10.1 Уплотнение с частотным разделением (fdm)

Ресурс связи может одновременно содержать не­сколько сигналов, разнесенных в спектре. Первый частотный диапазон содержит сиг­налы, которые используют промежуток частот между f₀ и f₁, второй — между f₂ и f₃ и т.д. Области спектра, находящиеся между используемыми диапазонами, называют за­щитными полосами частот

Ресурс связи представлен на рисунке 2 в виде частотно-временной зависимости.

Рисунок 2. Уплотнение с частотным разделением

Защитные полосы выполняют роль буфера, что позволяет снизить интерференцию между соседними (по частоте) каналами.

На рисунке 3 приведен простейший пример технологии FDM. В данном случае реа­лизована схема с тремя каналами передачи речи. В канале 1 голосовой сигнал из диа­пазона 300-3 400 Гц модулируется сигналом с частотой 20 кГц. В каналах 2 и 3 ана­логичный голосовой сигнал модулируется сигналами с частотами 16 и 12 кГц. В при­веденном примере сохраняются лишь нижние боковые полосы. Результатом смешивания и фильтрации (для удаления верхних боковых полос) являются сдвину­тые по частоте сигналы, показанные на рисунке 3. Суммарный выходной сигнал есть сумма трех сигналов, и принадлежит диапазону 8,6-19,7 кГц.

Рисунок 3. Пример FDM. Три сдвинутых по частоте канала передачи речи

Множественный доступ с частотным разделением в спутниковых системах (fdma)

Наиболее широко используемым диапазоном в коммер­ческих системах спутниковой связи является так называемая полоса С (C-band). В дан­ном диапазоне для передачи сигнала "земля-спутник" применяется несущая частота 6 ГГц и частота 4 ГГц передачи сигнала "спутник-земля". Согласно международным соглашениям, для систем передачи в полосе С разрешено использовать любой спутник, работающий в спектральном диапазоне шириной в 500 МГц. В большинстве случаев та­кой спутник имеет 12 транспондеров с шириной полосы 36 МГц каждый. Наиболее распространенные транспондеры работают в режиме FDM/FM/FDMA (уплотнение с частотным разделением, частотная модуляция, множественный доступ с частотным раз­делением). Рассмотрим составляющие указанного режима.

1.FDM. Сигналы, подобные телефонным, имеющие одиночную боковую полосу шириной 4 кГц, обрабатываются с использованием FDM, в результате чего фор­мируется составной многоканальный сигнал.

2.FM. Составной сигнал модулируется несущей и передается на спутник.

3.FDMA.Поддиапазоны полосы транспондера (36 МГц) могут распределяться меж­ду различными пользователями. Каждому пользователю выделяется определен­ная полоса, на которой он получает доступ к транспондеру.

Таким образом, составные каналы FDM модулируются (FM), после чего информа­ция передается на спутник, будучи распределенной по различным полосам в соответ­ствии с системой FDMA. Основным преимуществом технологии FDMA, в сравнении с TDMA, является простота. Каналы FDMA не требуют синхронизации или централи­зованного распределения времени. Каждый из каналов независим от остальных.

10.2 Уплотнение(tdm)/множественный доступ с временным разделением(tdmа).

На рисунке 4 показано распределение ресурса связи путем предоставления каждому из М сигналов (или пользователей) всего спектра в течение не­большого отрезка времени, называемого временным интервалом (time slot). Такой способ уплотнения каналов связи называется с временным разделением (TDM)

Промежутки времени, разделяющие используемые интервалы, называются защитными интервалами (guard time). Защитный интервал создает некоторую временную неопределенность между соседними сигналами и выступает в роли буфера, снижая тем самым интерференцию.

В спутниковой связи технология TDMA используется следующим образом.

Время разбивается на отрезки, называемые кадрами (frame). Каждый кадр делится на вре­менные интервалы, которые могут быть распределены между пользователями. Общая структура кадров периодически повторяется, так что передача данных по схеме TDMA — это один или более временных интервалов, которые периодически повторяются на протя­жении каждого кадра.

Рисунок 4. Уплотнение с временным разделением

Каждая наземная передающая станция транслирует информацию в виде пакетов таким образом, чтобы они поступали на спутник в соответствии с установ­ленным расписанием. После принятия транспондером такие пакеты ретранслируются на Землю вместе с информацией от других передающих станций. Принимающая станция де­тектирует и разуплотняет уплотненные данные соответствующего пакета, после чего ин­формация поступает к соответствующим пользователям.

TDM/TDMA с фиксированным распределением временных интервалов

Простейшая схема TDM/TDMA именуется TDM/TDMA с фиксированным распределени­ем. При использовании такой схемы, М временных интервалов, составляющих кадр, зара­нее распределены между источниками сигнала на достаточно длительный промежуток времени. На рисунке 5 в виде блок-схемы показана работа такой системы.

Операция уплот­нения состоит в предоставлении каждому источнику возможности использовать один или более интервалов. Разуплотнение — это распознавание интервалов с последующим рас­пределением данных между соответствующими пользователями. Два коммутирующих ключа на рисунке 5 должны быть синхронизированы та­ким образом, чтобы сообщение, соответствующее источнику 1, попадало на выход канала 1 и т.д.

Само по себе сообщение в общем случае состоит из начальной комбинации битов (preamble) и собственно информационной части. Начальная комбинация обычно состоит из элементов, которые отвечают за синхронизацию, адресацию и защиту от ошибок.

Рисунок 5. TDM с фиксированным распределением

Схема TDM/TDMA с фиксированным распределением является чрезвычайно эф­фективной, когда требования пользователя можно предвидеть, а поток данных значи­телен (т.е. временные интервалы практически всегда заполнены). В случае же пульси­рующего или случайного потока данных указанный метод себя не оправдывает. Рас­смотрим простой пример, представленный на рисунке 6.

Рисунок 6. TDM с фиксированным распределением и система с коммутацией пакетов: а) схема активности пользователей; б) TDM с фиксированным распределением; в) коммутация пакетов с временным разделением (концентрация)

Здесь кадр составляют четыре интервала, каждый из которых закреплен за пользователями А, В, С и D. На рисунке 6,а изображены схемы активности четырех пользователей. На протяжении первого интервала передачи кадра пользователь С не отправляет данных, пользователь В не передает данных в течение второго интервала, а А — в течение третьего. В случае использования TDMA с фиксированным распределением все интервалы кадра распределены заранее. Если "владелец" интервала не передает данных в течение указан­ного промежутка времени, данный интервал не используется. На рисунке 6,б показан по­ток данных и неиспользованные интервалы. Если требования пользователей непредска­зуемы, как в приведенном выше примере, то должны применяться более эффективные ме­тоды с использованием динамического распределения интервалов. Таких методов существует несколько — применение систем с коммутацией пакетов, статистических муль­типлексоров или концентраторов. Данные системы позволяют достигнуть результата, изо­браженного на рисунке 6,в, где пропускная способность системы остается постоянной благодаря использованию всех доступных временных интервалов.