ПР6 / Тема 06_Технологии мультиплексирования линий связи_
.pdfКОЛБАНЁВ МИХАИЛ ОЛЕГОВИЧ
Доктор технических наук, профессор
Основы технологий мультиплексирования линий связи
1
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ
Цель лекции:
Рассмотреть основные особенности технологий мультиплексирования линий связи в инфокоммуникационных сетях.
Рассматриваемые вопросы:
1.Общие свойства процесса мультиплексирования.
2.Особенности технологий частотного мультиплексирования.
3.Особенности технологий временного мультиплексирования.
4.Особенности технологий кодового мультиплексирования.
2
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи.
КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Принципы распространения данных через инфокоммуникационные системы при помощи электромагнитных колебаний предполагает реализацию четырех сетевых технологий:
- технология передачи данных обеспечивает перемещение данных в пространстве от отправителя к получателю (см. принцип 1 построения инфокоммуникаций);
- технология мультиплексирования (уплотнения), позволяет повысить
использование физических сетевых ресурсов, обеспечивающих процесс передачи (см. принцип 2 построения инфокоммуникаций); - технология коммутации предназначена для организации совместного исполь-
зования отправителями групповых (доступных группе отправителей) сетевых ресурсов, образованных в результате мультиплексирования (см. принцип 3 построения инфокоммуникаций).
- технология
множественного доступа
обеспечивает использование несколькими объектами (пользователями) некоторого общего ресурса сетей доступа к глобальным инфокоммуникационным сетям и системам (принцип 6).
Мультиплексирование
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи.
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ
Когда говорят о мультиплексировании линии связи в общем случае имеют в виду следующую модель:
-к одной и той же физической линии связи при помощи специального оборудования (мультиплексора) подключается несколько отправителей сообщений;
-сообщения всех отправителей в одно и то же время перемещаются по этой линии к получателям на приемную сторону;
-получатели на приемной стороне при помощи демультиплексора принимают из линии связи каждый свое сообщение.
Отправитель сообщений |
Мультиплексированая |
Получатель сообщений |
|||
|
1 |
|
|
||
|
линия связи |
|
1 |
|
|
… |
Мультиплексор |
|
Демультиплексор |
… |
|
Отправитель сообщений |
… |
… |
Получатель сообщений |
||
|
n |
n |
|
||
|
|
|
|
||
помехи
4
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи.
МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ |
||||
– это процесс, позволяющий увеличить пропускную способность физических |
||||
линий связи за счет одновременной передачи по ним нескольких сигналов. |
||||
Проблему увеличения пропускной способности сетей связи можно так же решить путем прокладки |
||||
новых линий, но это возможно только в проводных системах и экономически оправдано только на |
||||
небольших расстояниях. |
|
|
|
|
Мультиплексор – это устройство, реализующее функцию мультиплексирования (он |
||||
объединяет (смешивает) сигналы, отображающие сообщения разных информационных |
||||
источников, перед передачей их в общую физическую линию связи). |
|
|||
Демультиплексор реализует обратную функцию (он разделяет и преобразовывает сигналы, |
||||
поступившие из линии, в независимые сообщения). |
|
|
||
Низкоскоростн |
|
|
|
Низкоскоростные |
|
|
|
линии связи |
|
линии связ |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
Мультиплексор |
Высокоскоростная |
-Демульти плексор |
|
|
. . . |
|||
. . . |
линия связи |
|||
i |
1,…, i,…, m |
i |
||
. . . |
m каналов |
. . . |
||
m |
в одной |
m |
||
|
линии |
|
||
При мультиплексировании физическая высокоскоростная линия связи разделяется на отдельные |
||||
каналы, каждый из которых одновременно с другими каналами может использоваться для организации информационного взаимодействия пользователей.
Доступ к каналу пользователи могут получать через низкоскоростные линий связи.
5
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи.
ИЕРАРХИЧИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПРОЦЕССА МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ
При мультиплексировании образуются иерархические каскады мультиплексоров.
В первом каскаде объединяются информационные потоки нескольких низкоскоростных линий связи, через которые пользователи подключаются к входам сети.
Во втором каскаде объединяются линии, уплотненные в первом каскаде и так далее.
Для выделения исходных информационных потоков необходимо построить соответствующую иерархию демультиплексоров.
|
|
|
От других мультиплексоров |
|
|
|
|||
|
Первый каскад |
|
Второй каскад |
|
Третий каскад |
|
|
||
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
. . . |
|
Мультиплексор |
. . . |
|
|
|
|
||
|
Мульти- |
плексор |
. . . |
Мультиплексор |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
1,…, n |
1,…, n·m |
2 |
1,…, n·m |
3 |
|||||
1,…, n·m |
|
||||||||
. . . |
|
. . . |
. . . |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
m |
|
m |
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Направление увеличения числа каналов |
|
|
|||||
Важной характеристикой уплотненной линии является количество каналов, которое может быть |
|||||||||
образовано в пределах одного медного кабеля, одной оптической линией или одной |
|
||||||||
радиотехнической системой. Оно зависит от выбранного способа выделения каналов, максимальной скорости передачи информации по соответствующей линии связи и той скорости, которая выделяется на отдельные каналы.
6
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи.
ОБРАЗОВАНИЕ КАНАЛОВ ПРИ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИИ
Технологии мультиплексирования используют свойства электромагнитных колебаний и различаются способом образования каналов при уплотнении физической линии связи.
Частота
Часота
Частота
Ч
а
с
т
о
т стота
а
ЧАСТОТНОЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ |
Технологии образования каналов при |
|
||
FDM (Frequency-Division |
мультиплексировнии |
|
||
|
|
|
|
|
Multiplexing) возможно, т.к. электро- |
разделениеВременное |
разделениеКодовое |
Пространственное разделение |
Комбинация технологийразных |
разделениеЧастотное |
||||
магнитные колебания, частоты которых отличаются на достаточно боль- шую величину, энергетически не взаимодействуют друг с другом, распространяясь в одной и той же физи-
ческой среде. Для реализации нужны генераторы и фильтры.
ВРЕМЕННОЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ TDM (Time Division Multiplexing) возможно,
т.к. электромагнитные колебания энергетически не взаимодействуют друг с другом, если занимают одну и ту же физическую среду в разные периоды времени. Для реализации
необходимо синхронизировать работу источников сигналов.
КОДОВОЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ CDMA (Code Division Multiple Access) возможно,
т.к. электромагнитные колебания энергетически не взаимодействуют друг с другом при одновременном распространении по одной и той же физической среде на одной той же частоте, если они ортогональны. Для реализации надо специальным образом кодировать сигналы.
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ ВОЗМОЖНО, т.к. электромагнитные колебания энергети-
чески не взаимодействуют друг с другом при одновременном распространении в разных областях прост-
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи. |
ранства. |
7 |
|
ЧАСТОТНОЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ
Частотное мультиплексирование FDM (Frequency-Division Multiplexing) предполагает, что каналы занимают относительно узкие частотные полосы в отведенных для них частотных диапазонах. Каждый входной сигнал накладывается на частоту своего канала (эту частоту называют несущей) и поэтому в частотной области не перекрывается с другими входными сигналами. Выделение конкретного сигнала из смеси, передаваемой по линии, осуществляется при помощи операции фильтрации. Частотное мультиплексирование реализуется при условии, что ширина спектра передаваемых сигналов существенно ниже, чем полоса пропускания физической среды распространения.
Высокочастотные синусои- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Каналы 1, 2, … n отличаются частотой несущей, каждая из которых |
|||||||||||
дальные несущие сдвигают |
|
|||||||||||
|
моделирует свой низкочастотный информационный сигнал |
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
информационные низкочас- |
|
|
Канал 1 |
|
Канал 2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Канал n |
|
|||||
тотные сигналы относитель- |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
но друг друга так, чтобы они |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Высокочастотные |
|
|
|
|||
заняли неперекрывающиеся |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
несущие |
|
|
|
|||
частотные полосы. |
|
|
|
|
|
|
синусоидальные |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
колебания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Информационный сигнал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Несущая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Канал 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Колебания высокочастотных синусоидальных несущих меняют амплитуду, |
|||
Модулированный сигнал |
|||||
|
частоту и (или) фазу пропорционально величине передаваемых информа- |
||||
имеет амплитуду информа- |
|
||||
|
|
|
|
||
ционного сигнала |
|
ционных сигналов. Каждый информационный сигнал моделирует несу- |
|
||
|
|
|
щую в выделенном для него канале. |
|
|
|
|
|
|
||
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи. |
8 |
||||
|
|||||
|
|
|
|
||
АБОНЕНТЫ ДОСТУПА К ИНТЕРНЕТУ
Индикаторы цифровой экономики 2020: https://www.hse.ru/primarydata/ice2020
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи. |
9 |
|
ЧАСТОТНОЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ В ТЕХНОЛОГИИ ADSL
Одной из востребованных индивидуальными пользователями остается технология ADSL (асинхронная цифровая линия), в которой каналы для приема данных имеют более высокую скорость, чем каналы для передачи данных. Главное ее достоинство – возможность использования старой медной инфраструктуры на абонентском участке.
Провод телефонный ТРП (хлорка)
Абонентский доступ по телефонной линии
Частотное разделение позволяет одновременно использовать линию для передачи голоса и данных. Полоса передачи данных делится на две части:
-частоты от 26 до 138 кГц отведены исходящему потоку данных,
-частоты от 138 до 1104 КГц – входящему.
Фильтр (splitter– частотный разделитель) пропускает к телефонным средствам связи только низкочастотную составляющую сигнала, а к средствам передачи данных – только высокочастотную.
Исхо- |
Вхо- |
дящий |
дящий |
поток |
поток |
данных |
данных |
10
Колбанёв М.О. Технологии мультиплексирования линий связи.