Тема 6 (из Скляра) (Материалы лекций)

цпгаайопз геязигсе — Сй) представляет время и ширину полосы, дос чи сигнала в определенной системе. Графически ресурс связи можно мерном графике, где ось абсцисс представляет время, а ось ординат— ия эффективной системы связи необходимо спланировать распределепользователями системы, чтобы время/частота использовались максио. Результатом такого планирования должен быть равноправный доступ урсу.

С проблемои совместного испольэзвания ресурса связи связаны термины "уплотнение" и "множественный доступ". Разница между этими понятиями минимальна. При использовании термина уплотнение требования пользователя к совместному использованию ресурса связи постоянны либо (в большинстве случаев) изменяются незначительно. Распределение ресурса выполняется априорно, а совместное использование ресурса обычно привязывается к локальному устройству (к примеру, монтажной плате). Применение мнажественнага доступа, как правило, требует удаленного совместного использования ресурса, как, например, в случае спутниковой связи.

При динамической схеме множественного доступа контроллер системы должен учитывать потребности каждого пользователя ресурса связи. Время, необходимое для передачи соответствующей управляющей информации, устанавливает верхний предел эффективного использования ресурса связи. 11.1. Распределение ресурса связи Существует три основных способа увеличения пропускной способности (обшей скорости передачи данных) ресурса связи. Первый состоит в увеличении эффективной изотропно-излучаемой мощности (енес!!че Вомор1с гад!агед рожег — Е(КР) передатчика или в снижении потерь системы, что в любом случае приведет к увеличению отношения Ен!Уи Второй способ — это увеличение ширины полосы канала. Третий способ заключается в повышении эффективности распределения ресурса связи.

Одна из возможных реализаций этого способа — множественный доступ. Пример: спутниковый транспондер, который должен эффективно распределить ограниченный ресурс связи между большим количеством пользователей, обменивающихся цифровой информацией. При этом пользователи могут требовать различных скоростей передачи данных и иметь разные рабочие цикльь Основные способы распределения ресурса связи приводятся ниже (рис. 1!.1, под заголовком уплотнение/множественный доступ). 1.

Частотное разделение (Ггег(аепсу д!ч(з!оп — РП). Распределяются определенные поддиапазоны используемой полосы частоты. 2. Временное разделение (г!ще йч!з!оп — ТП). 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 (соде д!ч)з!оп — СГ)).

Выделяются определенные элементы набора ортогонально (либо почги ортогонально) распределенных спектральных кодов, каждый из которых использует весь диапазон частот. 4. Лрастранственнае разделение (зрасе йч!гйоп — 50), или мнагалучевае многократное иснальэавание частоты. С помощью точечных лучевых антенн радиосигналы разделяются и направляются в разные стороны.

Данный метод допускает многократное использование одного частотного диапазона. 5. Лаллризацианнае разделение (ро1апхабоп д!ч)з(оп — РР), или двайнав паляризацианнаг многократное использование чаппаты. Для разделения сигналов применяется ортогональная поляризация, что позволяет использовать один частотный диапазон. с~ ч ° ~ и н~ ниый поотчп а о 8 Ф 3 х Ф й Ф и ? о. Б О3 ФФ л ФЗ ~Ф лк $8 ? Ф Фо о Ф оо $ й оо х~ $ Ф 8 6 о.

Ф с Ф к Б Ф Ф а о х Ф 6 о. Е о. о 9 Д 6 с Ф 8 В Ф й к о Ф о о. Ф о Ф х Б й к Ф о $ Х й о х Ф о о И Й ф В, о и евым моментом во всех схемах уплотнения и множественного доступа являето при использовании ресурса различными сигналами интерференция не дает вляемых взаимных помех, которые делают невозможным процесс детектироваерференция допустима до тех пор, пока сигналы одного канала незначительчивают вероятность появления ошибок в другом канале. Избежать взаимных жду разными пользователями позволяет использование в разных каналах ор~ых сигналов. Сигналы .«,(г), где г = 1, 2, ..., являются ортогональными, если во й области выполняется условие: ) х,(«)х,(г)дг = х~ (К при 1= у ~О при!ау (11.1) где К вЂ” ненулевая константа. Подобным образом сигналы ортогональны, если в час- тотной области выполняется условие: (11.2) где функции Х,(Г) являются Фурье-образами сигналов х,(г).

Распределение по каналам, характеризующееся ортогональными спектрами„для которых выполняется условие (11.1), называют уплотнением с временным разделением (1!ше-д!ч!з!оп ти16р1ехшй— ТРМ) нли мнознественным доступом с временным разделением (г(ше-д!«1з!оп пш11!Р1е ассезз — ТРМА). Распределение по каналам, характеризующееся ортогональными волнами, для которых выполняется условие (11.2), называют уплотнением с частотным разделением (Гге«)пепсу-д!ч!з!оп пи!1!Р1ех!пя — ЕРМ) или множественным доступом с частотным разделением ((ге«(пепсу-д!ч!з!оп гппййр!е ассезз — РРМА).

11.1.1. Уплотнениеумножественный доступ с частотным разделением 11.1.1.1. Использование уплотнения с частотным разделением в телефонной связи г «1 Чппххтххнххххн и множоетнннный ПОСТЧП На заре создания телефонной связи для каждой магистральной телефонной линии, соединяющей междугородные телефонные центры, было необходимо устанавливать два провода. Как видно из рис, 11.2, небо над крупными городами становилось все темнее по мере развития телефонной связи. Важное открытие в области телефонной связи в начале ХХ века — уплотнение с частотным разделением (Ггецоепсу-д!ч(з!оп пш!йр!ех!пй — РРМ) — позволило передавать несколько телефонных сигналов по одному проводу, а следовательно, изменить методы телефонной передачи. Ресурс связи представлен на рис. 11.3 в виде часпхтно-временной зависимости. Спектральное распределение по каналам является примером технологии РРМ или ГРМА.

Здесь распределение сигналов или пользователей по диапазону частот является долгосрочным или постоянным. Ресурс связи может одновременно содержать несколько сигналов, разнесенных в спектре. Первый частотный диапазон содержит сигналы, которые используют промежуток частот между у, игх, второй — между у, и (з и т.д. Области спектра, находящиеся между используемыми диапазонами, называют защитными полосами частот.

Защитные полосы выполняют роль буфера, что позволяет снизить интерференцию между соседними (по частоте) каналами. Рис. П.2. Ва зоре соэдания телефонной связи для холодей магистральной телефонной линии было необходимо уста- навливать два провода соэАсоэВ = — ~соэ(А+ В)+соя(А — В)~.

1 2 (11,3) На рис. 11.4, а показано модулирование типичного голосового телефонного сигнала х(с) (частоты немодулированного сигнала принадлежат диапазону 300 — 3400 Гц) синусоидальным сигналом с частотой 20 кГц. Двусторонний спектр немодулированного сигнала, )Х(?)~, показан на рис. 11.4, о. Может ли смеситель сигналов быть линейным устройством? Нет. Выходной сигнал линейного устройства будет иметь те ясе состав- 11.1. Распоепелеыие оесиоса связи 679 Может возникнуть вопрос: как преобразовать немодулированный сигнал так, чтобы он использовал более высокий диапазон частот? Ответ; при помощи наложения или сиеьиивани» (модуляции) информационного сигнала и синусоидального сигнала фиксированной частоты.

Если два модулируемых входных сигнала описываются синусоидами с частотами рл и ~в, их смешение или перемножение дает частоты Гл+в и Гл и Процесс модуляции описывается следующим тригонометрическим равенством: ляющие частоты, что и входной сигнал. Различие может быть лишь в амплитуде и/или фазе.

го Время Рис. 11.3. Уплотнение с частотныи разделением Входной немодтлнроввнный голосовой спектр )хо)1 х<1) Смеснтель Выход (300 — 3400 Гц) ш с<гц) -3400 -3ОО 300 3400 0 сов ест (Гс = 20 КГЦ) в) )х(г- гс)1 1(Гц) 19 700 20 300 З) 000 )х<г-го)1 1 Х (Г - <о) 1 Г(Гц) Г(Гц) в) Рис. 11.4. Смешивание сигналов; а) процесс смешивания; б) выходной спектр смесителя; в1 ншкнял боковая наноса, е1 верхшт боковая полоса На рис. 11.4, б представлен односторонний спектр (Х(Г" — Д)) на выходе смесителя.

В результате смешивания, описанного в уравнении (11.3), спектр смешается в сторону оегк пепле т 1 тгппптнонмо м мношпственный достчп гз 8 Ь й 6 1ББОО )(, 19700 ' 20 000 Выходной двтхполосный спектр т 23 '20 3ОО 20 000 более высоких частот, по сравнению с немодулированным спектром, и центрирован теперь на частоте 20 кГц. Данный спектр называют двухполосным (ооцЫе-яоеЬапд— (гБВ), поскольку информация находится в двух различных диапазонах частот.

На рис. 1!.4, в показана нижняя боковая полоса (!оччег зЫеЬапо — 1.5В), которой принадлежат частоты 16 600-19 700 Гц. Иногда нижнюю боковую полосу называют инвертированной боковой лолосой, поскольку частотные составляющие этой полосы расположены в обратном порядке, по сравнению с немодулированным сигналом. Подобным образом фильтрование может использоваться для выделения верхней боковой полосы (пррег з(оеЬапо — ()ВВ), которой, как показано на рис. 11.4, г, принадлежат частоты 20 300-23 400 Гц. Данную боковую полосу иногда называют лрямой, поскольку частотные составляющие этой полосы расположены в том же порядке, что и в немодулированном сигнале. Обе боковые полосы спектра 1)ьВ содержат одну и ту же информацию. Таким образом, для восстановления исходных данных немодулированного сигнала необходима лишь одна боковая полоса — верхняя или нижняя.

На рис. 11.5 приведен простейший пример технологии г1)М. В данном случае реализована схема с тремя каналами передачи речи. В канале ! голосовой сигнал из диапазона 300-3 400 Гц модулируется сигналом с частотой 20 кГц. В каналах 2 и 3 аналогичный голосовой сигнал модулируется сигналами с частотами 16 и !2 кГц. В приведенном примере сохраняются лишь нижние боковые полосы. Результатом смешивания и фильтрации (для удаления верхних боковых полос) являются сдвинутые по частоте сигналы, показанные на рис. 11.5. Суммарный выходной сигнал есть суммой трех сигналов и принадлежит диапазону 8,6-19,7 кГц.