . M N , на другой вход которых от генераторов переносчиков поступают линейно независимые или ортогональные переносчики ψ 1 (t), ψ 2 (t). ψ N (t) , переносящие первичные сигналы в канальные сигналы S 1 (t), S 2 (t). S N (t) . Затем канальные сигналы суммируются, и формируется групповой много­канальный сигнал S гр (t) .

На приемной стороне групповой сигнал S» гр (t), изменившийся под воз­действием различного вида помех и искажений n(t), поступает на перемножители П 1 , П 2 . П N , над вход которых от генерато­ров переносчиков поступают переносчики ψ 1 (t), ψ 2 (t). ψ N (t) . Результаты перемножения поступают на интеграторы И 1 , И 2 . И N , на выходе которых получаются канальные сигналы c учетом помех и искажений, S» 1 (t), S» 2 (t). S» N (t). Далее канальные сигналы поступают на Д 1 ,Д 2 . Д n , которые преобразуют канальные сигналы в первичные c учетом помех и искажений С» 1 (t), С» 2 (t). С» N (t).

Функционирование системы передачи возможно при синхронном (а иногда и синфазном) воздействии переносчиков на устройства преобразования М на передаче и умножения П на приеме. Для этого на передающей стороне в групповой сигнал вводится синхросигнал (СС), а на приемной стороне он выделяется из группового сигнала приемником синхросигнала (ПС).

Многоканальные системы телекоммуникаций с частотным разделением каналов. Методы формирования канальных сигналов.

Телекоммуникационной системой с частотным разделением каналов называют систему, в линейном тракте которой для передачи канальных сигналов отводятся неперекрывающиеся полосы частот .

Рассмотрим принцип частотного разделения каналов, используя схему N-канальной системы и планы частот в ее характерных точках.

Рисунок — Структурная схема N-канальной МСП с ЧРК

В качестве переносчиков в МСП с ЧРК используются гармонические колебания с различными частотами f 1 , f 2 , …f n (колебания несущих):

Канальные сигналы формируются в результате модуляции одного из параметров переносчиков первичными сигналами C i (t) . Применяются амплитудная , частотная и фазовая модуляции. Частоты несущих колебаний выбираются так, чтобы спектры канальных сигналов S 1 (t) и S 2 (t) не перекрывались . Групповой сигнал S гр (t) , поступивший в линию связи, представляет собой сумму канальных сигналов

При передаче по линейному тракту сигнал S гр (t ) претерпевает линейные и нелинейные искажения и на него накладывается помеха n(t), т.о., в приемную часть поступает искаженный сигнал .

В приемной части производится разделение канальных сигналов с помощью канальных полосовых разделительных фильтров КПФ-1, КПФ-2, КПФ-n, т.е. из группового сигнала выделяют канальные сигналы .

Первичные сигналы восстанавливаются демодуляторами Д 1 , Д 2 , … Д n с использованием частот, равными частотам несущих на передаче.

Планы частот в ее характерных точках (см. схему)

В ЧРК доминирующее положение занимает вид модуляции АМ-ОБП, поскольку является наиболее компромиссным.

Рисунок – Варианты полосой фильтрации при АМ-ОБП

Формирование сигнала АМ-ОБП в технике связи осуществляется двумя способами:

1) Фильтровой способ

2) Фазоразностный способ

Фильтровой способ чаще используется в технике МСП, в то время как фазоразностный как правило в малоканальных системах передачи.

На передающей стороне

Спектр сигнала 0,3 – 3,4 кГц. Определить результат АМ-ОБП, если в качестве несущей используется гармоническое колебание с частотой 100 кГц.

На приемной стороне

Примечание: Нестабильность по частоте (рассогласование) между генераторным оборудованием передающей и приемной сторон для первичной группы сигнала (12x КТЧ) должно составлять не более 1,5 Гц.

Принцип работы: схема состоит из двух плеч, объединяемых на входе и выходе с помощью развязывающих устройств (РУ). На модулятор (M 2) одного плеча исходный сигнал и несущая частота подаются сдвинутыми по фазе на π/2 относительно сигнала и несущей частоты, подаваемых на модулятор (M 1) другого плеча. В результате на выходе схемы будет колебание только одной боковой полосы. Фазовые контуры (ФК 1 , ФК ФК 2) обеспечивают сдвиг по фазе на π/2.

Условием разделимости канальных сигналов в МСП с ЧРК является их ортогональность , т.е.

где энергетический спектр i-го канального сигнала;

границы полосы частот, отводимой в линейном тракте для i-го канального сигнала.

Ширина частотного спектра группового сигнала Df S определяется числом каналов в системе передачи (N); шириной спектра канальных сигналов Df i , а также частотными характеристиками затухания канальных полосовых разделительных фильтров КПФ-1, КПФ-2, КПФ-n.

Разделительные фильтры обеспечивают малое затухание в полосе пропускания (апр ) и необходимую величину затухания в диапазоне эффективного задерживания (апод ). Между этими полосами находятся полосы расфильтровки разделительных фильтров. Следовательно, канальные сигналы должны быть разделены защитными промежутками (D ), величины которых должны быть не меньше полос расфильтровки фильтров.

Следовательно, ширина группового сигнала может быть определена по формуле

так как затухание разделительных фильтров в полосе задерживания конечно (апод ), то полное разделение канальных сигналов невозможно. Вследствие этого появляются межканальные переходные помехи .

В современных МСП телефонной связи каждому КТЧ выделяется полоса частот 4 кГц, хотя частотный спектр передаваемых звуковых сигналов ограничивается полосой от 300 до 3400 Гц, т.е. ширина спектра составляет 3,1 кГц. Между полосами частот соседних каналов предусмотрены интервалы шириной по 0,9 кГц, предназначенные для снижения уровня взаимных помех при расфильтровке сигналов. Это означает, что в многоканальных системах связи с частотным разделением сигналов эффективно используется лишь около 80% полосы пропускания линии связи. Кроме того, необходимо обеспечить высокую степень линейности всего тракта группового сигнала.

Рисунок – Структурная схема аппаратуры формирования

Тема 5. Методы разделения каналов

5.1 Методы разделения каналов: пространственное, линейное (частотное, временное), по форме. Условие линейного разделения каналов. Сигналы переносчики и модуляция их параметров.

5.2 Многоканальные системы телекоммуникаций с частотным разделением каналов. Методы формирования канальных сигналов.

5.3 Многоканальные системы телекоммуникаций с временным разделением каналов. Сравнительный анализ аналого-импульсных методов модуляции.

Системы передачи с временным разделением каналов.

Построение систем передачи с временным разделением каналов (ВРК).Сущность временного разделения каналов, структурная схема СП с ВРК. Теорема Котельникова. Виды импульсной модуляции. Сравнительный анализ видов импульсной модуляции и область их применения.

Идея временного разделения каналов заключается в том, что элементы первичного сигнала принадлежащему i-му каналу, передаются в неперекрывающихся интервалах времени свободных от сигналов других каналов по общей линии.

В большинстве своем первичные сигналы являются аналоговыми (непрерывными) и идея ВРК определяет необходимость проведения операции дискретизации.

Эта операция выполняется в соответствии с теоремой Котельникова. Она формулируется так: всякий непрерывный во времени сигнал со спектром ограниченным по частоте может быть представлен последовательностью его отсчетов (мгновенных значений), в взятых через интервал времени:

Каждому сигналу предоставляется свой канальный интервал.

Операция дискретизации осуществляется с помощью канальных электронных ключей

Рис. 8.1. Структурная схема системы передачи с временным разделением каналов

Интервал времени между ближайшими импульсами группового сигнала Т K называется канальным интервалом или тайм-слотом (Time Slot). Из принципа временного объединения сигналов следует, что передача в таких системах осуществляется циклами, то есть периодически в виде групп изN гр = N + n импульсов, гдеN – количество информационных сигналов,n – количество служебных сигналов (импульсов синхронизации – ИС, служебной связи, управления и вызовов). Тогда величина канального интервала:

Рис.8.2. К пояснению метода временного разделения каналов.

При временном разделении каналов возможны следующие виды модуляции:

1.АИМ -амплитудно-импульсная модуляция;

2.ШИМ — широтно-импульсная модуляция;

3.ФИМ –фазоимпульсная модуляция;

4.ЧИМ – частотно-импульсная модуляция.

При АИМ периодическая последовательность импульсов изменяется в соответствии с изменением модулирующего сигнала.Различают (АИМ -1) амплитудно-импульсную модуляцию первого рода (при ней вершины импульсов изменяются в соответствии с модулирующим сигналом) При (АИМ -2) амплитудной модуляции второго рода вершина импульсов плоская и равна амплитуде импульса в момнент дискритизации. При скаважности импульсов больше десяти различия между АИМ-1 и АИМ-2 исчезают. АИМ модуляция проста в реализации, но имеет низкую помехоустойчивость, так как любая помеха изменяет амплитуду импульса и искажает форму восстанавливаемого сигнала.АИМ обычно используется как промежуточный вид модуляции при реобразовании аналогового сигнала в цифровой.

При ШИМ спектр сигнала меняется взависимости от длительности сигнала.Минимальному уровню сигнала соответствует минимальная длительность импульса и, соответственно, максимальный спектр сигнала.

При этом амплитуда импульсов остается неизменной. При односторонней ШИМ (ОШИМ) изменение длительности происходит только за счет перемещения

одного из фронтов заднего или переднего. При двухсторонней ШИМ изменения длительности происходит относительно тактовой точки. Более помехоустойчивый способ передачи в сравнении с АИМ. Для избавления от амплитудных искажений применяется ограничитель амплитуд. ШИМ используется в МСП импульсной радиосвязи, а так же в некоторых радиотелеметрических системах, системах телеконтроля и телемеханики.

ФИМ представляет собой разновидность временной импульсной модуляции.

Существует несколько разновидностей ФИМ

ФИМ 1-го рода ПРИ ней временной сдвиг импульсов пропорционален значению модулирующего сигнала в момент появления импульса. ФИМ-2 импульсная модуляция при которой временной сдвиг пропорционален значению модулирующего сигнала в тактовых точках. Обычно применяется ФИМ-2 .При отрицательных значениях модулирующего сигнала импульсы смещаются влево, а при положительных вправо.

В аппаратуре с ВРК и аналоговыми методами модуляции наибольшее применение получила ФИМ, так как при её использовании можно уменьшить мешающее действие аддитивных шумов и помех путём двухстороннего ограничения импульсов по амплитуде, а также оптимальным образом согласовать неизменную длительность импульсов с полосой пропускания канала. Именно в системах передачи с ВРК используется, в основном, ФИМ.

При ЧИМ изменяется частота следования импульсов в зависимости от амплитуды модулирующего сигнала.

Вопросы для самоконтроля.

1.Как звучит теорема Котельникова?

2.Почемк теорема Котельникова применима только к непрерывным сигналам с ограниченным спектром?

3.Что такое АИМ-1 и АИМ-2, в чем их отличие?

4.ШИМ –модуляция,способы реализации преимущества и недостатки?

5.ФИМ- модуляция, способы реализации преимущества и недостатки?

6.Назначение фильтров нижних частот, включаемых на входе канальных амплитудно-импульсных модуляторов.

7.Назначение фильтров нижних частот, включаемых на выходе канальных селекторов.

8.Необходимость синхронной работы канальных амплитудно- импульсных модуляторов и канальных селекторов.

Лекция 6 Методы кодового разделения каналов

(мультиплексирование и множественный доступ); п ринцип и основная характеристика CDMA ; прямое расширение спектра; м ногоканальн ое расширение спектра ; расширение спектра скачкообразным изменением частоты; расширение спектра скачкообразным изменением частоты; п орядок прохождения речевых данных в мобильной станции до момента отправки в эфир ; э волюция систем сотовой связи, использующих технологию CDMA .

6.1 Классификация систем передачи, использующих единый ресурс

Любой сигнал занимает определенную полосу частот, существует некоторое время, обладает ограниченной энергией и распространяется в определенной области пространства. В соответствии с этим выделяют четыре вида ресурса канала: частотный, временной, энергетический и пространственный.

Проблема эффективного использования ресурса общего канала обострилась из-за необходимости обеспечения связи в условиях неравномерности и непредсказуемости запросов потребителей во времени. При решении этой проблемы применяются методы мультиплексирования и множественного доступа (multiple access). Понятия «мультиплексирование» и «множественного доступа» сходны тем, что они предполагают распределение ресурса между пользователями. В то же время между ними есть существенные различия. П ри мультиплексировании ресурс канала связи распределяется через общее оконечное оборудование , формирующ е е групповой сигнал S Σ (t ) . При множественном доступе , S Σ (t ) образуется в результате сложения сигналов пользователей непосредственно в канале (рис унок 6 .1 ). На этом рисунке ИС – источник сообщения, ПРД — передатчик, ПРМ — приемник, ПС – получатель сообщения). Множественный доступ характерен для спутниковых каналов, радиоканалов, каналов мобильной связи.

Рисунок 6.1 – Система передачи с множественным доступом

М ультиплексирование основано на общем аппаратном обеспечении, а множественный доступ (МД) использует определенные процедуры (протоколы), реализуемые с помощью программного обеспечения, хранящегося в памяти каждого терминала. На рис унке 6. 2 представлены методы мультиплексирования.

В большинстве случаев для мультиплексирования канала источнику сообщений выделяется специальный сигнал, называемый канальным. Промодулированные сообщениями канальные сигналы объединяются, в результате чего образуется групповой сигнал S гр (t ) . Если операция объединения линейна, то S гр (t ) = S Σ (t ) . будет линейным групповым сигналом. Он, как правило, образуется линейным суммированием промодулированных канальных сигналов.

Рис унок 6. 2 — Методы мультиплексирования

В системах так называемого комбинационного уплотнения групповой сигнал формируется посредством определенной логической (нелинейной) обработки, в результате которой каждый элемент сформированного сигнала отображает информацию (комбинацию символов) от всех ИС. Классическим примером такой системы является система двукратного частотного телеграфирования. Для передачи четырех комбинаций символов двух каналов используется четыре частоты: f 1 – 00, f 2 – 01, f 3 – 10, f 4 – 11.

Устройство разделения линейного группового сигнала S Σ (t ) представляет собой набор линейных избирательных цепей, каждая из которых выделяет только свой канальный сигнал и в идеальном случае совсем не реагирует на другие канальные сигналы. Для осуществления подобного идеального разделения необходимо и достаточно, чтобы промодулированные канальные сигналы составляли ансамбль линейно независимых сигналов. В качестве таких сигналов обычно используют ансамбли ортогональных сигналов.

В классе линейного уплотнения по виду отличительного признака канального сигнала различают временное разделение каналов (ВРК), частотное (ЧРК) и разделение каналов по форме сигналов, называемое кодовым разделением каналов (КРК). Вместо термина «разделение» применяют и термин «уплотнение». При ЧРК полоса частот общего канала Δ f разделяется на несколько более узких полос Δ f i , каждая из которых образует канал ИС. При ВРК вся полоса Δ f предоставляется поочередно через определенные интервалы времени различным источникам для передачи сообщений. При КРК нет деления общего канала между ИС ни по частоте, ни по времени. Канальные сигналы различных ИС, перекрываясь по времени и частоте, остаются ортогональными за счет различия формы, что и обеспечивает их разделение.

Возможны варианты комбинирования указанных методов. Так, в мобильной связи в качестве метода множественного доступа широко используются комбинации ЧРК и ВРК, ВРК и КРК. В первой комбинации каждый частотный канал предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени. При второй комбинации в полосе частот Δ f формируют каналы с временным разделением, которые предоставляются нескольким пользователям на принципах КРК.

При организации многоканальной передачи информации, канальные сигналы могут быть заранее определенным образом распределены между источниками сообщений. Такое уплотнение называется уплотнением с закрепленными каналами. Соответствующая ему многоканальная система передачи также будет называться системой с закрепленными каналами . Возможна и такая организация многоканальной передачи информации, когда канальные сигналы не распределяются заранее между источниками, а выделяются каждому источнику по мере необходимости. Такое уплотнение называется уплотнением с незакрепленными каналами . Очевидно, для правильного разделения каналов в системах с незакрепленными каналами необходимо каким-либо образом передать на приемную сторону адресную информацию.

Основные понятия и определения, введенные для многоканальных систем, применимы и для систем множественного доступа (МД ) . К настоящему времени изучено и предложено большое число разнообразных методов МД. Они различаются способом распределения коллективного ресурса канала (фиксированный или динамический), природой процессов принятия решения (централизованные или распределенные), а также степенью адаптации режима доступа к изменяющимся условиям.

Множественный доступ характерен для спутниковых каналов (в этом случае применяют термин «многостанционный доступ»), радиоканалов (пакетная радиосвязь), каналов мобильной связи, а также для многоточечных телефонных линий, локальных сетей.

Все существующие методы МД можно сгруппировать и выбрать в качестве основания классификации способ управления распределением ресурса общего канала (рис унок 6. 3).

Рис унок 6. 3 — Методы множественного доступа

Протоколы случайного доступа. При случайном МД весь ресурс канала связи представляется как один канал, доступ в который происходит случайно, в результате чего возможно столкновение пакетов передаваемой информации. Корреспондентам предлагается совершить определенную последовательность действий с целью разрешения конфликта. Каждый пользователь при необходимости может передавать данные в канал, не выполняя явного согласования с другими пользователями. Наличие обратной связи позволяет взаимодействующим корреспондентам контролировать прохождение передаваемой информации.

Возможны два варианта реализации стратегии случайного доступа: без контроля несущей и с контролем несущей.

Случайный доступ без контроля несущей состоит в том, что при необходимости передать данные, терминал пользователя сразу начинает передачу пакетов. Поскольку пакеты передаются без синхронизации между собой, возможно их наложение, что вызывает взаимные помехи. При возникновении такого конфликта, подтвержденного сигналом обратной связи, терминалы повторяют передачу искаженных пакетов. Во избежании повторения конфликтов промежутки времени до начала повторной передачи на каждом терминале выбираются случайно.

Случайный доступ с контролем несущей предполагает возможность контролировать наличие передачи информации другими корреспондентами. В случае отсутствия передачи данных незанятые временные промежутки имеются для передачи своей информации. В случае столкновения пользователи задерживают передачу пакетов на интервал времени Δ t . В настоящее время существуют две разновидности протокола: настойчивый и ненастойчивый . Различие заключается в том, что в первом случае пользователи подвижных объектов, обнаруживая столкновения, начинают передачу сразу, а при втором через определенный интервал времени.

Протоколы фиксированного закрепления ресурса канала обеспечивают статическое распределение ресурса канала между пользователями. Наиболее типичными представителями протоколов данного типа являются многостанционный доступ с частотным разделением (FDMA), многостанционный доступ с временным разделением (TDMA), многостанционный доступ с кодовым разделением (CDMA).

Фиксированное закрепление ресурса канала не может обеспечить динамически изменяющиеся требования пользователей сети, т.е. имеет жесткое управление.

Методы назначения ресурса по требованию позволяют избавиться от недостатков, присущих вышеперечисленным методам, но предполагают подробную и четкую информацию о требованиях пользователей сети. По природе процессов принятия решения методы назначения ресурса по требованию подразделяют на централизованные и распределенные .

Централизованные методы назначения ресурса по требованию, характеризуются наличием запросов на передачу со стороны терминалов источника сообщения. Принятие решения о предоставлении ресурса осуществляется центральной станцией. Соответствующие протоколы отличаются наличием жестко закрепленных за каждым подвижным объектом каналов резервирования и наличием центральной станции управления. Протоколы характеризуются высоким значением коэффициента использования пропускной способности базовой станции, однако критичны к нарушениям функционирования системы управления.

Распределенные методы назначения ресурса по требованию отличаются тем, что все пользователи производят одни и те же операции, не прибегая к помощи центральной станции, и используют дополнительную служебную информацию, которой обмениваются друг с другом. Все алгоритмы с распределенным управлением требуют обмена управляющей информацией между пользователями. Протоколы характеризуются жестким закреплением каналов резервирования за подвижным объектом. При этом на каждом объекте имеется таблица закрепления запросных каналов, следовательно, любой подвижный объект в любой момент времени имеет информацию о состоянии всей сети.

Комбинированные методы представляют собой комбинации предыдущих методов распределения ресурса, и реализуют стратегии, в которых выбор метода является адаптивным для различных пользователей с целью получения характеристик используемого ресурса канала, близких к оптимальным. В качестве критерия оптимальности, как правило, принимается коэффициент использования пропускной способности канала. На основе протоколов данного типа осуществляется подстройка параметров под конкретную обстановку в сети.

Таким образом, каждый из рассмотренных способов распределения ресурса обладает достоинствами и недостатками. На практике целесообразно иметь всю совокупность методов и осуществлять адаптивный переход от одного метода к другому при определенных изменениях рабочих условий.

6.2 Принцип и основная характеристика CDMA

Популярно п ринцип работы систем сотовой связи (ССС) с кодовым разделением каналов можно пояснить следующ им пример ом . Предположим, что вы сидите в зале ожидания вокзала . На кажд ой с камейке находится два человека. Одна пара разговаривает между собой на английском языке, другая на русском, третья на немецком и т.д. Таким образом , в зале все разговаривают в одно и то же время в одном диапазоне частот (речь от 3 кГц до 20 кГц), при этом вы, разговаривая со своим оппонентом, понимаете только его, но слышите всех.

Принципы кодового разделения каналов связи CDMA основаны на использовании широкополосных сигналов (ШПС), полоса которых значительно превышает полосу частот, необходимую для обычной передачи сообщений, например, в узкополосных системах с частотным разделением каналов (FDMA). Основной характеристикой ШПС является база сигнала, определяемая как произведение ширины его спектра F на его длительность Т :

В результате перемножения сигнала источника псевдослучайного шума с информационным сигналом энергия последнего распределяется в широкой полосе частот, т. е. его спектр расширяется. В радиоустройствах, построенны х по технологии Spread Spectrum ( распределенный спектр), расширение спектра передаваемого сигнала осуществляется при помощи псевдослучайной последовательности (Pseudorandom Number, PN), задающей алгоритм распределения. Каждое приемное устройство для декодирования сообщения должно знать кодирующую последовательность. Устройства, имеющие различные PN, фактически не «слышат» друг друга. Так как мощность сигнала распределяется по широкой полосе, сам сигнал оказывается «спрятанным» в шумах и по своим спектральным характеристикам также напоминает шум в радиоканале.

Метод широкополосной передачи подробно описан К. Шенноном, который ввел понятие пропускной способности канала и установил связь между возможностью осуществления безошибочной передачи информации по каналу с заданным отношением сигнал/шум и полосой частот, отведенной для передачи информации. Для любого заданного отношения сигнал/шум малая частота ошибок при передаче достигается при увеличении полосы частот, отводимой для передачи информации.

В цифровых системах связи, передающих информацию в виде двоичных символов, длительность ШПС Т и скорость передачи сообщений С связаны соотношением Т = 1/С . Поэтому база сигнала В = F/C характеризует расширение спектра ШПС (S шпс ) относительно спектра сообщения. Ширина спектра определяется минимальной длительностью импульса ( t 0 ), т.е. F = 1/ t 0 и В = Т/ t 0 = F/Δ f (Δ f – ширина спектра информационного сигнала).

Расширение спектра частот передаваемых цифровых сообщений может осуществляться разными методами и/или их комбинацией. Перечислим основные:

  1. прямым расширением спектра частот ( DSSS-CDMA );
  2. с многоканальным расширением спектра частот (MC-CDMA)
  3. скачкообразным изменением частоты несущей ( FHSS-CDMA ).

6 . 3 Прямое расширение спектра — DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются применени ем широкополосного кодо-модулированного радиосигнала — шумоподобного сигнала, передаваемого в общий для других аналогичных передатчиков канал, в едином широком частотном диапазоне. В результате работы нескольких передатчиков эфир в данном частотном диапазоне становится ещё более шумоподобным. Каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода , приёмник, настроенный на аналогичный код, вы деляет из обще го радиосигнал а ту часть, которая предназначена данному приёмнику. В явном виде отсутствует временное или частотное разделение каналов, каждый абонент постоянно использует всю ширину канала, передавая сигнал в общий частотный диапазон, и принимая сигнал из общего частотного диапазона. При этом широкополосные каналы приёма и передачи находятся на разных частотных диапазонах и не мешают друг другу. Полоса частот одного канала очень широка, разговоры абонентов накладывается друг на друга, но, поскольку их коды модуляции сигнала отличаются, они могут быть дифференцированы аппаратно-программными средствами приёмника.

Т ехника расширения спектра позволяет увеличить пропускную способность при неизменной мощности сигнала. Передаваемые данные комбинируются с более быстрым шумоподобным псевдослучайным сигналом с использованием операции побитового взаимоисключающего ИЛИ (xor – сложение по модулю 2) (рисунок 6.4) . Сигнал данных с длительностью импульса T b комбинируется при помощи операции ИЛИ (складывается по модулю 2) с кодом сигнала, длительность импульса которого равна T c (ширина полосы пропускания пропорциональна 1/Т , где Т — время передачи одного бита), следовательно ширина полосы пропускания сигнала с данными равна 1/ T b , а ширина полосы пропускания получаемого сигнала равна 1/ T c . Так как T c на много меньше T b , ширина полосы частот получаемого сигнала намного больше, чем таковая оригинального сигнала передаваемых данных. Величина T b / T c явля ется базой сигнала и, в какой-то мере, определяет верхний предел числа пользователей, поддерживаемых базовой станцией едино временно .

Рисунок 6.4 – Кодовое кодирование дискретного сигнала (временная область)

При использовании метода DSSS-CDMA узкополосный сигнал (рис унок 6.5 ) умножается на псевдослучайную последовательность (ПСП) с периодом повторения Т , включающую N бит последовательности длительностью t o каждый. В этом случае база ШПС численно равна количеству элементов ПСП B = N * t 0 / t 0 = N .

Рис унок 6.5 – Структурная схема кодового кодирования и спектр сигнала

Таким образом, для сдвига фазы несущей при фазовой манипуляции используется быстрый поток бит. Полоса расширяется искусственно за счет увеличения скорости передачи данных (увеличения количества передаваемых бит). Это сделано посредством замены каждого информационного бита пачкой из десяти или больше бит , называемых «чипами». При этом пропорционально расширяется и полоса частот. Такие битовые последовательности называются шумоподобными или PN . Эти двоичные последовательности специально генерируются таким образом, чтобы в них количество нулей и единиц было приблизительно равное. Каждый из нулевых битов информационного потока заменяется PN-кодом, а единицы — инвертированным PN-кодом. Эта модуляция называется модуляцией с разрядной инверсией. В результате этого смешивания получается PN-сигнал . В корреляторе неинвертированный PN-код, близко совпадающий с локальным PN-кодом, генерирует бит информации » 0 «. В то же время последовательность, соответствующая » 1 «, приводит к полной декорреляции , так как для этого информационного бита PN-код инвертирован. Таким образом, коррелятор будет производить поток единиц для инвертированной PN-последовательности и поток нулей — для неинвертированной, что и будет означать восстановление переданной информации. Иногда для передачи результирующего битового потока используется фазовый сдвиг 180 градусов, который называется двоичной фазовой модуляцией (манипуляцией) (binary phase-shift keying — BPSK). Или же (чаще всего) передача реализуется квадратурно-фазовой модуляцией (quadrature phase-shift keying — QPSK), то есть одновременно передается по два бита (число от 0 до 4), закодированных четырьмя различными сдвигами фаз несущей частоты. Передатчик с одним PN-кодом не может создать точно те же боковые полосы (спектральные составляющие) как другой передатчик, использующий другой PN-код.

Прием ШПС осуществляется оптимальным приемником, который для сигнала с пол ностью известными параметрами вычисляет корреляционный интеграл

z =∫ x (t ) u (t ) dt ,

где x (t ) — входной сигнал, представляющий собой сумму полезного сигнала u (t ) и помехи n (t ) (в случае белый шум). Затем величина z сравнивается с порогом Z . Значение корреляционного интеграла находится с помощью коррелятора или согласованного фильтра. Коррелятор осуществляет «сжатие» спектра широкополосного входного сигнала путем умножения его на эталонную копию u (t ) с последующей фильтрацией, что и приводит к улучшению отношения сигнал/шум на выходе коррелятора в В раз по отношению ко входу.

Результирующий выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе приемника есть функция отношения ширины полос широкополосного и базового сигналов: чем больше расширение спектра, тем больше выигрыш. Во временной области — это функция отношения скорости передачи цифрового потока в радиоканале к скорости передачи базового информационного сигнала. Для стандарта IS-95 (первый стандарт CDMA ) отношение составляет 128 раз, или 21 дБ. Это позволяет системе работать при уровне интерференционных помех, превышающих уровень полезного сигнала на 18 дБ, так как обработка сигнала на выходе приемника требует превышения уровня сигнала над уровнем помех всего на 3 дБ. В реальных условиях уровень помех значительно меньше. Кроме того, расширение спектра сигнала (до 1,23 МГц) можно рассматривать как применение методов частотного разнесения приема. Сигнал при распространении в радиотракте подвергается замираниям вследствие многолучевого характера распространения. В частотной области это явление можно представить как воздействие режекторного фильтра с изменяющейся шириной полосы режекции (обычно не более чем на 300 кГц). В стандарте AMPS (аналоговый стандарт мобильной связи) это соответствует подавлению десяти каналов, а в системе CDMA подавляется лишь около 25% спектра сигнала, что не вызывает особых затруднений при восстановлении сигнала в приемнике (рисунок 6.6) . В стандарте AMPS ширина полосы одного канала 30 кГц, в GSM – 200 кГц).

Рисунок 6.6 — Воздействие узкополосных помех (а) и федингов (б) на широкополосный сигнал.

Чрезвычайно полезное свойство DSSS-устройств заключается в том, что благодаря очень низкому уровню мощности своего сигнала они практически не создают помех обычным радиоустройствам (узкополосным большой мощности), так как эти последние принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого. С друг ой сторон ы — обычные устройства не мешают широкополосным, так как их сигналы большой мощности «шумят» каждый только в своем узком канале и не могут заглушить широкополосный сигнал весь целиком. Это как если бы тонким карандашом, но крупно написанная буква была бы заштрихована жирным фломастером — если штрихи легли не подряд, мы сможем прочесть букву.

В результате можно сказать, что использование широкополосных технологий дает возможность использовать один и тот же участок радиоспектра дважды — обычными узкополосными устройствами и «поверх них» — широкополосными.

Суммируя, мож но выделить следующие важные свойства ШПС-технологии, по крайней мере для метода прямой последовательности:

малые помехи другим устройствам ;

к онфиденциальность передач ;

э кономичность при массовом производстве ;

в озможность повторного использования одного и того же участка спектра .

6.4 М ногоканальн ое расширение спектра MC-CDMA (Multi Carrier)

Данный метод является разновидностью DSSS. В 1993 г., Институт Технологий Связи (Institute for Communications Technology) представил новую синхронную схему совместного доступа. Предложенная схема объединяет преимущества метода DS-CDMA с эффективным Ортогональным Мультиплексированием с Разделением Частоты ( OFDM ). Новая схема совместного доступа упоминается как многочастотная CDMA ( MC-CDMA ) или как OFDM-CDMA , и характеризуется высокой гибкостью и эффективностью использования частотного диапазона, сравнимой с DS-CDMA.

В системе MC-CDMA биты после канального кодирования преобразуются в чипы путем перемножения с кодовой последовательностью разделения пользователей, что необходимо для минимизации интерференции между абонентам. Для формирования этих кодов используется ортогональные функции Уолша. Ключевое свойство системы MC-CDMA в том, что все чипы, сопоставленные одному биту кода, передаются параллельно в узкополосных подканалах , с применением OFDM.

Наглядно это можно представить, рассмотрев эту технологию на основе стандарта 802.11 (Radio Ethernet ) . Представим, что вся «широкая» полоса частот делится на некоторое число подканалов — (по стандарту 802.11 — 11каналов). Каждый передаваемый бит информации превращается, по определенному алгоритму, в последовательность из 11 бит, эти 11 бит передаются одновременно и параллельно, используя все 11 подканалов. При приеме, полученная последовательность бит декодируется с использованием того же алгоритма, что и при кодировке. Другая пара приемник-передатчик может использовать другой алгоритм кодировки-декодировки, и таких различных алгоритмов может быть очень много.

Очевидный результат применения этого метода — защита передаваемой информации от подслушивания («чужой» приемник использует другой алгоритм и не сможет декодировать информацию не от своего передатчика). Но более важным оказалось другое свойство описываемого метода. Оно заключается в том, что благодаря 11-кратной избыточности передачи можно обойтись сигналом очень маленькой мощности (по сравнению с уровнем мощности сигнала при использовании обычной узкополосной технологии), не увеличивая при этом размеров антенн . При этом сильно уменьшается отношение уровня передаваемого сигнала к уровню шума , (т.е. случайных или преднамеренных помех), так что передаваемый сигнал уже как бы неразличим в общем шуме. Но благодаря его 11-кратной избыточности принимающее устройство все же сумеет его распознать. Это примерно то же самое, что написа нное на 11 листах одно и то же слово, и некоторые листы оказались написаны неразборчивым почерком, другие полустерты или на обгоревшем клочке бумаги — но все равно в большинстве случаев мы сумеем определить, что это за слово, сравнив все 11 экземпляров.

На данном этапе для систем MС-CDMA используется полоса частот в 1 , 25 Мгц с разделением на 512 поднесущих. Как установлено в ходе тестирования, они менее чувствительны к проблеме «ближней-дальней» зоны, чем DS-CDMA системы.

6.5 Расширение спектра скачкообразным изменением частоты

Скачкообразное изменение частоты несущей в третьем способе (рис унок 6.7 ), осуществляется за счет быстрой перестройки выходной частоты синтезатора в соответствии с законом формирования псевдослучайной последовательности (Frequency Н opping Spread Spectrum CDMA — FHSS-CDMA). Каждая несущая частота и связанные с ней боковые полосы должны оставаться в пределах ширины полосы, определяемой FCC (Федерельная комиссия по связи США) . Только в случае, когда предполагаемый получатель знает последовательность прыжков частоты передатчика, его приемник может следовать этим прыжкам частоты.

Рис унок 6.7 — Расширение спектра скачкообразным изменением частоты несущей

При кодировке по методу частотных скачков (FHSS) вся отведенная для передач полоса частот подразделяется на некоторое количество подканалов (по стандарту 802.11 этих каналов 79). Каждый передатчик в каждый момент использует только один из этих подканалов, регулярно перескакивая с одного подканала на другой. Стандарт 802.11 не фиксирует частоту таких скачков — она может задаваться по-разному в каждой стране. Эти скачки происходят синхронно на передатчике и приемнике по заранее определенной псевдослучайной последовательности, известной обоим; ясно, что не зная последовательности переключений, принять передачу также нельзя.

Другая пара передатчик-приемник будет использовать другую последовательность переключений частот, заданную независимо от первой. В одной полосе частот и на одной территории прямой видимости (в одной «ячейке») таких последовательностей может быть много. Ясно, что при возрастании числа одновременных передач возрастает и вероятность коллизий, когда, например, два передатчика одновременно перескочили на частоту № 45, каждый в соответствии со своей последовательностью, и заглушили друг друга. Для случаев, когда два передатчика пытаются использовать ту же самую частоту одновременно, предусмотрен протокол разрешения столкновений, по которому передатчик делает попытку повторно послать данные на следующей в последовательности частоте.

6 . 6 Сети на основе CDMA

История и общие положения

1991 г. — Компанией Qualcomm разработан проект стандарта IS-95.

1993 г. — Ассоциацией производителей оборудования связи (TIA— Telecommunication Industry Association) утверждена базовая версия IS-95, и в июле 1993 г. Федеральная комиссия по связи США (FCC) признала в качестве стандарта IS-95 предложенную компанией Qualcomm технологию цифровой сотовой связи на основе CDMA.

1995 г. — Эксплуатация первой коммерческой сотовой системы мобильной связи по технологии CDMA IS-95 в Гонконге.

Сети и устройства с применением многостанционного доступа с кодовым разделением каналов построены на основе стандартов, разработанных TIA. В основном это стандарты:

IS-95 CDMA — радиоинтерфейс; IS-96 CDMA — речевые службы;

IS-97 CDMA — подвижная станция; IS-98 CDMA — базовая станция;

IS-99 CDMA — службы передачи данных.

На базе серии стандартов реализована станция 2-го поколения cdma One. В дальнейшем эти идеи получили развитие в стандарте широкополосной системы 3-го поколения CDMA — 2000.

Основные услуги : п ередача данных и речи со скоростями 9,6 Кбит/с, 4,8 Кбит/с, 2,4 Кбит/с ; м еждугородний вызов ; р оуминг (национальный и международный) ; ж дущий вызов ; п ереадресация вызова (при отсутствии ответа, в случае занятости) ; к онференц-связь ; и ндикатор сообщений об ожидающих вызовах ; г олосовая почта ; т екстовая передача и прием сообщений.

На рис унке 6. 8 приведена обобщенная структурная схема сети сотовой подвижной радиосвязи CDMA IS-95.

Основные элементы этой сети (BTS, BSC, MSC, ОМС) по составу совпадают с элементами, используемыми в сотовых сетях с временным разделением каналов (например, GSM). Основное отличие заключается в том, что в состав сети CDMA IS-95 включены устройства оценки качества и выбора блоков (SU — Selector Unit). Кроме того, для реализации процедуры мягкого переключения между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами (BSC), вводятся линии передачи между SU и BSC (Inter BSC Soft handover). В центре коммутации подвижных объектов (MSC) добавлен преобразователь – транскодер (TCE — Transcoder Equipment), который преобразует выборки речевого сигнала, формат данных из одного цифрового формата в другой.

Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне частот 800 Мгц. Она построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400, 1200 бит/с.

В стандарте используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости. При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на базовой станции используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на подвижной станции 3 коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов позволяет осуществить мягкий режим «эстафетной передачи» при переходе из соты в соту.

Рис унок 6. 8 — Архитектура сети CDMA

Мягкий режим «эстафетной передачи» происходит за счет управления подвижной станцией двумя или более базовыми станциями. Транскодер, входящий в состав основного оборудования, проводит оценку качества приема сигналов от двух базовых станций последовательно кадр за кадром. Процесс выбора лучшего кадра приводит к тому, что результирующий сигнал может быть сформирован в процессе непрерывной коммутации и последующего «склеивания» кадров, принимаемых разными базовыми станциями, участвующими в «эстафетной передаче».

Каналы трафика и управления

В CDMA каналы для передачи от базовой станции к мобильной станции называются прямыми (Forward). Каналы для приема базовой станцией информации от мобильной называются обратными (Reverse). Для обратного канала IS-95 определяет полосу частот от 824 до 849 МГц. Для прямого канала — 869–894 МГц. Прямой и обратный каналы разделены интервалом в 45 МГц. Пользовательские данные упакованы и передаются в канале с пропускной способностью 1,2288 Мбит/с. Нагрузочная способность прямого канала — 128 телефонных соединений со скоростью трафика 9,6 Кбит/c. Состав каналов в CDMA в стандарте IS-95 показан на рис унке 6. 9 .

В стандарте IS-95 применяются различные типы модуляции для прямого и обратного каналов. В прямом канале базовая станция передает одновременно данные для всех пользователей, находящихся в соте, используя для разделения каналов различные коды для каждого пользователя. Также передается пилотный сигнал, он имеет больший уровень мощности, обеспечивая пользователям возможность синхрониз ации .

Рис унок 6. 9 — Каналы трафика и управления системы CDMA

В обратном направлении подвижные станции отвечают асинхронно (без использования пилотного сигнала), при этом уровень мощности, приходящий к базовой станции от каждой подвижной станции, одинаков. Такой режим возможен благодаря контролю мощности и управлению мощностью подвижных абонентов по служебному каналу.

Данные в прямом канале трафика группируются в кадр длительностью 20 мс. Пользовательские данные после предварительного кодирования и форматирования перемежаются с целью регулирования текущей скорости передачи данных, которая может изменяться. Затем спектр сигнала расширяется перемножением с одной из 64 псевдослучайных последовательностей (на основе функций Уолша) до значения 1,2288 Мбит/с. Каждому мобильному абоненту назначается ПСП, с помощью которо й его данные будут отделены от данных других абонентов. Ортогональность ПСП обеспечивается одновременной синхронной кодировкой всех каналов в соте (т. е. используемые в каждый момент времени фрагменты являются ортогональными). Как уже упоминалось, в системе передается пилотный сигнал (код) для того, чтобы мобильный терминал мог управлять характеристиками канала, принимать временные метки, обеспечивая фазовую синхронизацию для когерентного детектирования. Для глобальной синхронизации сети в системе используются еще радиометки от GPS (Global Position System)-спутников.

Состав прямых каналов

Пилотный канал (Pilot Channel) предназначен для установления начальной синхронизации, контроля уровня сигнала базовой станции по времени, частоте и фазе, идентификации базовой станции.

Канал синхронизации (SCH — Synchronizing Channel) обеспечивает поддержание уровня излучения пилотного сигнала, а также фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. Канал синхронизации передает синхросигналы мобильным терминалам со скоростью 1200 бод.

Широковещательный канал коротких сообщений, канал вызова (Paging Channel) используется для вызова подвижной станции. Количество каналов — до 7 на соту. После приема сигнала вызова мобильная станция передает сигнал подтверждения на базовую станцию. После этого по каналу широковещательного вызова на подвижную станцию передается информация об установлении соединения и назначении канала связи. Работает со скоростью 9600, 4800, 2400 бод.

Канал прямого трафика (FTCH — Forward Traffic Channel) предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с базовой станции на мобильную; передает любые пользовательские данные.

Для предоставления разных услуг связи в CDMA используются два типа каналов. Первый из них называется основным, а второй — дополнительным. Услуги, предоставляемые через эту пару каналов, зависят от схемы организации связи. Каналы могут быть адаптированы для определенного вида обслуживания и работать с разными размерами кадра, используя любое значение скорости из двух скоростных рядов: RS-1 (1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с) или RS-2 (1800, 3600, 7200 и 14400 бит/с). Определение и выбор скорости приема осуществляется автоматически.

Каждому логическому каналу назначается свой код Уолша, как это указано на рис унке 6. 10 . Всего в одном физическом канале может быть 64 логических канала, т. к. последовательностей Уолша, которым в соответствие ставятся логические каналы, всего 64, и каждая из них имеет длину по 64 бита. Из всех 64 каналов:

  1. на 1-й канал назначается первый код Уолша (W0), которому соответствует пилотный канал;
  2. на следующий канал назначается тридцать второй код Уолша (W32), следующим семи каналам также назначаются свои последовательности Уолша (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7), которым соответствуют каналы вызова;
  3. 55 каналов предназначены для передачи данных по каналу прямого трафика.

Рис унок 6. 10 — Структура прямых каналов

Состав обратных каналов

Канал доступа (ACH — Access Channel) обеспечивает связь подвижной станции с базовой станцией, когда подвижная станция еще не использует канал трафика. Канал доступа применяется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемых по каналу вызова (Paging Channel), команд и запросов на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с каналами вызова.

Канал обратного трафика (RTCH — Reverse Traffic Channel) обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с мобильной станции на базовую станцию.

Основные характеристики системы

Диапазон частот передачи MS

824,040 – 848,860 Мгц

Диапазон частот передачи BTS

869,040 – 893,970 Мгц

Относительная нестабильность несущей частоты BTS

Лекции — Телекоммуникационные системы — файл Лек_6_Многокан _ПРД.doc

Доступные файлы (15):

5_1_1Синхронизация процесса передачи.doc 268kb. 17.09.2008 01:48 скачать
Введение_00.doc 34kb. 30.08.2008 01:04 скачать
Вопросы по курсу лекций.doc 47kb. 25.11.2008 08:09 скачать
ИКМ_30_РИС.doc 48kb. 25.11.2008 07:25 скачать
Лек_3_Тлк_Деят.doc 41kb. 29.08.2008 01:33 скачать
Лек_4_1_Кмм_Эл_Цеп.doc 393kb. 29.08.2008 01:17 скачать
Лек_4_3_Сеть абонентского доступа.doc 94kb. 10.09.2008 19:02 скачать
Лек_4_Сист_Комм.doc 87kb. 04.09.2008 02:20 скачать
Лек_5_Посл_Ас_Ад.doc 759kb. 31.07.2008 01:18 скачать
Лек_5_Сист_Прд.doc 407kb. 17.09.2008 01:51 скачать
Лек_6_Многокан _ПРД.doc 723kb. 05.10.2008 19:18 скачать
Лкц_1_Стандарты.doc 41kb. 28.08.2008 23:11 скачать
Лкц_2_Взаим_Откр_Сст.doc 156kb. 28.08.2008 23:19 скачать
Лкц_5_3_Синхр_Манч.doc 336kb. 23.10.2008 02:19 скачать
Рек_Литер.doc 27kb. 29.08.2008 01:31 скачать

Лек_6_Многокан _ПРД.doc

6 МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

6.1 Способы уплотнения каналов передачи

Раннее мы определили систему электросвязи как «Совокупность технических средств и среды передачи, которые обеспечивают передачу информации (сообщений).» (См Рис. 1 темы 5) В среде передачи для переноса сигнала несущего информацию используют каналы связи. Среда передачи, которая включает в себя каналы связи, может быть

  • Искуственно создана для направленной передачи сигналов – проводные каналыили
  • Используется естественная среда передачи (окружающее пространство) — беспроводные каналы

По экономическим и техническим соображениям целесообразно использовать многоканальные системы передачи. ^ Систему передачи будем называть многоканальной, если в ее среде передачи используется несколько каналов. Системы передачи, использующие беспроводные каналы, всегда являются многоканальными. Обобщенная схема многоканальной системы передачи изображена на рисунке 1.

На этом рисунке несколько источников информационных сигналов ИС1, ИС2,…,ИСn, формирующих информационные сигналы а1, а2,…,аn, и несколько приемников информационных сигналов ПС1, ПС2,…,ПСn используют для переноса канальных информационных сигналов s1,s2,…,sn общую среду передачи – одну проводную линию или беспроводную среду. Устройства М1, М2,…, Мn, преобразующие информационные сигналы a1, a2, …, an в канальные информационные сигналы принято называть модуляторами. А устройства Д1, Д2,…, Дn, выполняющие обратное преобразование – демодуляторами. Устройства МХ, обеспечивающие перенос в среде передачи нескольких канальных сигналов, называют мултиплексорами. А устройства DMX, выделяющие из среды передачи отдельные канальные информационные сигналы, называют демультиплексорами. Схемная реализация, перечисленных выше устройств зависит от способа многоканальной передачи и используемой среды передачи (физические линии, коаксиальные кабели, волоконно оптические кабели или радиолинии).

Различают три основных способа реализации многоканальной передачи, которые иногда называют способами разделения или уплотнения канала:

  • Временное разделение (уплотнение) канала,
  • Частотное разделение (уплотнение) канала.
  • Кодовое разделение канала

При использовании временного разделения каналамультиплексор в каждый момент времени передает в среду (канал) только один канальный информационный сигнал – выделяет для канальных информационных сигналов разных источников информации разные временные интервалы. Если источники информационных сигналов сосредоточены в некотором локальном пространстве – приборе, шкафу или помещении, то такое разделение канала реализуется специальными схемами, работа которых синхронизируется стабильными генераторами импульсных сигналов (кварцевыми генераторами отклонение частоты у которых не превышает 10 -6 Гц/сек). Кроме этого, требуется синхронизировать работу мультиплексора с работой демультиплексора, который может находиться на значительном удалении от мультиплексора. Если источники информации рассредоточены в пространстве то роль мультиплексора выполняют специальные процессы, которые распределяют канал между источниками информации по специальному протоколу доступа. Например, такие как синхронная ALOHA, асинхронная ALOHA, Ethernet.

При использовании частотного разделения канала мультиплексор передает в среду одновременно все канальные информационные сигналы, которые размещены в разных частотных диапазонах. Примерами частотного разделения каналов является радиосвязь. Абоненты радиосвязи, используя нормативные документы (Регламент радиосвязи, лицензии федеральных и региональных комиссий по радиочастотам), разделяют между собой радиочастоты для организации радиосвязи, радио и телевещания.

При использовании радиосвязи (естественной многоканальной среды) часто вместе с частотным разделением каналов применяется и временное разделение. Характерным примером являются пакетные радиосети. Выделенный для радиосети частотный канал используется совместно несколькими абонентами в режиме временного разделения этого канала.

При использовании кодового разделения канала, канальные информационные символы разных источников информации кодируются кодами специального вида («окрашиваются» этими кодами) и одновременно передаются в канал. Приемник, «зная окрашивающий код» может выделить из смеси различных информационных сигналов нужный сигнал. Кодовое разделение каналов эффективно используется в системах космической связи, системах специальной связи и системах мобильной связи.
Вопросы для самопроверки к разделу 6.1

  1. Дайте определение многоканальной системы передачи.
  2. Опишите обобщенную схему многоканальной системы передачи (Рис.1).
  3. Опишите принцип временного разделения каналов.
  4. Опишите принцип частотного разделения каналов.
  5. Опишите принцип кодового разделения каналов.

^ 6.2 Синхронные системы временного уплотнения канала

Процесс развития и совершенствования систем передачи был связан с совершенствованием систем передачи по каналами тональной частоты (ТЧ), которые обеспечивают передачу информации в полосе частот, соответствующей спектру телефонного (ауди) сигнала 300-3400Гц. Проводные каналы передачи (физические линии, коаксиальные и оптоволоконные кабели) имеют частотную полосу значительно большую чем требуется для передачи речевого сигнала. Поэтому для эффективного использования проводной среды передачи в ней передают поочередно информацию от нескольких источников.

Использование такого метода уплотнения канала основывается на теореме Котельникова об отсчетах. В соответствии с этой теоремой для представления ограниченного по полосе тонального сигнала достаточно передавать сигнал не непрерывно, а только его значения (отсчеты), выполненные с частотой не меньшей чем удвоенное значение максимальной частоты полосы тонального сигнала. Для тонального сигнала в полосе 300-3400 Гц достаточно передавать отсчеты с частотой 3400*2=6800 Гц, т.е. 6400 раз в секунду. В промежутках между отсчетами одного источника информации можно передавать отсчеты от других источников. Принцип действия такого устройства для уплотнения канала изображен на рисунке 2.

На этом рисунке 4 источника информации подключены к коммутатору, который поочередно подключает входы 1,2,3 и 4 к выходам a,b,c и d.

На рисунке 2а) изображена механическая схема устройства временного уплотнения 4-х тональных сигналов. Двигатель передатчика вращает ползунок выходного контакта, который поочередно подключает источники информации 1,2,3 и 4 к среде передачи Y (например физической линии). Двигатель приемника, вращающийся с той же скоростью и в той же фазе (синхронно) с двигателем передатчика поочередно подключает среду передачи к выходным каналам a,b,c или d. Если синхронизация нарушается, например двигатель приемника вращается с меньшей скоростью, то на входные каналы приемника будет попадать сначала часть сигнала с соседнего канала, а через некоторое время и все значение следующего соседнего канала. Такое явление, вызванное нарушением синхронизации, называют проскальзыванием.

На рисунке 2б) изображена электромеханическая схема устройства временного уплотнения 4-х тональных сигналов, использующая коммутатор на переключательных контактах реле. Обмотки реле A и B передатчика управляются одноименными сигналами, все возможные значения которых приведены в таблице, изображенной ниже коммутатора. Если обе обмотки обесточены A=0 и B=0, то вход тонального сигнала a подключается к выходуY. Обмотки реле  и  приемника управляются одноименными сигналами. При значении =0 и =0 линия Y подключается к выходу а. Это отмечено на рисунке жирным шрифтом. В процессе самостоятельной работы необходимо изобразить положение контактов реле коммутатора для всех 4-х состояний обмоток реле.

На рисунке 2в) изображена электронная схема устройства временного уплотнения 4-х логических сигналов 1,2,3 и 4. В зависимости от значения двухразрядного двоичного кода, который подается на адресные входы A и A1 к выходу Y подключается один из входных сигналов Х0,Х1,Х2 или Х3. В таблице

В таблице 1 и 2 описан принцип действия логического мультиплексора и демультиплексора. Звездочками в таблице 2 отмечены неопределенные значения не подключенных выходов демультиплексора. Иногда неподключенные выходы демультиплексора имеют значение логической константы 0 или 1.

Таблица 1

A1 A Y
0 0 X
0 1 X1
1 0 X2
1 1 X3

Таблица 2

A1 A X X1 X2 X3
0 0 Y * * *
0 1 * Y * *
1 0 * * Y *
1 1 * * * Y

На рисунке 3 изображены диаграммы работы мультиплексора тонального сигнала (Рис. 2 а),б) и в)). На этом рисунке изображены три тональных сигнала U1,U2 иU3, которые подключены к мультиплексору. С частотой дискретизации ТД (частотой опроса) измеряются значения амплитуд входного сигнала U1,U2 илиU3 и подключаются к выходному каналу Uk. Выходной сигнал Uk называют групповым сигналом. Групповой сигнал состоит из периодически чередующихся импульсов индивидуальных сигналов, представляющих значения входных тональных сигналов U1,U2 иU3. Интервал времени между началами соседних индивидуальных сигналов называют канальным интервалом, в котором размещается передаваемый импульс индивидуального сигнала. Очевидно, что ширина передаваемого импульса ТИ не может быть больше канального интервала. Ширина передаваемого импульса ограничена параметрами используемых радиотехнических элементов и полосой частот используемого канала. От соотношения значений частоты дискретизации ТД и величины канального интервала зависит число индивидуальных сигналов (число временных каналов), которые можно разместить в цикле опроса.

Системы передачи, в которых для временного уплотнения канала передаются измеренные амплитуды тонального сигнала, называют каналами с амплитудно импульсной модуляцией (АИМ). Каналы с АИМ не нашли широкого применения по следующим причинам:

  • Трудно обеспечить синхронизацию работы передатчика и приемника. Даже при очень высоком качестве задающих генераторов, через некоторое время наблюдается эффект скольжения.
  • Ширину импульсов нельзя делать слишком маленькой, так как узкий импульс имеет широкий частотный спектр и информация попадает в соседние каналы – межсимвольная интерференция.
  • Слишком большой динамический диапазон изменения входного сигнала, что обуславливает трудности в создании передатчиков и приемников (усилители) информации.

Поэтому перед передачей измеренное значение амплитуды тонального сигнала преобразуют в цифровой код и в течении канального интервала Тк этот код передается в канал. Системы передачи в которых для временного уплотнения канала измеренное значение амплитуды преобразуется в двоичный код и передается в виде последовательности двоичных сигналов называют каналами с импульсно кодовой модуляцией (ИКМ).

На рисунке 4а) изображена обобщенная схема системы передачи, которая использует канал с ИКМ. Для этого информационные тональные сигналы a1,a2. an поступают на вход аналогоцифрового преобразователя А/Ц через фильтры низких частот, где они преобразуются в канальные цифровые сигналы s1,s2. sn, котрые мультиплексором МХ размещаются в канале в нужных временных интервалах. Демультиплексор выделяет из потока двоичных сигналов временные интервалы, в которых передаются коды значений амплитуды каждого канала. И подключает их к цифроаналоговым преобразователям Ц/А соответствующего канала, с выхода которых отфильтрованные значения передаются потребителю сигнала.

Устройство управления и синхронизации (УС) на передающей стороне вырабатывает адресные сигналы A,A1. Ak, указывающие МХ номер выбранного цифрового сигнала для размещения в нужном временном интервале и вырабатывает сигналы управления процессом преобразования. На стороне приема УС формирует, синхронно с устройством УС передающей стороны, адресные сигналы A,A1. Ak, которые подключают входной цифровой поток к нужному ЦАП и управляют процессом преобразования цифрового сигнала в аналоговый. После фильтра нижних частот аналоговый сигнал станоситься тональным.

На рисунке 4б) изображена диаграмма цикла передачи кодов значений амплитуды 8-ми тональных сигналов. Время передачи кода значения амплитуды тонального сигнала называют канальным интервалом. Код значения амплитуды первого тонального сигнала s1 передается в первом канальном интервале, код значения амплитуды второго тонального сигнала s2 передается во втором канальном интервале и т. д.. Распределение кодов значения амплитуды по канальным интервалам определяется кодами адреса интервала A2,A1,A, значения которого указаны под каждым из интервалов. Если последовательность адресов на приемном конце системы передачи совпадает с последовательностью адресов интервалов на передающем конце, то после демультиплексирования и преобразования кодов значения амплитуд получат одноименные потребители сигнала (ИСi->ПСi).

Вопросы для самостоятельной работы по разделу 6.2.

  1. По какой причине и на основании чего возможно временное уплотнение каналов.
  2. Опишите, используя рисунок 2, принцип временного управления при использовании механической, электромеханической и электронной схемы.
  3. Опишите, используя рисунок 3, процесс формирования группового сигнала и его основные параметры.
  4. Дайте определение и сравните эффективность каналов с амплитудно импульсной модуляцией (АИМ ) и импульсно кодовой модуляцией (ИКМ).
  5. Объясните принцип действия канала ИКМ, используя рисунок 4.
  6. В процессе выполнения самостоятельной работы показать положение контактов реле (рис.2б) для всех комбинаций состояний обмоток реле.

^ 6.3 Коммутация цифровых сигналов

Рассмотрим работу системы передачи ИКМ в том случае, когда значения адресов канальных интервалов, которые подаются на мультиплексор и демультиплексор не совпадают. Если последовательность адресов на приемном конце системы передачи не совпадает с последовательностью адресов интервалов на передающем конце, то после демультиплексирования и преобразования кодов значения амплитуд получат не одноименные потребители сигнала (ИСi->ПСj). Действительно, в соответствии с таблицей 2, к Xi выходу демультиплексора подключается входной канал Y, если двоичное представление адреса b(A1,A)=i. Поэтому, если последовательность значений адресов (A1,A), подаваемая на вход мультиплексора будет не совпадать с последовательностью адресов (1,), подаваемых на вход демультиплексора, то система временного уплотнения канала реализует функцию коммутации.

Функциональная схема пространственной коммутации, реализуемый каналом с временным уплотнением изображена на рисунке 5. На этом рисунке показана только та часть системы передачи с ИКМ, которая реализует функцию коммутации цифровых сигналов. Эта часть системы передачи состоит из

  • Мультиплексора MX, который подключает к линии передачи (каналу) Y один из входных сигналов Х12 или Х3 в зависимости от значения сигналов адреса А1,А0 в соответствии с таблицей 1.
  • Демультиплексора DMX, который подключает входную линию (канал) Y к одному из выходов Х12 или Х3 в зависимости от значения сигналов адреса А1,А0 в соответствии с таблицей 2.
  • Счетчика временных интервалов Cnt, который формирует коды временных интервалов А1,А0.
  • Задающего генератора ЗГ, который формирует сигналы управления счетчиком временных интервалов «+».
  • Схемы преобразования кодов временных интервалов Рi, которая преобразует коды А1,А0 временных интервалов полученные со счетчика временных интервалов Cnt в коды 1, управления демультиплексором для реализации заданной функции коммутации Pi.

Рассмотрим действие схемы, изображенной на рисунке 5, если Pi реализует преобразование (А1)->(1,), указанное в таблице 3

Таблица 3

A1A Y 1 Рез
0 0 X 1 0 X2
0 1 X1 0 0 X
1 0 X2 1 1 X3
1 1 X3 0 1 X1

Таким образом будет реализована функция коммутации, представленная соответствием, которое описано в таблице 4 . В этой таблице сигналу на входе Х соответствует выходной сигнал Х2; сигналу на входе Х1 соответствует сигнал на выходе Х; сигналу на входе Х2 соответствует сигнал на выходе Х3, а сигналу на входе Х3 соответствует сигнал на выходе Х1.
Таблица 4

X X1 X2 X3
X
X1 1 1
X3

Таблица 5 описывает все возможные функции коммутации 4-х сигналов.

Таблица 5

N 0123
00 3012
01 3102
02 3201
03 3210
04 3021
05 3120
06 2310
07 2301
08 1302
09 0312
10 1320
11 0321
12 2031
13 2130
14 1230
15 0231
16 1032
17 0132
18 2013
19 2103
20 1203
21 0213
22 1023
23 0123

Т
аким образом система передачи, использующая ИКМ позволяет не только передавать информацию в режиме уплотнения, но и одновременно выполнять функцию коммутации каналов.

^ Вопросы к разделу 6.3

1 При каких условиях система передачи использующая ИКМ выполняет функцию коммутации.

2. Объясните, используя рисунок 5 процесс коммутации каналов при использовании системы передачи с ИКМ.

    1. ^ Европейская плезиосинхронная иерархия цифровых систем передачи.

Разработанные и внедреные в средине прошлого века цифровых систем передачи (ИКМ) выгодно отличаются от аналоговых ситем передачи (АИМ) по следующим основным параметрам:

  • Более высокая помехоустойчивость за счет возможности восстановления амплитуды и формы сигнала в процессе передачи;
  • Меньшая зависимость качества передачи от длины линии связи;
  • Более высокая стабильность параметров цифровых электронных элементов чем у радиотехнических для АИМ;
  • Более высокие технико-экономические показатели цифровой системы передачи по сравнению с аналоговыми системами, так как через один провод передается в два раза больше информации и устройства унифицированы.

Требования к цифровым системам передачи определены стандартами МСЭ серии G. Существуют две основные разновидности цифровых систем передачи: Европейская, имеющая в своем обозначении букву Е, и Североамериканская (Японская), имеющая в своем обозначении букву Т. В соответствии с этими стандартами цифровые системы передачи строятся по иерархическому принципу. В соответствии с этим принципом число каналов в системе данного уровня иерархии всегда больше чем число каналов в системе предыдущего уровня. Плезиахронными (асинхронными) называют системы передачи, в которых синхронизация работы приемника и передатчика производиться путем передачи по каналу связи специальных сигналов синхронизации.

Система низшего уровня обозначается Е1 (ИКМ-30 в обозначениях бывшего СССР), система передачи следующего уровня Е2 (ИКМ-120) и т.д.. Систему Е1 принято называть первичной системой передачи. Первичная система передачи обеспечивает передачу 30 каналов тональной частоты со скоростью 2048Кбит/сек. В этой системе измерение значения амплитуды тонального сигнала производиться 8000раз/сек, что вполне достаточно для качественной передачи речи обеспечивает высокую скорость передачи данных. Формат цифрового потока в первичной системе передачи показан на рисунке 6. На этом рисунке показано, что

  • Цифровой поток в канале разбивается на сверхциклы, каждый из которых состоит из 16 циклов передачи. Длительность сверхцикла 2мс=16*125мкс определяется длительностью циклов передачи;
  • Цикл передачи длительностью 125мкс=1с/8000 состоит из 32 канальных интервалов;
  • 30 из которых (КИ1,КИ2. КИ15 и КИ17,КИ18. КИ31) предназначены для передачи информации (Кода амплитуды тонального сигнала),
  • а нулевой канальный интервал (КИ0) и 16-й канальный интервал (КИ16 ) предназначены для передачи управляющей информации. Передачи сигналов синхронизации и управления системой – эту информацию называют сигнализацией.
  • Каждый канальный интервал состоит из 8-ми бит (32*8)*8000=2048Кбит/сек).

Иерархия цифровых систем передачи изображена на рисунке 7. Каждый следующий уровень образуется путем объединения четырех потоков предыдущего уровня. Например система Е2 емкостью 120 каналов образуется путем объединения 4-х первичных потоков Е1. А система передачи Е3 емкостью 480 каналов образуется путем объединения 4-х систем Е2. Для организации систем передачи высокого уровня используются скоростные каналы передачи. Например, если для системы Е1 могут использоваться физические линии (витые пары проводов допускают передачу со скоростью до 10Мбит/сек), то для системы Е2 требуется использовать каналы с более широкой полосой – коаксиальные кабели. В настоящее время наибольшую полосу передачи имеют волоконно- оптические кабели.
Вопросы к разделу 6.4

1 Опишите структуру и поясните временные характеристики первичного потока, используя рисунок 6.

2. Опишите принцип организации (иерархию) европейских систем цифровой передачи.

    1. Частотное разделение канала

Среда передачи, в которой организуются проводные и беспроводные каналы, обладает двумя основными ресурсами, позволяющими создавать многоканальные системы передачи:

  • ^ Временной ресурс , который является основой систем передачи с временным разделением канала и
  • Частотный ресурс, который является основой систем передачи с частотным разделением канала.

На рисунке 8а в виде системы координат изображены основные ресурсы каналов передачи.

Используя некоторую полосу частот из частотного ресурса можно в канале, образованном этой частотой, организовать несколько временных каналов, так как это изображено в средней части рисунка 8б. Раннее было показано как, в канале, использующем витую пару, можно организовать до 32 каналов асинхронной (плезиосинхронной) системы передачи типа Е1. Система управления движением морских судов использует один частотный радиоканал для организации до 1000 информационных каналов в временным разделением, которые обеспечивают связь с судами в акватории крупных портов и проливов.

Р
адиоканалы, в соответствии с Регламентом радиосвязи, разделяются на полосы частот, которые уполномоченными международными, государственными и региональными органами (комиссиями по радиочастотам) распределяются между операторами связи. Пример такого разделения показан на верхней и нижней части рисунка 8б.

Если вновь рассмотреть обобщенную схему многоканальной системы передачи, то при использовании частотного метода разделения канала модуляторы Mi, i=1,2. n преобразуют информационные сигналы аi в канальные сигналы si, так что каждый

из них представляется (модулируется) параметрами сигнала несущей частоты, лежащей внутри заданной полосы частот. Между полосами частот имеются защитные интервалы, которые предназначены для уменьшения взаимного влияния соседних частотных каналов. Например, в КВ диапазоне полосы частот вместе с защитным интервалом имеют ширину 12,5Кгц, а в УКВ диапазоне порядка 25Кгц. На более высоких частотах используются более широкие полосы частот. Поэтому скорости передачи данных в КВ диапазоне не превышают 300-600 бит/сек, в УКВ достигают 16Кбит/сек, а на более высоких частотах достигают десятков и сотен Мбит/сек. В современных мобильных средствах связи (несущие частоты порядка 900-1000МГц) речь передается в цифровой форме и каждая базовая станция за счет частотного и временного уплотнения может использовать до 1000 каналов.

^ 6.6 Временное и частотное разделение каналов

(Программная перестройка частоты)

На рисунке 8в изображено совместное использование 8-ми частотных каналов и временное их разделение способом программной перестройки частоты.

Множество из восьми несущих (канальных) частот F=o,f1,…,f7>можно поставить в соответствие восьми каналам К=<к1. к7> 8! способами (перестановками). Например, в начале работы системы передачи, можно использовать тождественную подстановку

Учитывая, что индексы у элементов множества канальных частот F и у множества каналов К принадлежат одному множеству N8 первых восьми натуральных чисел N8=(0,1. 7), то все 8! подстановок, определяющих взаимно однозначное соответствия между этими множествами можно рассматривать как подстановки множества первых восьми натуральных чисел N8 – индексов частот и каналов.

Если на каждом j, j=0,1,2,… интервале времени (канальном интервале), который отведен для работы каждого кi, i=0,1. 7, канала определять новую перестановку, и перестраивать на следующем j+1 интервале передатчики и приемники систем передачи на новые частоты, в соответствии с новой подстановкой, то восемь каналов будут не мешая друг другу работать, «перескакивая» с одной частоты на другую. Причем, если каждая новая подстановка будет беспорядком на множестве N8, то для каждого канала каждое новое значение частоты будет отличаться от предыдущего. Для множества N8 существует 7!=5040 различных беспорядков. На рисунке 9 показана одна из возможных последовательностей таких беспорядков.

Системы передачи с программной перестройкой частоты позволяют создавать системы защиты информации от несанкционированного доступа к каналу.

Действительно. Пусть для режима ППРЧ используется n канальных частот (n несущих частот), образующих множество F=,f1,…,fn>. Это множество несущих частот образует n систем передачи, каждая из которых позволяет создать n соединений для обмена информацией (в соединении участвует не менее двух абонентов – приемопередатчиков). Пусть каждый из приемопередатчиков в этих n соединениях будет иметь возможность синхронно и оперативно перестраиваться с одной частоты на другую из множества F на каждом новом интервале передачи . Причем правило перестройки для каждого соединения определяется перестановкой множества первых Nn натуральных чисел, соответствующих n несущим частотам и n соединениям. Существует (n-1)! беспорядков, описывающих такие перестройки с одной частоты на другую, что на каждом следующем интервале передачи будет использоваться новая несущая частота. Если противнику не известен порядок выбора этих перестановок, то он не сможет правильно собрать воедино фрагменты сообщения, которые передаются в последовательных интервалах передачи.

Организация таких частотных скачков предполагает использование в каждом приемопередатчике сигналов точного времени для синхронизации процессов перестройки с одной частоты на другую и реализации псевдослучайной последовательности натуральных чисел из диапазона [0,1,…,(n-1)!-1], которые определяют последовательность беспорядков для перестройки частоты каждого соединения. Функциональная схема организации программной перестройки частоты изображена на следующем рисунке. Эта схема включает в себя: таймер, определяющий моменты ti начала интервалов передачи, генератор псевдослучайных чисел для получения номеров беспорядков для каждого интервала и блок формирования перестановки (беспорядка) с заданным номером, из которой приемопередатчик выбирает несущую частоту, в соответствии с соединением, в котором он находиться.

П
одобная организация ППРЧ определяется рнкомендациями IEEE 802.14.g. для локальных беспроводных сетей (Радио Еthernet)/`

^ 6.7 Множественный доступ с кодовым разделением каналов

В английской транскрипции этот способ разделения каналов сокращенно обозначают CDMA (C ode Division Multiple Access). Этот способ разделения каналов широко используется в системах подвижной связи и основан на расширении частотного спектра передаваемого сигнала путем его преобразования специальной последовательностью периодических сигналов с более широким спектром. Принцип преобразования показан на следующем рисунке.

Передаваемый логический сигнал y с периодом следования бит Т преобразуется периодической последовательностью из N бит y так, что результат преобразования z=xy +

y равен отрицанию поразрядной суммы по модулю 2 х и у. Если передаваемый сигнал х умещается в полосу 1/Т, то преобразованный сигнал имеет полосу в N раз большую, если последовательность в периоде Т содержит N бит. Можно сказать, что один бит сигнала передается последовательностью из N бит. Для удобства обратного преобразования в приемнике число бит в преобразующей (кодирующей) последовательности должно быть нечетным. В этом случае для определения принятого бита может быть использован метод голосования.

Реальные длины последовательностей достигают нескольких тысяч бит. В этом случае пропорционально спектр расширяется спектр преобразованного сигнала. Это позволяет передавать сигнал меньшей мощности. Мощность передаваемого сигнала может быть уменьшена на столько, что узкополосный приемник будет принимать его за шум. Поэтому такие сигналы называют шумоподобными.

Синхронизация и декодирование принимаемого сигнала реализуется эффективно, если кодирующая последовательность имеет автокорреляционную функцию, которая содержит только один пик.

1 Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и Связь. 1985г

Каждый электрик должен знать:  Схемы присоединения асинхронных электродвигателей к сети
Добавить комментарий