14) Методы уплотнения каналов
Использование общей линии для осуществления многоканальной связи называется уплотнением линии.
Традиционные методы уплотнения (мультиплексирования, разделения) каналов:
1) частотный – предоставление каждой паре взаимодействующих абонентов в разных частотных диапазонах определенной полосы пропускания, достаточной для передачи данных;
2) временной – поочередное подключение в разных временных интервалах взаимодействующих абонентов к общей линии связи.
Таким образом, в одной ЛС может быть организовано несколько КС. В этом случае ЛС можно рассматривать как совокупность технических средств для передачи сигналов, а КС – как долю ресурсов ЛС с соответствующей каналообразующей аппаратурой (аппаратурой уплотнения), предоставляемых одной паре взаимодействующих абонентов для передачи данных.
15) Методы логического кодирования
Логическое кодирование предназначено для улучшения потенциальных кодов типа AMI, NRZI или MLT-3 и направлено на ликвидацию длинных последовательностей единиц или нулей, приводящих к постоянному потенциалу. Для улучшения потенциальных кодов используются два способа:
Оба способа относятся к логическому, а не физическому кодированию, так как они не определяют форму сигналов.
При избыточном кодировании исходный двоичный код рассматривается как совокупность символов, представляющих собой последовательность нескольких битов, каждый из которых заменяется новым символом, содержащим большее количество бит, чем исходный
• код становится самосинхронизирующимся, так как прерываются длинные последовательности нулей и единиц;
• исчезает постоянная составляющая, а значит, сужается спектр сигнала;
• появляется возможность обнаружения ошибок за счёт запрещённых символов;
• простая реализация в виде таблицы перекодировки.
• уменьшается полезная пропускная способность канала связи, так как часть пропускной способности тратится на передачу избыточных бит;
• дополнительные временные затраты в узлах сети на реализацию логического кодирования.
Скремблирование состоит в преобразовании исходного двоичного кода по заданному алгоритму, позволяющему исключить длинные последовательности нулей или единиц. Технические или программные средства, реализующие заданный алгоритм, называются скремблерами. На приёмной стороне дескремблер восстанавливает исходный двоичный код.
• не уменьшается полезная пропускная способность канала связи, поскольку отсутствуют избыточные биты.
• дополнительные затраты в узлах сети на реализацию алгоритма скремблирования-дескремблирования;
• не всегда удаётся исключить длинные последовательности нулей и единиц.
16) Принципы метода избыточного кодирования и скремблирования
При избыточном кодировании исходный двоичный код рассматривается как совокупность символов, представляющих собой последовательность нескольких битов, каждый из которых заменяется новым символом, содержащим большее количество бит, чем исходный.
Примерами методов избыточного кодирования являются 4В/5В, 5В/6В, 8В/10В , 64В. Буква «В» в названии кода означает, что элементарный сигнал имеет 2 состояния, а цифры указывают, какое количество бит содержится в одном символе исходного и результирующего кода соответственно. Для этого используется специальная таблица перекодировки (табл.2.1), устанавливающая соответствие между исходными четырёхбитовыми символами и результирующими пятибитовыми символами.
Количество результирующих символов больше количества исходных символов. Избыточность кода 4B/5B составляет 25% (1/4 =0,25), поскольку на 4 информационных бита приходится 1 «лишний» избыточный бит. Это означает, что реальная пропускная способность канала будет на 25% меньше номинальной. Для обеспечения заданной пропускной способности канала передатчик должен работать с повышенной тактовой частотой.
Скремблирование состоит в преобразовании исходного двоичного кода по заданному алгоритму, позволяющему исключить длинные последовательности нулей или единиц. Технические или программные средства, реализующие заданный алгоритм, называются скремблерами. На приёмной стороне дескремблер восстанавливает исходный двоичный код. В качестве алгоритма преобразования может служить соотношение:
Bi = Ai ⊕ Bi-3 ⊕ Bi-5 (i = 1, 2,…), где Ai, Bi – значения i-го разряда соответственно исходного и результирующего кода; Bi-3 и Bi-5 – значения соответственно (i-3)-го и (i-5)- го разряда результирующего кода; ⊕ – операция исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2).
Дескремблер восстанавливает исходную последовательность на основании обратного соотношения:
Источник
Уплотнение каналов связи
Системы связи реализуются как многоканальные системы, используя различные методы уплотнения каналов для передачи по одной линии большого числа каналов одновременно, при этом каждое сообщение передается по своему каналу связи. Сигналы сообщений всех каналов смешиваются на передающем пункте и поступают в линию. На приемном пункте сигналы снова разделяются и преобразуются в независимые сообщения. Такая связь называется многоканальной.
Систему многоканальной связи можно представить следующей структурной схемой (рис. 1.7). Различные сообщения от одного или нескольких отправителей 1 преобразуются специальными устройствами (преобразователями 2) в электрические сигналы, которым придаются соответствующие признаки кодовым устройством, а затем с помощью передатчиков 2 поступают в линию связи 4.
Рис.1.7. Схема системы многоканальной связи, где:
11 – 1n – отправители; 21 – 2n – преобразователи; 31 – 3n – передатчики; 4 – линия связи; 51 – 5n – селекторы (разделители); 61 – 6n – приемники; 71 – 7n – преобразователи; 81 – 8n – получатели; 9 – помехи.
Выделение нужного сигнала на приемном пункте из смеси сигналов, поступающих с линии, осуществляется с помощью операции разделения (селекции). На схеме (рис. 1.7 показано подключение к выходу линии связи разделителей (селекторов 5), за которыми включены приемники 6. Селекторы выполнены таким образом, что реагируют только на соответствующие признаки используемых сигналов и не реагируют, на признаки других сообщений. В результате создаются раздельные каналы связи, использующие общую линию связи.
В системах связи в основном применяют временной, частотный, кодовый и комбинированный методы разделения каналов.
Сущность метода частотного разделения каналов (ЧРК) заключается в том, что сигналы передаются различной частоты. А на приемном пункте в качестве селекторов применяются настроенные на эти частоты фильтры, пропускающие сигналы только определенной частоты.
В системах с временным разделением каналов (ВРК) для каждого источника сигналов периодически отводится отдельный отрезок времени определенной длительности, т.е. в каждый момент времени в линии может существовать только сигнал, относящийся к одному из каналов. Этот момент времени называется временным канальным интервалом (КИ). Физическое выделение временных участков производится с помощью коммутаторов. Перед передачей информации посылают синхронизирующий сигнал, относительно которого ведется разделение работы каналов во времени.
В результате этих преобразований, на вход канала связи подаются импульсы одинаковой длительности и частоты, но разной амплитуды и смещенные во времени один относительно другого. Другими словами, импульсы от разных каналов передаются/принимаются в отведенные им промежутки времени.
При ВРК очень важным является вопрос синхронизации. Для того, чтобы импульсы из линии попадали к своим абонентам, преобразователи на приеме должны работать в такт с преобразователями на передаче.
При уплотнении линий связи с ЧРК используется амплитудную модуляцию (АМ), а уплотнении линий связи с ВРК используется импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) разговорного сигнала. Для получения ИКМ-сигнала аналоговый сигнал подвергается трем ступеням преобразования:
— дискретизации по времени;
— квантованию по уровню;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Организация беспроводных сетей
Методы доступа к среде в беспроводных сетях
Одна из основных проблем построения беспроводных систем — это решение задачи доступа многих пользователей к ограниченному ресурсу среды передачи. Существует несколько базовых методов доступа (их еще называют методами уплотнения или мультиплексирования), основанных на разделении между станциями таких параметров, как пространство, время, частота и код. Задача уплотнения — выделить каждому каналу связи пространство, время, частоту и/или код с минимумом взаимных помех и максимальным использованием характеристик передающей среды.
Уплотнение с пространственным разделением
Основано на разделении сигналов в пространстве, когда передатчик посылает сигнал, используя код c , время t и частоту f области si . To есть каждое беспроводное устройство может вести передачу данных только в границах определенной территории, на которой любому другому устройству запрещено передавать свои сообщения.
К примеру, если радиостанция вещает на строго определенной частоте на закрепленной за ней территории, а какая-либо другая станция в этой же местности также начнет вещать на той же частоте, слушатели радиопередач не смогут получить «чистый» сигнал ни от одной из этих станций. Другое дело, если радиостанции работают на одной частоте в разных городах. Искажений сигналов каждой радиостанции не будет в связи с ограниченной дальностью распространения сигналов этих станций, что исключает их наложение друг на друга.
Характерный пример — системы сотовой телефонной связи.
Уплотнение с частотным разделением (Frequency Division Multiplexing — FDM)
Каждое устройство работает на определенной частоте, благодаря чему несколько устройств могут вести передачу данных на одной территории ( рис. 1.8). Это один из наиболее известных методов, так или иначе используемый в самых современных системах беспроводной связи.
Наглядная иллюстрация схемы частотного уплотнения — функционирование в одном городе нескольких радиостанций, работающих на разных частотах. Для надежной отстройки друг от друга их рабочие частоты должны быть разделены защитным частотным интервалом, который позволяет исключить взаимные помехи.
Эта схема, хотя и позволяет использовать множество устройств на определенной территории, сама по себе приводит к неоправданному расточительству обычно скудных частотных ресурсов, поскольку требует выделения своей частоты для каждого беспроводного устройства.
Уплотнение с временным разделением (Time Division Multiplexing — TDM)
В данной схеме распределение каналов идет по времени, т. е. каждый передатчик транслирует сигнал на одной и той же частоте 
области s , но в различные промежутки времени 
(как правило, циклически повторяющиеся) при строгих требованиях к синхронизации процесса передачи ( рис. 1.9).
Подобная схема достаточно удобна, так как временные интервалы могут динамично перераспределяться между устройствами сети. Устройствам с большим трафиком назначаются более длительные интервалы, чем устройствам с меньшим объемом трафика.
Основной недостаток систем с временным уплотнением — это мгновенная потеря информации при срыве синхронизации в канале, например из-за сильных помех, случайных или преднамеренных. Однако успешный опыт эксплуатации таких знаменитых TDM -систем, как сотовые телефонные сети стандарта GSM , свидетельствует о достаточной надежности механизма временного уплотнения.
Уплотнение с кодовым разделением (Code Division Multiplexing — CDM)
В данной схеме все передатчики транслируют сигналы на одной и той же частоте , в области s и во время t , но с разными кодами 
.
Именем основанного на CDM механизме разделения каналов ( CDMA — CDM Access) даже назван стандарт сотовой телефонной связи IS-95a, а также ряд стандартов третьего поколения сотовых систем связи (cdma2000, WCDMA и др.).
В схеме CDM каждый передатчик заменяет каждый бит исходного потока данных на CDM -символ — кодовую последовательность длиной в 11, 16, 32, 64 и т. п. бит (их называют чипами). Кодовая последовательность уникальна для каждого передатчика. Как правило, если для замены «1» в исходном потоке данных используют некий CDM -код, то для замены «0» применяют тот же код, но инвертированный.
Приемник знает CDM -код передатчика, сигналы которого должен воспринимать. Он постоянно принимает все сигналы и оцифровывает их. Затем в специальном устройстве (корреляторе) производится операция свертки (умножения с накоплением) входного оцифрованного сигнала с известным ему CDM -кодом и его инверсией. В несколько упрощенном виде это выглядит как операция скалярного произведения вектора входного сигнала и вектора с CDM -кодом. Если сигнал на выходе коррелятора превышает некий установленный пороговый уровень, приемник считает, что принял 1 или 0. Для увеличения вероятности приема передатчик может повторять посылку каждого бита несколько раз. При этом сигналы других передатчиков с другими CDM -кодами приемник воспринимает как аддитивный шум. Более того, благодаря большой избыточности (каждый бит заменяется десятками чипов), мощность принимаемого сигнала может быть сопоставима с интегральной мощностью шума. Сходства CDM -сигналов со случайным (гауссовым) шумом добиваются, используя CDM -коды, порожденные генератором псевдослучайных последовательностей . Поэтому данный метод еще называют методом расширения спектра сигнала посредством прямой последовательности ( DSSS — Direct Sequence Spread Spectrum ); о расширении спектра будет рассказано ниже.
Наиболее сильная сторона данного уплотнения заключается в повышенной защищенности и скрытности передачи данных: не зная кода, невозможно получить сигнал, а в ряде случаев — и обнаружить его присутствие. Кроме того, кодовое пространство несравненно более значительно по сравнению с частотной схемой уплотнения, что позволяет без особых проблем присваивать каждому передатчику свой индивидуальный код. Основной же проблемой кодового уплотнения до недавнего времени являлась сложность технической реализации приемников и необходимость обеспечения точной синхронизации передатчика и приемника для гарантированного получения пакета.
Механизм мультиплексирования посредством ортогональных несущих частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — OFDM)
Суть этого механизма: весь доступный частотный диапазон разбивается на достаточно много поднесущих (от нескольких сот до тысяч). Одному каналу связи (приемнику и передатчику) назначают для передачи несколько таких несущих, выбранных из множества по определенному закону. Передача ведется одновременно по всем поднесущим, т. е. в каждом передатчике исходящий поток данных разбивается на N субпотоков, где N — число поднесущих, назначенных данному передатчику.
Распределение поднесущих в ходе работы может динамически изменяться, что делает данный механизм не менее гибким, чем метод временного уплотнения.
Схема OFDM имеет несколько преимуществ. Во-первых, селективному замиранию будут подвержены только некоторые подканалы, а не весь сигнал. Если поток данных защищен кодом прямого исправления ошибок, то с этим замиранием легко бороться. Во-вторых, что более важно, OFDM позволяет подавить межсимвольную интерференцию. Межсимвольная интерференция оказывает значительное влияние при высоких скоростях передачи данных, так как расстояние между битами (или символами) мало. В схеме OFDM скорость передачи данных уменьшается в N раз, что позволяет увеличить время передачи символа в N раз. Таким образом, если время передачи символа для исходного потока составляет Ts , то период сигнала OFDM будет равен NTs . Это позволяет существенно снизить влияние межсимвольных помех. При проектировании системы N выбирается таким образом, чтобы величина NTs значительно превышала среднеквадратичный разброс задержек канала.
Источник
