16. Линии связи. Временное и частотное разделение каналов.

Линии связи

Упрощенная блок схема системы связи и её окружения в общем виде. Особо в ней выделена совокупность технических устройств, образующих канал связи (канал переноса сообщений).

Система связи и её окружение

Отправитель сообщения - это субъект или техническое устройство, которые формируют сообщение имея в своем распоряжении источники информации.

Получатель сообщения извлекает сообщение, о приспособленности использовать информацию, которая содержится в переносимых каналом сообщениях. Отправитель и получатель сообщений находятся в составе системы связи, но за пределами канала связи. Они только используют этот канал.

Линия связи – это существенная и относительно обособленная часть канала связи. Это – та часть какала, в которой информация существует в форме сигнала. Природа линий связи, их вид и устройство, обуславливаются природой реального носителя сообщения – того физического процесса, на основе которого сигнал формируется. Происходит это в передатчике сигнала, где выбранный для использования потенциальный носитель рождается (генерируется) и где на него «пересаживается» сообщение. В линиях связи выбранный в качестве переносчика сообщений физический процесс распространяется., перенося в особенностях своей структуры структуру сообщений.

Наибольшее практическое распространение получили линии связи, в которых в качестве потенциального переносчика сообщения используется электрический ток или электромагнитные колебания. Системы с использованием электромагнитных сигналов (сигналов на основе радиоволн) общеизвестны и продолжают множиться. Основными элементами, из которых формируются требующиеся в таких конкретных случаях линии связи (радиолинии), являются радиотехнические приёмники и передатчики, а также антенные устройства соответствующего диапазона частот и с нужными энергетическими характеристиками.

Временное разделение каналов. Измерительный сигналы А₁k подаются на коммутатор1 и «обобществленная» линия «дальней» связи. Далее зеркально-симметричная и потому.понятная часть схемы

Район1. Район 2.

Магистральная линия связи

…………..

В системе связи одна линия большой протяженности. Ниже показана диаграмма использования её ресурса, которым является её рабочее время. Занятость линии показана наложенными на ось времени t временными интервалами - «жирными» отрезками, каждый из которых помечен на концах символами, обозначающими разговаривающих (занимающих на это время линию) абонентов.

Диаграмма загруженности магистральной линии

t

А11 А22 А12 А21 А1k А23 А1k А2k А1k А22 А12 А21

В рассмотренном примере мы видим, что основной ресурс магистрального канала - это время. Оно распределяется между каналами связи и используется поочерёдно для передачи сигналов того или иного канала связи. Сигналы разных каналов сосуществуют в магистральной линии, не мешая, друг другу потому, что присутствуют в ней по одиночке. Это и есть временноё разделение каналов. Временное разделение в простейшем виде - это работа по расписанию!

В современных системах связи работа по расписанию - не единственная и не основная форма реализации временного уплотнения каналов (разделения сигналов).

После приема составного сигнала, состоящего из многих последовательно сформированных «кадров», аналогичный коммутатору 1 и синхронно с ним работающий коммутатор 2 разделяет сигналы в каждом очередном «кадре» и «приставляет» их по принадлежности к ряду им подобных из предыдущих «кадров». В итоге получают«К» дискретизированных сигналов от тех «К» контролирующих систем.

ИДЕЯ Временного разделения: поочерёдное использование одного на всех временного ресурса.

В самом общем виде условие ортогональности семейства функций выглядело φ_i(t) φ_j(t)dt = 0 (при i j), либо (при i=j=k) = C_k

В представленном выше примере, какими бы ни были φ_i(t) при i =1,..,K

φ_i(t) φ_j(t)dt= 0 (при i j), φ_j(t) 0 потому, что их (сигналов, описываемых функциями φ_j(t)) в магистральной линии в это время (во время существования сигналов в форме φ_i(t)) нет!

При i = j, φ_i(t) φ_j(t)dt= φ_i(t) φ_i(t)dt= [φ_i(t)]²=Ci при i=1,..,K

Параметрические методы разделения каналов.

Время (t) – параметр, который присутствует в математических моделях всех сигналов. Более того, – это обязательно присутствующий там параметр, ибо все реальные процессы протекают во времени. Но это не единственный параметр, который при этом используется. Знакомый нам стохастический ансамбль гармонических функций

X(t)=Asin( t+ )

имеет три степени свободы и потому характеризуется, кроме времени, ещё тремяпараметрами, каждый из которых в конкретном процессе может иметь своё значение:

• A –амплитуда (интенсивность) процесса,

- – частота процесса,

- – начальная фаза процесса.

Каждый из этих параметров позволяет отличать один процесс от другого.

X_A(t)=Asin( t+ ) и X_В(t)=Вsin( t+ ) – разные процессы,

X_1Ч(t)=Asin( ₁t+ ) и X_2Ч(t)=Asin( ₂t+ )– разные процессы

X_1Ф(t)=Asin( t+ ₁) и X_2Ф(t)=Asin( t+ ₂) – разные процессы.

Следовательно, на основе их использование возможны три разных параметрических метода уплотнения-разделения каналов.

Частотное разделение каналов

Этот способ употнения-разделения сигналов естественно рассмотреть в частотном пространстве, где сигналы представлены их частотными «портретами» - спектрами. В этом пространстве уплотняемые сигналы, каждый из которых имеет определённый набор гармонических составляющих, занимающих на частотной оси участок от 2 ¹F_нижн. до 2 ¹F_вернх, мы сейчас и будем размещать.

2 ⁽²⁾F_нижн окажется правее 2 ⁽¹⁾F _вернх при этом, оба сигнала, могут одновременно

присутствовать в реальной системе и не 2 ¹F_нижн 2 ¹F_вернх мешать друг другу потому, что ни один из

них не имеет гармонических составляющих, которые могли бы сложиться с гармоническими составляющими другого. Каждый из них использует свою долю общего частотного ресурса, который и символизирует вся частотная ось.

Свойство таких сигналов, обусловленное наличием между их «портретами» в частотном пространстве относительно пустого частотного интервала (от 2 ¹F_вернх до 2 ²F_нижн) называется электромагнитной совместимостью, а обозначенный в скобках частотный интервал называется защитным.

Если удастся сформировать и применить в качестве потенциальных носителей первичных сигналов в локальных линиях некое множество электромагнитно совместимых сигналов, то их смело можно складывать на линейном устройстве, а их сумму - передавать (непосредственно или в качестве модулирующей функции) в магистральную линию связи.

Ниже схематически показан частотный «портрет» сигнала в (и на выходе)такой линии.

Диаграмма распределения частотного ресурса в магистральной линии

t

F1н F1в F2н F2в F2н F2в F3н F3в F4н F4в F5н F5в

Легко видеть, что при грамотном выборе защитных частотных интервалов из этой смеси одновременно приходящих сигналов возможно выбрать конкретный сигнал, используя для этого обыкновенный, но соответствующим образом настроенный полосовой фильтр.

Общая картина здесь очень напоминает картину совместного использования временного ресурса . Да и теоретически она похожим образом легко описывается с привлечением условия ортогональности семейства комплексных функций (спектр – функция комплексная) .

п ростейшая схема возможной технической реализации частотного разделения сигналов в системе связи.

МАГИСТРАЛЬНАЯ РАДИОЛИНИЯ

u₁(t

u₂(t)

u₄(t)

u₃(t)

u₃(t)

u₄(t) Делители

частоты u₂(t)

u₁(t)