Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Ущільнення і множинний доступ



Ресурс зв’язку являє собою час і ширину смуги,доступні для передачі сигналу в певній системі.

 
Для створення ефективної системи зв’язку необхідно спланувати розподіл ресурсу між користувачами системи,щоб час/частота використовувалися максимально ефективно.

З проблемою сумісного використання ресурсу зв’язку зв’язані терміни “ущільнення” , “множинний доступ”, “мультиплексування”.

Застосування множинного доступу потребує віддаленого сумісного використання ресурсу ,як у випадку супутникового зв’язку. При динамічному використанні множинного доступу контролер системи повинен враховувати потреби кожного користувача.

Час,який необхідний для передачі керуючої інформації встановлює верхню межу ефективного використання ресурсу зв’язку.

1.Розподіл ресурсу зв’язку.

Існує три основних способи збільшення пропускної здатності (загальної швидкості передачі даних) ресурсу зв’язку.

Перший полягає в збільшенні ефективної ізотропно – випромінюваної потужності (Pef) передавача,або зменшенні втрат в системі. Це приведе до збільшення співвідношення Еb/N0.

Другий спосіб – збільшення смуги каналу.

Третій спосіб – підвищення ефективності розподілу ресурсу зв’язку.

Одна з можливих реалізацій цього способу – множинний доступ,або мультиплексування.

Прикладом може бути:супутниковий траспондер,який повинен ефективно розподілити обмежений ресурс зв’язку між великою кількістю користувачів,які обмінюються цифровою інформацією.

Основні способи розподілу ресурсу зв’язку є слідуючі:

1.Частотний розподіл (frequency division – FD).При цьому розподіляються піддіапазони певної смуги частот.

2.Часове розділення (time division – TD).Користувачам виділяються певні періодичні часові інтервали.

3.Кодове розділення (code division – CD).При цьому виділяються певні елементи набору ортогонально розподілених спектральних кодів, кожний з яких використовує весь діапазон частот.

4.Просторове розділення (space division – SD),або багатопроменеве багатократне використання частоти.

За допомогою точкових променевих антен радіосигнали розділяються і направляються в різні сторони. Даний метод допускає багатократне використання одного частотного діапазону.

5.Поляризаційне розділення (polarization division – PD),або подвійне поляризаційне багатократне використання частоти. Для розділення сигналів використовується ортогональна поляризація,що дозволяє використовувати один частотний діапазон.

Уникнути взаємних завад між різними користувачами в різних каналах ортогональних сигналів.

Якщо виконується така умова:

 

x (t)*x (t)*dt= К при і=j; 0 при і j.

 

К – константа відмінна від 0.

І – 1,2,3…………

Ці сигнали ортогональні в часовій області.

Якщо:

 

x (f)*x (f)*df= К при і=j; 0 при і j.

 

То сигнали ортогональні в частотній області. Якщо виконується перша умова то для каналів називають: ущільнення з часовим розділенням. Якщо виконується друга умова – то: ущільнення з частотним розділенням.

2.Ущільнення з частотним розділенням (множинний доступ, мультиплексування).

На зорі розвитку телефонного зв’язку для кожної магістральної телефонної лінії, щоб з’єднували міжгородні телефонні центри, було необхідно встановлювати два проводи.

Важливе відкриття в області телефонного зв’язку на початку XX століття це ущільнення з частотним розділенням (frequency division multiplexing – FDM). Воно дозволило передавати декілька телефонних сигналів по одному проводу. Або FDMA (frequency division multiple access) – множинний доступ з частотним розділенням.

Графічно:

 

 

Смуга частот 1
Захисна смуга
Смуга частот 2
Захисна смуга
Смуга частот 3
f0
f1
f2
f3
f4
f5  
f
t

Спектральний розподіл по каналах являється прикладом технології FDM. Ресурс зв’язку може одночасно мати декілька сигналів рознесених в спектрі.

Захисні смуги виконують роль буферу. Це дозволяє знизити інтерференцію між суміжними по частоті каналами.

Як перенести телефонний сигнал! Промодулювати!

Графічно:

 

-3400 -300 0 300 3400
f(Гц)
Зміщувач
x(f)
Вихід
cos 2 f0 t f0 = 20 кГц
(300 – 3400) Гц
Телефонний сигнал, немодульований

 

Вихідний двосмуговий спектр

 

 

LSB
USB
f(Гц)
16600 19700 20000 20300 23400
Пряма
Інвертована

LSB (lower sideband) – нижня бокова смуга;

USB (upper sideband) – верхня бокова смуга.

 

Інформація знаходиться в двох діапазонах частот. Для відновлення вихідних даних немодульованого сигналу необхідна лише одна бокова смуга.

Приклад технології FDM можна зобразити ел. чином.

 

Зміщувач 1
Канал 1
20 кГц
300 3400 Гц
16,6 19,7 кГц
Зміщувач 2
Канал 2
16 кГц
300 3400 Гц
12,6 15,7 кГц
Зміщувач 3
Канал 3
12 кГц
300 3400 Гц
8,6 11,7 кГц
Загальна шина
Вихід
8,6 кГц 19,7 кГц

В наведеному прикладі зберігаються лише нижні бокові смуги. Сумарний вихідний сигнал є сумою трьох сигналів.

Два найнижчі рівні ієрархії в технології FDM можна зобразити ел. чином:

 

Вхід
Канал 12
Канал 11
Канал 10
Канал 9
Канал 8
Канал 7
Канал 6  
Канал 5  
Канал 4  
Канал 3  
Канал 2  
Канал 1
108 кГц
60 кГц
Основна підгрупа (12 каналів)
3,4 кГц
0,3 кГц
64 кГц
72 кГц
80 кГц
88 кГц
96 кГц
104 кГц
Несучі каналів
Група 5
Група 4
Група 3
Група 2
Група 1
420 кГц
468 кГц
516 кГц
564 кГц
612 кГц
Піднесучі групи
552 кГц
504 кГц
456 кГц
408 кГц
360 кГц
312 кГц
Основна супергрупа (60 каналів)

 

 

Ущільнені канали тепер можуть розглядатися як складений сигнал, який може передаватися по кабелю, або модулювати несучу з ціллю наступної передачі по радіоканалу.

Таке ущільнення ще називають мультиплексуванням, а пристрої мультиплексорами.

Ця технологія є найстаршою і найбільш поширеною. В США компанія AT and T визначила ієрархію схем частотного ущільнення для систем передачі з різними пропускними здатностями. Подібна була прийнята в Європі при підтримці союзу ITU – T

 

 

Число каналів мовного діапазону. Ширина смуги. Спектр AT and T
48 кГц 60 – 108 кГц Група
240 кГц 312 – 522 кГц Супергрупа
1232 Мгц 812 – 2044 кГц Супергрупа
(10 – 60) 600 2,52 Мгц 564 – 3084 кГц Мастер – група
3,872 Мгц 8516 – 12388 кГц Мастер – група
N*600       16,984 Мгц     0,564 – 17,548 Мгц Складна мастер – група Джамбо – група
57,442 Мгц 3,124 – 60,566 Мгц Складна джамбо – група

 

3.Технологія FDM в супутникових системах.

Більшість супутників зв’язку розміщені на геостаціонарній орбіті. Це означає що супутник знаходиться на круговій орбіті, що лежить в площині земного екватора. Н мод рівнем моря 35830 км. Період обертання рівний періоду обертання Землі. При спостережені з землі такі об’єкти здаються нерухомими. Три супутники, розміщені на 120 градусів один від одного охоплюють всю територію земної кулі, за виключенням полярних областей. Найбільш широко застосування набула смуга частот С (6 ГГц / 4 ГГц). Згідно міжнародних угод для передачі в смузі С дозволено використовувати новий супутник, який працює в спектральному діапазоні 500 Мгц. В більшості випадків такий супутник має 12 транспондерів по 36 Мгц кожний.

Основні складові режиму зв’язку:

1. FDM (одиночна бокова смуга 4 кГц). Утворюється складений багатоканальний сигнал.

2. FM. Складений сигнал модулює несучу.

3. FDMA. Піддіапазони транспондера 36 Мгц розподіляються між користувачами.

Перевага технології – проста. Ці канали не потребують синхронізації і централізованого розподілу часу. Кожний з каналів незалежний від решти.

Лекція №14

Ущільнення/множинний доступ з часовим розділенням.

Технологія мультиплексування TDM/TDMA

 

TDM -time-division multiplexing-

TDMA -time-division multiple access-

При цьому ресурс зв”язку розподіляється шляхом надання кожному з

М користувачів всього спектру протягом невеликого проміжку часу.Цей час

називається часовим інтервалом.Проміжки часу,що розділяють інтервали

називаються захисними інтервалами.Захисний інтервал створює буфер і тим

самим знижує інтерференцію.

Графічно це можна зобразити наступним чином:

f
t
Часовий інтервал 1
Часовий Інтервал 2
Часовий інтервал 3
Захисний інтервал
Захисний інтервал

Розглянемо приклад використання технології TDMA в супутниковому зв”зку.

Супутник
Кадр
Кадр
Часовий інтервал
Наземні термінали
Земля

 

Час розбитий на інтервали,які називаються кадрами (frame).Кожний

кадр ділиться на часові інтервали,які можуть бути розподілені між користувачами.Загальна структура кадрів періодичо повторюється.Кожна

наземна станція транслює інформацію в виді пакетів.Вони поступають на

супутник у відповідності з встановленим розкладом.Після прийняття транспондером такі пакети ретранслюються на Землю.Приймаюча станція

детектує і розущільнює дані відповідного пакету.Після чого інформація пос-

тупає до відповідних користувачів.

 

1.Технологія TDM/TDMA з фіксованим розподілом часових інтервалів

 

При використанні такої технології М часових інтервалів,які складають

кадр заздалегідь розподілені між джерелами сигналу.Графічно це виглядає

наступним чином:

G1
G2
G3
S1
S2
S3
Канал
Розбиття на інтервали
Об”єднання інтервалів
Кадр k
Кадр k+1
M
M

 

 

Операція ущільнення полягає в наданні кожному джерелу можливості

використання одного,або більше інтервалів.

Розущільнення-це розпізнання інтервалів з наступним розподілом між

користувачами.Два комутуючі ключі повинні бути синхронізовані таким чином,щоб повідомлення яке відповідає джерелу 1 попадало на вихід каналу

1.Само по собі повідомлення складається з початкової комбінації бітів (преам

були) і інформаційної частини.Початкова комбінація складається з елементів,

які відповідають за синхронізацію,адресацію і захист від помилок.

Технологія TDM/TDMA з фіксованим розподілом являється надзвичайно ефективною,коли потік даних є значним,тобто часові інтервали завжди заповнені.

Розглянемо наступний приклад:

А
В
С
Д
t
t
t
t
Номери інтервалів
А1
В1
Д1
А2
С2
Д2
В3
С3
Д3

 

Не використані часові інтервали.

 

Якщо використати комутацію пакетів тоді

 

Тут кадр складають три інтервали,кожний з яких закріплений за корис-

тувачами А,В,С,Д.Протягом першого інтервалу передачі кадру користувач С

не відправляє даних.Користувач В не відправляє даних протягом другого

інтервалу,а А –протягом третього.

У випадку використання TDMA зфіксованим розподілом всі інтервали

кадру розподілені заздалегідь.Якщо власник інтервалу не передає даних протягом вказаного проміжку,то даний інтервал не використовується.

Якщо вимоги користувачів непередбачувані,то повинні використовува-

тися більш ефективні методи динамічного розподілу інтервалів.Таких методів існує декілька- застосування систем з комутацією пакетів,вико-ристання статистичнах мультиплексорів і концентраторів.Дані системи дозволяють досягнути результату де пропускна здатність системи залишаєть-

ся постійною завдяки використанню всіх доступних інтервалів.

 

2.Множинний доступ з кодовим розділенням

 

Якщо сумістити два попередні методи то ми отримаємо множинний

доступ з кодовим розділенням (CDMA).

f
t
Смуга1
Смуга2
Смуга3
Інтервал1
Інтервал2
Інтервал3
S1
S2
S3
S1
S3
S2
S1
S2
S3

 

 

Тут в кожному часовому інтервалі проходить перерозподіл частотних

діапазонів.Під час другого інтервалу сигнал 1 перескакує в діапазон 3,сигнал

2 в діапазон 1,сигнал 3 в діапазон 2.Кожному користувачу присвоюється псевдошумовий код,який вказує послідовність перестройки частоти.

Однією з переваг системи CDMA являється те, що групи користувачів

не потребують синхронізації.Синхронізуватися мають лише передавачі і

приймачі кожної групи.Виникає запитання якщо технології FDMA і TDMA

достатньо ефективні навіщо використовувати змішаний метод.Відповідь на

це запитання полягає в наступному.

Під час кожної зміни частоти генератор псевдошумової послідовності

Направляє кодову послідовність на пристрій скачкоподібної перестройки

Частоти.Даний пристрій видає одну з допустимих для скачка частот.При цьому частота несучої скаче по всьому діапазону частот.

 

Блок-схема пристрою виглядає наступним чином:

Потік імп. даних
Модулятор
Пристрій скачкопод.перестр.f
Генератор севдош. коду

 

 

Унікальні переваги CDMA наступні:

1.Конфіденційність.Якщо код групи користувачів відомий лише дозволеним членам цієї групи то ця технологія забезпечує конфіденційність

зв”язку.Несанкціоновані особи,що не мають коду не можуть отримати доступ

до переданої інформації.

2.Опірність заглушенню.Протягом декількох часових інтервалів система здійснює скачки частоти.Ширина діапазону частот набагато більша

ширини смуги даних.Таке використання смуги називається розширенням

спектру.

3.Гнучкість.Відсутність необхідності синхронізації одночасно пере-

даючих пристроїв.

 

 

3.Системи цифрової передачі

 

В США компанія AT&T розробила ієрархію структур часового ушільнення. Вона виглядає наступним чином:

Назва Число каналів мовного діапаз. Рівень Швидкість передачі(Мбіт/с)
DS-1 1,544  
DS-1C 3,152  
DS-2 6,312  
DS-3 44,736  
DS-4 274,176  
               

 

Основою являється формат передачі DS-1 в якому ущільнюється 24

канали.Кожний кадр має 8 біт на канал + 1 біт кадрування (всього 24х8+1=

193 біти).Такий кадр називається кадром Найквіста

Канал1
Канал2
Канал3
Канал24
8 біт
1 біт синх
125 мкс

 

Висхідний аналоговий сигнал оцифровується за допомогою ІКМ з

частотою 8000 вибірок за секунду.Значить кожний кадр повинен повторя-тися 8000 разів за секунду.При довжині кадру 193 біти отримуємо швидкість

передачі даних 8000 х 193 = 1,544 Мбіт/с.Кожний шостий кадр має слово з

7 біт і сигнальний біт.Сигнальні біти в кожному каналі формують потік,який

має керуючу і маршрутну інформацію.DS-2=4xDS-1.

 

 

 

Лекція № 15




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.