СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Общие свойства и характеристики. Для многоканальной передачи данных наряду с рассмотренным выше принципом частотного разделения представляет интерес и принцип временного разделения каналов (ВРК). Во-первых, в некоторых случаях системы с временным разделением каналов обеспечивают лучшее использование имеющейся полосы частот (т. е. более высокую удельную скорость передачи) и более эффективное сопряжение с сетью (особенно синхронной), чем системы с ЧРК (см. разд. 3.3.2). Во-вторых, системы с ВРК имеют дискретный принцип действия и потому в настоящее время могут быть реализованы особенно просто и экономично на цифровых интегральных микросхемах. И наконец, возрастание их значения связано с быстрым развитием систем ИКМ, которые непосредственно пригодны для организации каналов передачи дарных с временным разделением.В многоканальной системе с ВРК общий поток битов, передаваемый по линии связи, в следующие друг за другом интервалы времени периодически ставится в соответствие отдельным каналам. Период этого процесса, т. е. цикл системы с ВРК, схематически изображен на.Для синхронизации циклов отводится сравнительно небольшая часть общего потока битов; отдельные биты этого циклового синхросигнала либо располагаются все подряд в виде синхронизирующей комбинации (см. рис. 1.46), либо распределены внутри цикла. После того как таким способом обозначено начало цикла, информационные биты путем простого их отсчета можно распределить между отдельными каналами по одному или по группам.                          Приведена структурная схема многоканальной системы с ВРК (для упрощения показано только одно направление передачи). На передающей стороне сигналы данных в соответствии с тактовым сигналом ввода поступают на входные блоки каналов и хранятся в них до тех пор, пока мультиплексор не включит каждый из них в общий поток битов на томместе цикла (см. рис. 1.46), которое соответствует номеру канала. Информация, необходимая для цикловой синхронизации, также направляется в отведенное ей место в общем потоке битов, например в виде «сосредоточенной» синхронизирующей комбинации в начале цикла. Упомянутый поток передается по линии связи на приемную сторону системы с ВРК с помощью передающего и приемного устройств.На приемной стороне для выявления цикла с помощью устройства синхронизации выделяется и затем непрерывно контролируется синхронизирующая комбинация. Устройство синхронизации устанавливает демультиплексор в состояние, отвечающее поступлению синхронизирующей комбинации, так что информационные биты, соответствующие индивидуальным каналам, в надлежащие моменты времени считываются и распределяются по выходным блокам каналов От них сигналы данных в своей первоначальной форме передаются далее.Система с ВРК должна быть синхронизирована по битам с дискретным каналом, используемым для передачи группового потока битов. Если такты задаются приемопередающей аппаратурой, то соответствующие тактовые сигналы поступают на блоки системы с ВРК от приемника и передатчика, как это показано на рис. 1.47 (на передающей стороне — в направлении, противоположном групповому потоку битов). Такой режим работы возможен всегда, в том числе и тогда, когда дискретным каналом служит один из временных каналов ИКМ тракта. Но, с другой стороны, можно сделать и так, чтобы тактовый синхросигнал всегда совпадал понаправлению передачи с групповым сигналом данных. В этом случае на передающей стороне тактовый сигнал, как и данные, с выхода системы с ВРК поступает на передатчик, т. е. передается в направлении, противоположном указанному .Если речь идет об аппаратуре, предназначенной для передачи группового потока битов по каналам ТЧ и первичным групповым каналам, а также НЧ кабелям, последний режим работы всегда осуществим, поскольку указанная аппаратура допускает внешнюю синхронизацию. Однако при использовании для такой передачи временного канала ИКМ с автономной синхронизацией между передающей частью многоканальной системы с ВРК и временным каналом системы ИКМ взаимного синхронизма нет [1.61]. В этом случае передача группового потока битов требует специальных устройств для еогласования скоростей.Характеристики систем с временным разделением каналов. Ниже рассматриваются такие важнейшие характеристики многоканальных систем с ВРК, как способ объединения сигналов индивидуальных каналов, цикловая синхронизация и согласование скоростей передачи (стаффинг).Из двух уже упоминавшихся способов объединения сигналов индивидуальных каналов — посимвольного и погруппового — первый позволяет особенно просто организовать временное разделение каналов. Поскольку в этом случае сигналы данных, передаваемые по отдельным каналам, объединяются мультиплексором в общий групповой поток битов посимвольно, т. е. по отдельным битам, то во входном блоке каждого канала только один бит подлежит промежуточному запоминанию на то время, пока он не будет помещен на соответствующее место (позицию) в цикле. Передаваемый сигнал данных по своему фазовому положению может быть сдвинут относительно тактов запоминающего устройства максимум на единичный интервал (длительность одного бита), поэтому в рассматриваемой многоканальной системе наибольшее время задержки при переводе одного бита в групповой поток равно длительности двух единичных интервалов. Такое распределение группового потока битов по каналам, поскольку при нем отдельные биты ставятся в соответствие индивидуальным каналам, оказывается весьма гибким и допускает объединение «прозрачных» и стаффинговых каналов (см. ниже подраздел «Виды каналов») с различными скоростями в одной системе. Посимвольное объединение целесообразно в тех случаях, когда скорости передачи в индивидуальных каналах равны между собой либо кратны некоторой общей «основной скорости» или когда на мультиплексор возложены только задачи, связанные исключительно с передачей информации (в отличие от мультиплексоров с формированием знаковых циклов для частных сетей).При погрупповом объединении поток битов в каждом каналеподразделяется на группы битов определенной длины. Это целесообразно, главным образом, в тех случаях, когда каждая такая группа содержит единую общую информацию, как, например, биты одного стартстопиого знака (рис. 1.48 а) или одного конверта (рис. 1.486, в), и когда мультиплексор выполняет некоторые задачи обработки данных, связанные с их передачей, например восстановление стопового элемента или обработка управляющей информации, относящейся к индивидуальным каналам.При этом входной блок канала должен выявить начало текущего знака или конверта и направить все относящиеся к нему элементы в одну (многозвенную) ячейку памяти. В установленной вслед за ней промежуточной ячейке памяти эта группа битов подготавливается к тому, чтобы мультиплексор мог вставить ее в соответствующее данному индивидуальному каналу место цикла. Поэтому собственное время задержки многоканальной системы с ВРК при погрупповом способе объединения может достигать удвоенной длительности знака или конверта.Для цикловой синхронизации выделена относительно небольшая часть общего числа битов, содержащихся в цикле. Они размещаются внутри цикла строго определенным образом — так, что выявление их на приеме гарантирует правильное восстановление соответствия между полезными битами цикла и индивидуальными каналами. Биты, используемые для цикловой синхронизации, могут располагаться в виде единой синхронизирующей комбинации в начале цикла (см. рис. 1.46) или в другом крайнем случае — равномерно распределяться внутри всего цикла.В синхронных сетях передачи данных (см. разд. 3.3.2) стремятся к полному синхронизму всех элементов сети. Пока эта цель не достигнута, в системе передачи с ВРК изохронный сигнал данных должен передаваться по синхронному каналу, с которым, однако он не синхронизирован, т. е. скорость передачи по каналу может не совпадать со скоростью модуляции сигнала. После передачи; должно быть обеспечено восстановление сигнала данных (безпоявления лишних битов или их потери) с его первоначальными тактовыми интервалами. Эти задачи решаются с помощью специальных методов согласования скорости (стаффинга), сущность которых состоит в следующем.Образуется цикл согласования, который часто соответствует основному циклу или сверхциклу, охватывающему несколько основных циклов системы с ВРК. Для выполнения двух следующих условий общее число битов в цикле согласования выбирается большим, чем число информационных битов.Имеется по меньшей мере один бит заполнения, который может содержать или не содержать данные (т. е. используется постоянный цикл согласования), либо один бит пробела, который для выравнивания скоростей при необходимости может быть удален или, наоборот, дополнен вторым битом пробела (т. е. используется переменный цикл согласования).Для обеспечения согласования скорости на приемную сторону системы с ВРК направляется информация (закодированная несколькими битами) о том, содержит ли бит заполнения данные (при постоянном цикле согласования) либо о том, сохранен ли бит пробела, устранен или добавлен второй бит пробела (в случае переменного цикла согласования). При переменном цикле согласования скорости специальную информацию, касающуюся согласования, можно и не передавать, выявляя начало цикла с помощью средств цикловой синхронизации.За определенное число шагов процесса согласования в единицу времени на приемной стороне системы с ВРК можно таким образом восстановить тактовые интервалы первоначального сигнала данных.При передаче группового потока битов (например, со скоростью 64 кбит/с) в системе с ВРК проблема согласования его скорости возникает в том случае, если в этой многоканальной системе путем ее синхронизации с другими компонентами сети уже установлен тактовый интервал определенной длительности, а для передачи используется дискретный канал системы ИКМ, имеющий автономную синхронизацию. Поскольку в системе с ВРК цикл должен оставаться неизменным несмотря на процесс согласования скорости, то цикл этого процесса выбирается равным основному циклу (или сверхциклу) и предусматривается бит пробела, который для согласования тактовых интервалов спорадически выбрасывается или дополняется вторым битом пробела.Виды каналов. Характеристики многоканальной системы передачи с ВРК зависят не только от уже упоминавшихся вышепараметров, но и от особенностей входных и выходных блоков индивидуальных каналов на. Ниже кратко рассматриваются «прозрачные» каналы, стаффинговые каналы, синхронные каналы с конвертной структурой в каналы с формированием знаковых циклов.Каждому виду канала соответствует специфическая обработка или преобразование сигналов, поступающих на вход передатчика многоканальной системы и обратное преобразование на приеме. При современной технической базе эти процессы могут осуществляться совместно для всех каналов системы с помощью централь» ного процессора.В «прозрачных» каналах изменения значащих позиций сигнала передаются с некоторыми отклонениями во времени (краевыми искажениями). Поэтому при временном разделении такие каналы по их свойствам аналогичны рассматривавшимся в разд. 1.4.2.2 каналам системы с разделением по частоте.Если максимальное краевое искажение в «прозрачном» канале системы с ВРК принять равным 5%, то на каждый элемент сигнала потребуется 20 отсчетных импульсов, Следующие друг за другом интервалы между отсчетами объединяются в группы по четыре; эти группы определяют грубый растр передаваемой последовательности битов. Таким образом, для каждого элемента сигнала вместо двадцати отсчетных импульсов передаются только пять битов, которые содержатдвоично закодированную информацию о направлении и временном положении значащих моментов (моментов изменения значащих позиций) сигнала данных. В случае изменения значащей позиции передаваемый вслед за этим бит совпадает с новой значащей позицией сигнала данных (например, после изменения 0 на 1 передается 1) и в то же время является стартовым битом «микротелеграммы», состоящей из трех битов. Два бита, следующие за стартовым, указывают точное положение значащего момента в одном из четырех интервалов точного растра. В примере, приведенном на рис. 1.49, это 1 и 0, так как значащий момент попадает во второй интервал. После «микротелеграммы» до следующего значащего момента сигнала данных передается имеющаяся значащая позиция. Так как на каждый элемент сигнала приходится по пять битов, из которых для «микротелеграммы» нужно только три, то без специальных дополнительных мер можно передавать, например, и такие сигналы, которые вследствие искажений укорочены до 40%. Принцип рассмотренного метода кодирования так называемого метода «скользящего индекса» был впервые предложен Трейвисом и Ягером [1.62].При скоростях 600 бит/с и выше между двумя абонентами сети передачи данных возможен обмен только изохронными сигналами (см. разд. 3.2). Хотя для этого пригодны и «прозрачные» каналы, однако гораздо экономичнее непосредственно приводить в соответствие каждому элементу сигнала данных один бит в передаваемой двоичной последовательности. В асинхронных сетях передачи данных (см. разд. 3.3.1) из-за различия в скоростях работы отдельных приемопередающих устройств соединительного тракта требуется согласование скоростей (стаффинг), которое может осуществляться, например, в каждом индивидуальном канале. Для подобных стаффинговых каналов при использовании установленных Рекомендацией МККТТ Х.1 [1.48] стандартных скоростей модуляции 0,6; 2,4; 4,8; 9,6 кбит/с, с учетом передаваемой согласующей информации могут быть предусмотрены общие скорости передачи (скорости «брутто») 0,75; 3; 6 и 12 кбит/с. Таким образом, если в «прозрачных» каналах с ВРК для передачи одного элементасигнала данных требуются пять битов, то в стаффинговых каналах с указанными выше скоростями — только 1,25 бита.В синхронных сетях передачи данных (см. разд. 3.3.2) все приемопередающие устройства работают синхронно, т. е. с едиными тактами. Поэтому скорости передачи по используемым в таких сетях синхронным каналам определяются непосредственно полезными скоростями (скоростями «нетто») работы установок абонентов (0,6; 2,4; 4,8 и 9,6 кбит/с). Так как в синхронных сетях передачи данных происходит образование конвертов, при котором на каждые восемь или шесть информационных битов вводится определенное число, например два, добавочных битов (см. рис. 1.486, в), то общие скорости (скорости «брутто») в указанных каналах составляют 0,75; 3; 6 и 12 кбит/с или соответственно 0,8; 3,2; 6,4; 12,8 кбит/с (см. разд. 1.4.1.2, табл. 1.9). Из двух упомянутых добавочных битов синхронизирующий бит F служит для конвертной синхронизаций в абонентских линиях, а также (в многоканальных системах с конвертами по бита) для цикловой синхронизации; статусный бит указывает, что содержат информационные биты данные или сигнализирующую информацию.Поскольку в синхронных каналах, предназначенных для передачи с различными скоростями, сигналы имеют жесткую конвертную структуру, то в системе с ВРК такие каналы целесообразно объединять поконвертно. В этом случае и на коммутационную систему поступает групповой поток битов, объединенных по конвертному принципу, благодаря чему становится возможной интеграция функций коммутации и передачи информации Нередко необходимо передавать только стартстопные знаки одного определенного формата и с одной скоростью, что, например, имеет место для абонентов сети передачи данных, относящихся к классу 1 (см. разд. 3.2.1.1) или сети Телекс. В этом случае могут использоваться каналы с формированием знаковых циклов. Каждый элемент знака, синхронизированный относительно начала стартового элемента, однократно считывается в соответствии с тактовым растром (системой моментов отсчета), установленным в системе передачи с ВРК- Таким образом, каждому элементу сигнала данных ставится в соответствие только один бит в групповом потоке. Стоповый элемент переменной длины при этом также вписывается в тактовый растр группового сигнала, и обеспечивается компенсация отклонений в скоростях передаваемых стартстопных знаков (т. е. коррекция).Структура многоканальных систем с ВРК. Ниже рассматриваются наиболее важные характеристики некоторых обсуждавшихся на международном уровне и практически применяемых видов систем с временным разделением каналов.По каналам ТЧ при небольших затратах передача данных обычно возможна только со скоростями не более Поэтомув тех случаях, когда для наиболее эффективного использования таких каналов по ним организуется передача с ВРК, применяются системы, предназначенные для разделения низкоскоростных каналов системы с формированием знаковых циклов [1.63].Для асинхронных сетей передачи данных нужны подобные системы с каналами, рассчитанными на знаковые циклы от 7,5 до 11 единичных элементов и скорости от 50 до 300 бит/с (что соответствует классам обслуживания абонентов 1 и 2, см. разд. 3.2.1.1); в системы рассматриваемого типа целесообразно включать также каналы, необходимые в сети Телекс (знаковый цикл — 7,5 элементов, скорость — 50 бит/с). Чтобы групповой сигнал, передаваемый по этой сети от начального коммутационного узла к конечному, не получал недопустимых искажений, каналы объединяются посимвольно. По таким каналам передается и сигнализирующая информация между коммутационными устройствами; если она с самого начала не согласована со знаковым циклом, то формирование знаковых циклов на время ее передачи прекращается.При объединении каналов передачи данных с каналами сети Телекс часть битов, соответствующая нескольким телексным каналам, отводится для одного канала данных. При скорости группового сигнала 2,4 кбит/с в расчете на 48 каналов по 50 бит/с основной цикл получается равным 48 бит, из которых по меньшей мере один бит выделяется для цикловой синхронизации. Еще один бит удаляется при передаче в групповом потоке. Это позволяет надежно передавать стоповый элемент также в тех случаях, когда используются стартстопные знаки с простым стоповым элементом и скорость передачи отклоняется от номинальной в некоторых допустимых пределах. Таким образом, остается 46 каналов по 50 бит/с, что лишь несколько ограничивает возможности объединения с высокоскоростными каналами передачи данных.Если скорости, с которыми должны передаваться данные в отдельных каналах, не кратны 50 бит/с, то скорости в более высокоскоростных каналах приводятся к желаемым с помощью битов заполнения. Так, в многоканальной системе с формированием знаковых циклов, которая соответствует Рекомендации МККТТ R.101 [1.64], имеются различные возможности формирования группового сигнала со скоростью 2,4 кбит/с (табл. 1.13), в том числе и объединение каналов с различными скоростями и знаковыми циклами.Наряду с многоканальными системами с формированием знаковых циклов, работающими по принципу посимвольного объединения каналов, в частных сетях передачи данных, особенно в США, получили распространение системы, в которых объединение осуществляется по знакам, так как свойственное этим системам большее собственное время запаздывания в таких сетях играет второстепенную роль. С другой стороны, объединение по знакам имеет и некоторые преимущества. Свойственный системе знаковый.                                                                                               Различные возможности подразделения группового потока битов скоростью 2,4 кбит/св системе с ВРК и образованием знаковых циклов согласно Рекомендации МККТТ R.101синхронизм позволяет лучше использовать пропускную способность канала, так как стартовый и стоповый элементы при передаче могут быть опущены и затем восстановлены на входе приемника. Кроме того, объединение по знакам облегчает представление служебной информации, которая содержится в групповом потоке битов наряду с сигналами данных при наличии многоканального оборудования, установленного у абонента (например, информации о состоянии цепей стыка с ООД).В каналах связи, обеспечивающих скорость передачи группового сигнала до применяются системы ВРК с посимвольным и поконвертным объединением каналов.Для объединения «прозрачных» низкоскоростных (от 50 до каналов МККТТ наряду с упомянутой системой, работающей по принципу формирования знаковых циклов, предусмотрена система с посимвольным объединением (Рекомендация МККТТ R.111) [1.65]. При более высокой скорости группового потока для «прозрачных» каналов может потребоваться, как было пояснено ранее, по пять битов на каждый элемент сигнала. Чтобы Для передачи полезной информации всегда имелась в распоряжении определенная гарантированная часть общего потока битов, для цикловой синхронизации и других внутрисистемных служебных функций (контроля, согласования скоростей и т. п.) отведено Оставшаяся полезная доля группового потока битов подразделена на пять частей по из которых одна или несколько отведены для «прозрачных» каналов. Их параметры приведены в табл. 1.14.Из указанных частей, в свою очередь, выделяются потоки битов по которые могут использоваться в системах временного разделения каналов с формированием знаковых циклов.Системы с поконвертным временным объединением каналов имеют важное значение для синхронных сетей передачи данных.                                                                                                          Различные возможности подразделения части группового потока, составляющей на «прозрачные» каналы в системе с посимвольным временным объединением каналов согласно Рекомендации (краевые искажения не более 5%)В зависимости от строения конвертов (из восьми или шести информационных и двух дополнительных битов, см. рис. 1.486, в) и полезной скорости в каждом из каналов (0,6; 1,4; 4,8 или 9,6 кбит/с) такие системы позволяют объединять то или иное число каналов с общими скоростями, указанными в табл. 1.15.Различные возможности подразделения группового потока битов со скоростью 64 кбит/с в системе временного поконвертного объединения каналов согласно Рекомендациям МККТТ Х.51 и Х.50В системах с временным объединением каналов по конвертам из бита, как и в упомянутых выше системах с посимвольным объединением «прозрачных» каналов, согласно Рекомендации из общего потока 64 кбит/с выделяется 4 кбит/с для цикловой синхронизации и других внутрисистемных служебных целей. Остальная часть потока ( используется для передачеко конвертов по бита. Так как при этом, в отличие от описываемых ниже систем с конвертами по бита, дополнительные биты не включаются в конверт, с помощью этих систем возможна передача любых последовательностей битов с заданными, канальными скоростями «брутто».В системах с конвертами по бита согласно Рекомендации МККТТ Х.50 [1.66] каналам приводится в соответствие один общий цикл, охватывающий 80 конвертов. Для цикловой синхронизации на передающей стороне из 80 синхронизирующих битов (см. рис. 1.48 в), которые входят в конверты одного цикла и вне группового потока битов служат для синхронизации индивидуальных каналов, 72 отведены под специальную кодовую комбинацию, генерируемую регистром сдвига, а 8 битов выделены для внутрисистемных служебных функций (например, контроля). На приемной стороне конверты ставятся в соответствие выходам отдельных каналов, при этом синхронизирующие биты снова выполняют функции синхронизации индивидуальных каналов.

Характеристика радиоволн

Из физики известно, что если по проводнику протекает переменный ток, то вокруг него возникает переменное магнитное поле, силовые линии которого охватывают проводник с током.Вблизи проводника появляется переменное поле с замкнутыми линиями магнитной индукции. Изменение магнитного поля приводит к появлению переменного электрического поля с замкнутыми линиями напряженности.Электрическое поле всегда направлено вдоль проводника, и векторы напряженности электрического и магнитного полей всегда перпендикулярны в пространстве.Поскольку ток в проводнике переменный, электромагнитное поле также изменяется во времени. Его магнитная составляющая вызывает переменное электрическое поле не только вблизи проводника, но и в соседних областях пространства. Электрическое поле, в свою очередь новые вихри магнитного поля. Образованные поля уже не связаны с проводником, а являются свободными. Они непрерывно изменяются во времени и, благодаря этому, распростра­няются в пространстве со скоростью 300 000 км/с, образуя электромагнитные ­волны.Радиоволнами называются электромагнитные колебания, применяемые для передачи сигналов на расстояние. Радиоволны создаются в результате излучения антенной б прос­транство высокочастотных колебаний, возбуждаемых генератором высо­кой частоты, и представляют собой периодически меняющиеся взаимосвязанные ­электрические и магнитные поля.                                                                                                                                       Каждую радиоволну можно охарактеризовать частотой и длиной волны. f = I/2П LC                     где L и С - параметры колебательной системы. Данной частоте колебаний в контуре соответствует определенная      длина волны в пространстве.Длиной волны называется расстояние, проходимое электромагнитной энергией за время одного периода колебаний. Длина волны Л связана с частотой электромагнитных колебаний соотношением:

Л = C/f = 3*108/f ; f = C/л = 3*108/л

где f - частота тока, вызывающего электромагнитную волну, Гц; С - скорость распространения электромагнитной энергии, м/с.Таким образом, зная длину радиоволны л можно определить её частоту f и, зная частоту, можно определить длину волны.Важной характеристикой электромагнитных волн является их поляризация. Поляризация волны определяется законом изменения направления и величины вектора Е в данной точке пространства за период колебания. Поляризацию определяют раздельно по двум признакам: по изменению положения конца вектора Е в течение периода колебаний и положению вектора Е относительно выбранной системыпространственных координат (часто эту систему связывают с Землей).По положению вектора Е относительно земной поверхностиРазличают вертикально поляризованную волну, если этот вектор лежит в плоскости, перпендикулярной поверхности Земли, и горизонтально поляризованную, если вектор Е расположен в плоскости, параллельной Земле.Если конец вектора Е в течение периода колебаний в данной точке пространства остается на одной прямой, поляризацию называют линейной. Если конец вектора Е описывает в пространстве эллипс или окружность, поляризация называется соответственно эллиптической или круговой. Используемые в радиотехнике электромагнитные волны (радиоволны) распространяются не в свободном пространстве, а в реальных средах. В таких средах из-за их конечной проводимости часть энер­гии радиоволн необратимо преобразуются в тепло, поэтому амплиту­ды напряженности электрического и полей по мере распространения волны постепенно уменьшаются(затухают).