Системы передачи информации

     Содержание 

Введение    …….………………….……………………………………...2

Временное разделение каналов……..…………………………………4

Достоинство……………………………………………………………10

Литература  ………………….…………………………………………..11  

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     В наши дни радиосвязь получила широкое  распространение. В связи с ограниченным частотным ресурсом и огромным числом пользователей, которые используют радиочастоты, приходится применять различные методы уплотнения (разделения) каналов связи. Уплотнение линий связи экономически целесообразно осуществлять, так как это позволяет сократить затраты на организацию новых линий связи в случае отсутствия уплотнения и сократить расходы на оборудование и эксплуатацию.

     В современных сетях связи используются аналоговые и цифровые системы передачи. В будущем планируется постепенный переход только на цифровые системы.

     Аналоговые  системы передачи:

     В аналоговых системах все процессы (прием, передача, связь) основана на аналоговых сигналах. Примеров таких систем множество: телевизионное вещание, радио, телефонная коммутация (связь).

     Цифровые  системы передачи:

     В цифровых системах все процессы происходят от цифровых (дискретных) сигналов. Примерами являются – современные объекты связи, цифровая телефония, цифровое телевидение.

     Эволюционный  процесс перехода от аналоговых систем к цифровым связан:

     – век новых технологий, соответственно в технике все больше распространяется микропроцессорные технологии обработки  сигналов;

     – Создается высокоскоростная паутина  цифровых телекоммуникационных сетей.

     Многоканальные  системы образуются путем объединения каналов тональной частоты (ТЧ) в группы, обычно кратные 12 каналам.

     Реализация  сообщений каждого источника  с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) преобразуются в соответствующие  канальные сигналы. Совокупность канальных  сигналов на выходе суммирующего устройства образует групповой сигнал. Наконец,  в групповом передатчике сигнал преобразуется в линейный сигнал, который и поступает в линию связи. Допустим, что линия пропускает сигнал практически без искажений и не вносит шумов. Тогда на приемном конце линии связи линейный сигнал с помощью группового приемника может быть вновь преобразован в групповой сигнал. Канальными или индивидуальными приемниками из группового сигнала выделяются соответствующие канальные сигналы и затем преобразуются в предназначенные получателям сообщения.

     Индивидуальные  приемники, системы многоканальной связи наряду с выполнением обычной  операции преобразования сигналов в  соответствующее сообщение должны обеспечить выделение сигналов из группового сигнала. В состав тех.устройств на передающей стороне многоканальной системы должна быть 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. Соответственно различаются и способы разделения сигналов: частотный, временной,  фазовый и другие.

     Существуют, например, такие методы уплотнения каналов связи:

Частотное разделение каналов – для каждого канала связи отводится своя полоса частот так, чтобы не происходило перекрытия их частотных полос.

     Временное разделение каналов – сигналы  каждого канала дискретизируются и  их мгновенные значения передаются последовательно  по времени, таким образом, каждое сообщение передается короткими импульсами – дискретами.

     Фазовое разделение каналов – по линии  связи передаются сигналы одинаковой частоты и амплитуды и с  различными фазами. На приемной стороне  такие сигналы выделяются с помощью  специальных устройств.

     Пространственное  разделение каналов – метод уплотнения по поляризации сигнала, ортогональные  сигналы передаются по одной линии  связи, что позволяет сократить  полосу частот канала.

     Линейное  разделение каналов – или метод  разделения по форме, используются линейно независимые сигналы. Такие сигналы линейно разделены и могут быть приняты в качестве канальных сигналов.

     Наиболее  широкое применение нашли частотное  и временное разделения каналов  связи.  
 
 
 
 
 
 

     Временное разделение каналов

     В многоканальных системах с временным разделением каналов (ВРК) канальные сигналы не перекрываются во времени, что обеспечивает их ортогональность.

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

     В зарубежных источниках для обозначения  принципа временного разделения каналов  используется термин Time Division Multiply Access (TDMA).

В многоканальных системах с временным разделением  каналов (ВРК) канальные сигналы  не перекрываются во времени, что обеспечивает их ортогональность.

Рассмотрим  один из способов формирования канальных  сигналов в системе с ВРК. Сообщения  λ_k, поступающие от источников, подвергаются дискретизации по времени так, чтобы отсчеты одного сообщения не совпадали с отсчетами другого (рис. 2.2.1,а). В соответствии с моментами отсчетов вырабатываются импульсы, параметры которых меняются в зависимости от значений сообщений сообщения в каждом отсчете. Рис. 2.2.1,б иллюстрирует систему, в которой пропорционально сообщению изменяется амплитуда импульсов. Канальные сигналы, образованные из сообщения λ₁, не совпадают по времени с канальными сигналами, образованными из сообщения λ₂.

Рис. 2.2.1, а

Рис. 2.2.1, б

Таким образом, в системе с ВРК происходит периодическое подключение каждого источника к линии связи. Частота подключения выбирается из условия восстановления непрерывного сообщения по его дискретным выборкам, т.е. в соответствии с теоремой Котельникова. Переносчиком сообщений в каждом канале является последовательность импульсов. В зависимости от того, какие параметры импульсной последовательности являются информативными, получают те или иные системы с ВРК. Однако всем разновидностям систем с ВРК присущи общие черты, которые отражены в структурной схеме, приведенной на рис. 2.2.2.

Рис. 2.2.2

Генератор канальных импульсов (ГКИ) вырабатывает периодические последовательности импульсов, служащие переносчиками  сообщений для М каналов. Снимаемые  с выходов ГКИ импульсные поднесущие модулируются в модуляторах (М) сообщениями, поступающими от источников И_i. Образующиеся канальные сигналы не перекрываются во времени (см. диаграммы рис. 2.2.3).

Рис. 2.2.3

Для того чтобы обеспечить разделение каналов, на передающей стороне устройство формирования синхроимпульсов (УФСИ) вырабатывает синхроимпульсы, параметры которых отличаются от канальных импульсов, а период повторения совпадает с периодом Т_п. Синхроимпульсы складываются с канальными, и суммарный поток подается модулятор передатчика. Ритм работы всей системы обеспечивается генератором тактовых импульсов (ГТИ). В передатчике реализуется вторая ступень модуляции, в результате чего формируется радиосигнал.

На приемной стороне этот радиосигнал демодулируется и на выходе демодулятора (Д) выделяется импульсный поток группового сигнала. Селектор синхроимпульсов (ССИ) выделяет из этого потока синхроимпульсы, которые обеспечивают синхронную работу генератора селекторных импульсов (ГСИ). Разделение канальных импульсных потоков осуществляется временными селекторами (ВС), на которые с одной стороны подается групповой сигнал, с другой – селекторные импульсы. При совпадении по времени канального и селекторного импульсов ВС пропускает первый на вход канального демодулятора (КД). Селекторные импульсы показаны на диаграммах рис. 2.2.3 совмещенными с канальными импульсами на входе ВС (диаграммы 7 и 8). Нумерация диаграмм на рис. 2.2.3 соответствует отмеченным на рис. 2.2.2 точкам. Исходя из работы системы с ВРК, можно сделать вывод об исключительно важной роли синхронизации. Канал синхронизации должен обладать повышенной помехоустойчивостью, чтобы исключить неправильную работу системы в целом.

Рассмотрим  некоторые из возможных видов  модуляции импульсных последовательностей. Периодическая последовательность импульсов может быть представлена в следующем виде:

(2.2.1)

где А₀ – амплитуда импульсов; ƒ(t) – функция, описывающая форму одиночного импульса с единичной амплитудой и длительностью τ_и; Т_п – период повторения импульсов; V_n – параметр, характеризующий начальный сдвиг последовательности.

Вид модуляции  первой ступени определяется параметром импульсной последовательности, который изменяется в соответствии с сообщением. При изменении амплитуды А₀=А(t) имеем АИМ, при изменении длительности импульсов τ_и=τ_и(t) – ШИМ, при изменении временного положения V_n=V_n(t) – временную импульсную модуляцию (ВИМ). Различают ФИМ и ЧИМ в зависимости от закона изменения V_n(t). На второй ступени модуляции осуществляется модуляция параметров несущего колебания импульсным потоком группового сигнала. Для этого применяют АМ, ФМ, ЧМ.

Рассмотренные виды модуляции первой ступени относятся к параметрическим, так как основаны на изменении параметров импульсного потока. На практике используют и непараметрические методы модуляции, при которых значениям отсчетов сообщения ставится в соответствие кодовая комбинация, состоящая из элементов, отличающихся частотой, интервалом и т.п. Сюда относятся импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) и дельта-модуляция (ДМ).

В зависимости  от сочетания способов модуляции  на первой и второй ступенях выделяют различные классы систем с ВРК, например АИМ-ЧМ, ШИМ-ФМ, ИКМ-ЧМ и т.п. Каждая из систем имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее широкое распространение получили системы с ШИМ и ВИМ, а также с ИКМ, поскольку они обеспечивают высокую надежность передачи сообщений при относительной простоте реализации аппаратуры.

Определим число каналов М, которое может  быть уплотнено в системе с  ВРК при заданных характеристиках  сообщений λ_k и полосе Δƒ_с высокочастотного тракта. Из рис. 2.2.3 можно установить соотношение

, (2.2.2)

где т_и – длительность канального импульса; т_с – длительность синхроимпульса; т_к – канальный интервал.

Период  повторения Т_п канальных импульсов определяется верхней граничной частотой спектра F_в сообщения

, (2.2.3)

где μ₀ – коэффициент следования импульсов, равный 2 в соответствии с теоремой Котельникова, либо выбираемый больше 2 в зависимости от допустимых искажений передаваемых сообщений и от вида импульсной модуляции. С учетом (2.2.3) имеем для систем с АИМ:

. (2.2.4)

Очевидно, при уменьшении коэффициента μ₀ длительности канальных и синхроимпульсов можно увеличить число М уплотняемых каналов. Наибольшее число каналов обеспечивается при АИМ. Уменьшение длительностей т_с и т_и возможно до предела, определяемого максимальной полосой спектра передаваемого по радиолинии радиосигнала.

Дадим оценку помехоустойчивости многоканальных систем с различными видами импульсной модуляции. Считаем, что на входе  приемного устройства действуют  групповой сигнал s_∑(t) и помеха n(t), представляющая флуктуационный шум с нулевым средним значением и дисперсией σ²_п. Обозначим максимальное значение сигнала s_∑(t) через А₀, тогда можно ввести отношение сигнал/шум q_вх=А²₀/σ²_п. В зависимости от этого отношения сообщение λ^* на выходе приемника сопровождается бульшими или меньшими ошибками ε(t).

Действие шума на качество воспроизведения сообщений определяется величиной отношения сигнал/шум. Принимая на выходе приемника отношение сигнал/шум равным q_вых=А²_m/σ²_п.в, где А_m – максимальное значение полезного сигнала на выходе; σ²_п.в=<ε²> - средний квадрат ошибки, помехоустойчивость системы определим величиной выигрыша:

. (2.2.5)

Качество  разделения канальных сигналов характеризуется  коэффициентом защищенности А_з, определяемым отношением мощности полезного сообщения Р_с к мощности Р_п.п переходной помехи:

. (2.2.6)