Учебное пособие 800218

1.3. Уплотнение и разделение каналов в многоканальных системах связи

Теоретически возможны три метода уплотнения и разделения каналов в многоканальной линии связи: частотное (ЧРК — частотное разделение каналов), временное (ВРК) и кодовое (КРК). В существующих и перспективных телекоммуникационных линиях связи применяется только временное уплотнение и разделение Цифровых каналов связи. Многоканальная линия связи (кабельная, радиорелейная, спутниковая) является некоторой магистральной линией связи, на вход которой подключаются п каналов связи, цифровых или аналоговых (например аналоговые телефонные абонентские линии связи). Если по каждому каналу связи сообщения поступают непрерывно, например, в случае уплотнения телефонных или телевизионных каналов, то в многоканальной линии связи формируются кадры постоянной длительности и каждому каналу связи в кадре отводится фиксированный канальный интервал времени.

Если же в каждом канале связи трафик сообщений является пульсирующим, когда в канале связи сообщения чередуются с длительными паузами, что характерно для компьютерного трафика и при передаче сообщений со сжатием информации, то используется кадр переменной длины без передачи кадрового синхросигнала. В этом случае пакет бит от каждого канала сопровождается адресом (заголовком) и пакеты от каждого канала записываются в общее буферное запоминающее устройство и передаются по очереди во времени при считывании их из буферного запоминающего устройства. В приемной части многоканальной линии связи разделение каналов производится на основе адресного признака пакетов сообщений.

В многоканальных линиях связи с кадром фиксированной длины структуры кадров стандартизированы МСЭ и ГОСТ РФ для всех скоростей цифровой иерархии многоканальных линий связи. Основу цифрового

9

многоканального сигнала составляет первичная система передачи Е-1, называемая в России также ИКМ-30. В этой системе длительность кадра составляет 125 мкс и частота повторения кадров 8 кГц соответствует стандартной частоте дискретизации по времени телефонного сигнала. За время одного кадра передается для каждого канала одна выборка телефонного сигнала, оцифрованная с помощью 8 бит. В кадре организуется 32 временных интервала для передачи сообщений по 30 каналам. Два временных интервала используются для передачи сигналов синхронизации кадров, управляющих сигналов организации служебных каналов связи. За время одного кадра передается 32x8 = 256 бит, так что скорость передачи информации составляет 256x8 кбит/с = 2,048 Мбит/с, а скорость передачи информации для одного канала равна 64 кбит/с. Скорость передачи для более высокой цифровой иерархии обеспечивают передачу числа информационных каналов в 4 раза больше числа информационных каналов системы передачи предыдущей иерархии. Так вторичная система передачи обеспечивает передачу 120 информационных каналов при той же частоте повторения кадров 8 кГц.

Рассмотрим уплотнение п цифровых потоков информации, имеющих одинаковые номинальные скорости передачи информации и поступающие на устройство уплотнения линии связи по независимым каналам. Из-за неточности установки частоты опорных генераторов и независимого ухода их частоты из-за изменения температуры и других дестабилизирующих факторов частоты следования бит FT в каналах будут немного отличаться друг от друга. При уплотнении цифровых каналов биты каждого канала записываются в свое буферное запоминающее устройство со своей тактовой частотой FT, а считываются из запоминающего устройства с более высокой тактовой частотой FT + FT , гдеFT — максимальный уход тактовой частоты из-за неточности установки номинала тактовой частоты и ее дрейфа.

За некоторое время Гчисло бит записи в запоминающее устройство есть FT T, а число бит, считываемых из за-

10

поминающего устройства, равно (FT+ FT)T. При некотором Т буферное запоминающее устройство полностью опустошится и при очередном тактовом импульсе считывания биты информации для передачи по каналу связи будут отсутствовать. Чтобы не нарушать непрерывность потока бит по каналу связи, по нему передается специальный стаффингбит, который должен обнаруживаться в приемнике для его удаления. Для этой цели передача стаффинг-бита должна сопровождаться передачей специальной стаффинг-команды по каналу управления.

относительной нестабильности частоты следования бит 10 4. . Задача 13. В многоканальном сигнале Е-1 с дли-

стаффинг-команд выделяется в каждом цикле один бит на фиксированной временной позиции в канале синхронизации и управления, предназначенного для формирования сигнала синхронизации сверхцикла из N циклов и формирования стаффинг-команд для каждого из п = 30 каналов.

Итак, за время сверхцикла будут переданы N бит для синхронизации сверхцикла и передачи п=30 стаффинг-команд.

11

появления стаффинг-бита в канале со скоростью 64 кбит/с при

линии связи поступает пульсирующий трафик от п>>1 каналов. На выходе каждого канала сообщения появляются в виде пакетов, случайно появляющихся во времени. Пакеты от каждого канала записываются в буферное запоминающее устройство с большой памятью. Из буферного запоминающего

устройства пакеты учитываются с фиксированной частотой F0 . Средняя частота поступления пакетов в буферное

запоминающее устройство от всех каналов есть FT.

Если v = FT/F0 > 1, то буферное запоминающее устройство будет переполняться и часть пакетов будет потеряна. Если v<1, то буферное запоминающее устройство будет опустошаться и в выходном потоке появятся пустые пакеты, которые необходимо удалять на приемном конце линии связи.

Считая, что емкость буферного запоминающего устройства очень велика:

1)определить при v>l процент потерянных пакетов в линии связи;

2)определить при v<1 процент пустых пакетов в линии

связи.

Многостанционный доступ в системах связи

Задача 15. В спутниковой системе связи в одном стволе ретранслятора можно организовать п = 256 частотных или временных каналов связи (МДЧР или МДВР). Принимаем, что помехоустойчивость приема сигналов с МДЧР и МДВР одинакова при равных средних мощностях передатчиков и одинаковых антеннах наземных станций спутниковой связи.

1.Определить во сколько раз пиковая мощность передатчика наземной станции при МДВР должна быть больше мощности передатчика при МДЧР.

2.В стволе ретранслятора организуется 16 частотных каналов и на каждой из 16 несущих организуется 16 временных

12

каналов (метод МДВР-МДЧР) с общим числом частотновременных каналов п = 256. Определить во сколько раз пиковая мощность передатчиков наземных станций при МДВР-МДЧР должна быть больше мощности передатчика при МДЧР.

Задача 16. В сотовой наземной сети мобильной связи при приеме на базовой станции радиосигналов от мобильных терминалов при МДКР принимаем, что мощности принимаемых сигналов от мобильных терминалов Рс в соте одинаковы, число одновременно работающих терминалов в

терминалов в приемнике базовой станции на входе демодулятора сигнала конкретного терминала (коррелятора) сигнал от другого работающего терминала можно заменить эквивалентной шумовой помехой в полосе Д/, занимаемой реальным радиосигналом, с равномерной спектральной плотностью шума PC / f .

Энергия принятого информационного бита

где 0 — длительность информационного бита на входе канала связи, 0 1/ R ; R — скорость передачи информации.

Вероятность ошибки на бит определяется отношением

времени абонент говорит и половину времени слушает (в это время передатчик абонента выключается) спектральная плотность взаимных помех уменьшится в два раза. Обозначив

терминалов в соседних сотах максимально допустимое число одновременно работающих в соте терминалов п для h2 =13дБ

13

кодирование) для универсальных и телефонных каналов; 2) полученное число телефонных каналов связи для МДКР сравнить с максимальным числом каналов п для МДЧР в той же полосе частот f : n 0 f B.

дБ, провести сравнение наземной сотовой системы мобильной связи по числу возможных телефонных каналов при МДКР PI МДЧР в направлении «Терминалы — базовая станция» при следующих исходных данных:

•число смежных сот в кластере равно 7;

•при МДКР мобильные станции в смежных сотах создают помеху, эквивалентную увеличению числа мобильных терминалов в рассматриваемой соте в 1,5 раза;

•при телефонной связи с МДКР мобильные терминалы в паузах речи выключают передатчик, уменьшая мощность взаимных помех на 50%.

Требуется определить допустимое число одновременно работающих мобильных терминалов в одной соте сотовой сети связи с МДКР и сравнить это число с допустимым числом мобильных терминалов в соте той же сети связи, но при МДЧР, которое принять равным n 0 f / 7 B / 7.

1.4.Примеры решения задач

14

Таблица 4

Задача 3. Теория информации устанавливает, что в канале связи с шумами возможна передача информации без ошибок. Шумы ограничивают скорость передачи информации без ошибок, которая для некоторого идеального помехоустойчивого кодирования определяется формулой Шеннона

сигнал—шум в канале связи.

вероятностей амплитуд х шумов квантования внутри интервала/ 2 . Из условия нормировки плотности вероятности

15

средней мощности телефонного сигнала к мощности шумов квантования 23 дБ, отношение пикового значения телефонного сигнала к мощности шумов квантования должно быть равно 23 + 15 = 38 дБ.

С учетом возможности уменьшения среднего значения телефонного сигнала на 10 дБ отношение пикового значения амплитуды телефонного сигнала к среднеквадратическому значению шумов квантования должно быть не менее 48 дБ.

Из уравнения 20 lg 3L 48дБ получаем L 145 и при

Задача 14.

1. Число потерянных пакетов из-за переполнения буферного запоминающего устройства за время 1 секунда равно

16

v 1 . Отношение числа потерянных пакетов к числу поступивших пакетов за 1 с есть (v 1) / v . Процент потерянных

пакетов есть 100 v 1 / v .

2. Процент пустых пакетов есть 100 v 1 .

Задача 15. Пиковая мощность передатчика наземной станции спутниковой связи при МДВР должна быть больше непрерывной мощности передатчика наземной станции при МДЧР:

1.в n 256раз

2.в 16 раз

каналов связи.

В условиях работы только одной изолированной соты асинхронный метод МДКР проигрывает по числу уни-

17

Тема 2. КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ КАНАЛОВ И СИСТЕМ

2.1. Требования к качественным характеристикам телекоммуникационных каналов

Ранее каналы связи создавались как специализированные для передачи того или иного вида информации и требования к каналу связи определялись требованиями к качеству передаваемой специфической информации. Отдельные каналы связи создавались для передачи телеграфной информации (текста), телефонного сигнала (критерий разборчивости речи), телевизионных сигналов, сигналов телеуправления, телеметрии и др. В настоящее время, подавляющее большинство телекоммуникационных сетей создаются на базе универсальных интегрированных цифровых канатов связи, предназначенных для передачи любых видов информации: текста, речевых сигналов, изображений, видео и др. (мультимедийные телекоммуникационные каналы). Требования, предъявляемые к характеристикам телекоммуникационных каналов, позволяют с запасом обеспечить высококачественную передачу всех основных сообщений.

Телекоммуникационный канал характеризуется величиной максимальной скорости передачи информации, помехоустойчивостью приема сигналов (вероятностью ошибки на бит) и надежностью функционирования канала связи (готовностью канала связи).

Качественные характеристики цифровых телекоммуникационных каналов задаются следующим образом. Для волоконно-оптических каналов связи частота появления ошибок BER (Bit error rate) или вероятность ошибки на бит информации р не должна превышать величины p 10 9 .Для

телекоммуникационных каналов фиксированной связи длиной 2500 км, таких как медных кабельных каналов, спутниковых и

18