Основы теории многоканальной передачи сообщений

Основы теории многоканальной передачи сообщений

Каждому источнику выделяется спец.сигнал называемый канальным. Многоканальные системы образуются путем объединения кан. сигналов в группы (обычно кратные 12)

 

 

Реализации сообщений каждого источника с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) преобразуются в соот­ветствующие канальные сигналы . Совокупность канальных сигналов на выходе суммирующего устройства S обра­зует групповой сигнал s(t). Наконец, в групповом передатчике М сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал Sn(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 Sn(t) с помощью группового приемника П может быть вновь преобразован в групповой сигнал s(t).

Частотное разделение каналов

 

Каждый из фильтров Ф_k 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 из-за нелинейности харак­теристик группового канала. Для снижения переходных помех до допустимого уровня при­ходится вводить защитные частотные интервалы

 

Временное разделение каналов

Принцип временного разделения каналов (ВРК) состоит в том, что групповой тракт предоставляется поочередно для передачи сигналов каждого канала многоканальной системы

 

 

 

 

Для нормальной работы многоканальной системы с ВРК необходима синхронная и синфазная работа коммутаторов на приемной и пе­редающей сторонах. Для этого один из каналов занимают под пе­редачу специальных импульсов синхронизации.

Интервал времени Tц между ближайшими импульсами группо­вого сигнала T_k называется канальным интервалом

При временном разделении, так же как и при ЧРК, существуют взаимные помехи, в основном обусловленные двумя причинами. Во-первых, линейные искажения, возникающие из-за ограниченно­сти полосы частот и неидеальности амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик любой физически осуществимой системы связи, нарушают импульсный характер сигналов. При временном разделении сигналов это приведет к тому, что импульсы одного канала будут накладываться на импульсы других каналов. Иначе говоря, между каналами возникают взаимные переходные помехи или межсимвольная интерференция. Во-вторых, взаимные помехи могут возникать за счет несовершенства синхронизации тактовых импульсов на передающей и приемной сторонах. В силу данных причин временное разделение каналов на основе АИМ не получи­ло практического применения.

 

Проводные линейные тракты

Радиорелейная связь

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ

ПОСТРОЕНИЯ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Наземные микроволновые телекоммуникации получают все большее развитие, успешно конкурируя с кабельными и волоконно-оптическими системами связи. Непрерывное совершенствование электронных компонентов СВЧ, появление новых принципов и технологий привело к созданию новых поколений устройств для беспроводной связи, отличающихся высочайшей надежностью, очень малыми габаритами, низким потреблением энергии и низкой стоимостью. Во многих регионах мира внедрение беспроводных технологий идет опережающими темпами.

Для передачи больших объемов информации на расстояния в тысячи километров широкое распространение получили радиорелейные линии связи прямой видимости (РРЛ).

Принцип радиорелейной связи заключается в создании системы ретрансляционных станций, расположенных на расстоянии, обеспечивающем устойчивую работу. Простейшая топология радиорелейной линии связи представляет собой цепочку ретрансляторов, передающих информацию между двумя пунктами. В более сложных случаях строятся ответвления от основной линии или создаются сети распределения информации между регионами, населенными пунктами или непосредственно между потребителями.

Важной особенностью радиорелейных линий связи, является применение остронаправленных антенн (с коэффициентами усиления порядка 40 дБ), что позволяет работать на очень малых уровнях мощностей передающих устройств. Как правило, современные передатчики РРЛ имеют выходную мощность а пределах от нескольких милливатт до единиц ватт.

Международными рекомендациями (МСЭ-Р) выделено несколько диапазонов частот СВЧ, в каждом из которых определены частотные планы для работы РРЛ. При этом полоса частот радиоканала не превышает 40 МГц. Для повышения пропускной способности РРЛ, часто применяется многоствольная работа, заключающаяся в том, что организуется несколько параллельных радиоканалов, использующих общую антенную опору и антенны.

В структуре радиорелейной связи различают оконечные (ОС), узловые (УС) и промежуточные станции (ПС). Узловые и промежуточные станции выполняют функции ретрансляторов, но на узловых станциях можно выделить и ввести информацию, а также, ответвить сигнал на другие направления.

По характеру линейного сигнала радиорелейные линии связи разделяются на аналоговые и цифровые. Существует некоторое количество смешанных систем, которые работают с теми и другими сигналами.

АНАЛОГОВЫЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ

История многоканальных аналоговых РРЛ в России насчитывает более 40 лет, начавшись с аппаратуры первого поколения Р-60/120 и Р-600. Общая протяженность аналоговых РРЛ в России составляет многие десятки тысяч километров.

Материалы для изучения принципов организации РРЛ и особенностей аналоговых РРЛ приведены в [1, гл. 7; 2, гл.. 4; 3, разд. 1.2, разд. 3.1; 4, гл. 1].

Обратите внимание на способы построения антенно-фидерных трактов и разделительных фильтров РРЛ [1, гл. 3; 2, с. 76-80; 4, гл. 3 и 4].

Основным требованием к телекоммуникационному каналу является передача сигналов с минимальными допустимыми искажениями, не превышающими установленных норм. Необходимо уделить особое внимание изучению причин возникновения различных шумов и искажений и способам их уменьшения [1, гл. 5; 2, разд. 4.2; 3, гл. 7; 4, гл. 8].

Функционирование наземных микроволновых систем связи зависит в очень сильной степени от геоклиматических параметров - характера и рельефа местности и климатических условий. Физические процессы, проходящие на интервале РРЛ достаточно сложны и неоднозначны. Поэтому надо очень серьезно подойти к изучению этого раздела, обратившись к [1, разд. 2.2, 2.3; 2, с. 115-132; 3, разд. 8.1-8.3].

ЦИФРОВЫЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ

В настоящее время происходит замена аналоговых радиорелейных линий цифровыми. В 1993 г. введена в строй магистральная ЦРРЛ Санкт-Петербург - Москва, а в 1997 г. - Москва - Хабаровск. Запланировано строительство еще нескольких магистральных систем и множества зоновых и местных линий и сетей связи.

Внедрение цифровых технологий требует применения новой элементной базы, методов проектирования и организации систем.

Скорость работы современных цифровых РРЛ, функционирующих в рамках существующих частотных планов, достигла 622 Мбит/c. При этом используются:

· многоуровневая кодированная модуляция,

· сложные системы обработки и коррекции сигналов,

· поляризационные развязки,

· адаптивные методы работы.

Общие вопросы построения, организации и расчета ЦРРЛ можно изучить в [1, с. 27-38, разд. 5.11, 6.4, 7.3; 2, разд. 4.4; 3, разд.4.4].

Обобщенный вариант выполнения структурной схемы современной цифровой микроволновой аппаратуры можно найти здесь.

Современные технологии, развитие микроэлектроники СВЧ, компьютерная обработка сигналов, освоение диапазонов рабочих частот выше 10 ГГц, коренным образом меняют конструктивное исполнение оборудования, методы управления и эксплуатации, надежность и стоимость систем. Стремительно уменьшаются масс-габаритные характеристики аппаратуры, что приводит с существенному удешевлению и упрощению антенных опор.

БЕСПРОВОДНЫЕ СИСТЕМЫ ДОСТУПА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Принято считать, что к системам доступа (или к системам связи «последней мили») относятся линии связи с протяженностью до 90 км. Различаются системы доступа с передачей ин-формации от одного пункта к другому (системы «пункт-пункт») и от одного пункта ко многим потребителям (системы «пункт-много пунктов»). По принципам организации и оборудованию, системы «пункт-пункт» весьма сходны с короткопролетными радиорелейными системами связи.

К группе телекоммуникаций по признаку «пункт-много пунктов» условно можно отнести системы: телерадиовещания, фиксированной и подвижной радиосвязи, микроволновые структуры распределения информации.

Известно, что в ближайшем будущем, массовым сигналом, передаваемым по радиорелейным линиям связи, станут сигналы цифрового телевидения, так как намечается глобальный переход к таким системам. Разработаны унифицированные стандарты на наземное, спутниковое и кабельное цифровое телевидение.

Во многих регионах мира (в том числе - в России) принят стандарт COFDM (когерентная ортогональная модуляция с частотным разделением), которая позволяет осуществлять передачу сигналов цифрового телевидения в сложных условиях, в том числе, при наличии интерференционных помех.

Основные принципы COFDM будут даны в лекционных материалах.

Быстрыми темпами развиваются сотовые системы связи. Вопросы организации, построения, расчета и эксплуатации со-товых систем связи весьма обширны и излагаются в специальных курсах, а с основными концепциями мобильной связи можно познакомиться в [12]. Обратите внимание на появление систем сотовой связи третьего поколения (3G).

Микроволновые системы распределения информации пред-назначены для односторонней или двухсторонней связи между базовой станцией и потребителями на расстоянии прямой видимости. В этих системах могут передаваться скоростные цифровые потоки информации для целей телерадиовещания, связи и для работы в Интернете. В мире выпускается достаточно большое количество оборудования для многоканальных микроволновых систем распределения информации MMDS, работающих в диапазоне частот 2-3 ГГц, локальных систем распределения информации LMDS (диапазон 27-28 ГГц) и систем распределения видеоинформации MVDS (диапазон 40-40.5 ГГц).

 

Спутниковая связь

Для обеспечения достаточного количества каналов связи должны применяться многолучевые антенные системы, работающие на высоких частотах (более 1,5 ГГц), что значительно усложняет конструкцию антенн и космических аппаратов (КА)

>Для обеспечения непрерывности радиотелефонной связи через спутник, оснащенный многолучевыми антенными системами, требуется большое количество узловых (шлюзовых) станций с дорогим коммуникационным оборудованием

Во многих случаях абоненту необходимо знать свое местоположение (координаты) на Земле. Для этих целей применяют аппаратуру двух типов:

> Стандартную навигационную аппаратуру GPS систем ГЛОНАСС/НАВСТАР, которая обеспечивает очень высокую точность определения координат потребителя.

>Специальную навигационную аппаратуру, которая по сигналам спутников персональной связи и (или) шлюзовых станций позволяет определять координаты потребителя, но с меньшей точностью используя аппаратуру второго типа, можно определять координаты абонента одним из следующих способов:

> По сигналам 4 спутников персональной связи

> По сигналам шлюзовых наземных станций

> По сигналам спутников и шлюзовых станций

Значительный прогресс в развитии спутниковых систем персональной связи достигнут благодаря внедрению новых технических решений, ключевыми из которых можно считать: обработку сигнала на борту спутника- ретранслятора, создание перспективных сетевых протоколов обмена информацией и применение недорогих портативных пользовательских терминалов с малым энергопотреблением.

Развитию систем персональной спутниковой связи способствуют большие успехи, достигнутые в микроминиатюризации функциональных узлов коммуникационного оборудования. Применение арсенида галлия и фосфида индия позволило создать мощные солнечные батареи небольших размеров, а внедрение различных композиционных материалов — уменьшить массу спутников. Значительный прогресс ожидается и в области разработки бортовых ЭВМ на специализированных БИС (больших интегральных схемах), обеспечивающих высокоскоростную коммутацию при ретрансляции информационных потоков. Применение методов многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), который основан на использовании широкополосных сложных сигналов, несомненно, способствует успешному развитию спутниковых систем связи.

Основы теории многоканальной передачи сообщений

Каждому источнику выделяется спец.сигнал называемый канальным. Многоканальные системы образуются путем объединения кан. сигналов в группы (обычно кратные 12)

 

 

Реализации сообщений каждого источника с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) преобразуются в соот­ветствующие канальные сигналы . Совокупность канальных сигналов на выходе суммирующего устройства S обра­зует групповой сигнал s(t). Наконец, в групповом передатчике М сигнал s(t) преобразуется в линейный сигнал Sn(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 Sn(t) с помощью группового приемника П может быть вновь преобразован в групповой сигнал s(t).