Введение. 1 Частотное разделение каналов 11

Содержание

Введение 4

1 Частотное разделение каналов 11

1.1 Принцип частотного разделения каналов 11

1.2 Построение каналов электросвязи 15

1.2.1 Параметры электрических сигналов 15

1.2.2 Уровни передачи 18

1.2.3 Организация каналов двухстороннего действия 19

2 Временное разделение каналов 25

2.1 Принцип временного разделения каналов 25

2.1.1 Теорема Котельникова 28

2.1.2 Аналого-цифровое преобразование 29

2.2 Принцип передачи аналоговых сигналов по каналам СП с ВРК 34

2.2.1 Дискретизация сигналов во времени 34

2.2.2 Другие виды модуляции, используемые в системах связи с ВРК 38

3 Цифровые виды модуляции в СП с ВРК 41

3.1 Принцип импульсно-кодовой модуляции в цифровых системах передачи с ВРК ИКМ-ВД 41

3.1.1 Импульсно-кодовая модуляция 41

3.1.2 Равномерное квантование 42

3.1.3 Неравномерное квантование 44

3.1.4 Кодирование 47

3.2.1 Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция 52

3.2.2 Принцип дельта-модуляции в ЦСП 54

3.3 Кодирующие и декодирующие устройства 60

3.3.1 Кодирующие устройства с линейной шкалой квантования 60

3.3.2 Кодирующие устройства с нелинейной шкалой квантования 65

3.3.3 Декодирующие устройства 67

4 Принцип построения ГО и организация синхронизации в ЦСП 70

4.1 Формирование управляющих сигналов в генераторном оборудовании 70

4.1.1 Основные принципы построения ГО в ЦСП 70

4.1.2 Реализация взаимодействия отдельных блоков ГО в первичной и вторичной ЦСП 72

4.2 Тактовая синхронизация управляющих устройств 77

4.2.1 Виды синхронизации и требования, предъявляемые к устройствам синхронизации 77

4.2.2 Параметры и формирование синхросигналов ЦСП 79

4.3 Приемники синхросигнала ЦС и СЦС управляющих 83

4.3.1 Классификация и принцип обнаружения СС на приеме 83

4.3.2 Принципы построения приемных устройств СС 86

Введение

Дисциплина «Многоканальные системы передачи» предусматривает изучение теории систем передачи многоканальной электросвязи, принципов построения и характеристик типовых каналов передачи, принципов действия и устройства основных узлов аппаратуры цифровых систем передачи (ЦСП), принципов построения АСП, ЦСП и волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), применяемых на магистральных и местных сетях ЕСЭ РФ.

Теоретической базой для изучения дисциплины является изучение дисциплин: «Цепи и сигналы электросвязи», «Электронная техника», «Вычислительная техника», «Сети связи» и «Автоматическая коммутация».

В курсе дисциплины в течении трех семестров студент должен получить знания:

- о принципах построения каналов электросвязи и качественных показателях их работы;

- об устройстве и принципе действия основных узлов аппаратуры ЦСП и ВОСП и упрощенные схемы отдельных узлов;

- о принципах построения аппаратуры с ЧРК и ВРК;

- об основных технических характеристиках, функциональных схемах и конструкциях современной аппаратуры ЦСП;

- о топологии и принципах построения синхронной цифровой иерархии SDH (СЦИ);

получить умения:

- производить измерения основных параметров каналов ТЧ и трактов систем передачи;

- обрабатывать результаты измерений и устанавливать их соответствие действующим нормам;

- читать структурные и развернутые функциональные схемы основных узлов ЦСП и ВОСП;

- принимать правильные решения в стандартных и аварийных ситуациях.

Современное состояние и перспективы развития цифровых и волоконно-оптических систем передачи

XXI век показывает, что человечество в развитии телекоммуникаций движется по пути создания глобального информационного общества (ГИО). Можно предположить, что это такое общество, в котором информатизация и телекоммуникации будут определять новую ступень развития экономики, социальной сферы, культуры и науки.

В 1995 году Международный союз электросвязи (МСЭ) взял на себя ведущую роль по международной координации работ по электросвязи, направленных на построение глобального ИО. К работе над ИО подключился и Европейский институт стандартов электросвязи (ETSI) с целью создания Европейской информационной инфраструктуры (ИИ). Предполагается создание национальных информационных инфраструктур (в том числе и Российской – РИИ), их объединение в региональные ИИ (например, Европейскую – ЕИИ) и мировую (глобальную – ГИИ).

Глобальная информационная инфраструктура – инфраструктура, которая является технологической основой ГИО. ГИИ должна поддерживать существующие и будущие средства электросвязи, информационные технологии и бытовую электронику, включая интерактивные, вещательные и мультимедийные возможности. Она охватывает проводные и радиосредства связи, стационарные и подвижные сети. Таким образом, ГИИ представляет собой интеграцию электросвязи, информатизации, компьютеризации, баз данных и бытовой электроники. Интеграция указанных областей невозможна без унификации формы представления информации с целью ее передачи и хранения. Такой универсальной формой является цифровая.

Информация передается и обрабатывается в большинстве случаев в виде сигналов электросвязи – электромагнитных колебаний, в изменениях параметров которых и заложена передаваемая информация. Например, речевое сообщение, представляющее собой изменение звукового давления, посредством микрофона превращается в изменяющееся соответствующим образом электрическое напряжение. В этих изменениях и будет содержаться та информация, которая была в исходном сообщении. Характерно, что в данном случае напряжение непрерывно изменяется во времени – такие сигналы называются непрерывными.

В курсе дисциплины будет показано, что при некоторых ограничениях непрерывный сигнал можно представить отдельными его мгновенными значениями, взятыми периодически. Такой сигнал является дискретным (дискретизированным во времени). Отсюда явно можно судить, что для передачи дискретного сигнала линия связи будет использоваться периодически в течение коротких отрезков времени. Поэтому при применении дискретных сигналов можно реализовать принцип многоканальной передачи с временным разделением каналов (ВРК), периодически предоставляя одну и ту же линию связи для передачи сигналов от разных источников.

Какие мгновенные значения примет конкретный сигнал в моменты дискретизации неизвестно. Такие сигналы, мгновенные значения которых образуют бесконечные множества, называются аналоговыми. Аналоговым может быть как непрерывный, так и дискретный (во времени) сигнал.

Прием сигналов в реальных условиях всегда происходит на фоне помех, чувствительность приемника так же конечна. Например, можно утверждать, что звуки со звуковыми давлениями, отличающимися менее чем на 0,01%, будут восприниматься на слух, как одинаковые. Таким образом, перед передачей мгновенных значений сигнала их можно округлить до некоторых, достаточно близких друг к другу, разрешенных значений. Это округление называется квантованием сигнала по уровню или просто квантованием сигнала. Такая операция превращает аналоговый сигнал в цифровой, т.е. в сигнал, мгновенные значения которого образуют конечное множество его разрешенных значений. Теперь с сигналом можно обращаться как с набором чисел, что и определяет универсальность подхода к операциям с сигналами самой разнообразной информации.

Наиболее удобной системой счисления для цифровых электронных устройств является двоичная система. Поэтому обычно операция квантования сочетается с операцией кодирования – записи тех или иных полученных значений в двоичной системе или двоичном коде (в виде последовательности нулей и единиц). Сигналы в цифровой форме отличаются друг от друга, в основном, количественно – необходимой скоростью передачи – количеством бит (число, принимающее значение или «1» или «0») информации в секунду. Кроме того, иногда приходится учитывать и некоторые другие параметры:

- размеры групп одинаковых символов, следующих друг за другом (размеры пакетов символов);

- вероятность появления пакетов определенных размеров;

- процент ошибок, который можно допустить при передаче;

и другие, о которых будет известно позже.

Передача и обработка сигналов в цифровой форме имеет следующие существенные преимущества перед передачей и обработкой аналоговых сигналов:

Унификация различных видов передаваемой информации, что позволяет, в свою очередь, унифицировать оборудование передачи, обработки и хранения информации.

Компьютеризация телекоммуникационного оборудования, которая принципиально невозможна при использовании аналоговых сигналов. В условиях быстро нарастающего информационного обмена без компьютеризации невозможно обеспечить передачу и обработку информации с необходимым высоким качеством.

Интеграция систем передачи информации и систем коммутации - создание полностью цифровых телекоммуникационных сетей. Такие сети обладают высокой надежностью и эффективностью, поскольку позволяют организовывать альтернативные маршруты передачи и выравнивать сетевой трафик.

Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме, позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) символов сигналов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации. Суть регенерации заключается в замене принятого искаженного сигнала на заново генерированный сигнал. При этом обеспечивается возможность использования линий связи, на которых, из-за высокого уровня помех, аналоговые системы передачи применяться не могут.

Цифровые методы передачи весьма эффективны при работе по оптическим линиям, позволяющим организовывать передачу высокоскоростных потоков информации с относительно редким расположением промежуточных станций.

Стабильность параметров каналов. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и других) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства, как будет показано далее, составляют незначительную часть оборудования цифровых телекоммуникационных систем (ЦТС), стабильность параметров каналов таких систем значительно выше, чем аналоговых. Этому также способствует отсутствие в ЦТС с ВРК влияния загрузки системы на параметры отдельных каналов.

Высокие технико-экономические показатели. Передача, обработка и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать весь аппаратный комплекс цифровой сети на чисто электронной основе с широким применением цифровых интегральных схем. Это значительно снижает стоимость оборудования, потребляемую энергию и габаритные размеры. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация телекоммуникационных систем и повышается надежность оборудования.

Иерархия цифровых телекоммуникационных систем

Многоканальные телекоммуникационные системы строятся по иерархическому принципу, который заключается в следующем.

В первичной системе передачи объединяется (мультиплексируется) п исходных сигналов в первичный групповой сигнал (первичный цифровой поток), во вторичной системе т групповых первичных сигналов объединяются во вторичный групповой сигнал и т.д. Таким образом, те или иные групповые сигналы представляют иерархические наборы исходных сигналов или иначе ступени иерархии, из которых и выбирается та, которая соответствует системе передачи с необходимым количеством исходных сигналов. Величины т и п в данном случае являются коэффициентами мультиплексирования.

В начале 80-х годов были разработаны три плезиохронные (как бы синхронные, задающие генераторы которых работают на близких, но не совпадающих частотах) цифровые иерархии (ПЦИ), в которых за исходный сигнал был принят сигнал, передаваемый со скоростью 64 кбит/с, что соответствует сигналу, передаваемому по каналу тональной частоты (ТЧ), но в цифровой форме. Канал, предназначенный для передачи этого сигнала (DS0, Е0,Т0 – цифровой сигнал нулевого уровня) называется основным цифровым каналом (ОЦК). Схема плезиохронных иерархий показана на рисунке 1.

Первая цифровая иерархия, принятая в США и Канаде, имеет четыре ступени с коэффициентами мультиплексирования: 24, 4, 7 и 6, что соответствует 24, 96, 672, и 4032 ОЦК для первой, второй, третьей и четвертой ступени соответственно. С учетом добавления в групповой сигнал на каждой ступени мультиплексирования сервисной информации, сигналы DS1, DS2, DS3, DS4 имеют скорости передачи 1544, 6312, 44736 и 274176 кбит/с (скорости обычно округляют, т.е. 1,5, 6, 45, 274 Мбит/с соответственно).

Вторая цифровая иерархия, принятая в Японии, также имеет четыре ступени, но с коэффициентами мультиплексирования 24, 4, 5, 3, что соответствует 24, 96, 480, 1440 каналам ОЦК. Скорости передачи на 1…4 ступенях иерархии равны 1544, 6312, 32064, 97728 кбит/с (1,5, 6, 32, 98 Мбит/с соответственно).

Рисунок 1 – Схема плезиохронных цифровых иерархий

Третья цифровая иерархия, принятая в Европе и Южной Америке, имеет пять иерархических ступеней с коэффициентом мультиплексирования на первой ступени, равным 30, и с коэффициентами на остальных ступенях, равными четырем. В этой иерархии количество ОЦК на 1…5 ступенях (Е1…Е5) равно 30, 120, 480, 1920, 7680, а скорости передачи равны соответственно 2048, 8448, 34368, 139264, 564992 кбит/с (2, 8, 34, 140, 565 Мбит/с).

На рисунке показаны также рекомендованные пути соединения систем различных плезиохронных иерархий (пути кросс-мультиплексирования) с соответствующими коэффициентами мультиплексирования и даны названия сигналов ступеней иерархий, скорости передачи, а также отмечены ступени, не вошедшие в рекомендации МСЭ-Т.

Системы ПЦИ сыграли в деле цифровизации телекоммуникационных сетей роль, которую невозможно переоценить. С их применением стала возможной электронная коммутация и переход к цифровым сетям интегрального обслуживания. Однако, такие недостатки ПЦИ, как громоздкость процедур ввода/вывода компонентных потоков из потоков высших ступеней, сложность соединений сетей различных ПЦИ и невозможность организации современного менеджмента на сетях, предопределили разработку новой цифровой иерархии. В концепции этой иерархии, получившей название синхронной цифровой иерархией (СЦИ), сделаны наиболее полные выводы о перспективах дальнейшего развития телекоммуникационных сетей. В настоящее время можно сказать, что предполагаемые результаты данной разработки в основном оправдываются.

Главными целями разработки СЦИ являлись:

- упрощение процедуры доступа к компонентным потокам;

- обеспечение возможности развитой маршрутизации потоков;

- осуществление в пределах иерархии эффективного управления сетями любой сложности;

- систематизация иерархического ряда скоростей передачи и продолжение его за пределы рядов ПЦИ;

- разработка стандартных интерфейсов для облегчения стыковки оборудования.

Скорость передачи для первой ступени иерархии СЦИ была выбрана равной 155,52 Мбит/с, которая должна превышать максимальную стандартизированную скорость ПЦИ 139,294 Мбит/с и обеспечивать передачу дополнительной сервисной информации. Скорость каждой последующей иерархической ступени равна учетверенной скорости предыдущей. В настоящее время наибольшее распространение получила аппаратура первых четырех ступеней иерархии, однако существует оборудование, позволяющее получить скорости пятой ступени СЦИ. Ступени иерархии обозначаются как STM-N (синхронные транспортные модули), где N – число объединенных первичных потоков. В таблице 1 указаны ступени СЦИ и соответствующие им скорости передачи.

Таблица 1 - Уровни и скорости передачи СЦИ

Вывод

XXI век четко обозначил движение человечества к созданию глобального информационного общества (ГИО), в котором информатизация и телекоммуникации будут определять новую ступень развития экономики, социальной сферы, культуры и науки. Для этого должны быть созданы информационные инфраструктуры (ИИ): национальные ИИ (например, Российской – РИИ), их объединение в региональные ИИ (например, Европейскую – ЕИИ) и мировую (Глобальную – ГИИ). ГИИ, в свою очередь, представляет собой интеграцию электросвязи, информатизации, компьютеризации, баз данных и бытовой электроники. Каждая из этих областей не может быть интегрирована в ИИ без унификации формы представления информации для ее передачи и хранения. Такой универсальной формой является цифровая.

Наряду с плезиохронными цифровыми системами передачи (ПЦИ) в настоящее время широко внедряются синхронные цифровые системы (СЦИ), объединяющие в себе и системы передачи, и системы коммутации.

Контрольные вопросы

1. Что из себя представляет глобальная информационная инфраструктура?

2. Дайте характеристику непрерывным и дискретным сигналам электросвязи, как электромагнитных колебаний, изменяющихся по закону передаваемой информации.

3. Назовите преимущества передачи сигналов в цифровой форме перед их передачей в аналоговой форме.

4. Какие вы знаете цифровые иерархии для передачи и обработки ОЦК?

5. Назовите четыре ступени европейской иерархии и их коэффициенты мультиплексирования.

6. Назовите скорости потоков Е0, Е1, Е2, Е3, Е4 европейской иерархии.

7. Что предопределило разработку синхронной цифровой иерархии?

8. Назовите преимущества СЦИ перед ПЦИ

9. Назовите уровни синхронного транспортного модуля (STM) ступеней СЦИ.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 886; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!