10.Охарактеризуйте существующие методы уплотнения каналов, обоснуйте процесс выбора структуры приемо-передающего тракта и приведите примеры их технической реализации в реальных системах связи.

Ресурс связи представляет время и ширину полосы, доступные для передачи сигнала в определенной системе. Для создания эффективной системы связи необходимо спланировать распределение ресурса между пользователями системы, чтобы время/частота использовались максимально эффективно.

Основные способы распределения ресурса связи:

1. Частотное разделение (frequency division— FD). Распределяются определенные под диапазоны используемой полосы частоты.

2. Временное разделение (time division — TD). Пользователям выделяются периоди­ческие временные интервалы. В некоторых системах пользователям предоставля­ется ограниченное время для связи. В других случаях время доступа пользовате­лей к ресурсу определяется динамически.

3. Кодовое разделение (code division — CD). Выделяются определенные элементы на­бора ортогонально (либо почти ортогонально) распределенных спектральных ко­дов, каждый из которых использует весь диапазон частот.

4. Пространственное разделение (space division — SD), или многолучевое многократ­ное использование частоты. С помощью точечных лучевых антенн радиосигналы разделяются и направляются в разные стороны. Данный метод допускает много­кратное использование одного частотного диапазона.

5. Поляризационное разделение (polarization division — PD), или двойное поляризационное многократное использование частоты. Для разделения сигналов применяется ортого­нальная поляризация, что позволяет использовать один частотный диапазон.

Ключевым моментом во всех схемах уплотнения и множественного доступа являет­ся то, что при использовании ресурса различными сигналами интерференция не дает неуправляемых взаимных помех, которые делают невозможным процесс детектирова­ния. Интерференция допустима до тех пор, пока сигналы одного канала незначитель­но увеличивают вероятность появления ошибок в другом канале. Избежать взаимных помех между разными пользователями позволяет использование в разных каналах ор­тогональных сигналов. Распределение по каналам, характеризующееся ортогональными сигналами, для которых выполняется усло­вие ортогональности во временной области, называют уплотнением с временным разделением (time-division multiplexing — TDM) или множественным доступом с временным разделением (time-division multiple access — TDMA). Распределение по каналам, характеризующееся ортогональными спектрами, для которых выполняется условие ортогональности в частотной области, называют уплотнением с частот­ным разделением (frequency-division multiplexing — FDM) или множественным доступом с частотным разделением (frequency-division multiple access — FDMA).

Используя данные способы распределения ресурсов осуществляют построение многоканальных систем связи. Практика построения современных систем передачи ин­формации показывает, что наиболее дорогостоящими звенья­ми трактов передачи являются линии связи (кабельные, во­локонно-оптические, сотовой мобильной радиосвязи, радио­релейной и спутниковой связи и т. д.).

Поскольку экономически нецелесообразно использовать дорогостоящую линию связи для передачи информации един­ственной паре абонентов, то возникает необходимость пост­роения многоканальных систем передачи, обеспечивающих пе­редачу большого числа сообщений различных источников ин­формации по общей линии связи. Многоканальная передача возможна в тех случаях, когда пропускная способность линии С не меньше суммарной производительности источников ин­формации:

С> (1)

- производительность k-гo источника, а N — число каналов (независимых источников информации). Многоканаль­ные системы, так же как и одноканальные, могут быть анало­говыми и цифровыми. Для унификации аналоговых многоканальных систем за основной или стандартный канал при­нимают канал тональной частоты, обеспечивающий переда­чу сообщений с эффективно передаваемой полосой частот 300-3400 Гц, соответствующей основному спектру телефон­ного сигнала. В цифровых системах передачи наибольшее рас­пространение получили основные цифровые каналы со ско­ростью 64 Кбит/с. Многоканальные аналоговые системы фор­мируются путем объединения каналов тональной частоты в группы, обычно кратные 12 каналам. Цифровые системы пе­редачи, используемые на сетях связи, формируются в соот­ветствии с принятыми иерархическими структурами.

Общий принцип построения системы многоканальной пе­редачи поясняется с помощью структурной схемы рисунок 1.

Рисунок 1. Структурная схема многоканальной системы передачи информации

В этой системе первичные сигналы каждого источника b₁(t), b₂(t),…,b_i(t),…,b_N(t) с помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) M₁, M₂,…,M_i ,…,M_N преобразуются в соответствующие сигналы u₁(t), u₂(t),…,u_i(t),…,u_N(t). Совокупность канальных сигналов на выходе устройства объединения ∑ образует групповой сигнал u_r(t).В слу­чае раздельной системы уплотнения это объединение сводится к обычному суммированию:

и_r(t) =

Наконец, с учетом частотного диапазона направляющей системы (линии связи) сигнал и_r(t) с помощью группового передатчика М преобразуется в линейный сигнал u_л(t), ко­торый и поступает в линию связи (ЛС). Сначала будем счи­тать, что помеха в канале отсутствует, а канал не вносит ис­кажения в сигнал, т. е. принимаемый линейный сигнал

s_л(t) = К·u_I(t), где К — коэффициент передачи канала, который можно считать равным единице. Тогда на приемном конце линии связи (ЛС) линейный сигнал s_л(t) с помощью группового приемника Пр может быть вновь преобразован в групповой сигнал s_r(t) = К·u_I(t). Канальными, или индивидуальными, приемниками Пр₁,Пр₂, ..,Пр_N. из группового сигнала выделяются соот­ветствующие канальные сигналы s_i(t) = Кu_i(t), (i = 1,..., N), которые посредством детектирования преобразуются в пред­назначенные индивидуальным получателям сигналы

Канальные передатчики вместе с устройствами объеди­нения образуют аппаратуру объединения (уплотнения) каналов АОК.

Групповой передатчик, линия связи ЛС и групповой при­емник Пр. составляют групповой тракт передачи, который вместе с аппаратурой объединения и разделения каналов со­ставляет систему многоканальной связи.

Индивидуальные приемники Пр_i системы наряду с вы­полнением обычной операции преобразования канальных сиг­налов s_i(t) в соответствующие первичные сигналы дол­жны обеспечить выделение сигналов s_i(t) из группового сиг­нала с допустимыми искажениями. Аппаратуру индивидуаль­ных приемников, обеспечивающую эту операцию, называют аппаратурой разделения каналов (АРК).