Signály sú charakterizované ich trvaním, spektrálnou šírkou a dynamickým rozsahom. Hlasitosť signálu sa používa ako zovšeobecnená charakteristika Trvanie signálu určuje dobu jeho existencie, šírka spektra je frekvenčný rozsah, v ktorom je sústredená hlavná energia signálu. Dynamický rozsah charakterizuje pomer najvyššieho okamžitého výkonu signálu Pmax k najnižšej prípustnej hodnote, ktorá je určená výkonom rušenia.

Dôležitou charakteristikou signálov je aj základňa. Signály sa nazývajú úzkopásmové (jednoduché) ak a širokopásmové (komplexné), ak

Elementárne signály získané na výstupe UPS pri použití -pozičného kódu možno rozdeliť do nasledujúcich skupín:

signály poskytujúce maximálnu odolnosť voči šumu vzhľadom na kolísavý šum v deterministických kanáloch. Energia týchto signálov je najčastejšie rovnaká: pre skalárny súčin pre ortogonálne signály, pre biortogonálne signály, pre ktoré je hodnota m vždy párna, ktorýkoľvek z m signálov vždy zodpovedá jednému opačnému signálu a zvyšné signály sú ortogonálne; neortogonálne signály, pre ktoré je podmienka splnená

Príkladom signálov, ktoré poskytujú maximálnu odolnosť proti šumu s deterministickým neskresľujúcim kanálom a aditívnym bielym šumom, sú fázovo modulované signály a bipolárne signály. priamy prúd. Ortogonálne signály zahŕňajú signály binárnej frekvenčnej modulácie (FM), ak sú frekvencie segmentov harmonických signálov násobkami modulačnej frekvencie. Bioortogonálne signály sa používajú pri dvojfázovej modulácii, keď sa pri fázovej modulácii používajú neortogonálne signály, keď sú posuny medzi jednotlivými signálmi napríklad 0°, 120° a 240°.

Mnohé problémy analýzy a syntézy reálnych signálov sú zjednodušené v dôsledku skutočnosti, že tieto signály, zvyčajne zložité vo forme, môžu byť reprezentované vo forme jednoduchých signálov. To je vhodné pre následnú analýzu ich prechodu určitými okruhmi. Napríklad určitý signál môže byť reprezentovaný ako súbor ortogonálnych komponentov (elementárne signály):

a to nespočetnými spôsobmi. Záznam (6.1) sa nazýva zovšeobecnený Fourierov rad. Interval zobrazuje trvanie signálu. Keďže systém ortogonálnych funkcií použitý pri rozklade je vopred známy, signál je určený súborom váhových koeficientov pre tieto funkcie.

Takéto súbory čísel sa nazývajú spektrá signálu. Spektrum signálu, prezentované ako súčet spektrálnych zložiek (6.1), sa nazýva diskrétne.

Ak na reprezentáciu signálu nestačí diskrétna množina bázových funkcií a je potrebná nespočítateľná množina bázových funkcií, ktoré sa líšia hodnotou plynule sa meniaceho parametra p, potom je signál reprezentovaný vo forme integrálu

ktorý sa nazýva zovšeobecnený Fourierov integrál. Spektrum takéhoto signálu je charakterizované funkciou spojitej premennej (3 a nazýva sa spojitá.

Berúc do úvahy prechod každej zložky spektra lineárny obvod s danými charakteristikami je signál na výstupe obvodu tiež získaný v tvare (6.1) alebo (6.2) s váhovými koeficientmi alebo vo všeobecnom prípade odlišnými alebo v závislosti od charakteristík posudzovaného obvodu.

Okrem analýzy v teórii PDS je potrebné riešiť problémy syntézy signálov. Môžu byť dvojakého typu: štrukturálna syntéza - určenie tvaru signálov, ktoré spĺňajú špecifikované požiadavky; parametrická syntéza - určenie parametrov signálov známeho tvaru. Ak je v procese syntézy potrebné zabezpečiť extrém jednej alebo druhej funkcie (alebo funkcie), ktorá charakterizuje kvalitu syntézy, potom sa syntéza nazýva optimálna.

V praxi sú široko používané signálne sústavy pravouhlého a sínusového tvaru. Obdĺžnikové signály sa navzájom líšia amplitúdou, trvaním, počtom a umiestnením pravouhlých impulzov v jednotkovom intervale. Elementárne sínusové signály sú segmenty sínusových oscilácií, ktoré sa navzájom líšia amplitúdou, frekvenciou a fázou.

Pri štúdiu zovšeobecnenej teórie signálov sa berú do úvahy nasledujúce otázky.

1. Základné charakteristiky a metódy analýzy signálov používaných v rádiotechnike na prenos informácií.

2. Hlavné typy transformácií signálu v procese budovania kanálov.

3. Metódy konštrukcie a metódy analýzy rádiových obvodov, prostredníctvom ktorých sa vykonávajú operácie so signálom.

Rádiotechnické signály možno definovať ako signály, ktoré sa používajú v rádiotechnike. Podľa účelu sa rádiové signály delia na signály:

rozhlasové vysielanie,

televízia,

telegraf,

radar,

rádionavigácia,

telemetria atď.

Všetky rádiové signály sú modulované. Pri generovaní modulovaných signálov sa používajú primárne nízkofrekvenčné signály (analógové, diskrétne, digitálne).

Analógový signál opakuje zákon zmeny v prenášanej správe.

Diskrétny signál – zdroj správ prenáša informácie v určitých časových intervaloch (napríklad o počasí), navyše je možné získať diskrétny zdroj ako výsledok časového vzorkovania analógového signálu.

Digitálny signál je zobrazenie správy v digitálnej forme. Príklad: zakódujeme textovú správu digitálny signál.

Všetky znaky správ je možné zakódovať do binárnych, hexadecimálnych a iných kódov. Kódovanie sa vykonáva automaticky pomocou kódovača. Takto sa kódové symboly prevedú na štandardné signály.

Výhodou digitálneho prenosu dát je vysoká odolnosť voči šumu. Spätná konverzia sa vykonáva pomocou digitálno-analógového prevodníka.

Matematické modely signálov

Pri štúdiu všeobecných vlastností signálov sa zvyčajne abstrahuje od ich fyzikálnej podstaty a účelu a nahrádza ich matematickým modelom.

Matematický model – zvolená metóda matematického popisu signálu, odrážajúca najpodstatnejšie vlastnosti signálu. Na základe matematického modelu je možné klasifikovať signály s cieľom určiť ich spoločné vlastnosti a zásadné rozdiely.

Rádiové signály sa zvyčajne delia do dvoch tried:

deterministické signály,

náhodné signály.

Deterministický signál je signál, ktorého hodnota je v akomkoľvek čase známa veličina alebo sa dá vopred vypočítať.

Náhodný signál je signál, ktorého okamžitá hodnota je náhodná veličina (napríklad zvukový signál).

Matematické modely deterministických signálov

Deterministické signály sú rozdelené do dvoch tried:

periodický,

neperiodické.

Nechaj s ( t ) – deterministický signál. Periodické signály sú opísané periodickou funkciou času:

a po určitom čase zopakujte T . Približne t >> T . Zvyšné signály sú neperiodické.

Impulz je signál, ktorého hodnota sa počas obmedzeného časového intervalu (trvanie impulzu) líši od nuly ).

Pri popise matematického modelu sa však používajú funkcie definované v rámci nekonečného časového intervalu. Zavádza sa koncept efektívneho (praktického) trvania impulzu:

.

Exponenciálna hybnosť.

Napríklad: definovanie efektívneho trvania exponenciálneho impulzu ako časového intervalu, počas ktorého sa hodnota signálu zníži o faktor 10. Určite efektívne trvanie impulzu pre vzor:

Energetická charakteristika signálu . Okamžitý výkon je výkon signálu pri odpore 1 ohm:

.

Pre neperiodický signál zavedieme pojem energie pri odpore 1 Ohm:

.

Pre periodický signál sa zavádza pojem priemerného výkonu:

Dynamický rozsah signálu je definovaný ako pomer maxima P ( t ) na to minimum P ( t ) , ktorý umožňuje zabezpečiť danú kvalitu prenosu (zvyčajne vyjadrenú v dB):

.

Pokojný prejav reproduktora má dynamický rozsah približne 25...30 dB, pre symfonický orchester až 90 dB. Výber hodnoty P min v súvislosti s úrovňou rušenia:
.

5.1 Komunikačný systém

Komunikačný systém je chápaný ako súbor zariadení a prostredí, ktoré zabezpečujú prenos správ od odosielateľa k príjemcovi. Vo všeobecnosti je zovšeobecnený komunikačný systém reprezentovaný blokovou schémou.

Obrázok 1 – Zovšeobecnený komunikačný systém

Vysielač je zariadenie, ktoré detekuje a generuje komunikačný signál. Prijímač je zariadenie, ktoré konvertuje prijatý komunikačný signál a obnovuje pôvodnú správu. Vplyv rušenia na užitočný signál sa prejavuje v tom, že prijatá správa na výstupe prijímača nie je totožná s prenášanou.

Komunikačným kanálom sa rozumie súbor technické zariadenia, poskytujúci nezávislý prenos tejto správy cez spoločnú komunikačnú linku vo forme zodpovedajúcich komunikačných signálov. Komunikačný signál je elektrické rušenie, ktoré jednoznačne zobrazuje správu.

Komunikačné signály majú veľmi rôznorodú formu a predstavujú časovo premenlivé napätie alebo prúd.

Pri riešení praktických problémov v teórii komunikácie je signál charakterizovaný objemom rovným súčinu jeho troch charakteristík: trvania signálu, šírky spektra a prebytku priemerného výkonu signálu nad interferenciou. V tomto prípade . Ak sa tieto charakteristiky rozšíria rovnobežne s osami karteziánskeho systému, získa sa objem rovnobežnostena. Preto sa produkt nazýva hlasitosť signálu.

Trvanie signálu určuje časový interval jeho existencie.

Šírka spektra signálu je frekvenčný interval, v ktorom sa nachádza obmedzené frekvenčné spektrum signálu, t.j. .

Komunikačný kanál je svojou fyzikálnou podstatou schopný efektívne prenášať len signály, ktorých spektrum leží v obmedzenom frekvenčnom pásme s prijateľným rozsahom zmien výkonu.

Okrem toho je komunikačný kanál poskytnutý odosielateľovi správy na veľmi špecifický čas. V dôsledku toho sa analogicky so signálom v teórii komunikácie zaviedol koncept kapacity kanála, ktorý je definovaný: ; .

Nevyhnutná podmienka pre prenos signálu s hlasitosťou cez komunikačný kanál, ktorého kapacita sa rovná , je alebo . Fyzikálne charakteristiky signálu je možné zmeniť, ale zníženie jedného z nich je sprevádzané zvýšením druhého.

5.2.2 Šírka pásma a prenosová rýchlosť

Šírka pásma je maximálna možná rýchlosť prenosu informácií. Maximálna priepustnosť závisí od šírky pásma kanála, ako aj od pomeru a je určená vzorcom . Toto je Shannonov vzorec, ktorý platí pre akýkoľvek komunikačný systém v prítomnosti fluktuačného rušenia.

5.2.3 Frekvenčná odozva kanála

Frekvenčná odozva komunikačného kanála je závislosť zvyškového útlmu od frekvencie. Zvyškový útlm je rozdiel v úrovniach na vstupe a výstupe komunikačného kanála. Ak je na začiatku riadku výkon , a na jeho konci - , potom útlm v non-peres:

.

Podobne pre napätia a prúdy:

; .

Signál môže byť charakterizovaný rôznymi parametrami. Vo všeobecnosti existuje veľa takýchto parametrov, ale pre problémy, ktoré je potrebné riešiť v praxi, je významný len malý počet z nich. Napríklad pri výbere zariadenia na ovládanie technologický postup môže vyžadovať znalosť rozptylu signálu; ak sa signál používa na ovládanie, je podstatný jeho výkon a pod. Zohľadňujú sa tri hlavné parametre signálu, ktoré sú nevyhnutné na prenos informácií cez kanál. Prvým dôležitým parametrom je čas prenosu signálu T s. Druhou vlastnosťou, ktorú treba brať do úvahy, je sila P s signál prenášaný cez kanál s určitou úrovňou rušenia Pz. Čím vyššia je hodnota P s v porovnaní s Pz, tým nižšia je pravdepodobnosť chybného príjmu. Vzťah záujmu teda je P s / P z . Je vhodné použiť logaritmus tohto pomeru, ktorý sa nazýva prebytok signálu nad šumom:

Po tretie dôležitý parameter je frekvenčné spektrum F x. Tieto tri parametre umožňujú reprezentovať akýkoľvek signál v trojrozmernom priestore so súradnicami L, T, F vo forme rovnobežnostena s objemom T x F x L x. Tento súčin sa nazýva hlasitosť signálu a označuje sa V x

Informačný kanál môže byť charakterizovaný aj tromi zodpovedajúcimi parametrami: časom použitia kanála T k, šírka pásma frekvencií prenášaných kanálom Fk a dynamický rozsah kanála Dk charakterizujúca jeho schopnosť prenášať rôzne úrovne signálu.

Rozsah

nazývaná kapacita kanála.

Neskreslený prenos signálov je možný len vtedy, ak sa objem signálu „vmestí“ do kapacity kanála.

V dôsledku toho je všeobecná podmienka na prispôsobenie signálu s kanálom prenosu informácií určená vzťahom

Vzťah však vyjadruje nevyhnutnú, ale nie postačujúcu podmienku na zosúladenie signálu s kanálom. Postačujúcou podmienkou je zhoda na všetkých parametroch:

Pre informačný kanál sa používajú tieto pojmy: rýchlosť vstupu informácií, rýchlosť prenosu informácií a kapacita kanála.

Pod rýchlosť zadávania informácií (informačný tok) I(X) rozumie priemernému množstvu informácií zadaných zo zdroja správy do informačného kanála za jednotku času. Táto charakteristika zdroja správ je určená iba štatistickými vlastnosťami správ.

Rýchlosť prenosu informácií I(Z,Y) – priemerné množstvo informácií prenesených cez kanál za jednotku času. Závisí to od štatistických vlastností prenášaného signálu a od vlastností kanála.

Šírka pásma C je najvyššia teoreticky dosiahnuteľná rýchlosť prenosu informácií pre daný kanál. Toto je charakteristika kanála a nezávisí od štatistiky signálu.

Pre čo najefektívnejšie využitie informačného kanála je potrebné prijať opatrenia na zabezpečenie toho, aby rýchlosť prenosu informácií bola čo najbližšie kapacite kanála. Rýchlosť vstupu informácií by zároveň nemala prekročiť kapacitu kanála, inak sa cez kanál nebudú prenášať všetky informácie.

Toto je hlavná podmienka pre dynamickú koordináciu zdroja správ a informačného kanála.

Jedným z hlavných problémov v teórii prenosu informácií je určenie závislosti rýchlosti a kapacity prenosu informácií na parametroch kanála a charakteristikách signálov a rušení. Tieto otázky prvýkrát dôkladne študoval K. Shannon.

„Multikanálová komunikácia na železnici. d. doprava"

Poznámky k prednáške

pre študentovVkurz

Špecializácia SPI

1. Všeobecné informácie o telekomunikačných systémoch a sieťach. 2

1.1. Základné pojmy a definície. 2

1.2. Primárne a sekundárne siete. 3

1.3. Klasifikácia a perspektívy rozvoja MSP.. 4

2. Parametre typických primárnych signálov. 6

2.1. Zovšeobecnený systém parametrov primárneho signálu. 6

2.2. Základné parametre typických primárnych signálov. 9

2.2.1. Telefónny signál. 9

2.3.3. Faxový signál. 12

2.3.4. Signál diskrétne informácie(SDI) 12

2.3.5. TV signál. 12

3. Princípy časového multiplexovania signálov. 13

3.1. Všeobecné zásady formovanie hlavného digitálny kanál. 13

3.2. Dočasné kombinovanie analógových signálov. 13

. 14

. 15

3.3. Kombinácia digitálnych streamov. 18

3.3.1. Synchrónne zreťazenie po znakoch. 18

3.3.2. Kombinácia asynchrónnych digitálnych tokov. 21

3.3.3 Postup priraďovania rýchlosti. 23

4. Plesiochronická digitálna hierarchia. 27

4.1. Normy plesiochronickej hierarchie. 27

4.2. Zoskupovanie s obojsmerným prispôsobením rýchlosti. 31

4.2.1. Časové zoskupenie sekundárneho digitálneho signálu. 31

4.2.2. Časový multiplex terciárneho a kvartérneho digitálneho signálu. 32

4.3. Zoskupovanie s jednosmerným prispôsobením rýchlosti. 34

5. PRENOSOVÝ SYSTÉM E1. 38

5.1. Fyzická vrstva E1. 38

5.1.1 Kódovanie liniek. 39

5.1.2 Úrovne signálu elektrické parametre rozhranie, tvar impulzu. 41

5.2. Úroveň kanála E1. 43

5.2.1. Cyklická a supercyklická štruktúra E1. 43

5.2.2. Postupy kontroly chýb prenosu. Použitie redundantného kódu CRC-4. 45

5.3. Sieťová vrstva E1. 47

5.4. Štruktúra prevodových systémov E1. 49

6. Synchrónna digitálna hierarchia. 51

6.1. Porovnanie SDH a ​​PDH.. 51

6.2. Vlastnosti konštrukcie synchrónnej hierarchie. 52

6.3. Montáž modulov STM-N.. 54

6.4. Pravidlá pre vytvorenie dopravného modulu STM-1. 55

6.5. Proces formovania modulu STM-1 z toku kmeňov E1. 57

6. 6. Účel nadpisov a indexov. 61

6.7. Vlastnosti technickej implementácie synchrónnych multiplexerov. 62

6. 8. Paritné metódy. 64

6. 9. Rezervácia. 65

1. Všeobecné informácie o telekomunikačných systémoch a sieťach

1.1. Základné pojmy a definície

Viackanálové prenosové systémy sú veľké a zložité technické systémy, ktoré stelesňujú najmodernejšie poznatky a technológie získané v rôznych oblastiach vedy a techniky. Na poskytnutie kompaktného a zároveň komplexného popisu týchto systémov je potrebné použiť všeobecne akceptované (najlepšie medzinárodne dohodnuté) termíny a definície rôznych objektov, procesov a zariadení súvisiacich s touto oblasťou.

Informácie sú súhrnom informácií o akýchkoľvek udalostiach, javoch alebo objektoch vo svete okolo nás. Na prenos alebo ukladanie informácií sa používajú rôzne znaky (symboly), ktoré sú jedinečnou formou reprezentácie informácií. Takýmito znakmi môžu byť slová a frázy ľudskej reči v určitom jazyku, písmená a slová písomnej reči, gestá a kresby, matematické a hudobné symboly atď. Súbor znakov, ktoré zobrazujú tú alebo onú informáciu, sa nazýva správa.

Správa môže mať elektrický alebo neelektrický charakter. Vo väčšine prípadov sú zaujímavé správy neelektrickej povahy. Zdroj a príjemca správ sú oddelení nejakým médiom, v ktorom zdroj generuje poruchy. Práve tieto vyrušenia sú správy zobrazované a vnímané príjemcom. Napríklad pri rozhovore je zdrojom správ ľudský hlasový aparát, správou je tlak vzduchu meniaci sa v priestore a čase – akustické vlny a príjemcom je ľudské ucho.

Proces prenosu (prepravy) správy od zdroja k príjemcovi v súlade s prijatými pravidlami sa nazýva komunikácia. V tomto prípade sa používa akýkoľvek materiálny nosič správy (papier, magnetická páska atď.) a/alebo fyzický proces, ktorý zobrazuje (prenáša) prenášanú správu. Ten sa nazýva signál. Typ signálu je určený povahou fyzického procesu prenosu informácií. Signál sa nazýva elektrický, ak je fyzikálnym procesom prenos elektrický prúd(napätie), zvuk - ak sa využíva prenos akustických vibrácií a pod.

Súbor prostriedkov, ktoré zabezpečujú prenos správ od zdroja k príjemcovi, tvorí komunikačný kanál.

Prenos správ prostredníctvom elektrických signálov sa nazýva telekomunikácia, respektíve komunikačný kanál, ktorý takýto prenos zabezpečuje, je telekomunikačný kanál.

Na prenos akýchkoľvek správ neelektrickej povahy cez telekomunikačný kanál musia prejsť určitými transformáciami, ktoré vykonávajú primárne prevodníky správ (PMT). PPS je zariadenie, ktoré v mieste prenosu generuje primárny elektrický signál (PES) - elektromagnetické kmitanie, ktorého zmena parametrov zodpovedá správe neelektrického charakteru. Príkladmi PES sú telefón, telegraf, televízia, zvukové vysielanie a iné signály. Typické PPS zahŕňajú mikrofón, fotodiódu, televíznu vysielaciu kameru atď.

Primárny elektrický signál môže byť prenášaný priamo cez fyzický obvod obsahujúci pár kovových vodičov, ale PES spravidla prechádza dodatočnými transformáciami. Napríklad pri prenose cez optickú komunikačnú linku sa TES mení na určitý typ optického signálu, pri smerovom prenose v otvorenom priestore - na vysokofrekvenčný rádiový signál atď. Na strane príjmu sú inverzné konverzie a TES sa znova obnoví. Ďalej ide o inverzný prevodník správ (IMC), zariadenie, ktoré konvertuje elektrický signál na správu neelektrickej povahy. Typické OPS sú reproduktor, LED, televízna trubica atď.

Rôzne typy telekomunikácií sú klasifikované buď podľa typu prenášaného PES (napríklad telefón, videotelefón, telegraf, fax, televízia atď.), alebo podľa typu prenosového vedenia (satelitné, optické, rádiové relé atď.). ), ak je telekomunikačný kanál univerzálny.

Telekomunikačný systém je súbor technické prostriedky a médiá šírenia, ktoré podporujú prenos telekomunikačných signálov. Ako médium šírenia sa používajú drôtové a bezdrôtové linky (alebo rádiové linky).

Drôtové vedenia sú vedenia, v ktorých sa elektromagnetické signály šíria v priestore pozdĺž súvislého vodiaceho média. Drôtové zahŕňajú kovové nadzemné a káblové vedenia, vlnovody a svetlovody. V rádiových spojeniach sa správy prenášajú prostredníctvom rádiových vĺn v otvorenom priestore. Tento typ komunikácie poskytuje väčší dosah, je vhodný pre mobilné zdroje a príjemcov správ, je však náchylnejší na vonkajšie rušenie.

1.2. Primárne a sekundárne siete

Pojmy „primárne a sekundárne siete“ boli jedným z hlavných v terminológii prepojenej komunikačnej siete (ICN) Ruska (a predtým - v terminológii EASC) a určovali architektúru jej výstavby.

Primárnou sieťou sa rozumie súbor štandardných fyzických okruhov, štandardných prenosových kanálov a sieťových ciest vytvorených na báze sieťových uzlov, sieťových staníc, koncových zariadení primárnej siete a prenosových vedení, ktoré ich spájajú.

Sekundárna sieť je definovaná ako súbor liniek a kanálov sekundárnej siete, vytvorených na základe primárnej siete, staníc a spojovacích uzlov alebo staníc a spojovacích uzlov, určených na organizovanie komunikácie medzi dvoma špecifickými bodmi alebo viacerými. Hranicami sekundárnej siete sú jej križovatky s účastníckymi koncovými zariadeniami. V závislosti od hlavného druhu telekomunikácií sa sekundárna sieť nazývala telefónna, telegrafná, prenosová dátová, distribučná sieť televíznych programov, prenos novín a pod. Podľa územných charakteristík sa sekundárne siete delili na medzimestské a zónové (vnútrozónové a miestne).

Na základe sekundárnych sietí sú organizované systémy, ktoré sú súborom technických prostriedkov, ktoré vykonávajú telekomunikácie určitého typu a zahŕňajú zodpovedajúcu sekundárnu sieť a podsystémy: číslovanie, signalizáciu, účtovanie nákladov a zúčtovanie s účastníkmi, údržbu a správu.

V súčasnej fáze, s príchodom nových komunikačných služieb, okrem telefónnych, s príchodom veľkého počtu nezávislých poskytovateľov, ktorí tieto služby dodávajú, ako aj technológií ako ATM a MPLS a iných, ktorých štandardy pokrývajú v primárnych aj sekundárnych sieťach na prenos informácií sa hranice medzi primárnymi a sekundárnymi sieťami neustále stierajú.

Rýchly rozvoj moderných technológií vedie k tomu, že regulačný rámec výrazne zaostáva za existujúcou situáciou v sieťach.

Pre dnešok by sme sa podľa mňa mali zamerať na nasledujúce definície: koncept primárnej siete by sme mali nechať ako dopravnej siete(prenosové vedenia s koncovým zariadením); sekundárna sieť – servisná sieť ( telefonickú komunikáciu, prenos dát atď.)

1.3. Klasifikácia a perspektívy rozvoja pre MSP

Viackanálové prenosové systémy (MCS) sú súborom technických prostriedkov, ktoré zabezpečujú súčasný a nezávislý prenos viacerých signálov v požadovanej kvalite po jednom prenosovom vedení. MSP sú klasifikované podľa nasledujúcich kritérií.

1. Podľa typu vodiaceho média: drôtové a bezdrôtové.

Rozlišujú zasa: a) drôtové vzdušné vedenia - VSP; cez káblové vedenia - KSP; cez optické linky - VOSP; b) bezdrôtovo cez rádioreléové prenosové linky - RRSP; cez satelitné spojenia - SSP.

2. Podľa počtu zdrojov správ (počet kanálov N): a) malý kanál – N< 12 (обычно по воздушным линиям связи); б) среднеканальные – N= 12 – 60 (обычно КСП по симметричным кабелям или РРСП); в) многоканальные – N >300 (zvyčajne CSP cez koaxiálne káble alebo RRSP, ako aj VOSP); d) ultra-multi-channel – N >> 3000 (iba VOSP alebo KSP cez „veľké“ koaxiálne káble, napr. systém K-3600).

Pre zjednotenie MSP je počet zdrojov správ (kanálov) určený počtom ekvivalentných telefónnych správ, ktoré je možné preniesť do MSP.

3 Podľa tvaru prenášaných signálov: a) analógové (ASP) - slúžia na prenos analógových elektrických signálov, ktoré v konečnom časovom intervale môžu nadobudnúť nekonečný počet stavov (obr. 1.4, a). Príkladom takýchto ASP sú systémy ako V-12, K-1920 atď.; b) diskrétne - používa sa na prenos diskrétnych signálov, ktoré majú v konečnom časovom intervale konečný (diskrétny, spočítateľný) počet stavov (obr. 1.4,b); c) digitálny (DSP) – používa sa na prenos digitálnych signálov, ktoré sú diskrétne v čase a majú dve povolené úrovne „1“ a „0“ okamžité hodnoty (obr. 1.4, c). Príkladom DSP je zariadenie ako IKM-30, IKM-1920 atď.

Ryža. 1,4 a. Ryža. 1,4 b. Ryža. 1,4 palca

Hlavné trendy v rozvoji MSP:

1. konštantný a stály prechod z ASP do DSP;

2. prioritný rozvoj VOSP, najmä diaľkových vedení s veľkým počtom kanálov;

3. zvýšenie podielu BSC;

4. zvýšenie spoľahlivosti, zlepšenie ukazovateľov kvality MSP.

2. Parametre typických primárnych signálov

2.1. Zovšeobecnený systém parametrov primárneho signálu

Spektrálna hustota Gx(f) náhodný proces charakterizuje rozloženie výkonu jednotlivých spektrálnych zložiek signálu x(t). Ak signál x(t) periodická, potom funkcia Gx(f) diskrétne; ak signál x(t) neperiodická, potom funkcia Gx(f) nepretržitý.

Nie je možné prenášať signál bez skreslenia bez prenosu jeho spektra. Akékoľvek zníženie spektra povolené počas prenosu vedie k skresleniu signálu.

Všetky skutočne existujúce komunikačné signály sú náhodné procesy s nekonečne širokým spektrom. Hlavná energia je zároveň sústredená v relatívne úzkom frekvenčnom pásme. Keďže nie je možné prenášať celé spektrum signálu, komunikačná linka prenáša tú časť spektra signálu, v ktorej je sústredená hlavná energia, a zároveň skreslenia neprekračujú prípustné hodnoty.

Obrázok 2.1 ukazuje charakteristické závislosti Gx(f):

Ryža. 2.1. Charakteristické závislosti spektrálnej hustoty Gx(f):

a) pre prípad, keď je spektrum signálu sústredené najmä vo frekvenčnom pásme Fн< f < Fв, где Fн, Fв – нижние и верхние граничные частоты (рис. 2.1 а);

Ak Fв/Fн >> 1, signál sa považuje za širokopásmové; pri Fв/Fн ≈ 1 – úzkopásmové.

b) keď 0< f < Fв т. е. Fн = 0 (рис. 2.1, б);

c) keď má signál nekonečne široké a rovnomerné spektrum, táto možnosť je vhodná matematický model a zodpovedá podmienenému signálu nazývanému „biely šum“ (obr. 2.1, c).

Šírka spektra signálu sa rovná maximálnemu rozdielu FВ a minimálne FH frekvencie prenášaného spektra ΔF=FВ – FН je jednou z jeho najdôležitejších vlastností.

Výkon signálu spriemerovaný za časový interval T → ∞ sa nazýva priemerný dlhodobý výkon Рх. St Ak je T konečné, napríklad 1 minúta alebo 1 hodina, potom dostaneme priemerný minútový alebo priemerný hodinový výkon. Nakoniec pri T → 0 získame okamžitú hodnotu výkonu signálu Рх v momente t0.

Keďže x(t) – náhodný proces, potom striktne teoreticky v určitých časových okamihoch môže dôjsť k špičkám signálu x(t) a podľa toho môže byť okamžitá hodnota výkonu Px(t) (spriemerovaná za malý interval ΔT) veľmi veľká. Typicky sa za maximálny výkon signálu berie hodnota Px max = Xmax2, ktorú okamžitá hodnota Px môže prekročiť len s veľmi nízkou pravdepodobnosťou ε. Typicky ε = 0,01 alebo 0,001.

Faktor výkyvu signálu je pomer jeho maximálneho výkonu Pmax, definovaného vyššie, k priemernému dlhodobému Pav, vyjadrený v logaritmických jednotkách (decibeloch):

.

Pre väčšinu signálov Kp nepresahuje 13–18 dB.

Počas procesu prenosu je signál x(t) z jedného alebo druhého dôvodu (niekedy vedomý) skreslený, čo vedie k tomu, že príjemca dostane signál x’(t) ≠ x(t). Chyba reprodukcie signálu x(t) sa odhaduje pomocou chybového výkonu Pε, definovaného ako

Príjemca nezaznamená skreslenie signálu, ak Pε neprekročí určitú prípustnú (prahovú) hodnotu Pε max. Dynamický rozsah sa vzťahuje na množstvo

, dB,

kde Pmax je maximálny možný výkon signálu.

Dynamický rozsah je definovaný aj ako pomer maximálneho (špičkového) výkonu Rsmax signál na minimálny výkon Рс min vyjadrené v logaritmických jednotkách. Špičkový výkon sa vzťahuje na výkon signálu prekročený za určitý čas. Dynamický rozsah signálu pomocou desiatkového logaritmického systému

Dynamický rozsah rečových signálov je 35 – 40 dB.

V reálnych podmienkach sa komunikačné signály prenášajú cez prenosové linky, ktoré sú vystavené rôznym druhom rušenia. Preto najdôležitejšia nie je absolútna hodnota výkonu signálu, ale jeho pomer k výkonu rušenia. Z týchto úvah sa zvyčajne uvažuje a normalizuje špeciálna hodnota - bezpečnosť signálu z jedného alebo druhého typu rušenia.

Pod bezpečnosť označuje rozdiel medzi úrovňami signálu a šumu v danom bode komunikačného kanála:

Výkon zdrojových informácií je určená pomerom množstva informácie IΣ prenesenej pomocou PES k príjemcovi (prijímateľovi) za čas tΣ k hodnote intervalu tΣ:

Ako tΣ → ∞, hodnota I určuje priemernú informačnú produktivitu zdroja; ak je tΣ malé, potom I charakterizuje okamžitú informačnú produktivitu.

Zistime množstvo informácií pre diskrétny zdroj signálu, ktorý má L povolených stavov (úrovní) (obr. 2.2).

Na intervale ti< t< ti+1 сигнал принимает i-tá úroveň(i Є ) s pravdepodobnosťou pi..jpg" width="195" height="43">

Potom bude výkon diskrétneho zdroja rovnaký

kde Tp je trvanie elementárnej správy (obr. 2.2), FT = 1/Tp je frekvencia opakovania správ ( frekvencia hodín).

Príklad. Pravdepodobnosť prijatia i-tej úrovne nech je pre všetkých rovnaká i Є ,

Dosadením hodnoty pi nájdeme

Ak má signál dve povolené úrovne („0“ a „1“), t. j. L = 2 a p0 = p1 = 0,5, získame pre digitálny signál

To znamená, že informačný výkon zdroja binárneho signálu sa zhoduje s jeho hodinovou frekvenciou. Napríklad informačný výkon zdroja hlavného digitálneho kanála (BDC), ktorého hodinová frekvencia je 64 kHz, bude 64 kBit/s.

Pre analógový signál

kde hodnoty FВ, Рср a Рε max boli stanovené vyššie; D* a Kn* sú dynamický rozsah a faktor výkyvu signálu vyjadrené v časoch (nie v dicibeloch).

Ak dokážeme akceptovať, že D*/K* >> 1, tak z predchádzajúceho vzorca máme

Tu sú D a Kp nahradené v decibeloch, FB - v hertzoch.

2.2. Základné parametre typických primárnych signálov

2.2.1. Telefónny signál

Priemerná spektrálna hustota (synonymum - energetické spektrum) rečového signálu prijímaného na výstupe mikrofónu telefónu je znázornená na obr. 2.3.

Spektrum je sústredené hlavne v rozsahu od 0,3 do 3,4 kHz. Je to spôsobené predovšetkým parametrami primárnych účastníckych prevodníkov - mikrofónu a telefónu. Maximum spektra zodpovedá frekvencii F0, ktorá sa pre mužské a ženské hlasy pohybuje od 300 do 500 Hz.

Hustota distribúcie účastníckych úrovní na vstupe viackanálových prenosových systémov je približne opísaná normálnym zákonom (obr. 2.4).

V závislosti od toho, v ktorom bode systému sa toto rozdelenie meria, sa funkcia W(p) posunie paralelne pozdĺž osi p úrovne. Jeho maximum v tomto bode zodpovedá úrovni рср pre niektorého priemerného účastníka. Spravidla je indikovaná funkcia W(p) redukovaná na systémový vstup (zvyčajne bod nulovej relatívnej úrovne TNOU):

Rozpätie hladín vzhľadom na рср nezávisí od bodu merania a je charakterizované rozptylom σр, čo sa rovná 4,5 ... 5,5 dB. Pre normálny zákon platí pravidlo „tri sigma“, podľa ktorého sa maximálna úroveň účastníka pmax s pravdepodobnosťou 99,9 % rovná pmax< (рср + Зσр).

Pomer priemerného výkonu signálu Рср k sile maximálnej chyby Рε, ktorú ucho počas rozhovoru ešte necíti, pre všetkých účastníkov, ako ukazuje experiment, je

To isté možno povedať o špičkovom faktore akéhokoľvek účastníckeho signálu, ktorý sa rovná Kp ≈ 15 - 17 dB.

Potom je dynamický rozsah signálu

Pri hodnotení informačnej produktivity zdrojov telefónneho signálu podľa ((číslo výkonového vzorca pre analógový zdroj)) je potrebné vziať do úvahy, že každý účastník hovorí v priemere polovicu času, ktorý je určený na dialóg s iným účastníkom. Okrem toho sa značná časť času venuje prestávkam, premýšľaniu nad odpoveďami atď. Vplyvom týchto faktorov klesá produktivita zdroja správ v priemere 3 - 4 krát, čo je zohľadnené koeficientom aktivity τа = Z-1 Potom pomocou vzorca pre informačnú produktivitu analógového zdrojového signálu získajte

2.2.2. Audio vysielaný signál

Zdroje zvuku pri vysielaní programov vysielania zvuku (SB) sú zvyčajne hudobné nástroje a hlas človeka. Ako primárne prevodníky signálu znečisťujúcich látok sa používajú vysokokvalitné širokopásmové mikrofóny a reproduktory, schopné v princípe prenášať celé spektrum zvukov, ktoré ľudské ucho počuje. Frekvenčné spektrum vysielaného signálu sa nachádza vo frekvenčnom pásme od 15 dHz. V závislosti od požiadaviek na kvalitu prehrávania však môže byť frekvenčné pásmo obmedzené:

pre prenos vyššej triedy - FH = 0,02 kHz, FB = 15 kHz;

v prvej triede - FH = 0,05 kHz, FB = 10 kHz;

v druhej triede - FH = 0,1 kHz, FB = 6 kHz.

Medzinárodné a republikové programy znečisťovania sú spravidla šírené po medzinárodných diaľniciach v 1. triede, lokálne distribučné siete znečisťujúcich látok spravidla zabezpečujú kvalitu prenosu v 2. triede, vybavenie štúdií a nahrávacích domov je konštruované na prenos signálu znečisťujúcich látok v najvyššej triede. .

Prípustná chyba v reprodukcii signálu znečisťujúcej látky, odhadnutá hodnotou

101g(Pcp/Pε), dB, je zistená profesionálnou expertízou pomocou vysokokvalitného vybavenia (primárne meniče). Je to približne 54 – 56 dB. Faktor výkyvu signálu znečisťujúcej látky je 16 – 18 dB. Podľa toho je dynamický rozsah v základni D = 70 – 74 dB. Určujeme výkon zdroja signálu znečisťujúcej látky:

https://pandia.ru/text/78/323/images/image025_36.jpg" width="350" height="48 src=">

Pri použití faxového zariadenia Gazeta-2, používaného na prenos novinových pásov cez diaľkové komunikačné linky, je najvyššia frekvencia vzoru 180 kHz s prenosovým časom jedného pásu 2,3 ​​.... 2,5 minúty. Obraz novinového pásu je rastrovaný (lineárny) s počtom úrovní L = 2. Potom

https://pandia.ru/text/78/323/images/image015_49.jpg" width="77" height="41">

Prenosová rýchlosť sa odhaduje buď podľa frekvencie fT = 1/τi, alebo podľa počtu elementárnych symbolov za 1 s v baude (1 baud zodpovedá prenosu jedného symbolu za sekundu). Podľa tohto parametra sa zdroje diskrétnych informácií delia na nízkorýchlostné (vrátane telegrafu), ktoré majú rýchlosť nie vyššiu ako 200 Baud, strednú rýchlosť - od 300 do 1200 Baud, a vysokorýchlostnú - viac ako 1200 Baud. .

2.3.5. TV signál.

V televízii, ako aj vo faxovej komunikácii, je primárny signál generovaný metódou skenovania. Elektrický signál, ktorý zahŕňa obrazový signál a riadiace impulzy, sa nazýva úplný TV signál. Vysielaný televízny signál je charakterizovaný D = 40 dB, FB = 6,0 MHz.

3. Princípy časového multiplexovania signálov

3.1. Všeobecné princípy tvorby hlavného digitálneho kanála

Ako je známe, pri prechode z analógovej na digitálnu formu signál prechádza nasledujúcimi transformáciami (obr. 3.1.):

Ryža. 3.1. Prevod analógového signálu na digitálny signál PCM

Diskretizácia jednotlivých signálov v čase, výsledkom čoho je vznik pulzný signál, modelovaný amplitúdou, t.j. signálom AIM;

Kombinovanie N individuálnych signálov AIM do skupinového signálu AIM pomocou princípov časového delenia kanálov;

Kvantovanie signálu skupiny AIM podľa úrovne;

Sekvenčné kódovanie vzoriek skupinového PCM signálu, ktorého výsledkom je vytvorenie skupinového PCM signálu, t.j. digitálneho signálu.

Pri vzorkovacej frekvencii FD=8 kHz (TD=125 μs) a kódovej bitovej hĺbke m=8 teda získame prenosovú rýchlosť generovaného PCM signálu 64 kbit/s, čo je rýchlosť hlavného digitálneho kanála ( BCC). Konverzia analógového signálu na signál PCM je štandardizovaná odporúčaním ITU-T G-711.

3.2. Dočasné kombinovanie analógových signálov

Pri časovom multiplexovaní sa signály prenášajú diskrétne v čase. Navyše medzi susednými vzorkami jedného signálu sú vždy „časové okná“, v ktorých nedochádza k prenosu tohto signálu. Tieto „okná“ sú vyplnené vzorkami iných signálov. V závislosti od formy, v ktorej je vzorka každého signálu prezentovaná, sú možné dva typy časového multiplexovania:

a) kompresia signálu vo forme analógového impulzu;

b) kompresia signálu v digitálnej forme.

3.2.1. Všeobecné princípy kombinovania analógových signálov

Pri dočasnej kombinácii analógových signálov (obr. 3.2) každý zo signálov viackanálového systému a1 (t) ÷ an(t) (obr. 3.3, a, c) je predkonvertovaný z analógovej formy na signál AIM-1 alebo AIM-2.

Ryža. 3.2

Tvorba signálov AIM sa uskutočňuje pomocou vzorkovačov (pozri obr. 3.24), ktoré sú riadené príslušnými spínacími impulzmi U d 1 ÷ U d n. Keďže tieto signály sú ortogonálne (neprekrývajúce sa) v čase (pozri obr. 3.25, b, d), potom sa vzorky signálu a d 1 (t) ÷ a d n(t) sa tiež časovo nezhodujú a môžu byť priamo spojené do skupinového signálu U gr (t) pomocou lineárnej sčítačky 2 (obr. 3.25, d). Tvorba časovo posunutých pulzných sekvencií U d 1 ÷ U d n vykonáva pomocou generujúceho zariadenia (GE) 3. Pomocou vysielacieho zariadenia synchronizačných signálov 4 generuje aj špeciálny synchronizačný signál, ktorý je kombinovaný so vzorkami informačných signálov. a1 (t) ÷ an(t) . Základný prenosový cyklus vo viackanálovom systéme je zostavený podľa princípu: odošle sa vzorka 1. kanálu, 2. atď., až po n-tý, potom sa prenesie hodinový signál; potom opäť vzorky 1., 2. kanálu atď.

Na prijímacej strane (obr. 3.4) vzorkovníky 11 – 1 n vykonať výber vzoriek iba „ich“ kanálov zo skupinového signálu. Po kanálovom filtri 3 i, i= 1, ...,n spojitý signál sa obnoví ai(t) zo vzorky a d i(t) ,.

Vzorkovače kanálov na vysielacej a prijímacej strane musia pracovať synchrónne a vo fáze. Na tento účel sa používa nútená synchronizácia prijímacej časti. Vykonáva sa pomocou špeciálneho prijímača synchronizačného signálu 2, ktorý extrahuje synchronizačný signál zo skupinového signálu a dodáva ho do prijímacieho generátorového zariadenia 4. Pre bezchybný výber synchronizačného signálu má tento synchronizačný signál špecifické vlastnosti, ktoré ho odlišujú od informačné vzorky. Rozdiel môže byť amplitúda, trvanie, tvar atď. GO vysielanie a príjem sú postavené takmer identicky, len hlavný oscilátor na vysielacej strane pracuje v autonómnom režime a na prijímacej strane v režime nútenej synchronizácie. Výhody tejto možnosti dočasného tesnenia sú nasledovné:

1) spoločný GO sa používa pre všetky kanály;

2) všetky signály sú vzorkované na rovnakej frekvencii, čo umožňuje použitie rovnakého typu vzorkovačov a kanálových filtrov;

3) analógovo-digitálna konverzia (úrovňové kvantovanie a operácie kódovania) sa vykonáva pomocou jedného skupinového kvantizátora a kodéra;

4) digitálno-analógový prevod na prijímacej strane sa vykonáva jedným dekodérom skupiny I, ktorý generuje skupinový vzorkovaný signál v tvare obr. 3,25, d.

3.2.2. Prevodový systém PKM-30

Tento typ dočasného zhutnenia sa používa v primárnom digitálnych systémov prevodovka typu IKM-30. Prenosový cyklus v týchto systémoch je znázornený na obr. 3.5.

Perióda cyklu Tts sa rovná perióde vzorkovania telefónneho signálu Td = 125 μs (pretože Fd = 8 kHz).

V intervale TC sa postupne prenášajú digitálne binárny kód vzorky 30 telefónnych signálov a dvoch obslužných digitálnych signálov: rámcová synchronizácia (CS) a riadiace a interakčné signály pre automatickú telefónnu ústredňu (SUV). Každá vzorka sa prenáša vo svojom vlastnom kanálovom intervale (CI), má trvanie kombinácie kódu Tk a skladá sa z m výboje. Trvanie výboja – Tt. Pre m = 8 dostaneme

Kanálové intervaly očíslované 0, 1, 2, ..., 31 sa používajú nasledovne: KI0 - na vysielanie signálu DS, KI16 - SUV, intervaly KI1÷KI15 a KI17÷ KI31 - na vysielanie 1 - 15. a 16 – 31 telefónnych signálov. Prenos SUV sa vykonáva organizovaním „vzdialeného signálového kanála“, na rozdiel od väčšiny ASP, kde sa SUV prenáša rovnakým kanálom ako informačný signál. V primárnom DSP sa vzorka SUV jedného účastníka prenáša vo forme 3-bitovej kódovej kombinácie, zatiaľ čo v jednom KI16 sú uložené vzorky SUV dvoch účastníkov. Jednorazové prenesenie vzoriek všetkých 30 účastníkov bude trvať Tsc = Tts (30/2 + 1) = 16 Tts = 2 ms, čo sa nazýva multi-rámec, pričom sa používa jeden z KI16 vo multi-rámci. na prenos digitálneho signálu viacsnímkovej synchronizácie (MCS). Pomocou SDS signálu na prijímacej strane sú oddelené zakódované vzorky SUV jednotlivých kanálov. Štrukturálna schéma SUV prijímač je takmer podobný ako na obr. 3.4.

Hlavné nevýhody uvažovanej možnosti dočasného zhutnenia sú tieto:

1) so zvyšujúcim sa počtom kombinovaných signálov sa zmenšuje časový interval medzi susednými vzorkami (pozri obr. 3.3, d), počas ktorého musí skupinový kodér (alebo dekodér) konvertovať na digitálny signál (a naopak), v dôsledku čoho implementácia týchto skupinových zariadení sa stáva zložitejšou;