Общие принципы построения МСП

Лекция №4

 

Цель: Изучить принципы построения МСП

1.Разделение канальных сигналов

2.Частотное разделение каналов

3.Временное разделение каналов

Обобщенная структурная схема МСП приведена на рис.1.1. В общем случае МСП содержит передающую часть, групповой тракт передачи и приемную часть.

 

Рис. 1.1 - Структурная схема МСП

На вход оборудования оконечного пункта (ОП А) передающей части поступают первичные электрические сигналы, адекватно отражающие соответствующие им сообщении. В качестве первичных могут использоваться сигналы: телефонные, звукового вещания, телеграфные и факсимильные, передачи данных, телевидения и др. От вида первичного сигнала зависят его средняя мощность и требуемая полоса частот. В оконечном пункте А первичные сигналы С_i(t)…,С_N(t), объединенные в однотипные группы, преобразуются в канальные сигналы u_i(t)=M_i[c_i(t)] с помощью операторов преобразования (модуляторов). M_i ...M_N. В процессе преобразования первичных сигналов в канальные необходимо каждый сигнал наделить отличительными признаками, что позволило бы на приемной стороне разделить групповой сигнал на канальные. Групповой сигнал u (t) Г образуется путем суммирования канальных сигналов, т. е.

Прохождение сигналов по линиям связи сопровождается искажением их формы и ослаблением мощности. Поэтому в подавляющем большинстве случаев линию связи разбивают на отдельные участки, в конце которых устанавливают обслуживаемые или необслуживаемые промежуточные усилительные пункты (ОУП, НУП). Приемная часть (Пр) ОП станции Б, преобразует линейный сигнал в групповой. Совокупность передающей части станции А, приемной части станции Б, ОУП, НУП и линии связи объединяется в линейный тракт. В пункте Б с выхода линейного тракта сигнал U _Г ( t ) поступает на вход совокупности разделителей канальных сигналов. Так, в i - м канале P выделяет U i (t ) из U _Г (t ). Затем с помощью демодуляторов ДМ 1 … , ДМ N канальные сигналы преобразуются в первичные и поступают на выходы каналов.

По методу разделения каналов различают системы с частотным (ЧРК) и временным (ВРК) разделением каналов. Схемы, поясняющие принцип действия систем передачи с ЧРК и ВРК, приведены на рис. 1.2.

Рис. 1.2 - Способы формирования и передачи сигналов с частотным (а) и временным (б) разделением каналов

Однако есть у них и ряд недостатков. Одним из основных недостатков является относительно низкая помехозащищенность. С увеличением протяженности магистрали помехозащищенность в каналах аналоговых систем передачи уменьшается, поскольку помехи постепенно накапливаются.

Современные системы передачи с ВРК являются цифровымии используют двоичный сигнал. Они имеют более высокую помехозащищенность в сравнении с аналоговыми. Это обуславливается двоичным характером сигнала, что позволяет реализовать периодическую регенерацию (восстановление) сигнала и избежать накопления помех.

Системы передачи с ЧРК.

В настоящее время широкое распространение имеют СП с частотным разделением каналов (СП-ЧРК). Структурная схема СП-ЧРК приведена на рис.1.3.

Рис. 1.3 - Структурная схема СП –ЧРК

 

Отличительным признаком канальных сигналов в случае ЧРК является частотный диапазон, занимаемый спектром сигналов U i(t). Спомощью системы несущих колебаний f_1Н ,..., f_НN модуляторы M₁ ,...,M_N формируют канальные сигналы, спектры которых занимают взаимно непересекающиеся диапазоны частот (рис. 1.4). Спектры первичных сигналов идентичны и занимают диапазон 0,3 ... 3,4 кГц. Здесь используется стандартное обозначение спектра первичного сигнала в виде прямоугольного треугольника. В результате модуляции формируются канальные сигналы со спектрами S₁(f )..., .S_N(f ).

На приемном конце разделение канальных сигналов осуществляется системой канальных фильтров КФ1,..., КФ N . Из АЧХ канального фильтра i -го канала (рис. 1.4) видно, что частотные компоненты, принадлежащие канальному сигналу i -го канала, проходят через без ослабления, а частотные компоненты другие канальных сигналов подавляются не менее чем на 60 дБ, что соответствует их ослаблению по напряжению в 1000 раз. В результате можно считать, что на выход проходит только канальный сигнал S i(t).

Рис. 1.4 - Преобразование спектров сигналов в СП с ЧРК

Рис. 1.5 - Идеализированная АЧХ канального фильтра

Кроме СП – ЧРК в настоящее время широко используются СП с временным разделением каналов (СП-ВРК). Функционирование этих систем передачи связано с разбиением времени передачи на циклы длительностью T₀ или с частотой следования F_д=1/T_0, которая называется частотой дискретизации(рис. 1.6). В свою очередь, каждый цикл N - канальной СП разбивается на N канальных интервалов (КИ) длительностью Δt_КИ = T₀/N , и в течение каждого канального интервала передается информация о мгновенных значениях отсчетов в исходном сигнале соответствующего канала. Отсчеты производятся с частотой дискретизации f_д

Рис. 1.6 - Временное разделение каналов

 

Рассмотрим передачу сигналов в произвольном, например i - м канале. Модулятор i - го канала M_i  вырабатывает последовательность сигналов, которые содержат информацию об отсчетах, соответствующих мгновенным значениям c i(t) в моменты t₁, t₂, t₃ Временное расположение этих сигналов определяется воздействием импульсов, вырабатываемых распределителем канальных импульсов (РИК) (рис. 1.7), действующих на -м выходе РИК.

Рис.1.7 - Структурная схема системы передачи с ВРК

 

Распределитель на приеме работает синхронно с РИК на передаче. Под воздействием импульсов РИК на приеме замыкается ключ i -го канала (Кл_i), в результате чего Кл на выходе действует только сигнал u_i (t).  Демодулятор преобразует сигнал u i (t) в первичный сигнал. Теоретическое обоснование возможности передачи информации в СП с ВРК связано с теоремой Котельникова (Найквиста), которая доказывает возможность передачи информации, только если f_д ≥ 2F _max, где F_max – максимальная частота в спектре первичного сигнала.

В качестве канальных сигналов в СП-ВРК широко используются модулированные импульсные последовательности, и в частности АИМ-сигналы. В этом случае высота импульсов пропорциональна отсчетам первичного сигнала. На рис.1.8 показаны временные диаграммы канальных и группового АИМ сигналов СП-ВРК. Однако наибольшей помехоустойчивостью обладают цифровые СП - ВРК (ЦСП).

Рис. 1.8 - Сигналы в системе передачи с ВРК при использовании АИМ

 

На передающем конце ЦСП в точке А (рис. 1.9 а) действует групповой АИМ-сигнал. С помощью аналого - цифрового преобразователя (АЦП) каждому импульсу группового АИМ- сигнала ставится в соответствие кодовая комбинация, т. е. последовательность импульсов и пауз, причем длительность кодовой комбинации равна ΔtКИ (рис. 1.9б).

Рис. 1.9 - Принцип функционирования ЦСП

В результате на выходе АЦП формируется групповой сигнал в виде цифрового потока.

На первом этапе внедрения ЦСП широкое применение на практике находили системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), в которых приняты следующие значения параметров: T₀ =125 мкс (f_д =8 кГц), число элементов в кодовой комбинации m = 8. Частота следования элементов цифрового потока или тактовая частота N - канальной ЦСП f _Т = N ·m · f = 64 N кГц.

На приеме, с помощью цифро - аналогового преобразователя (ЦАП) групповой ИКМ-сигнал преобразуется в групповой АИМ-сигнал, после чего происходит его разделение на канальные сигналы и демодуляция. Сравнение СП - ЧРК и ЦСП показывает, что ширина спектра группового сигнала в случае ЧРК примерно равна NΔf_c, где c Δf – ширина спектра первичного сигнала. В современных СП-ЧРК c Δf_с = 4 кГц. В случае ЦСП ориентировочно можно считать, что ширина спектра группового ИКМ-сигнала сверху ограничивается частотой f_т.

Таким образом, если в СП с ЧРК на один канал отводится диапазон частот, равный 4 кГц, то в ЦСП этот диапазон составляет 64 кГц. Необходимость существенного расширения спектра сигналов, передаваемых по линейному тракт в случае ЦСП, является существенным недостатком систем передачи этого типа. Однако их высокая помехозащищенность, возможность использования современной элементной базы, стабильность в работе обусловливают широкое внедрение ЦСП на различных участках сети связи.

Контрольные вопросы.

1.Способы образования каналов МСП?

2.Достоинства и недостатки системы с частотным (ЧРК) и временным (ВРК) разделением каналов?

3.Как определяется частота дискретизации?

4.Функции АЦП и ЦАП.

5.Чему равна тактовая частота ЦСП?

 

Литература.

1.Многоканальные системы передачи: учебник для вузов/Н.Н. Баева, В. Н. Гордиенко, С. А. Курицын и др. - М.: Радио и связь, 1996. с.25

2.Ломовицкий В.В Михайлов А.И. Учебное пособие. Основы построения систем и сетей передачи информации. Горячая линия – Телеком, 2005. с.29

3.Крухмалев В.В. Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Горячая линия – Телеком, 2004. с.25

5.Зингеренко А.М., Баева Н.Н., Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи.- М.:Связь, 1980.- 23с.

6.Астраханцев Л.Н., Зингеренко А. М. Дальняя связь: Учеб. пособие для вузов/Л.Н.Астраханцев, А.М.Зингеренко, Б.К.Изаксон и др., М.: Связь, 1970. - 75 с.

7. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов / В.И.Иванов, В.Н.Гордиенко, Г.Н.Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. - М.: Радио и связь, 1995. с. 12.

8.Зингеренко А.М., Баева Н.Н., Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи.- М.:Связь, 1980.- с.