Каналы, тракты, системы и сети передачи информации

ТС предназначены для передачи информации. Для начала сформулируем некоторые определения:

Информация – совокупность сведений, данных, знаний о каких-либо процессах, явлениях, объектах и т.п., способных храниться, передаваться и преобразовываться для деятельности человека.

Носителем информации является сообщение, которое, в свою очередь, преобразуется в первичный электрический сигнал U(t). Передача сообщения схематично представлена на рисунке 1.1, где S(t) – электрический сигнал, удобный для передачи по линии связи, а n(t) – помехи и шумы.

Рисунок 1.1 – Структурная схема системы передачи

Линия передачи – физическая среда распространения электромагнитных волн, несущих сообщение. После прохождения линии передачи сигнал испытывает обратное преобразование. В качестве линии передачи используются разные виды кабелей. На сегодняшний день одними из самых популярных являются витая пара и оптоволокно. Также довольно широко используются радиорелейные и спутниковые линии связи.

Канал передачи начинается и оканчивается у абонентов, но не включает в себя оконечные терминальные устройства.

Система передачи – канал передачи вместе с оконечными устройствами.

Рассмотренный канал передачи является двухточечным и односторонним, т.е. передача сообщений осуществляется в одну сторону.

Если источник и приемник поочередно меняются местами, то для обмена сигналами необходимо использовать двухсторонний канал связи, допускающий передачу как в одну, так и в другую сторону. Наиболее же эффективный способ передачи – это организация двух встречных каналов, работающих одновременно. Такой спаренный канал называется дуплексным.

Компромиссный вариант – полудуплексный режим: для достижения двухсторонней передачи используется один канал, два приемника и два передатчика, включаемые попеременно.

Обычно на практике используются многоканальные системы передачи (МСП). С их помощью мы можем передавать несколько сообщений одновременно по одному каналу. На рисунке 1.2 представлена обобщенная структурная схема МСП.

Рисунок 1.2 – Многоканальная система передачи:

Аб_i – абонент; М_i – преобразующие устройства (модуляторы);

УОК – устройство объединения каналов; УРК – устройство разделения

каналов; Пр_i – преобразующие устройства (демодуляторы)

В МСП первичные сигналы, поступающие от абонента, преобразуются модуляторами (М_i). Полученные сигналы называются канальными сигналами. УОК объединяет канальные сигналы в так называемый групповой сигнал.

В настоящее время в телекоммуникационных системах используют частотное разделение каналов (ЧРК), временное (ВРК) и кодовое (КРК).

При ЧРК каждому каналу соответствует своя полоса частот Df_i (рисунок 1.3). Обычно все Df_i равны, хотя может быть и не так. Все канальные сигналы в группе генерируются одновременно. Для того чтобы подчеркнуть, что форма спектра канальных сигналов несимметрична и при объединении и разделении каналов спектр может быть инвертирован (зеркально отражен относительно f_i), на рисунке 1.3 они изображены в виде «пилообразных треугольников». Роль преобразующих устройств в системе с ЧРК играют преобразователи частоты (смесители), а в качестве УОК применяется сумматор и передатчик (усилитель мощности). В качестве УРК используется система полосовых фильтров, настроенных на f_i. Выделенные канальные сигналы преобразуются в первичные с помощью детекторов.

При ВРК из первичных сигналов делаются дискретные выборки с шагом дискретизации t_д. Моменты дискретизации для соседних первичных сигналов сдвинуты на время t_к. При этом за время t_д можно передать N =t_д/t_к дискретных сигналов (рисунок 1.4).

Здесь все сигналы группы передаются в одной полосе частот, но в разные моменты времени. Устройствами объединения и разделения каналов в этом случае будут соответственно мультиплексор и демультиплексор.

Рисунок 1.4 – Временное разделение каналов

При КРК все первичные сигналы преобразуются в цифровой код и символы этого кода передаются одновременно и в одной и той же полосе частот. Различение первичных сигналов осуществляется за счет внутреннего кодирования каждого символа (рисунок 1.5) с помощью специального кодера. На приемном конце каждому каналу соответствует свой коррелятор или согласованный фильтр.

Поскольку база такого сигнала В (число импульсов внутри символа) должна быть большой, порядка 100, то спектр сигнала при сохранении скорости передачи расширяется в В раз. Поэтому сигналы при КРК называют также широкополосными или шумоподобными.

Рассмотрим процедуру обмена данными между абонентами.

Информацию нужно не только передавать, но и распределять. Система, распределяющая информацию, называется сетью связи или сетью передачи информации.

На рисунке 1.6 показаны примеры сетей с постоянными соединениями (некоммутируемые сети). Все эти сети непригодны для большого числа пользователей, так как имеют следующие недостатки:

- связь во всей сети с общей шиной нарушается с обрывом «шинного» кабеля в любом месте;

- при соединении «звезда» слабым местом является центр коммутации;

- соединение «кольцо» трудно осуществить для большого числа узлов из-за трудностей с прокладкой кабеля;

- полносвязная сеть достаточно дорога, т.к. требует много межсоединений.

Рисунок 1.6 – Примеры некоммутируемых сетей

Поэтому обычно используют системы с временными соединениями (на время связи) через узлы коммутации. Узлы коммутации связаны соединительными линиями с высокой пропускной способностью (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 – Соединение через узлы коммутации

По запросу абонента некоторого УК методом переключения создают первичные каналы передачи между любыми абонентами каждого из узлов через соединительные линии.

Отличие такого соединения от группового тракта: в пределах группы передаваемых по соединительным линиям сообщений первичные каналы постоянно меняются.