División temporal de canales (multiplexación de líneas de comunicación temporales). Principios de la transmisión multicanal Métodos de separación de canales (CS) utilizados

Principio división de tiempo de canales(VRK) es que la ruta de grupo se proporciona una por una para transmitir señales desde cada canal de un sistema multicanal

La transmisión utiliza muestreo de tiempo (modulación de pulso). Primero se transmite el pulso del primer canal, luego el siguiente canal, etc. hasta el último número de canal N, después de lo cual se transmite nuevamente el pulso del 1er canal y el proceso se repite periódicamente. En la recepción se instala un interruptor similar, que conecta alternativamente la ruta del grupo con los receptores correspondientes. En un breve período de tiempo, sólo se conecta un par de receptor/transmisor a la línea de comunicación del grupo.

Esto significa que para el funcionamiento normal de un sistema multicanal con VRC, es necesario el funcionamiento sincrónico y en fase de los interruptores en los lados de recepción y transmisión. Para ello se utiliza uno de los canales para la transmisión de impulsos de sincronización especiales.

En la figura. Se proporcionan diagramas de tiempo para explicar el principio de la válvula de control rotativa. En la figura. a-c son gráficas de tres señales analógicas continuas u 1 (t), u 2 (t) y u 3 (t) y las señales AIM correspondientes. Los pulsos de diferentes señales AIM se desplazan entre sí en el tiempo. Cuando los canales individuales se combinan en un canal de comunicación (línea), se forma una señal de grupo con una tasa de repetición de pulso N veces mayor que la tasa de repetición de pulso individual.

El intervalo de tiempo entre los pulsos más cercanos de la señal de grupo T K se llama franja horaria. El intervalo de tiempo entre pulsos adyacentes de una señal individual se llama ciclo de transmisión T C. El número de pulsos que se pueden colocar en un ciclo depende de la relación entre T C y T K, es decir, número de canales de tiempo.

Con la separación temporal, existe una interferencia mutua, principalmente por dos razones.

La primera es que las distorsiones lineales, que surgen debido a la banda de frecuencia limitada y la imperfección de las características de amplitud-frecuencia y fase-frecuencia de cualquier sistema de comunicación físicamente factible, violan la naturaleza pulsada de las señales. Cuando las señales están separadas temporalmente, esto hará que los pulsos de un canal se superpongan con los pulsos de otros canales. Surgen interacciones mutuas entre canales. diafonía o interferencia entre símbolos.

En el caso general, para reducir el nivel de interferencia mutua, es necesario introducir intervalos de tiempo de "protección", lo que corresponde a cierta expansión del espectro de la señal. Los sistemas de división de tiempo tienen una ventaja innegable debido al hecho de que, debido a los diferentes tiempos de transmisión de señales de diferentes canales, no se producen interferencias transitorias de origen no lineal.

En secciones anteriores vimos básico métodos para separar elementos de señales complejas, así como posibles opciones para construir sistemas de control y monitoreo utilizando uno u otro método.

En los casos en que existan restricciones en el tiempo de transmisión de mensajes con división de tiempo de elementos de señal o el número de canales de frecuencia con división de frecuencia sea limitado, se puede utilizar un sistema combinado con división de señales de tiempo-frecuencia (Fig. 2.21).

En cada posición temporal del distribuidor, se produce la transmisión simultánea de señales a través de todos los canales de frecuencia. Si el número de canales es j, se transmiten j bits de información simultáneamente. El número total de mensajes binarios elementales transmitidos en un ciclo (desde el momento de la detección de una novedad en el estado de los objetos controlados o el final de la entrada del comando hasta el final de la transmisión) en un sistema que funciona según este principio es igual a el producto del número de posiciones de distribuidor por el número de canales de frecuencia.

En la figura que se muestra. 2.21 el circuito organiza dos canales de frecuencia con frecuencias portadoras f1 y f2 para transmisión control información.

Figura 2.21 Separación de señales tiempo-frecuencia

Cuando cambia el estado de cualquier objeto controlado, el circuito de detección de novedad conectado al registro de estado libera el distribuidor del punto A y enciende ambos moduladores M1 y M2, iniciando el siguiente ciclo de transferencia de información. La aparición de frecuencias activas o pasivas en la línea de comunicación en cada uno de los canales de frecuencia provoca el lanzamiento del distribuidor del punto B (el elemento OR abre la tecla &.k). Los distribuidores, conmutando de forma síncrona y en fase por posición, aseguran la selección del modo de funcionamiento de los generadores (M1, M2) en función del estado de los elementos de memoria del registro de estado en el punto de transmisión y la selección de la memoria correspondiente. celdas del registro receptor para registrar información en el punto de recepción. Una vez finalizada la parte informativa de la señal y conmutado ambos distribuidores a la posición n+1 en el punto A, se restablece el signo de presencia de novedad (en el circuito de detección de novedad), lo que provoca el cierre del & Tecla .k, rearme y parada del distribuidor, y apagado de los moduladores. En el punto B, al mismo tiempo, se genera una señal de permiso de descifrado. Después de apagar los moduladores M1 y M2 en el lado transmisor, se instalan señales de nivel "cero" en todas las salidas de los demoduladores en el punto de recepción, cerrando el elemento OR, la tecla &.k y bloqueando el distribuidor.

División de código de señales.

Bajo división de código de señales entender el método de división mensajes en el que cada mensaje inicial N está asociado a una combinación binaria específica de n bits transmitida por dispositivos con separación en frecuencia, tiempo o tiempo-frecuencia de los elementos de esta combinación. Mostrado en la Fig. Los diagramas de dispositivos TU 2.19 y 2.20 implementan con precisión el principio del código de separar comandos dirigidos a diferentes objetos de control. Los sistemas diseñados para transmitir información de control se pueden construir utilizando el mismo principio.

Con la división de canales en el tiempo (TDDC), se muestrean las señales de cada canal y sus valores instantáneos se transmiten secuencialmente en el tiempo. Así, cada mensaje se transmite en impulsos cortos, discretos. A través de una línea de comunicación, en un cierto período de tiempo, el período de repetición, que está asignado para la transmisión, se puede transmitir el número correspondiente de dichos mensajes.

Diagrama de bloques del sistema de transmisión de información desde el sistema de radiocontrol. En la figura. La Figura 4.3 muestra un diagrama de bloques simplificado de un sistema con una válvula de control rotativa. El mensaje, por ejemplo, durante una comunicación telefónica en forma de señales sonoras llega a la entrada P, donde las vibraciones sonoras se convierten en vibraciones eléctricas. Los distribuidores de los lados transmisor P1 y receptor P2 deben funcionar sincrónicamente y en fase. La conmutación de distribuidores se realiza a partir de impulsos procedentes del GTI. Al final de cada ciclo, se envía un pulso de fase a la línea de comunicación para garantizar que ambos distribuidores funcionen en fase. La sincronización de su funcionamiento está garantizada por la estabilidad de la frecuencia GTI de los lados transmisor y receptor.

El distribuidor conecta circuitos en serie para transmitir mensajes a través del canal apropiado. Dado que se asigna poco tiempo para la transmisión de mensajes, a lo largo de la línea de comunicación seguirán pulsos cortos, cuya duración está determinada por el tiempo de conexión del distribuidor de este circuito. En el lado receptor, debido al funcionamiento sincrónico y en fase de los distribuidores, llegan impulsos cortos a PY x, donde las señales eléctricas se convierten nuevamente en señales sonoras.

Con TRC, entre las señales de cada canal transmitidas secuencialmente en el tiempo a lo largo de la línea de comunicación, se introduce un intervalo de tiempo de protección (Fig. 4.4), que es necesario para eliminar la influencia mutua (superposición) de los canales. Esto último surge debido a la presencia de distorsiones de fase-frecuencia en la línea de comunicación, lo que provoca tiempos de propagación desiguales de señales de diferentes frecuencias.

El número de canales durante VRK depende de la duración de los pulsos del canal. y la frecuencia de su repetición, que, cuando se transmiten mensajes continuos, está determinada por el teorema de Kotelnikov sobre la conversión de señales continuas en discretas.

Por tanto, el número total de canales con VRK

(4.1)

donde T p es el período de repetición;
- duración del impulso de sincronización; - duración del intervalo de protección; - duración del pulso del canal.

Banda de frecuencia requerida para la organización. norte canales durante VRK, está determinado por la duración mínima del pulso del canal
, que depende del número de canales de comunicación organizados y de la naturaleza del mensaje, se determina a partir de la expresión

(4.2)

donde K p es un coeficiente que depende de la forma del pulso (para un pulso rectangular K p ~0,7).

Determinemos la banda de frecuencia necesaria, por ejemplo, para organizar 12 canales telefónicos con un sistema de control remoto. La duración del pulso al organizar 12 canales telefónicos a través de una línea de comunicación se determinará a partir de las siguientes consideraciones. Periodo de repetición T p =1/f p, donde f p es la frecuencia de repetición, la cual está determinada por la expresión f p = 2f max = 2 3400 = 6800 Hz. Aquí f max = 3400 Hz es la frecuencia máxima al transmitir mensajes telefónicos. Para la transmisión, tome f p = 8000 Hz. Entonces fp =1/8000=125 μs.

De la expresión (4.1)

Sustituyendo los valores T p = 125 μs y n = 12 en la última expresión, obtenemos
1 µs. Conocer la duración del pulso del canal.
y tomando K p = 0,7 de la expresión (4.2), encontramos

Así, la banda de frecuencia para organizar 12 canales telefónicos con VRK excede significativamente la banda de frecuencia requerida para organizar el mismo número de canales con PRK, que es igual a 48 kHz (12(3400 + 600) = 48000 Hz, donde 600 Hz es el banda de frecuencia asignada para filtrar canales adyacentes).

En consecuencia, el uso de un sistema de transmisión de radio digital para la transmisión de mensajes analógicos (por ejemplo, teléfono, fax, televisión) tiene una serie de limitaciones. Al mismo tiempo, la transmisión de mensajes discretos (telégrafo, telemecánica, transmisión de datos) con control remoto ofrece importantes ventajas. Esto se explica por el hecho de que las señales discretas para este tipo de mensajes tienen una duración significativa y el espectro de frecuencia de dichas señales se encuentra en la parte inferior del rango de frecuencia, por lo que la duración y el período de repetición de los pulsos del canal pueden ser relativamente grande, lo que reduce significativamente la banda de frecuencia requerida.

Con TRC, se pueden utilizar varios tipos de modulación de canal para coordinar un mensaje con un canal de comunicación.

Las desventajas del sistema de control por radiofrecuencia incluyen la banda de frecuencia relativamente amplia requerida para la transmisión de mensajes; la complejidad de los equipos de conmutación (distribuidores) al organizar un número significativo de canales de comunicación y la necesidad de corregir las características de frecuencia de fase de la línea de comunicación para eliminar la influencia mutua de los canales de comunicación.

Automatización, telemecánica y comunicaciones en el transporte ferroviario (ATS) Telefonía multicanal y métodos de separación de canales.

Telefonía multicanal y métodos de separación de canales.

Comunicación telefónica multicanal (MTS)

En las comunicaciones telefónicas convencionales, el número de conexiones simultáneas debe ser menor o igual al número de canales de comunicación previstos, lo que aumenta el coste de construcción de líneas de cable con un gran número de abonados. La solución en este caso es organizar comunicación multicanal en algunas partes de la red telefónica.

SPI - sistema de conversión de información;

TLF - teléfono;

GK - canal grupal;

re - divisor;

GS - señal de grupo.

Los canales de frecuencia de voz TA tienen un rango de 0,4 - 3,1 kHz y se combinan en una señal de grupo, que ocupa la banda de frecuencia N (3,1 kHz + intervalo de guarda). El intervalo de guarda es de aproximadamente 0,3 kHz.

Si dibujamos una grilla de frecuencias f, veremos que los canales están ubicados de la siguiente manera

1, 2,…, N - números de canales telefónicos.

La ventaja de la comunicación telefónica multicanal es la reducción del coste de tendido de líneas de comunicación, ya que se pueden transmitir varias conversaciones simultáneamente a través de un par de cables. El ancho de banda de una línea aérea de comunicación con conductores de acero es de 30 kHz, con cobre - 150 kHz, para líneas de comunicación por cable - 10 MHz, para un cable coaxial aproximadamente - 1000 MHz.

En realidad, se utilizan las siguientes opciones para el número de canales:

1er nivel - 12 canales telefónicos.

2do nivel - 60 canales.

3er nivel - 300 canales.

Métodos de separación de canales.

1. División de frecuencia de canales.(CHK) - FDMA

Este método se basa en el uso de filtros multicanal y convertidores de frecuencia.

PF - filtro de paso de banda;

SI - convertidor de frecuencia;

TLF - aparato telefónico;

C - sumador.

El convertidor de frecuencia con el número i produce modulación de amplitud desde el i-ésimo teléfono; un filtro de paso de banda selecciona las bandas laterales superior o inferior de la señal modulada en amplitud. Y en el sumador se forma una señal de grupo. Después de la transmisión por un canal común, el proceso de procesamiento se produce en la dirección opuesta.

2. División temporal de canales(VRK) - TDMA

Con la división temporal de canales, la señal de cada teléfono se convierte a formato digital. En este caso, se forman paquetes de datos que contienen un cierto número de bits ( poco- una unidad de información en formato digital). Los paquetes generados para cada canal telefónico se transmiten a intervalos de tiempo especialmente designados, que se dividen en canales de tiempo. Los espacios individuales están separados por intervalos de tiempo de guardia.

El principio de división temporal de canales se utiliza ampliamente en los sistemas modernos de transmisión de información, ya que permite reducir la redundancia de información al comprimir datos mediante métodos digitales. La división temporal de canales se utiliza no solo en redes públicas cableadas, sino también en sistemas de comunicación celular.

3. División de código de canales(KRK)-CDMA

El principio de separación de canales de código es separar los canales por código.

4. Separación espectral de canales.(SII) - WDMA

El principio de separación espectral es separar los canales por longitud de onda.

Los sistemas multicanal con TRC se utilizan ampliamente para transmitir información analógica y discreta.

Es conveniente explicar el principio de combinación temporal de canales con la ayuda de distribuidores que giran sincrónicamente en los lados transmisor y receptor (Fig. 8.9).

Las principales etapas de la formación de señales grupales se muestran en la Fig. 8.10.

La información de fuentes de señales analógicas se suministra a las entradas de los correspondientes moduladores de pulso individuales AIM (PWM, PIM). Las muestras de señal generadas en la salida del primer modulador de pulso () (Fig. 8.10, c), en la salida del segundo modulador de pulso () (Fig. 8.10, d) se toman en el mismo intervalo, pero con tal cambio de tiempo que no se superpongan.

Luego, el distribuidor transmisor lee los pulsos de todas las fuentes, generando una señal (Fig. 8.10, d), cuyo espectro, utilizando un modulador de grupo (GM), se transfiere al rango de frecuencia asignado para esta línea de comunicación. Una señal de grupo transmitida a través de una línea de comunicación transporta información tanto de la primera como de la segunda fuente simultáneamente. En el lado de recepción, desde la salida del demodulador de grupo (GD), llegan impulsos de señales de grupo a los contactos giratorios del distribuidor de recepción para formar secuencias de canales, etc. a partir del cual se generan señales continuas a la salida de los detectores de pulso y se envían a los destinatarios del mensaje.

Cabe destacar que la Fig. 8.9 sirve sólo para ilustrar la idea de multiplexación en el tiempo y no refleja las técnicas de conmutación modernas. De hecho, los equipos de compactación temporal no requieren distribuidores mecánicos, los cuales son reemplazados por distribuidores electrónicos que realizan las mismas funciones (Fig. 8.11).

Fig.8.11. Esquema de comunicación multicanal con VRK.

Las salidas de todos los moduladores de impulsos están conectadas a sus "propios" interruptores electrónicos, cuyo funcionamiento está controlado por el distribuidor de impulsos de conmutación. A su vez, el distribuidor es accionado por un generador de reloj.

La separación temporal de señales se lleva a cabo mediante un dispositivo, cuyo diagrama de bloques simplificado se muestra en la Fig. 8.11. La señal de radio grupal recibida en el demodulador grupal se convierte en una secuencia de video de pulso grupal y se suministra simultáneamente a las entradas del extractor de señales de sincronización y a los interruptores electrónicos de canal.

El proceso de separación de tiempos se realiza en dos etapas. En la primera etapa en la que el sistema entra en sincronismo, se produce la búsqueda, detección y selección de señales de sincronización, tras lo cual se pone en marcha el distribuidor de pulsos de conmutación de canal. El distribuidor genera pulsos en sus salidas de la duración requerida y en tal secuencia que solo se abre un interruptor electrónico del canal correspondiente en cada intervalo de canal.

En la segunda etapa, se realiza la demodulación de cada pulso de canal, después de lo cual las señales de los canales recibidos se suministran a los destinatarios de la información analógica.

Al separar temporalmente los canales, el papel más importante lo desempeña el sistema de sincronización, cuyo algoritmo de funcionamiento se selecciona individualmente cada vez según el método de modulación de pulso adoptado, el método de combinación temporal de canales, la estructura de las señales de sincronización, etc.