Многоканальные телекоммуникационные системы

Принципы построения и структурные схемы многоканальных систем. Методы мультиплексирования и демультиплексирования сигналов, основанные на частотном, временном и кодовом разделении. Структурные схемы телекоммуникационных систем, показатели качества.(1 час).

Многоканальная связь- система электросвязи, обеспечивающая одновременную и независимую передачу сообщений от нескольких отправителей к такому же числу получателей. Многоканальная     связь применяется для передачи по кабельным, радиорелейным и спутниковым линиям связи телефонных и телеграфных сообщений, данных телеметрии и команд телеуправления, телевизионных и факсимильных изображений, информации для ЭВМ, в автоматических системах управления и т. д. Системы Многоканальной связи в сочетании с коммутационными системами являются важнейшими составными частями единой автоматизированной системы связи.

Инженеры и ученые всегда были заинтересованы в том, чтобы можно было по одной линии связи организовать как можно большее число каналов, а, следовательно, одновременную передачу сигналов: телефонных, телеграфных, передачи данных, вещания и телевидения. То есть создать многоканальную систему передачи МСП.

Многоканальной системой передачиназывается совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу однотипных или разнотипных сообщений от N источников к N получателям по одной линии связи (физической среде распространения).

В основу построения систем многоканальная связи положен принцип уплотнения линий связи.

На рисунке 8.1 представлена обобщенная структурная схема МСП, где Аб_i - абонент; М_i - преобразующие устройства (модуляторы); УОК - устройство объединения каналов; УРК - устройство разъединения каналов; Пр_i - преобразующие устройства (демодуляторы).

В МСП первичные сигналы, поступающие от абонента, время существования и спектры частот которых могут частично или полностью перекрываться, поступают в передающую часть системы передачи, где с помощью модуляторов (М_i) преобразуются в канальные сигналы.

Процесс преобразования первичного сигнала в канальный решает две задачи:

1) каждый канальный сигнал наделяется совокупностью физических признаков, отличающих его от остальных канальных сигналов. Эти признаки или параметры называются разделительными;

2) необходимо сформировать канальные сигналы так, чтобы в них содержались передаваемые сообщения, т.е. сведения о форме первичных сигналов, поступающих на входы каналов.

Многоканальный или групповой сигнал получается объединением канальных сигналов в устройство объединения каналов.

Когда групповой сигнал можно получить суммированием канальных сигналов, то такие системы называются аддитивными. Системы, в которых для формирования группового сигнала применяются другие операции, называют комбинационными. В современной        многоканальной связи в большинстве случаев используют аддитивные системы.

Первичный сигнал в структуре телекоммуникационных систем и сетей есть объект транспортировки, так как он должен быть передан от передатчика к приемнику. Для согласования УОК с линейным трактом устанавливается аппаратура сопряжения, на выходе которой формируется линейный сигнал, т.е. сигнал, который передается по линии передачи.

Рисунок 8.1. Многоканальная система передачи

Линейный сигнал, проходя через элементы системы передачи, претерпевает искажения – линейные и нелинейные, помехи. Т.о. на входе приемной части системы сигнал отличается от переданного. Этот сигнал поступает на аппаратуру сопряжения, а затем в УРК.

Разделение группового сигнала на отдельные канальные сигналы осуществляются разделяющими устройствами – фильтрами (в УРК) на основе тех разделительных признаков, которыми первичные сигналы были наделены на передаче.

На выходе УРК получаем канальный сигнал (после влияния помех).

После разделения канальные сигналы поступают на преобразующие устройства (демодуляторы), где осуществляется преобразование канальных сигналов в первичные.

При разработке и исследовании МСП обычно известны свойства первичных сигналов, число каналов и характеристики линий связи.

Теория построения МСП должна указать класс канальных сигналов, обеспечивающих принципиальную возможность их разделения, и определить требования к устройствам формирования канальных сигналов и их разделения, обеспечивающих минимальное различие между первичными сигналами на передаче и приеме. Должны быть также указаны пути технической реализации устройств формирования канальных сигналов. Их объединения и разделения.

В МСП кроме внешних помех возникают специфические помехи, обусловленные неидеальностью функционирования устройств разделения канальных сигналов. Эти помехи проявляются как взаимные переходные влияния между каналами. Необходимо указать пути снижения этих влияний до допустимых.

Системы передачи должны обеспечить не только высокое качество сигналов, но и ее необходимую надежность.Приэтом дальность связи может достигать нескольких тысяч километров. Важной задачей техники МСП является достижение высокой экономической эффективности (обычно на 1 км).

Современные МСП состоят из следующих основных частей: каналообразующего оборудования КОО, оборудования сопряжения ОС, оборудования линейного тракта ОЛТ, унифицированного генераторного оборудования УГО и сервисного оборудования СО.

Рисунок 8.2. Основные части МСП

Самой дорогостоящей частью СМП – КОО, реализующее различные методы разделения канальных сигналов.

Число каналов, образуемых по линии связи, определяется полосой частот, которую может пропустить линия и видом передаваемых сигналов и требований к их параметрам. Основным каналом современных систем передачи является канал тональной частоты, предназначенный для передачи телефонных сигналов в спектре частот 0,3-3,4 кГц, кроме того, телефонные сообщения преобладают в общем потоке сообщений. Канал тональной частоты ТЧ принят в качестве стандартного.

 В воздушных линиях связи можно организовать до 10 каналов, в симметричных кабелях связи – до 100 каналов ТЧ, в коаксиальных– 10 000, в волоконно-оптических линиях – до 1 000 000 каналов. Число каналов, образуемых системой, принять называть емкостью системы. Чем больше число каналов будет организовано на один километр магистрали в МСП, тем ниже будет стоимость 1 канало-километра и эффективнее используется линия связи. МСП должны обеспечивать одновременную и независимую двухстороннюю связь.

Понятие «линии связи» близко к понятию «канал связи». Когда по линии связи передается один сигнал, эти понятия совпадают. По современным линиям связи передаются одновременно и независимо друг от друга сотни, тысячи и более сигналов. Каждый сигнал передается по своему каналу. Образование каналов для передачи отдельных сигналов по одной линии связи иначе называется разделением каналов.

Чтобы разделяющие устройства могли различать сигналы отдельных каналов, должны быть определены соответствующие признаки, присущие только данному сигналу. Такими признаками в случае непрерывной модуляции могут быть: частота, амплитуда, фаза; в случае дискретной модуляции: частота, амплитуда, фаза, форма сигнала.

В соответствии с используемыми для разделения признаками различаются и способы разделения: частотные, временные, фазовые и др.

 Операция разделения каналов основана на присвоении каждому передаваемому сигналу индивидуального признака.

Мультиплексирование (англ. multiplexing, muxing) – уплотнение канала, т.е. передача нескольких потоков (каналов) данных с меньшей скоростью (пропускной способностью) по одному каналу, при помощи устройства под названием мультиплексор.

Mультиплексор (коммутатор, селектор, переключатель) — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.

Аналоговые и цифровые мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Аналоговые электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико — порядка единиц/десятков Ом). Цифровые же не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь «копируют» на выход логический уровень ('0' или '1') с выбранного входа. Аналоговые мультиплексоры иногда называют ключами.

В связи мультиплексирование - передача данных по нескольким логическим каналам данных, используя один физический канал.

(Под физическим каналом передачи данных подразумевается реальный канал со своей пропускной способностью — медный или оптический кабель, радиоканал).

В информационных технологиях мультиплексирование - объединение нескольких виртуальных каналов (потоков) данных в один. Примером может послужить видеофайл, в котором поток (канал) видео объединяется с одним или несколькими каналами аудио.

Разделение (уплотнение) каналов. Создание нескольких каналов на одной линии связи обеспечивается с помощью разнесения их по частоте, времени, кодам, адресу, длине волны: