книги / Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

Наличие стаффинг-импульса передается последовательностью из к„ единиц 1111... 1, отсутствие стаффинг-импульса передается стаффинг-командой из к„ нулей 0000...0. Стаффинг-команды де­ кодируются мажоритарным декодером: если из к„ символов при­ нято (к„/2) + 1 символов единиц, то принимается решение о пере­ даче команды 1111...1; если (к„/2)+ 1 символов есть нули, то при­

= 156 мс, что и требовалось обеспечить.

На приемном конце линии связи производится операция разу­ плотнения группового потока символов с изъятием стаффингимпульсов и восстановление п параллельных потоков инфор­ мации.

2.8.4. Кодовое разделение каналов

При кодовом уплотнении каналов сигналы всех каналов при­ сутствуют в линии связи или эфире одновременно, аналогично то­ му, как это имеет место при частотном уплотнении каналов, но в отличие от частотного уплотнения каналов при кодовом уплотне­ нии каналов сигнал каждого канала занимает всю полосу частот, отводимую для многоканальной системы. Если при ЧРК и ВРК каждому каналу отводится соответственно своя полоса частот или свой временной интервал, то при кодовом уплотнении и разделе­ нии каналов каждый канал "окрашивается" своим кодовым словом и имеет свою специфическую форму сигнала (в отечественной ли­ тературе ранее кодовое разделение каналов называлось разделени­ ем каналов по форме сигнала).

Кодовое уплотнение каналов может быть синхронным или асинхронным. Например, в сотовых наземных или спутниковых радиосистемах при кодовом разделении каналов (КРК) сигналы от базовой станции (узла связи) в сторону терминалов уплотняются синхронно, а сигналы от терминалов в сторону базовой станции в эфире передаются асинхронно.

Рассмотрим синхронное кодовое уплотнение и разделение ка­ налов. Функциональная схема передающей и приемной аппарату­ ры при КРК показана на рис. 2.72. Будем считать, что сообщения от каждого канала на передачу представлены в двоичной форме:

Рис. 2.75. Эпюры напряжений в приемной части канала 1 при воздействии

принимаемого сигнала канала 6

В приемном устройстве в аппаратуре разделения каналов (см. рис. 2.72) в каждом перемножителе производится алгебраическое перемножение напряжения опорного сигнала и многоканального принимаемого сигнала. Считаем, что начало и конец опорного ко­ дового слова синхронизированы с началом и концом принимаемых информационных символов длительностью т0.

При воздействии принимаемого сигнала i-ro канала на перемножитель с i'-м опорным сигналом происходит свертка широко­ полосного сигнала в узкополосный импульс длительностью То, ко­ торый далее поступает на интегратор с синхронным разрядом (см. рис. 2.72). Эпюры напряжений в схеме разделения каналов для это­ го случая показаны на рис. 2.74.

Доказывается, что при перемножении двух разных кодовых слов ансамбля двоичных ортогональных кодов получается кодовое слово, принадлежащее тому же ансамблю, или инвертированное кодовое слово того же ансамбля. При интегрировании кодового слова на интервале времени т0 (интегратор с синхронным разрядом на рис. 2.72), содержащего и/2 импульсов положительной полярно­ сти и л/2 импульсов отрицательной полярности на выходе инте­ гратора в конце интервала интегрирования, напряжение будет рав­ но нулю (рис. 2.75).

Таким образом, на выходе i-ro коррелятора (перемножитель с опорным сигналом [/„ ,{ 0 плюс интегратор с синхронным разря­ дом на рис. 2.72) появится полезный сигнал только от сигнала /-го

канала. Напряжения на выходе /-го коррелятора от сигналов дру­ гих каналов будут равны нулю. Это означает, что в схеме рис. 2.72 производится разделение каналов без взаимных помех.

Математически сказанное выше формулируется следующим образом. Нормируя для удобства значения напряжений опорных

Тогда напряжения на выходах корреляторов в схеме разделе­ ния каналов можно записать следующим образом:

^ в ы х = ? Э Д С / о п ,( 0 ^ о п * ( 0 Л =

где S,{t) имеет постоянную амплитуду на интервале времени т0; S,{t)Uon,{t) - принимаемый сигнал /-го канала. На интервале време­ ни т0 Si(0 может иметь следующие значения:

Г1 при передаче символа "1"

Mj* \t J J

[ - 1 при передаче символа "О".

Синхронное кодовое уплотнение и разделение каналов, так же как и ортогональное частотное уплотнение и разделение кана­ лов, реализуют идеальную линейную систему уплотнения и разде­ ления каналов.

Асинхронное кодовое уплотнение и разделение каналов будут рассмотрены позднее при анализе спутниковых и наземных сото­ вых систем радиосвязи.

Г ла в а 3

РАДИО- И ОПТИЧЕСКИЕ КАНАЛЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

3.1.Диапазоны частот, используемые

врадиосистемах

Втелекоммуникационных системах используются радиовол­ ны с длиной волны от нескольких километров до миллиметров, а в оптическом диапазоне частот - от десяти микрометров до долей микрометра.

Длина волны электромагнитного колебания Х = сТ, где с — скорость распространения радиоволны. В свободном пространстве

с= 300000 км/с есть скорость света; Т —период колебания, Т= Ilf где / —частота электромагнитного колебания. Длина волны и час­

тота электромагнитного колебания связаны соотношением X = c /f Весь спектр радиочастот разбивается на диапазоны частот та­

ким образом, что крайние частоты диапазона отличаются в 10 раз. Основные используемые диапазоны радиочастот представлены в табл. 3.1.

Важнейшей характеристикой диапазона частот является полоса используемых частот, которая определяет возможную пропускную способность диапазона частот и возможность передачи широкопо­ лосной информации в этом диапазоне частот. Так, для передачи те­ левидения с полосой частот одного телевизионного канала 6 МГц КВ диапазон и более низкие диапазоны частот (СВ, ДВ) непригод­ ны. Чем выше диапазон, тем шире его полоса частот. Так, в санти­ метровом диапазоне волн только в полосе частот от 3 до 6 ГГц (1/9 часть ширины сантиметрового диапазона волн) можно передать всю информацию, которая передается во всех более длинных диапазо­ нах волн, включая дециметровый. Отсюда мировая тенденция —ос­ воение все более высокочастотных диапазонов частот.

Основными диапазонами волн для телекоммуникационных радиосистем являются дециметровый и сантиметровый. М илли­ метровый диапазон волн находится в процессе освоения.

Более низкие диапазоны частот используются для передачи узкополосных сигналов на большие расстояния в силу способно­ сти радиоволн этих диапазонов частот распространяться за преде­ лы прямой геометрической видимости. Диапазоны КВ, СВ, ДВ используются для целей радиовещания и телеграфной связи на большие расстояния, диапазон СДВ - для дальней связи с подвод­ ными лодками в погруженном состоянии, диапазон 40 -60 М Гц — для создания метеорных систем телеграфной связи на расстояниях до 2000 км и др.

Основными типами телекоммуникационных систем на сего­ дняшний день являются кабельные системы на основе волоконнооптических линий связи (ВОЛС) и радиосистемы дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов волн:

•радиорелейные линии и системы связи;

•спутниковые телекоммуникационные системы;

•наземные сотовые системы мобильной и персональной связи.

Ф ун кц и он альн ая схема радиолинии. Функциональная схе­ ма аппаратуры передачи информации по типовой радиолинии со­ стоит из трех частей (рис. 3.1):

1)аппаратуры кодирования и сжатия источников сообщений;

2)аппаратуры уплотнения сигналов и формирования формата сигнала;

3)передающей радиочастотной аппаратуры.

Вкодер канала связи помимо собственно устройства помехо­ устойчивого кодирования могут входить перемежитель символов и скремблер. Скремблер по детерминированному алгоритму пре­ вращает входной поток двоичных символов в псевдослучайную последовательность символов для облегчения работы устройства тактовой синхронизации в приемнике.

3.2. Энергетические потенциалы радиолиний

3.2.1.Плотность потока мощности и отношение сигнал-шум в приемном устройстве

Расчет энергетического потенциала радиолинии заключается в нахождении отношения сигнал-ш ум в приемном устройстве.

Обозначим через Ртр мощность сигнала на выходе усилителя мощности, Т|Пер - коэффициент передачи передающего фидера. То­ гда Т|перРпер= Рп есть мощность сигнала, подводимая к передающей антенне. Будем считать, что антенна излучает всю подводимую к ней мощность.

Рассмотрим передатчик и приемник, находящиеся на расстоя­ нии г друг от друга. Опишем сферу радиусом г, центр которой совпадает с передатчиком (рис. 3.3). При изотропной антенне пе­ редатчика мощность в виде электромагнитного излучения уходит в пространство равномерно во всех направлениях. Для среды рас­ пространения радиосигналов без потерь из закона сохранения энергии следует, что мощность сигнала, проходящая через по­ верхность сферы площадью 4яг2, где г - радиус сферы, равна мощности излучения Р„. М ощность излучения Р„, деленная на площадь поверхности сферы радиуса г, дает плотность потока мощности через единичную площадку (площадью 1 м2) р 0 в точке приема, находящейся на расстоянии г от передающей антенны:

Эта плотность потока мощности через единичную площадку называется вектором Умова-Пойнтинга.

Передающая (приемная) антенна характеризуется своей диа­ граммой направленности, которая показывает, во сколько раз в данном угловом направлении излучается (принимается) больше