3. Многоканальные системы
3.1. Общие сведения
Как уже отмечалось ранее, самой дорогостоящей в системах связи является линия связи. Для ее эффективного использования в середине 30-х годов 20-го столетия начали разрабатывать системы многоканальной связи, основанные на уплотнении пары проводов (ВЛС, КЛС) и (с начала 90-х годов) оптического волокна ВОЛС различными источниками сообщений. При этом использовалось свойство ЛС – пропускная способность по частоте. Известно, что каждый вид линии связи имеет максимальную частоту прохождения сигнала fмах , при которой он затухает до максимально допустимого значения, определяющего качественный прием сигнала. Поэтому исторически первым способом уплотнения был частотный, затем временной и спектральный (для ВОЛС) способы, а также ортогональное частотоное уплотнение с мультиплексированием (для широкополсных каналов).
Идея частотного уплотнения линии связи заключается в переносе (разме-щении) низкочастотного спектра источника сообщения в выделенную полосу частот ЛС через соответствующее преобразование. Принцип частотного уплотне-ния или частотного разделения каналов сообщений приведен на рисунке 3.1.
Идея временного уплотнения линии связи заключается в предварительном представлении сигналов источников сообщений в виде дискретных отсчетов на основе теоремы Котельникова (с дальнейшим преобразованием их в цифровой код n-й разрядности). Затем отсчеты сигналов каждого источника в строгом порядке передаются в линию связи в интервале дискретизации этих сигналов и повторяются с циклом интервала дискретзации. Собственно идея временного уплотнения и заключается в заполнении отсчетами сигналов от различных источников сообщений временного интервала, а именно временного интервала дискретизации t. При этом скорость передачи единичных элементов группового сигнала (дискретных отсчетов всех сообщений) ограничивается максимальной допустимой частотой fmax полного спектра ЛС. Принцип временного уплотнения приведен на рисунке 3.2.
Идея ортогонального частотного уплотнения (разделения) с мультиплексированием (OFDM) заключается в том, что мультиплексированный поток передаваемых данных распределяется по множеству частотных подканалов и передача ведется параллельно на всех этих подканалах. При этом высокая скорость передачи достигается именно за счет одновременной передачи данных по всем каналам, а скорость передачи в отдельном подканале может быть и невысокой.
Поскольку в каждом из частотных подканалов скорость передачи данных можно сделать не слишком высокой, это создает предпосылки для эффективного подавления межсимвольной интерференции. При частотном разделении каналов необходимо, чтобы ширина отдельного канала была, с одной стороны, достаточно узкой для минимизации искажения сигнала в пределах отдельного канала, а с другой — достаточно широкой для обеспечения требуемой скорости передачи. Кроме того, для экономного использования всей полосы канала, разделяемого на подканалы, желательно как можно более плотно расположить частотные подканалы, но при этом избежать межканальной интерференции, чтобы обеспечить полную независимость каналов друг от друга. Частотные каналы, удовлетворяющие перечисленным требованиям, называются ортогональными. Несущие сигналы всех частотных подканалов (а точнее, функции, описывающие эти сигналы) ортогональны друг другу.
Необходимо отметить, что хотя сами частотные подканалы могут частично перекрывать друг друга, ортогональность несущих сигналов гарантирует частотную независимость каналов друг от друга, а, следовательно, и отсутствие межканальной интерференции (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Принцип уплотнения на основе OFDM
Для понимания спектрального уплотнения линии связи из оптического волокна необходимо рассмотреть принцип распространения света в оптическом кабеле, что будет выполнено позднее.