1.3 Принципы многоканальной связи и распределения информации

[1, с. 257-281]; [2, с. 260-285].

Непрерывное развитие земной цивилизации неизбежно связано с увеличением потоков информации, которые необходимо передавать по каналам связи. В связи с этим, экономически и технически оказалось целесообразным использовать не одноканальные системы связи, а системы связи, в которых по одной линии связи одновременно передаётся большое число сообщений от отдельных источников информации. Такие системы, обеспечивающие взаимно независимую передачу нескольких или многих сообщений по одной линии связи, называют многоканальными. При этом суммарная производительность всех источников сообщений на входе линии связи не может быть больше её пропускной способности. Основная проблема построения таких систем связи заключена в устранении взаимных помех между отдельными каналами. Для разделения каналов на приёме могут быть использованы как линейные, так и нелинейные методы. Первые реализуются на линейных элементах, а вторые - на нелинейных.

Общая теория разделения сигналов хорошо разработана для линейных методов и только для отдельных частных методов нелинейного разделения сигналов. Поэтому в нашем курсе основное внимание уделено линейным методам, широко применяемым на практике. Основы теории линейного разделения сигналов и соответствующие способы формирования многоканального сигнала (частотное, временное, фазовое и кодовое уплотнение линий связи) сводятся к следующему.

При частотном разделении канальные сигналы от различных источников передаются одновременно, но занимают практически неперекрывающиеся полосы частот. Операция разделения группового сигнала на канальные в приёмном устройстве осуществляется полосовыми фильтрами с неперекрывающимися полосами пропускания. Частотное разделение не требует в принципе временной синхронизации, поэтому оно относится к классу асинхронных методов. Студент должен обратить внимание на основной недостаток систем с частотным разделением: высокие требования к линейности группового тракта системы связи. Этот тракт кроме линии связи включает каскады усиления группового сигнала как на передаче, так и на приёме.

При временном разделении канальные сигналы от различных источников передаются в общей полосе частот, но поочерёдно (разнесены) во времени. Два синхронно и синфазно работающих на передаче и на приёме коммутатора последовательно во времени подключают канал связи к источникам и получателям сообщений. Такой метод разделения относится к классу синхронных методов.

Ограниченность отведённой системы полосы частот, а также неидеальность синхронизации приводит к появлению взаимных помех каналов. Уровень этих помех уменьшают, вводя защитные временные интервалы между каналами, что приводит либо к расширению спектра группового сигнала (при неизменном числе каналов), либо к уменьшению числа каналов (при фиксированной ширине спектра группового сигнала).

При фазовом разделении канальные сигналы от различных источников передаются одновременно, имеют одинаковые несущие и занимают общую полосу частот. Несущие сигналов имеют различные начальные фазы, а информация содержится в изменении их амплитуд. На одной несущей частоте можно получить только два линейно независимых сигнала, при этом сдвиг фаз между несущими частотами сигналов составляет 90.

Операция разделения линейного сигнала на канальные в приёмном устройстве осуществляется с помощью двух синхронных (фазовых) детекторов, опорные колебания на которые подаются с фазовым сдвигом, равным 90.

При разделении сигналов по форме канальные сигналы передаются одновременно, а их частотные спектры перекрываются. В качестве канальных сигналов могут быть использованы различные ортогональные функции: полиномы Чебышева, Лаггера, Эрмитта, функции Уолша и др.

Операция разделения группового сигнала на канальные в приёмном устройстве осуществляется с помощью набора корреляторов, опорные колебания на которые подаются от генератора канальных функций и устройств формирования соответствующих весовых коэффициентов. Разделение сигналов возможно также с помощью согласованных фильтров, "настроенных" на канальные функции.

Разделение сигналов по форме широко используется в асинхронных адресных системах связи (ААСС), где каждому абоненту присваивается своя форма сигналов (адрес абонента), т.е. канальные сигналы отличаются друг от друга по форме. Различные формы сигналов всех абонентов образуют ансамбль почти ортогональных (квазиортогональных) сигналов, как правило, так называемых шумоподобных сигналов. Благодаря этому и обеспечивается возможность одновременной работы многих абонентов в общей полосе частот. Такие системы получили название широкополосных.

Для обмена информацией только между двумя пунктами можно воспользоваться, в зависимости от потока сообщений, одноканальной или многоканальной системой связи. Практически встаёт более сложная задача: обеспечить обмен информацией между большим числом пунктов таким образом, чтобы абонент любого пункта мог передать сообщение абоненту любого другого пункта.

Эту задачу решает сеть связи. Её можно рассматривать как сложную систему, которая позволяет с помощью различных каналов связи и узлов коммутации объединить в требуемых сочетаниях большое число источников и потребителей информации.

Различают два метода функционирования сети связи:

1. метод коммутации каналов, состоящий в создании путём соединения в узлах связи на некоторое время прямого соединения абонентов. По такому каналу не требуется передавать адрес абонента;

2. метод коммутации сообщений, состоящий в передаче сообщения вместе с адресом абонента в ближайший узел коммутации, где оно записывается в запоминающее устройство, становится на очередь и передаётся при освобождении канала на один из следующих узлов коммутации. Этот процесс записи и отправления продолжается до прихода сообщения в узел назначения.

Основная тенденция при внедрении и развитии систем связи состоит в вытеснении аналоговых методов передачи и переходе к цифровым методам, которые позволяют обеспечить гибкую и высококачественную передачу информации по сетям связи.

Вопросы для самопроверки

1. В чём суть линейной теории разделения сигналов, на которой базируется построение многоканальных систем связи?

2. Какие основные преимущества и недостатки многоканальных систем связи с частотным и временным разделением сигналов?

3. При каких нарушениях режима работы возникают взаимные помехи каналов в многоканальных системах с частотным и временным разделением каналов?

4. Как подсчитать полосу частот, занимаемую многоканальной системой связи, при частотном и временном разделении каналов?

5. Назовите несколько путей формирования шумоподобных сигналов.

6. Сопоставьте два способа разделения шумоподобных сигналов: с помощью корреляторов и с помощью согласованных фильтров.

7. На каком принципе функционируют асинхронно-адресные системы?

8. Что такое комбинационное разделение сигналов?

9. Что такое сеть связи?

10. Какое различие между сетями связи с коммутацией каналов и коммутацией сообщений?