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.

4. 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.

Радиоканалы, 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 а_i в канальные сигналы s_i, 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={f_o,f₁,…,f₇}можно поставить в соответствие восьми каналам К={к₀,к₁,..,к₇} 8! способами (перестановками). Например, в начале работы системы передачи, можно использовать тождественную подстановку

Р₄₀₃₁₉=

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 к_i, 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={f₀,f₁,…,f_n}. 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 N_n 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 t_i 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.

Подобная организация ППРЧ определяется рнкомендациямиIEEE 802.14.g. для локальных беспроводных сетей (Радио Еthernet)/`