3.1.3. Многоканальные системы, линии и каналы передачи [22, 25]

Понятие “линия связи” близко к понятию “канал связи”. В тех случаях, когда по линии связи передается один сигнал, эти понятия совпадают. По современным линиям связи, как правило, передаются одновременно и независимо друг от друга десятки, сотни, тысячи и более сигналов. Каждый сигнал передается по своему каналу. Образование каналов для передачи отдельных сигналов электросвязи по одной линии связи иначе называется разделением каналов. Операция разделения каналов основана на присвоении каждому передаваемому сигналу индивидуального признака. Известны разные методы разделения каналов, но наиболее широко применяется метод временного разделения каналов (ВРК), который пришел на смену методу частотного разделения каналов (ЧРК).

Способы передачи сигналов [22]. В кабельных, волоконно-оптических, волноводных и радиорелейных системах используются два способа передачи сигналов электросвязи.

Исторически первый способ заключается в том, что исходные сигналы электросвязи каждого канала с помощью преобразовательного оборудования как бы «выстраиваются» в ряд в полосе частот линейного тракта. Каждый канал занимает свое определенное, индивидуальное место в линейном тракте. Известно, что сигналы электросвязи, соответствующие однородным сообщениям, имеют одинаковую ширину спектра, например, 0,3…3,4 кГц при передаче речевых телефонных сообщений, 0,03…15 кГц при высококачественной передаче программ звукового вещания и т.д. С помощью специальных устройств – преобразователей частоты (модулятор и фильтр) – полоса частот каждого сигнала переносится без изменения ширины из исходного в заданный диапазон частот. Принцип переноса полос частот поясняется на рис. 1.11,а). Полосы частот, занимаемых каждым сигналом после переноса, должны находиться в пределах частотного диапазона используемой линии передачи.

Рис. 1.11. Способы передачи сигналов электросвязи с частотным (а) и временным (б) разделением каналов

На приемном конце происходит обратное преобразование и выделение исходных сигналов электросвязи. Такой способ называется передачей сигналов с частотным разделением каналов (ЧРК), а системы — системами передачи с частотным разделением каналов (СП с ЧРК). Поскольку по СП с ЧРК передаются аналоговые сигналы электросвязи, то такие системы также называют аналоговыми системами передачи (АСП).

Заменивший ЧРК способ передачи, с временным разделением каналов (ВРК), связан с тем, что исходный сигнал преобразуется в последовательность импульсов (рис. 1.11,б). В основу метода ВРК положен принцип поочередной поэлементной передачи нескольких сигналов по одной линии связи. В начале по линии передаются первые элементы первого канала, затем второго и так до последнего n-го последнего канала. Далее передаются вторые элементы снова от первого канала и до n-го последнего канала. Подобная операция повторяется цикл за циклом до тех пор, пока не будут переданы последние элементы всех n каналов. В итоге получается, что каждый сигнал любого канала передается в строго определенные интервалы времени, т.е. по своему временному каналу. В данном случае всего n временных каналов. Таким образом, в каждый момент времени передается единичный импульс от одного канала, т.е. во время передачи импульса линейный тракт занят только одним каналом. Для качественной передачи, например, телефонного сигнала, необходимо, чтобы канал подключался к линейному тракту 50…60 тысяч раз в секунду, что легко реализуется с помощью электронных устройств. Однако это требует увеличения полосы частот в тракте передачи в 10…12 раз (рис. 1.11,б). Паузы (временные интервалы) между передачей сигналов данного канала заполняются сигналами от других каналов, т.е. происходит как бы «выстраивание» во времени временных интервалов совокупности каналов.

На приемной стороне элементы каждого сигнала выделяются, объединяются и по ним восстанавливаются копии исходных сигналов каждого канала. Последовательность передачи сигналов по линии предполагает определенную задержку в передаче отдельных элементов сигналов. Однако задержка не должна ощущаться при приеме сообщений.

Такие системы также называют цифровыми системами передачи (ЦСП), поскольку по ним передаются цифровые сигналы электросвязи.

Переносчиком сообщений в электросвязи является электрический сигнал, способный распространяться в определенных средах. Из этого следует, что для передачи на расстояние сообщение, создаваемое источником, должно быть преобразовано в сигнал электросвязи, который будет преодолевать пространство. На месте приема полученный сигнал необходимо преобразовать в сообщение, подаваемое получателю. Чтобы выполнять все эти операции, необходимы соответствующие технические устройства, которые в совокупности со средой распространения сигнала образуют систему электросвязи. На рис. 1.12,а) изображена обобщенная структурная схема системы электросвязи.

Она связывает источник сообщений (ИС) с их получателем сообщений (ПС) и состоит из трех основных частей:

• преобразователя сообщения в сигнал, называемого передатчиком;

• канала электросвязисвязи;

• преобразователя сигнала в сообщение, называемого приемником.

Источником и получателем сообщений, как правило, являются люди, но их роль могут выполнять также различные компьютеры, датчики, автоматические устройства и т.п. Устройство и принцип работы передатчика и приемника зависят от вида и характера передаваемых сообщений.

а)

б)

Рис. 1.12. Структурная схема системы, линии и канала передачи

Сигналы, получаемые на выходе передатчика и подаваемые на вход приемника, называются первичными. Такие сигналы не всегда удобно, а иногда и невозможно, передавать в определенной среде распространения. Поэтому первичные сигналы при передаче подвергаются преобразованию на входе и выходе канала. Преобразователь, расположенный на входе в канал, преобразует первичный сигнал во вторичный, способный проходить по определенной среде распространения. На приемном конце преобразователь производит обратное преобразование вторичного сигнала в первичный. Таким образом, канал электросвязи представляет собой совокупность технических устройств (преобразователей) и среды распространения, обеспечивающих передачу сигналов на расстояние. В качестве среды распространения могут использоваться изолированные друг от друга токопроводящие (металлические) жилы (провода) – ТПЖ, оптические (стеклянные) волокна (ОВ) и открытое пространство. Соответственно каналы и системы электросвязи, использующие в качестве среды распространения провода и волокна, называются проводными, а каналы и системы, в которых сигналы передаются через открытое пространство – радиоканалами и радиосистемами.

В реальных условиях сложный и многоэтапный процесс передачи сообщений происходит при воздействии множества помех. Наибольшие трудности и проблемы при этом создают помехи, искажающие сигнал. Под помехой понимается любое воздействие на полезный сигнал, изменяющее его информационный параметр и затрудняющее прием. Помехи в системах связи весьма разнообразны по происхождению и физическим свойствам. Источники помех могут быть как внутри, так и вне системы электросвязи. На рис. 1.8, а) все источники помех объединены и условно показаны в виде прямоугольника, а места возникновения помех – стрелками.

Таким образом, в приемник поступает сигнал, подверженный воздействию помех («сигнал + помеха»). Однако сообщение, принимаемое получателем, должно полностью соответствовать сообщению, переданному от источника. Выполнение этого условия возможно лишь в том случае, если все элементы системы электросвязи обладают определенной помехоустойчивостью.

Технические средства, позволяющие образовывать каналы передачи, входят в состав систем передачи. Современные системы передачи являются многоканальными (МСП), т.е. обеспечивают одновременную и независимую передачу многих сигналов. В МСП одни устройства являются индивидуальными для каждого канала, а другие – общими для группы или всех каналов. Устройства, используемые сразу для всех каналов, образуют линейный тракт многоканальной системы передачи (ЛТ МСП).

Совокупность физических цепей (одной или двух пар проводов) линейных трактов однотипных или разнотипных систем передачи, имеющих общую среду распространения, линейные сооружения и устройства их обслуживания, называется линией передачи (ЛП). На рис. 1.12, б) показана упрощенная структурная схема системы и линии передачи, состоящая из оконечного оборудования системы передачи ООСП, оконечной аппаратуры линии передачи ОАЛП и среды распространения. Оконечное оборудование систем передачи размещается на сетевых станциях СС или узлах СУ. Линия передачи связывает между собой две станции, два сетевых узла или сетевую станцию с сетевым узлом.

В зависимости от среды распространения сигналов различают проводные и радиосистемы передачи ЕНСС. Проводной системой передачи ЕНСС называется система передачи, в которой сигналы электросвязи распространяются в пространстве вдоль непрерывной направляющей среды (симметричный, коаксиальный и оптический кабель, волновод). Проводной системе передачи присваивается название в зависимости от типа направляющей среды, например кабельная, волноводная, волоконно-оптическая. Система передачи ЕНСС, в которой сигналы передаются с помощью радиоволн в открытом пространстве, называется радиосистемой передачи ЕНСС. Радиосистеме передачи присваивается название в зависимости от принципа работы радиолинии, например радиорелейная, спутниковая, ионосферная, метеорная.

В зависимости от первичной сети, к которой принадлежит линия передачи, ей присваивается название: магистральная, внутризоновая, местная.

Совокупность сетевых станций, узлов и линий передачи образует первичную сеть типовых каналов. Каналы передачи называются типовыми, поскольку их параметры нормируются. Основным типовым каналом передачи ЕНСС является канал тональной частоты (КТЧ), предназначенный для передачи электрических сигналов (прежде всего телефонных) в полосе частот 0,3…3,4 кГц. Канал звукового вещания высшего класса организуется для передачи сигналов, занимающих полосу частот 0,03…15 кГц. Канал передачи сигналов изображения телевидения позволяет передавать сигналы программ телевизионного вещания, занимающие полосу до 6 МГц. К типовым каналам передачи относятся и так называемые широкополосные каналы (ШК), формируемые на базе групповых трактов. По ним организуется, например, передача газет в полосе частот шириной 240 кГц с использованием вторичного ШК (ВШК), который организуется на базе вторичного группового тракта.