Kanalların zaman bölümü ilkesi. Zaman-Frekans Kanal Bölümü
Önceki bölümlerde ele aldığımız ana karmaşık sinyallerin öğelerini ayırmanın yanı sıra olası seçeneklerşu ya da bu yöntemi kullanarak kontrol ve izleme sistemleri oluşturmak için şemalar.
Sinyal elemanlarının zaman bölmeli mesajların iletim süresinde kısıtlamalar olduğu veya frekans bölmeli frekans kanallarının sayısının sınırlandığı durumlarda, kullanabilirsiniz. kombine sistem sinyallerin frekans-zaman ayrımı ile (Şekil 2.21).
Dağıtıcının her zaman konumunda, sinyaller tüm frekans kanallarında aynı anda iletilir. Kanal sayısı j ise, j bilgi biti aynı anda iletilir. Bu prensibe göre çalışan bir sistemde bir döngüde (kontrol edilen nesnelerin durumunda bir yeniliğin algılandığı andan veya bir komut girişinin sonundan iletimin sonuna kadar) iletilen temel ikili mesajların toplam sayısı eşittir. distribütör pozisyonu sayısının frekans kanalı sayısına göre çarpımı.
Şek. 2.21 şema, iletim için f1 ve f2 taşıyıcı frekanslarına sahip iki frekans kanalı düzenler. kontrol bilgi.
Şekil 2.21 Sinyallerin Zaman-Frekans Ayrımı
Kontrol edilen herhangi bir nesnenin durumu değiştiğinde, durum kaydına bağlı yenilik algılama devresi, A noktasının dağıtıcısını devreden çıkarır ve bir sonraki bilgi aktarımı döngüsünü başlatarak hem M1 hem de M2 modülatörlerini açar. Frekans kanallarının her biri için iletişim hattında aktif veya pasif frekansların görünümü, B noktası dağıtıcısının başlatılmasına yol açar (OR öğesi &.k anahtarını açar). Distribütörler, senkron ve faz konumlarında geçiş yaparak, iletim noktasındaki durum kaydının bellek elemanlarının durumuna ve karşılık gelen bellek hücrelerinin seçimine bağlı olarak jeneratörlerin (M1, M2) çalışma modunun seçimini sağlar. alma noktasında bilgi kaydetmek için alıcı kaydının. Sinyalin bilgi kısmının sona ermesinden ve her iki dağıtıcının A noktasında n + 1. konuma geçmesinden sonra, yeniliğin varlığının işareti sıfırlanır (yenilik algılama devresinde), bu da &'nin kapanmasına yol açar. .k tuşu, dağıtıcıyı sıfırlama ve durdurma, modülatörleri kapatma. B noktasında aynı zamanda bir şifre çözme izin sinyali üretilir. Verici taraftaki M1 ve M2 modülatörleri kapatıldıktan sonra, alıcı noktadaki tüm demodülatör çıkışları, OR elemanını, &.k tuşunu kapatan ve dağıtıcıyı bloke eden “sıfır” seviyeli sinyallere ayarlanır.
Sinyallerin kod bölümü
Altında sinyallerin kod bölümü bölümü anlamak mesajlar her orijinal mesaj N'ye belirli bir n-bitlik ikili kombinasyon atandığı, cihazlar tarafından iletilir bu kombinasyonun elemanlarının frekans, zaman veya zaman-frekans ayrımı ile. Şek. 2.19 ve 2.20 cihaz şemaları TU, sadece farklı kontrol nesnelerine gönderilen komutları ayırma kod ilkesini uygular. Kontrol bilgilerini iletmek için tasarlanmış sistemler aynı prensibe göre inşa edilebilir.
Konu: Kanalların kod bölümü ilkesi
Kanalların kod bölümü ilkesi CDMA (eng. Kod Bölmeli Çoklu Erişim) - kod bölmeli çoklu erişim Bu medya ayırma yöntemine sahip trafik kanalları, her kullanıcıya tüm bant genişliğine yayılan ayrı bir sayısal kod atanarak oluşturulur. Zaman ayrımı yoktur, tüm aboneler sürekli olarak tüm kanal genişliğini kullanır. Bir kanalın frekans bandı çok geniş, abonelerin yayınları örtüşüyor ama kodları farklı olduğu için farklılaşabiliyor.
Kod bölmeli çoklu erişim teknolojisi uzun süredir bilinmektedir. SSCB'de, bu konuya ayrılmış ilk çalışma 1935'te yazarı D.V. Ageev.
Savaştan sonra uzun bir süre hem SSCB'de hem de ABD'de askeri haberleşme sistemlerinde CDMA teknolojisi kullanıldı. 1980'lerin ikinci yarısında ABD ordusu bu teknolojinin gizliliğini kaldırdı ve sivil iletişimde kullanmaya başladı. Yöntem uygulanır hücresel iletişim(Rusya'da, örneğin, Skylink operatörü tarafından) ve uydu seyir sistemi(KÜRESEL KONUMLAMA SİSTEMİ).
Yüksek spektral verimliliği nedeniyle CDMA kod bölme teknolojisi, daha fazla gelişme için radikal bir çözümdür. hücresel sistemler bağlantılar.
Şekil 42 Çoklu Erişim Teknolojisi
kod bölümü
CDMA2000, cdmaOne ağlarının evriminde (IS-95'e dayalı) 3G standardıdır. IS-95A versiyonunun ortaya koyduğu temel prensipler korunurken, CDMA teknolojisi sürekli olarak geliştirilmekte ve iyileştirilmektedir.
müteakip geliştirme CDMA teknolojileri CDMA2000 teknolojisi çerçevesinde gerçekleşir. Bir sistem kurarken mobil iletişim CDMA2000 1X teknolojisine dayanan ilk aşama, 153 kbps'ye kadar hızlarda veri iletimi sağlar, bu da hizmet sunmanıza olanak tanır sesli iletişim, bulaşma kısa mesajlar, birlikte çalışmak e-posta, internet, veritabanları, veri ve hareketsiz görüntü aktarımı.
Şekil 43 Bir mobil iletişim sistemi oluşturmak
CDMA2000 teknolojisine dayalı
CDMA2000 1xEV-DO'nun bir sonraki aşamasına geçiş, 1,23 MHz'lik aynı frekans bandı kullanılarak gerçekleşir, iletim hızı, ileri kanalda 2,4 Mbps'ye ve dönüş kanalında 153 kbps'ye kadar çıkar, bu da bu iletişim sistemini uyumlu hale getirir. 3G gereksinimleri ve gerçek zamanlı video iletimine kadar en geniş hizmet yelpazesini sağlama yeteneği sağlar. Standardın geliştirilmesinin bir sonraki aşaması, ağ kapasitesini ve veri aktarım hızını artırmanıza izin veren 1XEV-DO Rev A'dır. Bu aşamada abone yönünde 3,1 Mbps'e kadar, aboneden yönünde 1,8 Mbps'ye kadar hızlarda veri iletimi sağlanmaktadır. Operatörler, Rev. 0 ve ayrıca IP ağları üzerinden ses, veri ve yayın iletmek için. Dünyada zaten bu tür birkaç işletim ağı var. İlerleme durmadığından, ekipman geliştiricileri, tek bir frekans kanalında aşağıdaki hızlara ulaşılmasına olanak sağlayacak bir sonraki aşama olan 1XEV-DO Rev B'nin uygulanması üzerinde çalışıyor: Aboneye 4,9 Mbps ve aboneden 2,4 Mbps . Ek olarak, hızı artırmak için birkaç frekans kanalını birleştirmek mümkün olacaktır. Örneğin, 15 frekans kanalını (mümkün olan maksimum sayı) birleştirmek, aboneye 73,5 Mbps ve aboneden 27 Mbps hızlarına ulaşmayı sağlayacaktır. Bu tür ağların kullanımı - VoIP, Bas-Konuş, görüntülü telefon, ses ve multimedyanın paralel kullanımı, çoklu oturum gibi zamana duyarlı uygulamaların geliştirilmiş performansı ağ oyunları ve benzeri.
CDMA2000 sisteminin ticari başarısının ana bileşenleri daha geniş hizmet alanı, yüksek kalite ses (neredeyse kablolu sistemlere eşdeğer), esneklik ve yeni hizmetler sunmanın düşük maliyeti. Bu teknoloji yüksek gürültü bağışıklığı, iletişim kanalının kesilme ve dinlemeden kararlılığı sağlar, bu da onu tüm abone kategorileri için çekici kılar.
Ayrıca, abone cihazlarının radyo vericilerinin düşük yayılan gücü de önemli bir rol oynar. Yani, CDMA2000 sistemleri için maksimum yayılan güç 250 mW iken, GSM-900 sistemleri için bu rakam 2 W (darbe başına) ve GSM-1800 için 1 W (darbe başına)'dir. Adil olmak gerekirse, radyasyonun zararlı etkileri hakkındaki görüşün cep telefonları insan vücudu üzerinde, bilim adamları kanıtlamadı, ancak çürütmedi.
CDMA standartları grubu, hücresel telefondaki muadillerinden temelde farklıdır ve bu standartlar haklı olarak 2.5 nesil standartları olarak kabul edilir. FDMA (NMT, AMPS, NAMPS) ve devamı - TDMA (GSM, DAMPS) ise seti kullanın frekans aralıkları abonelerin hizmetlere çoklu erişimi için her kanalın zaman aralıklarına (TDMA için) bölünmesiyle hücresel ağ, o zaman CDMA'da her şey farklıdır.
CDMA kullanımları doğrudan teknoloji Sekans (Sahte Gürültü) Yayılmış Spektrum (geniş spektrumlu doğrudan sekans (sözde gürültü)). DSSS'nin temeli, gürültü benzeri bir taşıyıcının ve gerekli olandan çok daha geniş bir bant genişliğinin kullanılmasıdır. geleneksel yöntemler modülasyon. DSSS 1940'larda icat edilmiş olmasına rağmen, ticari kullanım ancak 1995'te başladı. Bunun nedeni, DSSS kullanarak küçük boyutlu alıcı-vericiler oluşturmaya izin veren teknolojilerin olmamasıdır.
Kısaca CDMA hakkında.
Bir veri akışı tarafından örneğin 9600 bps hızında modüle edilmiş bir dar bant sinyali düşünün. 1,25 Mbps gibi çok daha yüksek bir hıza sahip benzersiz, tekrar eden, sözde rastgele bir dijital dizi olsun. Bir dar bant sinyalinin fazını sözde rasgele bir diziye göre değiştirirsek, bilgi içeren geniş bir spektruma sahip gürültü benzeri bir sinyal elde ederiz. Frekans açısından ne olduğunu düşünürsek, bilgi sinyalinin gürültü benzeri sinyalin (sahte gürültü) spektrumu üzerine "yayıldığı" (yayıldığı) ortaya çıkar. Şimdi geriye bu geniş bant sinyalini yayında vermek kalıyor.
Vericiden alıcıya giderken, diğer vericilerden gelen parazit ve sinyaller sinyale eklenecektir. Alınan ve demodüle edilmiş sinyali ile çarpın tam bir kopya modülasyon için kullanılan gürültü benzeri sinyal (burada alıcı ve vericinin çok yüksek derecede senkronizasyonu gerekir) ve birim frekans başına yüksek enerjiye sahip dar bantlı bir bileşen - iletilen veri akışı elde ederiz. Girişim ve diğer vericilerden gelen sinyaller, kullanılan gürültü benzeri sinyal ile örtüşmediğinden, çoğalma sonrasında spektrum üzerinde daha da yayılacak ve birim frekans başına enerjileri azalacaktır.
Böylece, farklı sözde rasgele diziler (kodlar) kullanılarak, aynı frekans bandında birkaç bağımsız veri iletim kanalı organize etmek mümkündür.
DSSS teknolojisinin yukarıdaki açıklamasının büyük ölçüde basitleştirildiğini söylemeliyim, ancak umarım her şeyin nasıl çalıştığına dair bir fikir verir.
Ve CDMA neden diğerlerinden daha iyi?
Frekans bölmeli kanallara (hem FDMA hem de TDMA) sahip sistemlerde, "yeniden kullanım" (yeniden kullanım) denilen frekans kanalları sorunu vardır. Birbirine karışmaması için komşu baz istasyonlarının farklı kanallar kullanması gerekir. Bu nedenle, BS'nin 6 komşusu varsa (en sık dikkate alınan durum, her BS'nin bölgesi bir altıgen olarak gösterilebilir ve her şey birlikte bir petek gibi görünür :)) o zaman bu BS'nin kullanabileceği kanal sayısı yedidir. ağ için ayrılan aralıktaki toplam kanal sayısından kat daha az. Bu, ağ kapasitesinde bir azalmaya ve yoğun nüfuslu alanlarda BS kurulumunun yoğunluğunu artırma ihtiyacına yol açar. CDMA için böyle bir sorun hiç yok. Tüm BS'ler aynı kanalda çalışır. Böylece, frekans kaynağı daha eksiksiz kullanılır. CDMA ağlarının kapasitesi genellikle TDMA'dan birkaç kat daha yüksektir ve FDMA ağlarından bir kat daha yüksektir.
BS'ye yakın telefonların sinyalleri ile daha uzaktaki aboneleri tıkamamasını sağlamak için, CDMA sorunsuz güç kontrolü sağlar, bu da BS yakınındaki telefonun güç tüketiminde önemli bir azalmaya ve buna bağlı olarak telefonun çalışmasında bir artışa yol açar. şarj olmadan geçen süre.
CDMA ağlarının güzel özelliklerinden biri, bir BS'den diğerine "yumuşak" geçiş olasılığıdır (yumuşak geçiş). Aynı zamanda, birkaç BS'nin bir aboneyi aynı anda "yönettiği" bir durum mümkündür. Abone, başka bir BS'ye "aktarıldığını" fark etmeyecektir. Doğal olarak, bunun mümkün olabilmesi için, BS'nin hassas senkronizasyonu gereklidir. Ticari sistemlerde bu, Amerikan GPS'inden (Küresel Konumlandırma Sistemi) gelen zaman sinyalleri kullanılarak elde edilir. uydu sistemi koordinatların belirlenmesi.
CDMA neredeyse tamamen dijital standart. Genellikle, bilgi sinyalinin tüm dönüşümleri dijital form ve cihazın sadece radyo kısmı analogdur ve diğer standart gruplarından çok daha basittir. Bu, neredeyse tüm telefonun yüksek derecede entegrasyona sahip tek bir mikro devre şeklinde yapılmasına olanak tanır ve böylece telefonun maliyetini önemli ölçüde azaltır.
CDMA'nın dijital doğası, bu teknolojinin kablosuz veri iletimi için kullanılmasına çok elverişlidir. Yukarıda tartışılan örnekte, çok yüksek olmayan bir hız belirledik, ancak mevcut CDMA uygulamaları, ağ kapasitesini düşürme pahasına veri aktarım hızını artırmamıza izin veriyor.
CDMA standartları, konuşmayı dijitalleştirmek için mevcut TDMA standartlarına kıyasla analog sinyal iletiminin kalitesini öznel olarak artıran daha modern bir codec bileşeni kullanır.
CDMA'nın eksilerinden, yeterince geniş ve ayrılmaz bir bant kullanma ihtiyacına dikkat çekilebilir; bu, modern bir frekans kaynağı sıkıntısı ortamında her zaman mümkün değildir ve bu teknolojiyi donanımda uygulamanın büyük karmaşıklığıdır.
CDMA için Beklentiler
Dünyada CDMA'nın gelişimi hızlanıyor. En yaygın standartlar IS-95 (800 MHz) ve CDMA PCS'dir (1900 MHz). Mayıs 2000 itibarıyla 43 ülkede 57 milyondan fazla CDMA abonesi vardı ve Mayıs 1999'dan bu yana kullanıcı sayısı ikiye katlandı. Tarihsel olarak, CDMA Amerika ve Güneydoğu Asya'da en yaygın olmuştur. Çin'in CDMA'yı federal bir standart olarak kabul etmesiyle, bu standardın gezegenimizdeki ana standart haline geleceğine neredeyse hiç şüphe yok.
CDMA standartları başlangıçta veri aktarım işlevini içeriyordu ve bugün neredeyse tüm modern CDMA telefonları kullanıcıya 14.4 Kbps dijital kanal sağlayabiliyor. Ve ağın kendisi veri iletimi için IP protokolünü kullanır. Böylece, CDMA artık tamamen İnternet uyumludur. Daha fazla sorun yok yüksek hızlar. ABD'deki bazı CDMA operatörleri halihazırda 144 Kbps'ye varan hızlarda veri hizmetleri sağlıyor. Ayrıca bu operatörler tarafından kullanılan sistem, dinamik olarak değiştirmenize olanak sağlar. verim istemci etkinliğine ve ağ yüküne bağlı olarak kanal, böylece ağ kaynaklarının kullanımını optimize eder. CDMA Development Group'a göre, 300 Kbps'lik hızlara şimdiden ulaşılabilir, bu da mevcut CDMA standartları 3. nesil için.
CDMA, TDMA sistemlerine kıyasla 3. nesle geçişte çok daha az sorun yaşıyor. TIA/EIA (Telecommunication Industry Association / Electronic Industries Alliance), mevcut IS-95'in geliştirilmiş hali olan bir grup standart cdma2000 (IS-2000) önermiştir. cdma2000 ile selefi arasındaki temel farklar şunlardır: büyük miktar mobil iletişimin organizasyonunda kullanım aralıkları ve fiziksel düzeyde 1 Mbps'ye kadar veri aktarım hızında bir artış. Her türlü hizmeti sağlamak için yeni protokoller de eklenmiştir. IS-95 ile geriye dönük uyumluluk için standardın gerekliliği özellikle dikkate alınmalıdır. Tüm cdma2000 mobil istasyonları IS-95 ağlarında çalışmalıdır ve buna göre tüm cdma2000 baz istasyonları IS-95 mobil istasyonlarına hizmet vermelidir. Ayrıca, cdma2000 ve IS-95 arasında handoff "a (bir hücreden diğerine geçiş) sağlama zorunluluğu vardır. Bu nedenle, IS-95'ten cdma2000'e ağ geçişi kullanıcı tarafından algılanamaz. Standardın sağladığı da dikkat çekicidir. şu anda eski analog standartlar tarafından kullanılan belirli aralıkların kullanımı için (örneğin, Band Class 5 (NMT-450)) bu standartların operatörlerinin 1. nesilden hemen 3. nesile geçmesine olanak tanıyarak kademeli olarak aralıklarının bir kısmını verir. cdma2000 için, yeni ekipman kullanan abone sayısı arttıkça Bununla birlikte, cdma2000 bile mobil ve baz istasyonlarını analog modda çalıştırma özelliğini korur. dijital modun şu veya bu nedenle kullanılması imkansızdır.
Сdma2000, ITU (Uluslararası Telekomünikasyon Birliği) 3. nesil sistemlerin küresel vizyonunu tanımlayan IMT-2000 grubuna, ana radyo arayüzlerinden biri olarak kabul edildi. daha fazla dağıtım. Ayrıca, TDMA teknolojilerine göre avantajları nedeniyle (IMT-2000'de olası radyo arayüzlerinden biri olarak UWC-136 standardı da önerilmiştir), şu anda Avrupa'da CDMA'yı yaymak oldukça mümkündür. şu an TDMA GSM standardının alanıdır.
Kanalların zaman bölümü, V.A. teoremine dayanmaktadır. Spektrumu maksimum frekansla sınırlanan sürekli bir sinyal olan Kotelnikov FC max tamamen zaman aralıklarında alınan ayrık okumalarla belirlenir
Bu durumda, bir kanalın örnekleri arasındaki aralıklarda, diğer kanalların sinyal örneklerini iletmek mümkündür. Böylece farklı kaynaklardan gelen sinyaller birbiri üzerine binmeden ortak bir hatta sırayla bağlanır (Şekil 3.4). Bu tür sinyaller koşulları karşılar doğrusal bağımsızlık ve ortogonallik.
T D - örnekleme zamanı, T k - kanal zamanı, SI - senkronizasyon darbesi
Şekil 3.4 - Kanalların zaman bölümü ilkesinin gösterimi
Şekil 3.5, kanalların zaman bölümü ve bir radyo bağlantısı şeklinde bir iletişim hattı ile çok kanallı bir ölçüm sisteminin bir blok diyagramını göstermektedir. Radyo bağlantısı yerine bazı durumlarda kablolu iletişim hattı kullanılabilir.
Ayrılabilir ölçüm kanallarının oluşturulması için kontrol cihazlarının (CU) çalışması anahtar unsurlar Verici ve alıcı taraflardaki (KU) senkron ve eş fazlı olmalıdır. Bu nedenle, kanallardan biri, bilgi darbelerinden (sinyal sayıları) parametrelerden birinde önemli ölçüde farklılık gösteren bir saat darbesinin iletilmesi için tahsis edilmiştir (Şekil 3.4'teki SI, şundan daha büyük bir genliğe sahiptir: maksimum değerölçüm sinyali okuması). SI, alıcı tarafta bir saat seçici (SS) tarafından tahsis edilir ve alıcı taraftaki kanal sayacını, kanal sayımının başladığı ilk duruma ayarlar, yani. faz içi CU sağlar.
Kanal darbe seçicisi (SKI) alınan sinyalden üretir. grup sinyali CU'nun sayma girişine ulaşan ve bitişik kanallardan numune alma hızında kanal sayacını değiştiren senkron kanal darbesi.
Diyagramdan görülebileceği gibi, SVRK'daki ölçüm sinyallerinin birincil dönüşümü her zaman sürekli sinyallerin ayrık sinyallere dönüştürülmesi, yani örneklemedir. Buna göre modülasyonun ilk aşamasında kural olarak AIM-1 gerçekleştirilir.
D - sensör, KU - anahtar cihaz, UU - kontrol cihazı,
M - modülatör, G - jeneratör, PR - alıcı, DM - demodülatör,
UV - kurtarma cihazı, RU - kayıt cihazı,
SS - saat seçici,
SKI - kanal darbe seçici
Şekil 3.5 - Kanalların zaman bölümü ile ölçüm sisteminin yapısal diyagramı
Kanal anahtarının çıkışından gelen grup sinyali, ikincil dönüştürmeye tabi tutulabilir. Kanal darbesinin genişliği f K, modülasyon sinyaliyle (sensör sinyali) orantılı olarak değişirse, darbe genişlik modülasyonu (PWM) elde ederiz.
Sensör sinyali değişikliği yasasına göre, darbenin ön kenarının referansın kaynağına (genellikle kanal aralığının başlangıcına) göre konumu değişirse, o zaman zaman darbe modülasyonu (TPM) elde ederiz.
Kanal anahtarının çıkışından gelen sinyal de şuna dönüştürülebilir: dijital sinyal, yani kodda. Telemetride, bu tür dönüşüme darbe kodu modülasyonu (CMM) adı verilir.
Modülasyonun ikinci aşamasında, AIM, PWM veya VIM ile sinyaller oluşturan darbe dizisi, taşıyıcıyı genlik (AM), frekans (FM) veya faz (PM) olarak modüle edebilir.
Anlatım 4. Kanalların frekans ve zaman bölümlü çok kanallı ölçüm sistemlerinin avantaj ve dezavantajları
Frekans bölmeli ölçüm sistemleri
Avantajlar
- 1) Her sensörden gelen sinyallerin eşzamanlı (paralel) iletimi, birbirinden bağımsız. Bu nedenle, alıcı tarafta ölçüm sinyallerinin alınmasında pratikte hiçbir gecikme olmaz (iletişim hattındaki artan iletim mesafesiyle artan sinyal yayılma süresini dikkate almazsak).
- 2) Yine her ölçüm kanalından bağımsız sinyal iletimi ile sağlanan sistemin "hayatta kalması".
Kusurlar
1) Sınırlı sayıda ölçüm kanalı.
FDM'deki ortak sinyal yolunun özelliklerinin doğrusal olmaması, uygulanabilecek maksimum kanal sayısında bir sınırlamaya neden olur.
FMS'nin ortak yolunun özelliklerinin doğrusal olmamasının doğrusal olmayan denklemle açıklanmasına izin verin:
sen ÇIKIŞ- grup yolunun çıkışından gelen sinyal, sen- toplayıcının çıkışındaki sinyal. ( doğrusal olmayan eleman, özellikle, bir taşıyıcı modülatör olabilir).
sinyal sen(T) toplayıcıdaki tüm alt taşıyıcıların sinyallerinin toplanmasıyla oluşturulur:
E genliğinin tüm alt taşıyıcıları için = 1 olsun.
(4.2)'yi (4.1)'e değiştirerek çıkış sinyalinde aşağıdaki bileşenleri elde ederiz:
Değiştirme yapalım.
Böylece, grup yolunun çıkışındaki ve buna bağlı olarak alıcı taraftaki tüm bant geçiren filtrelerin girişlerindeki sinyal, yalnızca bileşenleri içermez. Giriş sinyali, aynı zamanda geniş bir kombinasyon tipi frekans seti. Daha fazla kanal N, sinyal spektrumunda daha fazla kombinasyon frekansı görünür.
Az sayıda kanalla ( N 6) hala alt taşıyıcı frekanslarını alabilirsiniz F 1 , F 2 ,…, F N, böylece kombinasyon frekansları çapraz filtrelerin geçiş bantlarına düşmez. Kanal sayısındaki artışla bu artık yapılamaz.
(4.1) ifadesinde kendimizi üç terimle sınırlarsak, o zaman u 1 ± u 2 ± u 3 formunun kombinasyon frekanslarının sayısı kanal sayısıyla birlikte 480'dir. N=10 ve 1820 N= 15. Bu kombinasyon frekansları, kanalın bant geçiren filtrelerinin geçiş bandına düşer ve karışma adı verilen girişim yaratır. Çok sayıda kanalla, doğadaki karışma, dalgalanma gürültüsüne yaklaşır. Bu nedenle, gürültü ile mücadelede olduğu gibi, bu parazitlerle aynı yöntemlerle mücadele etmek gerekir. Yollardan biri, geniş bant modülasyon türlerini kullanmaktır, yani alt taşıyıcılarda AM değil FM kullanmak gerekir. FM kullanımı, ortak yolun özelliklerinin doğrusallığı için gereklilikleri azaltmayı mümkün kılar, bu nedenle FM alt taşıyıcıları, FSDM'de en yaygın şekilde kullanılır.
Ölçüm kanallarının ayrılma ilkeleri
Ölçümde çok sayıda farklı kanal ayrımı ilkesinden bilgi sistemi uygulamada en sık kullanılan kanal ayrımını ayırmak gerekir: çok kanallı (fiber optik kablo), frekans, zaman, kod ve ortogonal (iletişimde).
Kanalların frekans bölümü, her sinyale kendi ayrı frekansının tahsis edilmesiyle farklılık gösterir, böylece her sinyalin frekans bantları, frekansta örtüşmeyen frekans bantlarına yerleştirilir.
için frekans cihazlarının maksimum bilgi kapasitesi elektrik devreleri ve filtreler, çalışma frekansı aralığında (örneğin, bir telefon kanalında) bulunan nispeten az sayıda frekans seçici ile sınırlıdır; bu, dar bant seçicilerin uygulanmasındaki güçlüklerden kaynaklanır. Bu nedenle, nispeten büyük bir bilgi kapasitesine sahip frekans cihazlarında, her bir sinyale ayrı bir frekans değil, birkaç frekansın bir kombinasyonu tahsis edilirken, frekanslar aynı anda veya dönüşümlü olarak iletilebilir.
Frekansların eşzamanlı iletimi ile, toplam sinyal sayısı Nİçin N olası frekanslar ve M bir kod kombinasyonunun oluşumunda yer alan frekanslar,
Her kod kombinasyonunda aynı anda iletilen iki frekans varsa, formül basitleştirilir ve sinyal sayısı
Frekansların seri olarak gönderilmesiyle, herhangi bir zamanda birden fazla frekans iletilmez. Bu, gereksinimleri azaltır doğrusal olmayan bozulma kanalda ve ekipmanda kolayca ulaşılabilir bir değere. Bu nedenle, seri frekans iletimi ile ölçüm kanallarını ayırmaya yönelik cihazlar daha geniş uygulama alanı bulmuştur.
Bu durumda
Her nesnenin iki frekansla seçilmesiyle uygulanan kod için formül basitleştirildi:
İletişim kanalında kullanılan frekans bandı, esas olarak frekans seçicilerin ve üreteçlerin seçici özellikleri ve kararlılığı ile sınırlıdır. Elektrik rezonans devreleri ve bant geçiren filtrelere sahip frekans seçiciler yaygın olarak kullanılmaktadır. Kalite faktörünü artırmak için ferromanyetik çekirdekli indüktörler kullanılır. Frekans seçici bandının daraltılması, iletişim kanalında frekans bandının daha ekonomik kullanılmasını sağlar ve IMS'nin gürültü bağışıklığını geliştirir. Bu nedenle, frekans cihazlarının daha da geliştirilmesi için, dar bantlı elektromekanik frekans seçiciler ve jeneratörlerin yanı sıra ilgi çekicidir. RC– hibrit üretim teknolojisine sahip filtreler ve jeneratörler.
Frekans yöntemleri ayırma, yerel güç kaynakları gerektirmeyen nesnelerin basit frekans seçicileri oluşturmayı mümkün kıldı; bu, bir iletişim kanalı üzerinden dağıtılan kütle kontrol nesneleri için çok önemlidir: boru hatlarında, sulamada, petrol sahalarında vb.
Kanalların zaman bölümü farklıdır, çünkü her biri N iletilen sinyaller, iletişim kanalı sırayla (sırayla) sağlanır. T 1 zaman aralığında ilk sinyal iletilir ve T i zaman aralığında 1. sinyal. Bu nedenle, her sinyalin kendisine atanan ve diğer sinyaller tarafından işgal edilmemesi gereken bir zaman dilimi vardır. İletişim kanalının verici ve alıcı taraflarındaki sinyallerin ayrılması, çalıştırma anahtarları (dağıtıcılar) tarafından senkron ve fazda gerçekleştirilir. Zaman bölmeli sinyallere sahip tüm sistemler için dağıtıcıların senkronizasyonu zorunludur.
Röle elemanlarının sınırsız veya çok büyük çalışma kaynaklarına sahip temassız röle elemanları Sabit bir saat frekansına ve saniyenin çok küçük bir kısmında frekans kararlı anahtarlama döngüsüne sahip cihazların döngüsel çalışmasını kullanmanın uygun olduğu ortaya çıktı. Çoğu durumda, verici ve doğrudan taraflarda saat frekansı olarak 50 Hz'lik ortak bir güç ağı kullanıldı. Bu, distribütörlerin senkronizasyonunu kolaylaştırdı.
Ulusal ekonomide hala kullanılan bu tür cihazlardaki dağıtıcıların döngüsü sırasında, nesnenin çıkış devrelerini seçmek için yalnızca bir hazırlık komutu iletilir. Her döngüdeki yanıt darbe serisinde, tüm TMS hakkındaki bilgiler çok kanallı yöntemle iletilir. Operatör, hazırlık komutunu onayladıktan sonra yürütme komutunu gönderir. Tüm zaman bölmeli cihazlar, komut iletiminin güvenilirliğini önemli ölçüde artıran bir dizi koruma kullanır. TI ve TC sinyallerinin iletiminin güvenilirliği, döngüsel tekrarları ile artar.
Dijital cihazlar olarak da adlandırılan kod bölmeli zaman bölmeli cihazlar, inkar edilemez avantajlar, daha yüksek gürültü bağışıklığı gibi, en iyi kullanım iletişim kanalları, çeşitli koşullara rağmen seri üretim ve uygulamanın çok çeşitli koşullarda birleştirilmesi için büyük fırsatlar Daha sinyal başına sistemdeki bileşenler (parçalar).
Kodlanmış (dijital) cihazlar oluşturmak için olası ve kullanılan ilkelerin çeşitliliği göz önüne alındığında, kendimizi çok işlevli cihazlarda kod sinyallerinin ayrılması ve iletilmesi için genelleştirilmiş, basitleştirilmiş ilkelerin sunumuyla sınırlıyoruz.
Kodlanmış (dijital) cihazlar arasında, sinyal elemanlarının zaman bölümü, iki konumlu kodlar, adres sinyali iletimleri veya çok kanallı olanlara göre adres iletimi ağırlıklı cihazlar bulunur.
Cihazlardaki bilgi aktarım hızı, saat frekansı değiştirilerek geniş bir aralıkta değişebilir ve esas olarak iletişim kanalının bant genişliği ile sınırlandırılır. Saat frekansını değiştirerek iletim hızını değiştirme olasılığının, geniş bir dijital sistem sınıfı için tipik olduğuna dikkat edin. Dijital cihazlar IIS, telgraf ve telefon kanalları üzerinden 50 ile 2000 - 3000 baud ve üzeri hızlarda çalışabilir.
Geçici kanal bölümü (bir iletişim hattının zaman çoğullaması)
Zaman bölmeli çoğullama yöntemi, kanalların zaman bölmeli olduğu çok kanallı iletişim hatlarında kullanılır. Bu bağlantılar darbeli sinyaller taşırken, sürekli sinyaller frekans bölmeli bağlantılar için tipiktir. Yavaş değişen telemetri verileriyle, sinyal dar bant olacaktır (örneğin, sıcaklık verileri düşük bir hızda iletilebilir; örneğin, her 10 saniyede bir) ve tüm radyo bağlantısını böyle bir sinyalle kaplamak son derece ekonomik değildir. İletim verimliliğini artırmak için, sıcaklık değerlerinin iletimi arasındaki duraklamalarda diğer ölçümleri iletmek için aynı iletişim bağlantısı kullanılabilir. İletişim hattının verimli kullanımının, iletişim kanalının her biri kendi değişim hızına karşılık gelen bir frekansta iletilen birkaç ölçülen parametre arasında zaman bölünmesiyle elde edilebileceği açıktır. Böyle bir zaman bölümüyle, ölçülen her değere kendi tekrar eden zaman aralığı atanır. Örneğimizde, birkaç farklı veri grubu 10 saniye içinde iletilmelidir. Ölçülen çeşitli büyüklüklerin değerleri. her değer kendi zaman aralığında, aynı iletişim hattı üzerinden birbiri ardına iletilir. Alıcı, değer akışını kanallara bölebilmelidir, böylece her kanal birincil ölçülene karşılık gelen değer dizileri üretir. Bunu yapmak için, zaman senkronizasyonunu sağlamak veya her veri kaynağının alıcı tarafta tanınabilmesi için her zaman aralığını işaretlemek gerekir. Şek. Şekil 16, tipik bir zaman bölmeli telemetri sisteminin zaman bölmeli çoğullamayı ve işlevsel diyagramını göstermektedir.
Her bir zaman aralığını tanımlamanın yaygın bir yöntemi, iletilen veri değerleri döngüsünün başlangıcında bulunan saat darbelerine, "saat darbelerine" göre konumunu okumaktır. Şek. Şekil 17a, anahtarın ve dekomütatörün daha ayrıntılı fonksiyonel diyagramlarını gösterir.
Pirinç. 16.
a-zaman aralıklarının dağılımı (10 kanal); b-sistemin basitleştirilmiş işlevsel diyagramı.
Anahtar, sinyal kaynaklarından gelen çoklu giriş kanallarını tek bir iletim hattında toplar. Sayaç, her zaman aralığını ve dolayısıyla her veri kaynağı için döngüdeki yeri tanımlar. Örneğin, yukarıdaki diyagramdaki beşinci veri kanalı, sayaç 5 konumundayken veya sayım 5 olduğunda radyo bağlantısına bağlanır. Şekil 17b, basitleştirilmiş bir anahtarlama ve değiştirme devresini göstermektedir. Komütatör anahtarı 1 konumunda olduğunda, dekomütatör anahtarı da aynı konumdadır ve rolü ters yönde çalışan komütatör tarafından oynanır. Bu nedenle, birinci kanalın verileri iletilir ve alınır.Her iki anahtar da senkronize çalışır.
Pirinç. 17.
a - fonksiyonel diyagram; b - etkileşim şeması. Senkronizasyon sinyali alıcı cihaz iletişim hattı üzerinden iletilen veya yerel bir osilatör tarafından oluşturulan senkronizasyon darbelerinden çıkarılabilir.
Saat darbesi, döngü başlangıcının doğru zamanlamasını sağlayarak tutarlı geçiş ve dekomütatör anahtarlaması sağlar. Anahtar ve dekomütatörün aynı donanımı kullandığını unutmayın; fark sadece veri hareketi yönündedir.
Anahtarlama ve dekomütasyon, sabit bir frekans senkronizasyonu ile kontrol edildiğinden, anahtarlama frekansı da sabittir ve her bir zaman periyodunun süresi aynıdır. Ancak bu, farklı veri kaynakları için önemli ölçüde farklı bant genişliklerinin gerekli olduğu durumlarda dezavantajlı olabilir. Bant genişliği ve anahtarlama frekansı arasındaki ilişkiyi anlamak için veri örnekleme sürecini dikkate almak gerekir.
Daha önce belirtildiği gibi, bir sinüzoid anlık değerlerinin bir dizi örneğinden yeniden oluşturulabilir. 1 kHz sinüs dalgasını yeniden oluşturmak için yüksek sadakat(%1'den az bozulma) sinyalin her periyodundan en az 5 örnek gerektirir. Bu nedenle, 1 kHz frekansa sahip bir sinyal, saniyede 5000 değer oranında örneklenmelidir, yani ölçülen değerin periyodu başına 5 örnek. Her biri saniyede 5000 örnek örnekleme hızı gerektiren 10 veri kaynağından (1 kHz bant genişliğine sahip) sinyal değiştirmek istiyorsak, o zaman 10 × 5000 örnek / sn anahtarlama hızı gerekir. = 50000 örnek/s. Anahtar, kaynaktan kaynağa 50 kHz'lik bir frekansta (her 20 ms'de) geçiş yapmalıdır, böylece her bir sinyal kaynağı her 10 anahtarda bir, yani her 20 ms'de bir, ancak 5 kHz'lik bir frekansta sorgulanacaktır. Saat hızı, yani saniyedeki saat döngü sayısı 5000 döngü/s olacaktır. Anahtarlama frekansı, saat hızı çarpı sistemdeki veri kaynaklarının sayısı veya saat hızı çarpı saat başına darbe sayısına eşittir (5000×10=50000 darbe/sn). İletişim hattı, darbeli verileri bu kadar yüksek bir hızda (50.000 darbe/sn) algılanabilir bir bozulma olmaksızın iletebilmelidir. Bu, bir iletişim sistemine ihtiyaç duyulduğu anlamına gelir. 50.000 Hz'den çok daha büyük bir bant genişliği ile.
Şekil l'de gösterilen sistemdeki çeşitli kaynaklardan veri örnekleri. 16b taşıyıcıyı doğrudan modüle eder. Bu tür doğrudan modülasyona ek olarak, Şekil 1'de kesikli çizgilerle gösterildiği gibi, sırayla taşıyıcıyı modüle eden bir alt taşıyıcıyı modüle etmek için veri örneklerinin kullanılması sıklıkla söz konusudur. 16b. Bir grup kaynaktan veri örnekleri böylece bir FDM sistemindeki alt taşıyıcılardan biri üzerinde iletilir. Bu, her iki kanal çoğullama yönteminin aynı iletişim bağlantısında kullanılmasına izin verir. Kendi başlarına, veri örnekleri, genlik darbe modülasyonu (PAM) sırasında sinyalin darbe değerlerinden başka bir şey değildir, yani. bilgi genlik darbe modülasyonludur. Bu tür AIM sinyalleri bir alt taşıyıcıyı modüle ettiğinden (örn. FM ile), o da daha sonra taşıyıcıyı modüle ettiğinden (örn. FM tarafından da), sonuç bir AIM/FM/FM sistemidir.
Şimdi, sinyal örneklemenin bir iletişim sisteminin bant genişliği üzerindeki etkisini gösteren bir örneği ele alalım.
70 kHz merkezli bir alt taşıyıcı tarafından modüle edilen (FM) 100 MHz'lik bir taşıyıcı düşünün. Bilgi kullanılarak aktarılır frekans modülasyonu alt taşıyıcı 70 kHz. Böylece bir FM / FM iletişim kanalına sahibiz. Standartlara uymak için alt taşıyıcı frekans sapması ±%15 ile sınırlandırılmalıdır. Bu, 5'lik bir modülasyon indeksi ile bilgi bant genişliğinin 2100 Hz ile sınırlı olduğu, yani önerilen çoğullamalı sistem için gerekli olan 50.000 Hz bant genişliğinden çok daha dar olduğu anlamına gelir. Saat başına örnek sayısı bire düşürülürse, yani veri kaynaklarından birinin bırakılması anlamına gelir, o zaman 5 kHz'lik bir anahtarlama frekansı gerekir, yani 70 kHz alt taşıyıcıda mevcut olan 2100 Hz bant genişliğinden daha geniştir. Tek bir veri kaynağı durumunda, kanal çoğullamaya gerek olmadığını ve dolayısıyla doğrudan sürekli iletimin (örnekleme olmadan) mümkün olduğunu unutmayın. Bu durumda 2100 Hz bant genişliği, tek bir kaynak sinyali için gereken bant genişliğinin iki katıdır (önceki örnekte 1 kHz). Bant genişliği verimliliğindeki bu düşüş (örnekleme için 5 kHz bant genişliği gerekir, örneklenmemiş için yalnızca 1 kHz gerektirir) sinyal örneklemenin doğasından kaynaklanır. Her dönem için beş anlık sinyal değeri örneği oluştururken sürekli sinyal sinyal bant genişliğini beş kattan fazla ve dolayısıyla gerekli kanal bant genişliğini genişletiyoruz. Çok sayıda kaynaktan gelen sinyalleri iletmek için tek bir alt taşıyıcı kullanılmasına rağmen, frekans bandı verimsiz bir şekilde kullanılır, ancak bunun, kaynaklardan gelen dar bantlı sinyallerde kendini gösteren avantajları vardır. Bu nedenle, sinyal örneklemesi gerektiren zaman bölümü, çoğunlukla düşük bant genişliği gereksinimleri olan uygulamalarda kullanılır. Fakat geniş bant sinyalleri uzun getirmeler kullanılarak iletilebilir. Bu yöntemde her numunenin süresi bilgi periyodundan çok daha uzun olup periyotlarının 5 veya daha fazlasıdır. Bu, örneğin tek bir anlık değer içermediği, ancak belirli bir saat aralığında iletilen sonlu bir sinyal değerleri segmenti içerdiği anlamına gelir. Bu yöntemle belirli bir kaynaktan niformasin iletiminin kesilmesi sırasında herhangi bir veri kaybı olmadığından emin olmak gerekir.
Yukarıda iletim modunun FM/FM olduğu varsayılmıştır. Bu nedenle, her bir zaman aralığında, değişen alt taşıyıcı frekansı, o anda örneklenen ölçülen büyüklüğün değeridir. Bu zaman aralığında, alt taşıyıcının merkezinden frekans sapması, alt taşıyıcının frekansını modüle eden örnekleme voltajına karşılık gelir. Bu zaman aralıklarının genişliği sabittir ve dizilerinin döngüsü bir senkronizasyon darbesi ile belirlenir. Senkron darbesi, maksimum frekans sapmasına neden olur ve olağan sürenin iki katına eşit bir süreye sahiptir. Genişletme, senkronizasyon darbesini sinyal örneklerinin darbelerinden ayırmak için gereklidir.
Standartların oluşturulması ve iletim hatlarının özelliklerinin kontrolü, çeşitli devlet veya uluslararası kuruluşlar tarafından gerçekleştirilir (hatların niteliğine bağlı olarak: uydu telemetrisi - uluslararası anlaşmalara göre, endüstriyel telemetri - devlet kontrol organları tarafından vb.). Örneğin, saat frekansı±%5 aralığında sabit tutulmalıdır (uzun vadeli kararlılık); çubuk uzunluğu en fazla 128 zaman aralığı vb. ile sınırlıdır. (IRIG, "Telemetri Standartları"). Ayrıca, yüksek alt taşıyıcı frekanslarında bant genişliğinin genellikle daha geniş olduğunu unutmayın; bu nedenle anahtarlama frekansı daha yüksek olabilir.
Verimliliği artırmak için bazen farklı kaynaklar için farklı bir örnekleme hızına sahip olmak yararlı olabilir.
Geniş bantlı bir kaynak, dar bantlı bir kaynağa göre daha sık sorgulanmalıdır. Bu, anahtarın ve dekomütatörün iç bağlantılarında yapılacak basit değişikliklerle kolayca elde edilir. Örneğin, on noktalı bir anahtarda (kanal çoklayıcı) 1 ve 5 konumlarını bağlarsak, o zaman 1 ve 5 konumlarına bağlı veri kaynağı bir döngüde iki kez, yani frekansın iki katında sorgulanacaktır. Bir alt komütasyon yapmak da mümkündür, örn. ek bir sayıda kaynaktan veri iletimi için süresi parçalara bölünmüş bir veya daha fazla zaman aralığı tahsis edin. Ana çevrim aralığının süresi, alt anahtar için bir alt çevrim haline gelir.
Bu teknikler, sistemin çok çeşitli bant genişliği gereksinimlerine uyarlanmasını kolaylaştırır.