Dočasné rozdělení kanálů (dočasné multiplexování komunikační linky). Principy vícekanálového přenosu Používané metody separace kanálů (CS).

Princip časové rozdělení kanálů(VRK) je, že skupinová cesta je poskytována jedna po druhé pro přenos signálů z každého kanálu vícekanálového systému

Při přenosu se využívá časové vzorkování (pulzní modulace). Nejprve se vysílá puls prvního kanálu, poté dalšího kanálu atd. na poslední číslo kanálu N, načež se opět vyšle puls 1. kanálu a proces se periodicky opakuje. Na recepci je instalován podobný přepínač, který střídavě propojuje skupinovou cestu s odpovídajícími přijímači. V určité krátké době je ke skupinové komunikační lince připojen pouze jeden pár přijímač/vysílač.

To znamená, že pro normální provoz vícekanálového systému s VRC je nezbytný synchronní a fázový provoz spínačů na přijímací a vysílací straně. K tomu je jeden z kanálů obsazen pro přenos speciálních synchronizačních impulsů.

Na Obr. K vysvětlení principu rotačního regulačního ventilu jsou poskytnuty časové diagramy. Na Obr. a-c jsou grafy tří spojitých analogových signálů u 1 (t), u 2 (t) au 3 (t) a odpovídajících signálů AIM. Impulzy různých signálů AIM jsou vůči sobě v čase posunuty. Když jsou jednotlivé kanály sloučeny do komunikačního kanálu (linky), vytvoří se skupinový signál s frekvencí opakování pulzů Nkrát vyšší, než je frekvence opakování jednotlivých pulzů.

Časový interval mezi nejbližšími pulzy skupinového signálu T K se nazývá časový úsek. Časový interval mezi sousedními impulsy jednoho jednotlivého signálu se nazývá přenosový cyklus T C. Počet impulsů, které lze umístit do cyklu, závisí na poměru T C a T K, tzn. počet časových kanálů.

Při časovém oddělení dochází k vzájemnému rušení, a to především ze dvou důvodů.

První je, že lineární zkreslení, vznikající v důsledku omezeného frekvenčního pásma a nedokonalosti amplitudově-frekvenčních a fázově-frekvenčních charakteristik jakéhokoli fyzicky proveditelného komunikačního systému, narušuje pulzní povahu signálů. Když jsou signály dočasně odděleny, způsobí to překrytí pulzů jednoho kanálu s pulzy ostatních kanálů. Mezi kanály vznikají vzájemné interakce přeslechy nebo intersymbolová interference.

V obecném případě je pro snížení úrovně vzájemného rušení nutné zavést „ochranné“ časové intervaly, které odpovídají určitému rozšíření spektra signálu. Systémy s časovým dělením mají nepopiratelnou výhodu v tom, že díky různému načasování přenosu signálu z různých kanálů nedochází k přechodným interferencím nelineárního původu.

V předchozích částech jsme se podívali základní způsoby oddělování prvků komplexních signálů, jakož i možné možnosti konstrukce řídicích a monitorovacích systémů pomocí jedné nebo druhé metody.

V případech, kdy jsou omezení doby přenosu zpráv s časovým dělením signálových prvků nebo je omezen počet frekvenčních kanálů s frekvenčním dělením, lze použít kombinovaný systém s časově frekvenčním dělením signálů (obr. 2.21).

V každé časové poloze rozdělovače dochází k současnému přenosu signálů přes všechny frekvenční kanály. Pokud je počet kanálů j, je současně přenášeno j bitů informací. Celkový počet elementárních binárních zpráv přenesených v jednom cyklu (od okamžiku zjištění novosti ve stavu řízených objektů nebo ukončení zadání příkazu do konce přenosu) v systému fungujícím na tomto principu je roven součin počtu pozic distributora a počtu frekvenčních kanálů.

Na zobrazeném obrázku. 2.21 obvod organizuje pro přenos dva frekvenční kanály s nosnými frekvencemi f1 a f2 řízení informace.

Obrázek 2.21 Časově-frekvenční oddělení signálů

Když se změní stav libovolného řízeného objektu, obvod detekce novosti připojený ke stavovému registru uvolní distributor bodu A a zapne oba modulátory M1 a M2, čímž zahájí další cyklus přenosu informace. Objevení se aktivních nebo pasivních frekvencí v komunikační lince na každém z frekvenčních kanálů vede ke spuštění rozdělovače bodu B (prvek OR otevře klávesu &.k). Rozvaděče spínající synchronně a sdruženě podle polohy zajišťují volbu pracovního režimu generátorů (M1, M2) v závislosti na stavu paměťových prvků stavového registru v místě přenosu a výběru odpovídající paměti. buňky přijímacího registru pro záznam informací v přijímacím bodě. Po ukončení informační části signálu a přepnutí obou rozvaděčů do polohy n+1 v bodě A se znak přítomnosti novosti vynuluje (v obvodu detekce novosti), což vede k sepnutí & .k, resetování a zastavení distributoru a vypnutí modulátorů. V bodě B je současně generován signál povolení k dešifrování. Po vypnutí modulátorů M1 a M2 na vysílací straně jsou na všech výstupech demodulátorů v přijímacím bodě instalovány signály „nulové“ úrovně, sepnutí prvku OR, tlačítka &.k a zablokování distributoru.

Kódové dělení signálů

Pod kódové dělení signálů pochopit způsob dělení zprávy ve kterém je každá počáteční zpráva N spojena se specifickou n-bitovou binární kombinací přenášenou zařízeními s frekvenčním, časově nebo časově frekvenčním oddělením prvků této kombinace. Na Obr. Schémata zařízení 2.19 a 2.20 TU přesně implementují princip kódu oddělení příkazů adresovaných různým řídicím objektům. Systémy určené k přenosu řídicích informací mohou být postaveny na stejném principu.

S časovým rozdělením kanálů (TDDC) jsou signály každého kanálu vzorkovány a jejich okamžité hodnoty jsou přenášeny postupně v čase. Každá zpráva je tedy přenášena v krátkých impulsech – diskrétních. Přes jednu komunikační linku lze v určitém časovém úseku - periodě opakování, která je vyhrazena pro přenos, přenést odpovídající počet takových zpráv.

Blokové schéma systému přenosu informací z rádiového řídicího systému. Na Obr. Obrázek 4.3 ukazuje zjednodušené blokové schéma systému s otočným regulačním ventilem. Zpráva například při telefonické komunikaci ve formě zvukových signálů přichází na vstup P, kde se zvukové vibrace přeměňují na elektrické vibrace. Rozvaděče vysílací strany P1 a přijímací strany P2 musí pracovat synchronně a ve fázi. Spínání rozdělovačů se provádí impulsy přicházejícími z GTI. Na konci každého cyklu je do komunikační linky vyslán fázovací impuls, aby bylo zajištěno, že oba distributory pracují ve fázi. Synchronizace jejich provozu je zajištěna stabilitou frekvence GTI vysílací a přijímací strany.

Distributor spojuje obvody v sérii pro přenos zpráv přes příslušný kanál. Vzhledem k tomu, že pro přenos zpráv je vyhrazeno málo času, budou po komunikační lince následovat krátké impulsy, jejichž délka je dána dobou připojení distributora tohoto obvodu. Na přijímací straně se vlivem synchronního a soufázového provozu rozdělovačů dostávají krátké impulsy na PY x, kde dochází ke zpětné přeměně elektrických signálů na zvuk.

U TRC je mezi signály každého kanálu přenášené postupně v čase po komunikační lince zaveden ochranný časový interval (obr. 4.4), který je nutný pro eliminaci vzájemného ovlivňování (překrývání) kanálů. Ten vzniká v důsledku přítomnosti fázově-frekvenčních zkreslení v komunikační lince, což způsobuje nerovnoměrnou dobu šíření signálů různých frekvencí.

Počet kanálů během VRK závisí na době trvání kanálových impulsů a frekvenci jejich opakování, která je při přenosu spojitých zpráv určena Kotelnikovovou větou o převodu spojitých signálů na diskrétní.

Tedy celkový počet kanálů s VRK

(4.1)

kde Tp je perioda opakování;
- trvání synchronizačního impulsu; - trvání ochranného intervalu; - trvání pulsu kanálu.

Kmitočtové pásmo potřebné pro organizaci n kanálů během VRK, je určeno minimální dobou trvání impulsu kanálu
, který závisí na počtu organizovaných komunikačních kanálů a povaze sdělení, je určen z výrazu

(4.2)

kde K p je koeficient závislý na tvaru pulsu (pro pravoúhlý puls K p ~0,7).

Pojďme určit frekvenční pásmo potřebné například pro organizaci 12 telefonních kanálů pomocí systému dálkového ovládání. Doba trvání pulzu při organizování 12 telefonních kanálů přes komunikační linku bude určena z následujících úvah. Perioda opakování T p =1/f p, kde f p je frekvence opakování, která je určena výrazem f p = 2f max = 2 3400 = 6800 Hz. Zde f max = 3400 Hz je maximální frekvence při přenosu telefonních zpráv. Pro přenos vezměte f p = 8000 Hz. Potom f p =1/8000=125 μs.

Z výrazu (4.1)

Dosazením hodnot T p = 125 μs an = 12 do posledního výrazu získáme
1 µs. Znát dobu trvání pulsu kanálu
a když vezmeme K p = 0,7 z výrazu (4.2), zjistíme

Frekvenční pásmo pro organizaci 12 telefonních kanálů pomocí VRK tedy výrazně převyšuje frekvenční pásmo potřebné pro organizaci stejného počtu kanálů pomocí PRK, které se rovná 48 kHz (12(3400 + 600) = 48000 Hz, kde 600 Hz je frekvenční pásmo přidělené k odfiltrování sousedních kanálů).

V důsledku toho má použití digitálního rádiového přenosového systému pro přenos analogových zpráv (například telefon, fax, televize) řadu omezení. Podstatné výhody přitom poskytuje přenos diskrétních zpráv (telegraf, telemechanika, přenos dat) pomocí dálkového ovládání. To je vysvětleno skutečností, že diskrétní signály pro tyto typy zpráv mají značnou dobu trvání a frekvenční spektrum takových signálů se nachází ve spodní části frekvenčního rozsahu, takže doba trvání a perioda opakování kanálových impulzů může být relativně velký, což výrazně snižuje požadované frekvenční pásmo.

Pomocí TRC lze pro koordinaci zprávy s komunikačním kanálem použít různé typy modulace kanálu.

Mezi nevýhody radiofrekvenčního řídicího systému patří relativně široké frekvenční pásmo potřebné pro přenos zpráv; složitost spínacích zařízení (distributorů) při organizování značného počtu komunikačních kanálů a potřeba korigovat fázově-frekvenční charakteristiky komunikační linky, aby se eliminovalo vzájemné ovlivňování komunikačních kanálů.

Automatizace, telemechanika a komunikace v železniční dopravě (ATS) Vícekanálová telefonie a metody separace kanálů

Vícekanálová telefonie a metody separace kanálů

Vícekanálová telefonní komunikace (MTS)

Při konvenčních telefonních komunikacích musí být počet současných spojení menší nebo roven počtu poskytovaných komunikačních kanálů, což zvyšuje náklady na výstavbu kabelových vedení s velkým počtem účastníků. Řešením je v tomto případě organizace vícekanálová komunikace v některých částech telefonní sítě.

SPI - systém konverze informací;

TLF - telefon;

GK - skupinový kanál;

D - dělitel;

GS - skupinový signál.

Hlasové frekvenční kanály TA mají rozsah 0,4 - 3,1 kHz a jsou sloučeny do skupinového signálu, který zabírá N frekvenční pásmo (3,1 kHz + ochranný interval). Ochranný interval je přibližně 0,3 kHz.

Pokud nakreslíme frekvenční mřížku f, uvidíme, že kanály jsou umístěny následovně

1, 2, …, N - čísla telefonních kanálů.

Výhodou vícekanálové telefonní komunikace je snížení nákladů na pokládku komunikačních linek, protože po jednom páru vodičů lze současně přenášet několik konverzací. Šířka pásma nadzemního komunikačního vedení s ocelovými vodiči je 30 kHz, s mědí - 150 kHz, pro kabelové komunikační vedení - 10 MHz, pro koaxiální kabel přibližně - 1000 MHz.

Ve skutečnosti se používají následující možnosti pro počet kanálů:

1. úroveň - 12 telefonních kanálů.

2. úroveň - 60 kanálů.

3. úroveň - 300 kanálů.

Metody separace kanálů

1. Frekvenční rozdělení kanálů(CHK) - FDMA

Tato metoda je založena na použití vícekanálových filtrů a frekvenčních měničů.

PF - pásmová propust;

IF - frekvenční měnič;

TLF - telefonní přístroj;

C - sčítačka.

Frekvenční měnič s číslem i vytváří amplitudovou modulaci z i-tého telefonu, pásmová propust vybírá horní nebo spodní postranní pásma amplitudově modulovaného signálu. A ve sčítačce se vytvoří skupinový signál. Po přenosu přes společný kanál probíhá proces zpracování v opačném směru.

2. Časové rozdělení kanálů(VRK) - TDMA

Při časovém rozdělení kanálů je signál z každého telefonu převeden do digitální podoby. V tomto případě se tvoří datové pakety obsahující určitý počet bitů ( bit- jednotka informace v digitální podobě). Vygenerované pakety pro každý telefonní kanál jsou přenášeny do speciálně určených časových slotů, které jsou rozděleny do časových kanálů. Jednotlivé sloty jsou odděleny ochrannými časovými intervaly.

Princip časového rozdělení kanálů je široce používán v moderních systémech přenosu informací, protože umožňuje snížit informační redundanci při kompresi dat pomocí digitálních metod. Časové dělení kanálů se používá nejen ve veřejných drátových sítích, ale také v mobilních komunikačních systémech.

3. Kódové rozdělení kanálů(KRK) - CDMA

Principem oddělení kódových kanálů je oddělení kanálů kódem.

4. Separace spektrálních kanálů(IBS) - WDMA

Principem spektrální separace je oddělení kanálů podle vlnové délky.

Vícekanálové systémy s TRC jsou široce používány pro přenos analogových a diskrétních informací.

Princip dočasné kombinace kanálů je vhodné vysvětlit pomocí synchronně rotujících rozdělovačů na vysílací a přijímací straně (obr. 8.9).

Hlavní fáze tvorby skupinového signálu jsou znázorněny na obr. 8.10.

Informace z analogových zdrojů signálu jsou přiváděny na vstupy příslušných jednotlivých pulzních modulátorů AIM (PWM, PIM). Vzorky generovaného signálu na výstupu prvního pulzního modulátoru () (obr. 8.10, c), na výstupu druhého pulzního modulátoru () (obr. 8.10, d) jsou odebírány ve stejném intervalu, ale s takovým časový posun, který se nepřekrývají.

Poté vysílající distributor čte pulsy ze všech zdrojů a generuje signál (obr. 8.10,e), jehož spektrum je pomocí skupinového modulátoru (GM) přeneseno do frekvenčního rozsahu přiděleného této komunikační lince. Skupinový signál přenášený po komunikační lince přenáší informace z prvního i druhého zdroje současně. Na přijímací straně z výstupu skupinového demodulátoru (GD) přicházejí impulzy skupinového signálu k otočným kontaktům přijímacího distributora, aby vytvořily kanálové sekvence atd. ze kterého jsou na výstupu pulzních detektorů generovány spojité signály a odesílány příjemcům zpráv.

Je třeba zdůraznit, že Obr. 8.9 slouží pouze pro ilustraci myšlenky časového multiplexování a neodráží moderní techniky přepínání. Zařízení pro dočasné zhutňování ve skutečnosti nevyžaduje mechanické rozdělovače, které jsou nahrazeny elektronickými rozdělovači, které plní stejné funkce (obr. 8.11).

Obr.8.11. Schéma vícekanálové komunikace s VRK.

Výstupy všech pulzních modulátorů jsou napojeny na „jejich“ elektronické spínače, jejichž činnost je řízena spínacím rozdělovačem pulzů. Rozdělovač je zase poháněn hodinovým generátorem.

Časové oddělení signálů se provádí zařízením, jehož zjednodušené blokové schéma je na Obr. 8.11. Přijímaný skupinový rádiový signál ve skupinovém demodulátoru je převeden na skupinovou pulzní videosekvenci a je přiváděn současně na vstupy extraktoru synchronizačního signálu a kanálových elektronických spínačů.

Proces časové separace se provádí ve dvou fázích. V první fázi vstupu systému do synchronizace dochází k vyhledávání, detekci a výběru synchronizačních signálů, načež je spuštěn rozdělovač impulzů přepínání kanálů. Rozvaděč generuje na svých výstupech impulsy s požadovanou dobou trvání a v takovém pořadí, aby se v každém kanálovém intervalu otevřel pouze jeden elektronický spínač odpovídajícího kanálu.

Ve druhé fázi se provádí demodulace každého kanálového impulzu, po které jsou signály přijímaných kanálů dodávány příjemcům analogové informace.

Při časovém oddělení kanálů hraje nejdůležitější roli synchronizační systém, jehož operační algoritmus se volí vždy individuálně pro převzatou metodu pulzní modulace, způsob časové kombinace kanálů, struktura synchronizačních signálů atd.