Razdel_4

Зависимость дальности передачи от погодных условий представлена на рис. 4.16.

Рис.4.16.

Из приведенного графика зависимости максимальной дистанции устойчивой связи от метеоусловий при ошибке передачи данных BER <10-9 и скорости 2000 кбит/с видно, что сильный снегопад и густой туман существенно сокращают максимальную дистанцию устойчивой связи (Примечание. BER – от англ. Bit Error Rate - коэффициент ошибок, определяемый как отношение числа неверно принятых битов (0 вместо 1 и наоборот) к полному числу переданных битов при передаче по каналу связи. В современных сетях связи характерные значения BER - 1E-9 и лучше). Как показывают наблюдения, и в сильный снегопад, и в густой туман на расстоянии 3 км связь сохраняется, но, поскольку относительное количество испорченных пакетов очень велико, скорость передачи данных существенно уменьшается.

4.2. Системы многоканальной связи

Учитывая относительно высокую стоимость линейных сооружений, особое значение приобретает обеспечение их эффективного использования. Одним из путей решения указанной проблемы является создание систем многоканальной связи (СМС), позволяющих осуществить передачу по общей линии связи большого количества сигналов.

Для того, чтобы на приемной стороне можно было различить поступающие сигналы, они должны обладать определенными свойствами: не перекрываться либо по частоте, либо во времени. Существует еще один способ различения сигналов – по форме. С учетом изложенного, СМС подразделяют на системы с частотным разделением каналов, временным разделением каналов, а также системы с разделением сигналов по форме.

4.2.1. Системы с частотным разделением каналов

Системы с частотным разделением каналов (ЧРК) нашли широкое применение в различных областях связи. Рассмотрим особенности их реализации в телефонии. Как известно, полоса частот канала тональной частоты (ТЧ) составляет 300…3400 Гц. Это означает, что для

передачи по общей линии связи сигналов источников сообщений И1, И2, …, ИN (рис. 4.17), занимающих одну и ту же полосу частот, их необходимо предварительно преобразовать, в противном случае их невозможно будет различить на приемной стороне. Такое преобразование осуществляется в канальных модуляторах КМ1, КМ2,…, КМN, на один вход которых поступают сигналы источников сообщений И1, И2, …, ИN, а на второй вход – гармонические сигналы, формируемые генератором канальных сигналов (ГКС). Последние имеют одинаковую амплитуду и различающиеся между собой частоты: : f1, f2, …, fN.

ИN модулируют гармонические сигналы, поступающие от ГКС. В результате такого преобразования спектры исходных сигналов источников сообщений переносятся в более высокочастотную область и располагаются на оси частот упорядоченно возле соответствующей частоты: f1, f2, …, fN (рис.4.14). За счет рационального выбора опорных частот f1, f2, …, fN можно выполнить условие, чтобы сигналы, поступающие на выход канальных модуляторов, не перекрывались по частоте. Для надежного исключения перекрытия по частоте вводятся небольшие защитные интервалы. fз (рис.4.14).

С выхода канальных модуляторов сигналы поступают на вход устройства объединения (УО), на выходе которого формируется групповой сигнал, представляющий собой линейную суперпозицию канальных сигналов. Групповой сигнал поступает на вход радиопередающего устройства (РПдУ) и далее – в линию связи и в радиоприемное устройство (РПрУ). Основные функции, которые выполняют соответственно радиопередающее и радиоприемное устройства, были рассмотрены в разделе 1.3, поэтому здесь на них останавливаться не будем. Более детально рассмотрим преобразования, которым подвергается групповой сигнал, поступающий на выход РПрУ. Для того, чтобы выделить из группового сигнала соответствующий канальный сигнал, используются селекторы канальных сигналов (СКС). Каждый СКС должен обладать свойством пропускать частотные составляющие спектра "своего" канального сигнала, лежащие в полосе частот (fн)i…(fв)i, где i=1,2,…,N (рис.4.18), и в максимально возможной степени ослаблять частотные составляющие остальных канальных сигналов, лежащие вне указанной полосы частот. Для осуществления этой функции в качестве СКС используют полосовые фильтры.

Необходимо помнить, что сигналы, поступающие на выходы селекторов канальных сигналов, еще не является теми сигналами, которые могут быть переданы соответствующему получателю (П1, П2,…, ПN), поскольку их спектры были смещены в более высокочастотную область в канальных модуляторах. Поэтому перед тем, как сигналы поступят получателям, их спектры необходимо вернуть в исходную полосу частот (300-3400 Гц). Эта операция выполняется в канальных детекторах КД1, КД2,…, КДN.

Таким образом, рассмотренные выше принципы, позволяют реализовать передачу сравнительно большого количества сигналов, спектры которых перекрываются по частоте, по одной линии связи.

S1

S2

S3

Sгр

Рис. 4.18.

В соответствии с рассмотренными принципами была реализована аппаратура систем многоканальной связи с ЧРК, которая разрабатывалась с учетом рекомендаций Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (МККТТ). В соответствии с рекомендациями каналообразующая аппаратура классифицируется по нескольким группам (таблица 4.4) [5].

Хотя технически несложно распространить мультиплексирование и на более высокие частоты ( в некоторых европейских странах используется 10800-канальная система, в которой в полосе частот 4-60 МГц передается двенадцать 900-канальных четверичных групп каналов) , развитие цифровых методов передачи сделало экономически невыгодным дальнейшее развитие систем многоканальной связи с ЧРК.

4.2.2. Системы с временным разделением каналов

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

(рис. 4.19).

Рисунок 4.19. Иллюстрация принципа действия систем с временным разделением каналов

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

При передаче используется дискретизация во времени (импульсная модуляция). Сначала передается импульс 1-го канала, затем следующего канала и т.д. до последнего канала за номером N, после чего опять передается импульс 1-го канала и процесс повторяется периодически. На приеме устанавливается аналогичный коммутатор, который поочередно

подключает групповой тракт к соответствующим приемникам. В определенный короткий промежуток времени к групповой линии связи оказывается подключена только одна пара приемник/передатчик.

Это означает, что 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.

На рисунке 4.16 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип ВРК. На рис. 4.16, а-в приведены графики трех непрерывных аналоговых сигналов u1(t), u2(t) и u3(t) и соответствующие им АИМ-сигналы. Импульсы разных АИМ-сигналов сдвинуты друг относительно друга по времени. При объединении индивидуальных каналов в канале (линии) связи образуется групповой сигнал с частотой следования импульсов в N раз большей частоты следования индивидуальных импульсов.

При использовании сигналов в цифровом представлении каждый из отсчетов, показанных на рисунке 4.20 будет кодироваться m-разрядным двоичным числом.

Рис. 4.20. Формирование группового сигнала в системах с ВРК

Интервал времени между ближайшими импульсами группового сигнала TK называется канальным интервалом или тайм-слотом (Time Slot). Промежуток времени между соседними импульсами одного индивидуального сигнала называется циклом передачи ТЦ. От соотношения ТЦ и TK зависит число импульсов, которое можно разместить в цикле, т.е. число временных каналов.

Структурная схема системы с ВРК показана на рис. 4.21.

ГТИ – генератор тактовых импульсов ГКИ – генератор канальных импульсов, задающих момент формирования дискретного

отсчета

И1…ИN - источники сообщений

КМ1…КМN - канальные модуляторы, формирующие отсчеты в моменты времени, задаваемые ГКИ

УФСИ – устройство формирования синхроимпульсов, необходимых для синхронизации приемной аппаратуры

∑ - устройство формирования группового сигнала РПдУ – радиопередающее устройство

РПрУ - радиоприемное устройство ССИ – селектор синхроимпульсов, обеспечивающий выделение (селекцию сигналов

синхронизации ГКСИ – генератор канальных синхроимпульсов

КC1…КCN - канальные селекторы, выделяющие из группового сигнала отсчеты данного

канала

КД1…КДN - канальные демодуляторы, восстанавливающие непрерывные сигналы на основе дискретных отсчетов

П1…ПN - получатели сообщений.

Рис. 4.21 Структурная схема системы с ВРК

Как уже отмечалось, в системах с ВРК для правильной обработки и распределения сигналов по каналам на приемной стороне необходимо обеспечить синхронизацию. Различают 3 вида синхронизации: тактовую, цикловую и сверхцикловую. Тактовая синхронизация обеспечивает на приемной стороне правильное "считывание" из группового сигнала каждого разряда передаваемого канального сигнала. Для обеспечения тактовой синхронизации используют так называемые самосинхронизирующиеся коды, которые позволяют сохранить синхронизацию тактовых передатчика и приемника даже при передаче длинных последовательностей "1" или "0". Примерами самосинхронизирующихся кодов являются манчестерский код, применяемый в локальных вычислительных сетях, реализованных по технологии Ethernet или Token Ring, или код HDB-3, используемый в цифровых системах передачи сообщений первичного уровня (см. ниже).

Цикловая синхронизация обеспечивает на приемной стороне правильное определение временного положения каждого канального интервала. Она реализуется путем передачи сигнала синхронизации в позиции нулевого канального интервала. Пятнадцать циклов объединяются в сверхцикл. Для синхронизации цифровых потоков в сверхциклах в групповой сигнал вводятся сигналы сверхцикловой синхронизации.

Системы многоканальной связи с временным разделением каналов также как и системы многоканальной связи с частотным разделением каналов строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что на каждом более высоком уровне иерархии происходит объединение в групповой сигнал нескольких выходных сигналов предыдущего уровня иерархии.

Цифровая система передачи, соответствующая первой ступени иерархии, называется первичной; в этой ЦСП осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа первичных сигналов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный цифровой поток и т.д.

В рекомендациях МСЭ-Т представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) и синхронная цифровая иерархия (СЦИ).

Появившаяся исторически первой плезиохронная цифровая иерархия имеет

европейскую, североамериканскую и японскую разновидности (таблица 4.5).

Используя данные, приведенные в таблице 4.5, нетрудно посчитать количество каналов, образующих групповой сигнал на каждом уровне иерархии. Например, для европейской системы количество каналов на разных уровнях будет равно:

1-ый уровень: 30

2-ый уровень: 4х30=120

3-ый уровень: 4х120=480

4-ый уровень: 4х480=1920

5-ый уровень: 4х1920=7680.

Таблица 4.5.

Для цифровых потоков ПЦИ применяют соответствующие обозначения. Для североамериканской и японской ПЦИ применяется обозначение T (иногда DS), для европейской ПЦИ - Е. Цифровые потоки первого уровня обозначаются соответственно Т-1 и E- 1, второго Т-2 и Е-2 и т.д.

К использованию в сетях связи РФ принята европейская ПЦИ.

Литература

1. Компьютерные сети. Учебный курс/ Пер. с англ.- М.: Издательский отдел "Русская Редакция" ТОО "Channel Trading Ltd.". –1997. –696 с.

2.Новиков Ю.В., Карпенко Д.Г. Аппаратура локальных сетей. –М.: Изд-во "Эком", 1998.

3.Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи.-М.: Радио и связь, 1990.-224 с.

4.Берлин Б.З. и др. Волоконно-оптические системы связи на ГТС Справочник/Б.З. Берлин, А.С. Брискер, В.С. Иванов; Под ред. А.С.Брискера и А.Н.Голубева. .-М.: Радио и связь, 1994.-172 с.

5.Уайндер С. Справочник по технологиям и средствам связи. Пер. с англ. – М.: Мир, 2000. –

429с.

6.Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. пособие для вузов/ В.А.Борисов,

В.В.Калмыков, Я.М.Ковальчук, И.А.Цикин и др.; под ред. В.В.Калмыкова. – М.: «Радио и связь», 1990.- 304 с.

7. Левин Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации. –М.: Радио и связь, 1982. – 216 с.