Материал: 5856

156

спектра эта энергия не увеличивается.

Зато в канале с мультипликативной помехой преимущества сигналов с расширенным спектром (точнее, возможности, которыми еще нужно уметь воспользоваться) не подвергаются сомнению.

Действительно, спектр узкополосного сигнала может целиком оказаться внутри частотного интервала, на котором коэффициент передачи линии очень мал, как показано на рис. 6.9, что приведет к появлению пакета ошибок, а то и к прерыванию связи. Конечно, через некоторое время форма этой

|K(f)|

f

Рис. 6.9. Примеры “мгновенной” амплитудно-частотной характеристики канала с частотно-селективными замираниями (сплошная линия), спектров узкополосного (штрих-пунктир) и широкополосного (штрих) сигналов

случайной АЧХ изменится и, возможно, уровень сигнала возрастет, но часть сообщения уже повреждена.

Суммарная мощность широкополосного сигнала на выходе линии при любых изменениях формы ее АЧХ тоже меняется, но значительно меньше. Из этого пока не следует, что, обрабатывая этот сигнал при помощи корреляционного приемника, обеспечим почти столь же надежную связь, как в канале с постоянными параметрами. Общий принцип уже был сформулирован в разд. 5.5: если есть мультипликативная помеха, то нужно организовать какоето количество независимых ветвей разнесенных передачи и (или) приема и сформировать сигнал на входе решающего устройства путем комбинирования этих разнесенных сигналов.

На первый взгляд кажется, что путем расширения спектра организуется частотно-разнесенная передача, но при этом, в отличие от традиционного метода частотного разнесения (разд. 5.5), во-первых, на каждой частоте передается не целый сигнал (информационный бит), а только его часть, и, вовторых, здесь невозможно спектр принимаемого сигнала разделить на конечное число независимо флуктуирующих составляющих. Поэтому, не вдаваясь в тонкости классификации, рассмотрим применяемые методы комбинирования частей такого сигнала.

Выделение составляющих сигнала, их раздельная обработка и комби-

нирование возможны в частотной и временной областях.

Обработка в частотной области сводится к использованию адаптив-

ного эквалайзера, то есть линейного фильтра с изменяемой частотной характеристикой. Такая возможность обусловлена тем, что частотная характеристика канала изменяется достаточно медленно, то есть, она почти не изменя-

157

ется за время, в течение которого можно принять десятки и сотни информационных импульсов. По этим импульсам приемник оценивает форму их спектра Sвых ( f ) . Форма спектра сигнала на входе канала Sâõ ( f ) известна, по-

этому оценивается форма частотной характеристики канала K( f ) Sвых ( f )Sвх ( f ) . Частотная характеристика эквалайзера вычисляется оче-

видным образом Ký ( f ) K ( f ) 1 , в итоге частотная характеристика сквозного

тракта становится почти равномерной и, следовательно, уменьшаются искажения формы принимаемых импульсов.

Для некоторых видов модуляции сигналов (например, КАМ либо разновидности ФМ) утверждение о том, что в пункте приема известна форма спектра сигнала, не соответствует действительности, так как из-за случайности информационных импульсов известна лишь форма спектра плотности мощности сигнала. Поэтому периодически приходится передавать обучающую последовательность импульсов, когда вместо случайной серии информационных символов на вход модулятора подается известная серия битов. Такой цикл адаптации эквалайзера повторяется десятки и даже сотни раз в секунду.

Как видно из приведенного описания, адаптивный эквалайзер можно применять не только для приема сигналов с искусственно расширенным спектром, но и в любой СПИ, использующей для передачи достаточно короткие импульсы, как это делается, например, в сотовой системе стандарта GSM.

Обработка во временной области предполагает выполнение следующих операций.

1) Принимаемый сигнал, состоящий из серии информационных импульсов длительностью è с внутриимпульсной ФМ (рис. 6.8б), подают на

вход фильтра, согласованного с таким импульсом. Согласованный фильтр сжимает каждый импульс в В раз, так что каждая квадратурная составляющая сигнала имеет вид короткого импульса с множеством малых боковых лепест-

ков (рис. 2.12).

Поскольку при наличии многолучевости в пункте приема имеется большое количество сигналов, отраженных от разных объектов и поэтому имеющих случайные амплитуды и случайные задержки, на выходе согласованного фильтра присутствует сумма таких независимых откликов, и в итоге имеем сигнал, рассеянный, расширенный во времени.

2) С шагом, равным длительности сжатого импульса, измеряют значения каждой квадратурной составляющей. Таким образом из суммарного сигнала выделяют n независимых слагаемых, каждое из которых содержит передаваемое сообщение. Далее эти разнесенные сигналы можно комбинировать одним из известных методов (разд. 5.5).

Rake (грабли) – это название, которое дали первому приемнику, в котором был реализован этот способ разнесенных передачи-приема. В настоящее

158

время он все шире применяется в широкополосных системах передачи, например, в сотовых системах связи с кодовым разделением каналов.

Если расширение спектра производится путем медленного переключения частоты, возможности борьбы с мультипликативной помехой существенно ниже. Единственное, что дает этот метод - это ограничение времени, в течение которого система будет непрерывно работать в неблагоприятных условиях. Ясно, что в большинстве случаев этот интервал не превышает периода переключения частоты τ.

В заключение следует подчеркнуть, что положительные качества сигналов с расширенным спектром достигаются за счет существенного снижения частотной эффективности СПИ. Поэтому такие сигналы, как правило, используются лишь в условиях многостанционного доступа, когда эта широкая полоса совместно используется многими абонентами.

Вопросы для самоконтроля по главе 6

1.При каком необходимом условии возможно линейное разделение канальных сигналов без взаимных помех в многоканальной СПИ?

2.Поясните принципы частотного, временного и кодового разделения каналов.

3.Почему в многоканальной СПИ канальные сигналы взаимно ортогональны, хотя это не является обязательным условием для их разделения без междуканальных помех.

4.Из каких соображений выбирается длительность цикла передачи в многоканальной СПИ с ВРК?

5.Что используется в качестве устройств уплотнения и разделения канальных сигналов в многоканальной СПИ: с ЧРК? с ВРК? с КРК?

6.Почему возникает необходимость осуществления тактовой и цикловой синхронизации приемника в многоканальной СПИ.

7.Укажите причину возникновения междуканальных помех в многоканальных СПИ: с ЧРК? с ВРК? с КРК?

8.Какие требования предъявляются к расширяющим последовательностям при кодовом разделении канала?

9.Дайте определения синхронного и асинхронного режимов передачи

цифровых сигналов.

10.Укажите области применения корреляционного приемника.

11.Укажите основные различия двух стандартов многоканальной передачи с временным мультиплексированием: PDH и SDH.

12.Чем определяется максимальное число канальных сигналов в многоканальной СПИ с КРК?

13. Почему в многоканальных СПИ: с ЧРК требуется высокая линейность амплитудной характеристики группового тракта?

159 160

7 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

7.1Определения, классификация, структуры сетей

Канал – это совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений определенного вида от оконечного оборудования одного пользователя к оконечному оборудованию другого. Различают каналы: симплексные, предназначенные для передачи только в одном направлении; дуплексные для одновременной передачи в обоих направлениях; полудуплексные, позволяющие передавать в обоих направлениях, но поочередно.

Сеть электросвязи – это совокупность технических средств, обеспечивающая обмен информацией между множеством пользователей, разнесенных в пространстве. Основные составляющие сети представлены на рис. 7.1.

Обозначения:

абонентское

оборудование;

центр коммутации;

абонентская линия;

межцентровая линия.

Рис. 7.1. Состав сети электросвязи

Абонентские линии в большинстве случаев являются одноканальными, межцентровые линии, как правило, многоканальные. В сети в любой момент времени существует какое-то количество каналов. Канал, связывающий двух абонентов сети, называется некоммутируемым (арендованным, постоянным), если он постоянно готов к передаче, так как не используется другими абонентами. Коммутируемый канал создается лишь на время передачи сообщения либо его части (пакета), в остальное время эти технические средства используются для создания подобных каналов для других абонентов. То есть, передачу сообщения можно начать лишь после того, как сеть произведет нужное соединение.

Первичная сеть – это линии и коммутационное оборудование, служащее для образования каналов со стандартными характеристиками, пригодных для передачи сообщений разных видов. Вторичная сеть – это структура, организующая обмен сообщениями определенного вида с использованием арендованных ресурсов первичной сети и соответствующего оконечного оборудования. Примеры вторичных сетей – это телефонная сеть, сеть факсимильной связи, телеграфная сеть, сеть передачи газетных полос, сети радио- и телевизионного вещания, компьютерные сети и т.д.

Сеть сигнализации – это сеть, предназначенная для обслуживания первичной сети и используемая для передачи команд, управляющих работой центров коммутации каналов.

По площади охвата различают локальные, местные, городские, зональ-

160

ные, общегосударственные и глобальные сети.

В зависимости от принадлежности сети бывают государственными, ведомственными и частными.

Структура сети в значительной степени определяется принятым в ней способом коммутации.

Пусть центры коммутации в сети отсутствуют, коммутация производится самим отправителем сообщения. Единственной возможной структурой является полносвязная (каждый с каждым) (рис. 7.2а). Эта структура самая живучая (в случае аварии найдется обходный путь) и самая дорогостоящая. Таким образом соединены, например, центры зон в телефонной сети страны.

Пусть центры коммутации в сети отсутствуют, но коммутация производится получателем сообщения. Единственной возможной структурой является общая шина (общая среда передачи) (рис. 7.2б). Это наиболее популяр-

Рис. 7.2. Варианты структуры сети: а) полносвязная; б) общая шина; в) звезда; г) радиально-кольцевая

ная структура для локальных компьютерных сетей, сетей вещания.

При наличии центров коммутации наиболее распространенными являются структуры типа “звезда” и “радиально-кольцевая” (рис. 7.2в и 7.2г) для небольших сетей (сеть предприятия, например) и радиально-узловая (рис. 7.1) для более крупных сетей, включая и глобальные. Сети такого типа построены, как правило, по иерархическому принципу, то есть имеют центры коммутации различных уровней, например, АТС предприятия, района, городская АТС для междугородной связи и.т.д.

И, наконец, сети, содержащие центры коммутации, подразделяются на сети с коммутацией каналов (аналоговые либо цифровые) и сети с коммутацией пакетов (только цифровые).

7.2Коммутация каналов и коммутация пакетов

Всети с коммутацией каналов (КК) передачу сообщения (телеграмма, файл, телефонный разговор) можно начать лишь после того как будет организован сквозной канал от источника к получателю. Если хотя бы один из участков занят, инициатор соединения получает от сети отказ (например, всем знакомые частые гудки) и через некоторое время может повторить попытку. Пример – телефонная сеть.