Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Информационные сети и телекоммуникации - файл 1.doc


Лекции - Информационные сети и телекоммуникации
скачать (4654 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc4654kb.16.11.2011 14:58скачать

содержание

1.doc

ЛИНИИ СВЯЗИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Линия связи (ЛС) – совокупность технических средств и физическая среда, которые обеспечивают передачу сигналов от источника к получателю.

Сигналы, используемые для передачи информации, условно можно разделить на два вида:

- электрические сигналы;

- радиосигналы.

В соответствии с видом используемого для передачи сигнала, ЛС также можно подразделить на две основные группы:

- проводные ЛС (направляющие, электрические);

- беспроводные ЛС (радио ЛС).

Определим диапазон частот ЛС, исходя из того, что общий диапазон используемых сигналов лежит в пределах от 0 Гц до десятков МГц.

Для проводных ЛС:

0…300 Гц

подтональный диапазон

300 Гц…3,4 кГц

тональный диапазон

3,4…5,9 кГц

сверхтональный диапазон

свыше 5,9 кГц

высокочастотный диапазон

Электрические ЛС подразделяются на:

- воздушные;

- кабельные.

В свою очередь, кабельные ЛС делят:

- симметричные кабели;

- коаксиальные кабели;

- волоконно-оптические кабели.

Воздушные ЛС классифицируют по виду используемого материала:

- стальные;

- медные;

- биметаллические (внутри сталь, снаружи медь или алюминий).

Воздушные ЛС имеют диапазон частот от 0 до 12 кГц. К ним относят высоковольтные линии электропередач, сети электропередач до 380 V и т.д. Соответственно, диапазон частот кабельных ЛС – от 12 кГц до 10 МГц.

Для радио ЛС:

Диапазон

Диапазон частот

Длина волны

среднедлинноволновый

3…30 кГц

100 м…10 км

длинноволновый

30…300 кГц

10…1 км

средневолновый

0,3 до 3 МГц

1…0,1 км

коротковолновый

3…30 МГц

100…10 м

ультракоротковолновый

30 МГц…30 ГГц

10 м…1 см

сверхинтеркоротковолновый

30 ГГц…3000 ГГц

10 мм…0,1 мм

По характеру распространения радиоволны делят на:

- поверхностные (земные);

- пространственные.

Земные радиоволны распространяются вдоль земной поверхности (на расстоянии до 12 км от земли). В данном слое, называемом тропосферой, работает длинноволновый и средневолновый диапазон.

Пространственные волны распространяются по прямой (свыше 12 км от земли). В слое стратосферы (12 км…60 км) распространяются короткие волны, слой свыше 60 км называют ионосферой, распространение волн в ней зависит от концентрации электронов, которая в свою очередь меняется с изменением климатических условий.


Проводные линии связи

Конструктивно воздушные ЛС представляют собой проводник без изоляционного материала, кабельные ЛС, напротив, представляют собой изолированный проводник.

В зависимости от расположения проводников существуют симметричные электрические кабели и коаксиальные. Симметричный кабель, как правило, представляет собой витую пару двух изолированных проводников. Коаксиальный кабель – это два проводника, один из которых расположен концентрически по центру и изолирован от другого, а второй проводник является оболочкой первого изолированного.

Параметры симметричных и коаксиальных кабелей довольно сильно отличаются друг от друга.

По диапазону частот симметричные кабели можно разделить:

- низкочастотные (до 12 кГц), в свою очередь делятся на абонентские (однопарные) и городские.

- кабели дальней связи (высокочастотные), в свою очередь делятся на воздушные, подводные и т.д.

В основном используемые кабели являются многожильными (используются в магистральных сетях).




Как указывалось ранее, еще одним типом кабельных ЛС являются оптоволоконные ЛС, которые, соответственно названию, подчиняются законам оптики и характеризуются наличием двух оптических сред с разными углами преломления (рисунок 1).

Рисунок 1.

, - коэффициенты

преломления

В зависимости от диаметра оптоволокна и длины волны луча оптоволоконные ЛС делят на:

- одномодовые – диаметр оптоволокна меньше либо равен длине волны светового потока. Величина диаметра от 4 до 8 микрон.

- многомодовые – диаметр оптоволокна больше длины светового потока. Величина диаметра от 0,8 до 1,6 микрон.

В зависимости от характера распространения различают ступенчатые (рисунок 2а) и градиентные (рисунок 2б) оптоволокна.



а) б)

Рисунок 2. Ступенчатые и градиентные оптоволокна

В ступенчатом оптоволокне существенно больше интерференция света, а значит, выше искажения сигнала, чем в градиентном.

Оптические кабели в сравнении с электрическими имеют несколько преимуществ – они не подвержены влиянию внешних электромагнитных полей; имеют более высокую пропускную способность; затухание определяется частотой кварца, что обуславливает относительную дешевизну добываемого материала. Учитывая перечисленные плюсы оптоволокна, перспектива будущего опирается на оптические линии связи.

Основной трудностью в применении оптических ЛС является трудоемкость процесса стыковки.

Первичные параметры проводных ЛС

Все проводные ЛС имеют свои первичные параметры – параметры, характеризующие распространение сигналов, которые в основном зависят от конструкции той или иной линии.

Любая ЛС представляет собой четырехполюсник с распределенными первичными параметрами. Если первичные параметры однородны по всей длине, то такой четырехполюсник является симметричным, что предполагает равенство сопротивлений любого проводника четырехполюсника относительно земли, а также равенство входных сопротивлений четырехполюсника с обеих сторон.

К первичным электрическим параметрам ЛС относят:

1. активное сопротивление;

2. индуктивность;

3. емкость;

4. проводимость.

Эти параметры называют километрическими, поскольку рассматриваются сосредоточенными на один километр.

Пример симметричного километрического четырехполюсника электрической ЛС показан на рисунке 3.



Рисунок 3. Симметричный километрический 4-хполюсник

электрической ЛС

Рассмотрим каждый из первичных параметров подробнее.

  1. Активное сопротивление ЛС можно представить как сумму составляющих:

. (1)

- активное сопротивление постоянному току, которое зависит от типа проводника, его длины и сечения:

,

где - удельное сопротивление материала проводника, - длина проводника; - площадь поперечного сечения.

Активное сопротивление ЛС также зависит от температуры и в некоторой степени от частоты, поэтому в соотношении (1) учтены температурный и частотный факторы, т.е. R=R(ρ, t, f).

  1. Индуктивность – коэффициент пропорциональности между током и потокосцеплением.

Гн/км. (2)

a(см) – расстояние между проводниками;

r(см) – радиус проводников;

К – коэффициент поверхностного эффекта;

μ – магнитная проницаемость.

Первое слагаемое выражения (2) – конструктивная индуктивность (внешняя), второе слагаемое – внутренняя индуктивность (с увеличение частоты эта составляющая уменьшается).

Для кабельных цепей 0,7-0,8 мГн/км

Для воздушных намного больше 2 мГн/км – медные, 9 мГн/км – стальные.

  1. Емкость – коэффициент пропорциональности между зарядом и напряжением (разностью потенциалов).

Ф/км – для воздушной цепи.

Для кабельных цепей емкость намного больше, чем для воздушных, т.к. расстояние между проводниками очень мало и имеется изоляция между проводами.

Тип

Диаметр провода

Расстояние между проводниками

емкость

Воздушные

4 мм

20 см

6,25 нФ/км

Кабельные

4 мм



30,0 нФ/км




  1. Проводимость – величина, характеризующая

Мо/км=См/км

- проводимость изоляции для постоянного тока (зависит от погодных условий);

η – коэффициент диэлектрических потерь изоляторов на которые подвешиваются провода;

- частота.

Для кабельных цепей изоляция не менее 2000 мОм/км (для городских цепей).

Для магистральных более 10000 мОм/км.

Основная проводимость определяется потерями в диэлектриках:

См/км

Вторичные электрические параметры определяются первичными и зависят от сигнала:

  1. входное сопротивление ;

  2. постоянная распространения .

На рисунке 4 условно показана длинная линия.



Рисунок 4





Если линия однородная и симметричная, то g=g0L.

L – длина линии;

g0 – километрическая постоянная распространения.

(непер) - величина затухания.

- сдвиг по фазе.



1 непер=8.686 дБ

1 дБ=0,115 непер



.


Линия без потерь (рисунок 5)



Рисунок 5. Линия без потерь

q=I1t

U1=

I1t=C0U1

Энергия электромагнитной волны E:



Исходя из предыдущего соотношения, энергия электромагнитной волны определяется энергией электрического (первое слагаемое) и магнитного (второе слагаемое) поля.





- волновое сопротивление линии.

Если линия не нагружена, т.е. работает на холостом ходу, то

Zген=Z0 – выходное сопротивление генератора сигнала,

тогда U1=0.5E.

Если линия не согласована, то в ней возникают отражения сигнала, причем коэффициент отражения определяется следующим образом:


;

- сопротивление нагрузки

.


Линия с потерями (рисунок 6)



Рисунок 6. Линия с потерями





(1)

.

Для однородной линии выполняется равенство:

A=D

A2-BC=1

Входное сопротивление линии можно определить согласно следующему соотношению:

, (2)

где , - входное сопротивление линии в режиме короткого замыкания и холостого хода соответственно, которые можно определить следующим образом:

- режим ХХ: , ;

- режим КЗ: , .

Подставим выражения для и в соотношение (2):

,

и учитывая , выражение для входного сопротивления линии с потерями примет вид:

.

С другой стороны, входное сопротивление можно определить как:

.

При :

,

Такое сопротивление называют характеристическим .

Запишем выражение для постоянной распространения:

,

, ,



,

учитывая, что :

,

.

Гиперболические функции синуса и косинуса от величины :

,

.

Т.к. , перепишем два предыдущих соотношения для километрической постоянной распространения, учитывая выражения для и :

,

,



Тогда входное сопротивление линии определится следующим образом:

,

,

.

В общем случае, входное сопротивление зависит от частоты, согласованности, постоянной распространения, длины ЛС.

Если сопротивление нагрузки равно характеристическому, то соответственно входное спротивление также равно характеристическому.

Под длинной линией понимается ЛС, имеющая постоянную распространения, равную 1,5 неп (13 дБ). В этом случае считается , т.е. длина линии не влияет на характеристическое сопротивление.

Характеристическое сопротивление выразим через первичные параметры (рисунок 7).



Рисунок 7

Тогда падение напряжения на малом (элементарном) участке цепи выразим следующим образом:

, ,

,

,

где - коэффициенты относительного изменения напряжения и тока в линии соответственно.

При : , , ,

, ,

, ,

,

.

Если взять в качестве постоянной распространения километрическую постоянную распространения, то:

,

,

,

,

,

где

, .

При : .

При и : .

Зависимость характеристического сопротивления от частоты , характерная для коаксиальных кабелей, представлена на рисунке 8.



Рисунок 8. Зависимость для коаксиальных кабелей

Для : , с учетом : .

Таким образом, входное сопротивление может быть двух типов: волновым и характеристическим.

^ Постоянная распространения – комплексная величина, которая определяется затуханием , как логарифм абсолютной величины действительной части, и фазовым сдвигом , как разностью фаз между входом и выходом.

, .

Затухание и фазовый сдвиг являются функциями частоты.

Если присутствуют обе функции, то в сигнале возникают нелинейные искажения.
В то же время в результате несогласованности входного сопротивления ЛС относительно характеристического также возникают нелинейные искажения. Таким образом, имеем три вида искажений сигнала: частотные, фазовые, характеристические. Эти искажения присутствуют всегда, если имеется сложный сигнал.

Для борьбы с этими искажениями существуют различные методы:

  1. ставят уравнительные четырехполюсники (для выравнивания АЧХ и ФЧХ) – эти четырехполюсники имеют «обратные» частотные характеристики;

  2. для кабельных ЛС удовлетворяет условие:

,

т.к. для кабельных ЛС обычно является малой величиной, то увеличивают . Такой метод называют методом пупинизации.


Неоднородная линия связи (рисунок 9)



Линия согласована, но неоднородна, тогда постоянная распространения такой линии выразится следующим образом:

,

,

.

Общие параметры ЛС:

  1. Скорость распространения сигнала:

фазовая скорость – скорость распространения точки гармонической составляющей. Она определяется следующим образом:

,

где - длина волны (путь, пройденный точкой за период), - период.

.

Т.о., фазовая скорость есть функция от частоты и фазового сдвига и она всегда меньше, чем в безвоздушном пространстве.

Зависимость фазовой скорости в различных линиях связи от частоты представлена на рисунке 10.



Рисунок 10

По рисунку 10 видно, что чем меньше частота, тем меньше фазовая скорость.

групповая скорость – скорость распространения огибающей сложного сигнала.

Рассмотрим сигнал, состоящий из двух гармонических составляющих.



где L – длина линии связи.





Учитывая, что ,

Получаем

В этой формуле и оно максимально, если соs(*)=0 или



Из этого соотношения выразим групповую скорость:



Групповое время задержки (ГВЗ), характеризующее задержанную информацию, проходящую по линии связи, определяется по формуле:

.

Сейчас это время составляет не более 10 мсек.

В линии связи есть фазовые корректоры, которые снижают фазовые искажения.



Учтем, что ;








Тогда



Учитывая, что с увеличением длины волны фаза и скорость падают, то групповая скорость всегда больше фазовой.

Для кабельных линий связи .

Пример: задано изменение частоты (- нормировано)



Всегда можно найти приращение

.








Рабочие параметры линии связи и каналов

В теории связи величина сигнала характеризуется относительными величинами. Относительная величина сигнала называется уровнем.

Различают 3 разновидности уровня:

- абсолютный уровень;

- относительный уровень;

- измерительный уровень.

непер

дБ

Если в качестве относительной мощности взять 1мВт, то такой уровень называется абсолютным (наиболее распространено название стандартного уровня передачи).



Если на входе канала связи стоит генератор с параметрами (сопротивление 600 Ом, мощностью 1 мВт), то на входе канала имеется нулевой уровень.

Важной эксплуатационной характеристикой является диаграмма уровней – распределение уровней по точкам канала передачи.

Возьмем канал передачи:






Разность между входной и выходной мощностями

- остаточное затухание линии.


Первый рабочий параметр канала – остаточное затухание – определяет качество и не зависит от расстояния. Этот параметр нормируется.

АЧХ канала нормируется в виде остаточного затухания.


^ Рабочие параметры линии связи:

К ним относятся:

- рабочие затухания линии;

- переходное затухание (защищенность линии связи).

Под рабочим затуханием линии связи понимается отношение мощности на выходе линии к мощности, передаваемой в нагрузку при отсутствии линии связи.



- максимальная мощность в нагрузке без линии связи.

























.

Где g – постоянная распространения линии.



.



Формула состоит из трех составляющих. Если будет согласована хотя бы одна сторона, то выражение будет состоять из двух составляющих.

Если полная согласованность линии, то ---- ---- ---- это затухание определяет дальность передачи. Этот показатель указывается в паспортных данных.

^

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ. КЛАССИФИКАЦИЯ, СТРУКТУРА, ПАРАМЕТРЫ.


Электрическая сеть – совокупность узлов и линий связи, которая обеспечивает передачу информации.

Информационная сеть – сеть, которая обеспечивает выполнение различных услуг по передаче, хранению, обработке информации.

Сеть может быть:

  • двухточечная



  • Радиальная



  • Древовидная



  • Полносвязанная



  • Кольцевая



Информационные сети в своей структуре имеют все разновидности этих сетей. Маршрут от одного объекта к другому – путь.

Количество независимых путей в сети, которые обеспечивают прохождение сигнала от источника к приемнику – связность сети.

Все узлы связи разделяются на три вида:

  • оконечные пункты

  • сетевые станции

  • сетевые узлы

Оконечные пункты (абонентские) – пункты организации каналов связи.

Сетевые станции – пункты организации групповых трактов передачи.

Сетевые узлы – узлы формирования транзита групповых трактов передачи, а также формирования трактов более высокого порядка.

Чем больше связности, тем выше надежность сети и т.п.



Территориальная классификация сетей подразумевает трехступенчатость:

  • магистральная (сеть между областями и республиками)

  • зональная (древовидная связь внутри республики)

  • местная (в свою очередь делится на городскую и сельскую):

    • городская – это радиально-узловая, где имеются районные станции:

      • абонентские

      • дистанционные

      • магистральные

    • Сельские:

      • абонентские

      • центральные.

Общая длина нашей национальной сети 13900 км. Максимальная длина местной – 100 км. Зоновой – 600 км.

магистральная – 12300 км,

абонентская – 10 км

Современная абонентская линия по активному сопротивлению не должна превышать 1.5 кОм.

Требования к надежности и качеству передачи для аналоговых сетей определяется остаточным затуханием 17 дБ.

Для цифровых сетей определяется коэффициентом ошибок – 4·10-7 , который распределяется на все участки по 10-7.



Глобальная сеть делится на национальную и международную.

По характеру передаваемой информации:

  • первичные

  • вторичные

С момента перехода на цифровые сети они стали называться интегральными.

Первичные сети передачи – это сети передачи любой информации. Они обслуживают групповые тракты передачи.

Вторичные сети передачи – это сети передачи конкретной информации.

Вторичные сети разделяются на:

  • общегосударственные сети

  • корпоративные

  • телетайпные

  • телеграфные

  • телевизионные

  • радиовещательные

  • сети передачи данных

Вторичные сети несут ответственность за качество, своевременность и достоверность передачи информации.

Первичные сети представляют собой групповые каналы для передачи этой информации и отвечают за качество передачи этой информации.

Первым этапом глобальной сети стали интегральные сети.

Сети делятся на:

  • коммутационные

  • некоммутационные (корпоративные, индивидуального пользования, транзит передаваемой информации).

Коммутационные узлы бывают трех видов:

  • узлы выделения

  • узлы переключения

  • узлы транзита

Коммутационные узлы бывают двух типов:

  • с коммутацией каналов

  • с коммутацией сообщений (с коммутацией пакетов).

Коммутация каналов – это создание прямого транзитного канала между отправителем и получателем. По окончании транзита канал распадается.

Достоинства:

  1. своевременная доставка информации.

  2. высокая достоверность передачи

Недостатки:

  1. коэффициент использования каналов очень низкий (всего 25%)

  2. низкая оперативность передачи информации

  3. организация каналов осуществляется самой сетью (коммутация сообщений), т.е. передаваемая информация наделяется адресом и передается в сеть. Сеть по адресу коммутирует и передает.

  4. если имеется большой массив передаваемых сообщений, то требуется большой объем памяти и время передачи после создания каналов.

Поэтому наибольшее распространение получила коммутация пакетов – массив сообщения разделяется на отдельные пакеты максимальной длины и имеется два режима передачи:

    • дейтограмма

    • виртуальная пакетная передача

Виртуальная пакетная передача – заранее на первом узле связи после абонента создается виртуальный канал с помощью маршрутизатора. После его организации пакеты передаются в определенном последовательном порядке. В этом случае каждому пакету не требуется выделение дополнительного адреса.

Недостаток: задерживание передачи информации.

Дейтограммная пакетная передача – это когда отдельные пакеты наделяются своими именами и отдельными маршрутами к абоненту, что ускоряет процесс передачи информации, но на приемном пункте их нужно соединять в определенном порядке.

Коммутационные узлы – коммутация каналов.

Основными каналообразующими условиями является типовой телефонный канал связи. При этом существует две иерархии:

  1. аналоговая (она объединяет типовые каналы)

  2. цифровая

Аналоговая иерархия (первичная) – это иерархия информационной сети группового тракта.



Это основная аппаратура, т.к. позволяет передавать телевизионный канал, шире которого нет.

Цифровая иерархия: 300 Гц – 3.4 кГц

В электрических сетях до последнего времени пропускная способность 64 кбита – типовой канал.

Европейская и российская иерархии – это плезохронная иерархия формирования цифрового потока.



Эта иерархия называется плезохронным потокообъединением. Для того, чтобы выделить каналы вышестоящих иерархий, необходимо ставить соответствующее оборудование. Это существенный недостаток, поэтому появилось синхронное потокообъединение, здесь основной нулевой пропускной способностью является ячейка.





Параметры типового аналогового телефонного канала:

  1. Полоса пропускания тонального частотного канала (ТЧ): . С защитным каналом до 4 кГц.

  2. Входное и выходное сопротивления: .

  3. Измерительная частота: 800 Гц (на этой частоте происходят все измерения).

  4. Измерительный уровень входного двухстороннего канала: 0 дБ, -17 дБ – для четырёхпроводного окончания.



Рисунок ???


  1. Остаточное затухание входа и выхода (разница между уровнями)

    • для однонаправленного канала: -17 дБ;

    • для двухстороннего канала: 7.4 дБ.

  2. Мощность – средний уровень сигнала (это абсолютный уровень).

  3. Помеха – взвешенная псофометрическая шумовая помеха (50 тыс. пВт).

Псофометрическая помеха – помеха фильтра с полосой пропускания фильтра, равной полосе пропускания и чувствительности человеческого уха (порядка 100 тыс. пВт).

Взвешенная помеха – помеха фильтра с полосой пропускания от 3 до 3.4 кГц.

Тональный канал имеет стандартизированные допуски на остаточное затухание, т.к. сигнал для получателя не должен зависеть от расстояния.


Рассмотрим структуру общегосударственной автоматизированной телефонной сети;

    • Местная сеть;

    • Зональная сеть;

    • Магистральная сеть.

Местная сеть: - сельская;

- городская.


Городская сеть.

Структура зависит от числа абонентов. Если число абонентов менее 10 тыс., то сеть может быть построена по радиальной структуре с 1-й или 2-мя телефонными станциями.



^ Рисунок ???

РАТС – районная АТС.

В данном случае возможна пятизначная нумерация абонента. Максимальное число абонентов, как правило, 8000, т.к. 0 и 8-ка не используются. Реально же абонентов 5-6 тыс.

Если число абонентов более 10 тыс., то используется многоузловая станция.



^ Рисунок ???


Если число РАТС больше 5, 6, то используют узловой принцип передачи.



Рисунок ???

УВС – устройство входящих соединений.

Если число абонентов 800 тыс. и больше, то структура сети видоизменяется. В каждом узле будут находиться 2 устройства входящих и исходящих соединений.



^ Рисунок ???

Каждая районная АТС городской сети имеет двухстороннюю связь с междугородной телефонной сетью.


Сельская сеть.

Состоит из двух основных узлов:

– центрального;

– узла связи.

Если поселение небольшое (трёхзначные номера), то строится центральная станция с радиальным принципом.



^ Рисунок ???

Если число жителей больше, то дополнительно имеется узловая станция.



Рисунок ???

УС – узел связи.

Как правило связи УС двусторонние, а ЦС – четырёхпроводная связь, т.е. есть входящие и исходящие линии передачи запроса и ответа.

Если экономически невыгодно держать две междугородных АТС, то одну из них связывают с другой, а другая имеет связь с магистральной сетью.


^ Организация групповых трактов передачи типовой аналоговой аппаратуры.


Возьмём 12-ти канальную систему К12.



^ Рисунок ???

Организация К-12 вызывает затруднения.






Имея такую структуру, можно перейти к стандартной каналообразующей аппаратуре К-60. в городских сетях используется КАМА – 20ти канальная каналообразующая аппаратура. Она строится по такому же принципу, что и К-60.



В сельских сетях В -3,-12, -24 сейчас используются К-12.


Генераторное оборудование для К-12.

Должно составлять 12 частот с высокой стабильностью, синхронное когерентное генерирование.



РМ – размножитель мощности

Две ближайшие частоты разнесены физически, чтобы исключить влияние фильтров друг на друга и снизить требования к ним.

Умножитель частот – в нем используется нелинейный элемент – насыщенный трансформатор.



Так достигается высокая стабильность несущих частот.

Каналообразующая аппаратура более высоких рангов.



К-60 – аппаратура зоновой связи.

К-300 – магистральная аппаратура, организуется одночастотная четырехпроводная без вторичного преобразования для двухсторонней связи.





На основании К-300 строится К-1920, которая представляет собой 6 К-300 и 2 К-60.

К-1920 позволяет передавать телевизионный видеосигнал.

К-1920 используется, но не выпускается.


Принципы объединения, формирования и выделения отдельных каналов.

Плезохронный принцип объединения и выделения каналов представлен на рисунке:



Его использование невыгодно, т.к. происходит дублирование аппаратуры. Для цифровых систем стали использовать синхронный принцип формирования и выделения каналов.

Цифровой канал передачи.

Типовым цифровым каналом называется канал, который обеспечивает передачу 64 кбит/с.

В типовом канале остаточное затухание -77.5 дБ, что намного больше, чем у аналогового канала.

Частота дискретизации fд=8 кГц

С=8 кГц=64 кбит/с

N=8

ИКМ сигнал.



=128мкс – цикл передачи. Сколько бы ни было каналов – цикл постоянен. Какой бы ни был длины пакет, он передается за интервал =128мкс.


Дифференциальная ИКМ для передачи в специальных дискретных системах с большой точностью передачи (ДИКМ).

Чтобы поддерживать одинаковую погрешность передачи дискретного сигнала переходят на неравномерное квантование по уровню. Этим самым поддерживается постоянная ошибка, но переменный уровень. Второй метод ДИКМ: дискретизация равномерным шагом (разность между последующим и предыдущим уровнем).



Для увеличения точности и разрядности используется дельта-модуляция. Если изменить частоту квантования больше во много раз, чем требует теорема Котельникова, то

u   => -1

u >  => +1

Иными словами, на выходе системы будет ступенчатый сигнал.



Схемная реализация:

Тактовая частота должна быть в 10 и более раз больше частоты квантования при той же погрешности. Эта модуляция используется для передачи служебных сигналов в цифровых системах передачи.


^ ОРГАНИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ.

Первичной типовой организацией многоканальной системы передачи является ИКМ-30. В литературе по американскому и европейскому стандарту эта аппаратура обозначается Е-1 (европ.) и Т-1 (америк.).


Структура ИКМ-30





В схеме приняты обозначения:

перСУВ – передатчик служебных управляемых и вызывных сигналов

– ФНЧ

m – квантоватор– ключ

Кодер – устройство с однозначным квантованием по уровню и с неравномерным кодированием 8-ю разрядами.

УО – устройство объединения информационных кодовых посылок, единичных сигналов управления, служебных синхросигналов.

ПКл – вторичный преобразователь кода (цифровой модем)

ГОпер – генераторное оборудование передачи

ГТ – генератор тактовой частоты

ПКпр – преобразователь кода вторичного кодирования

УР – устройство разделения

ПрСС – приемник цикловых синхросигналов

ВТЧ – выявитель тактовой частоты

Декодер – декодирующее устройство.

ПрСУВ – приемник служебных сигналов

ВС – временный селектор

Имеются две цикловые синхронизации – по циклам передачи и сверхцикловой синхронизации.

125 мкс и 32 канальных интервала – цикл.

Сверхцикл – синхронизируются 16 циклов.

Приемник синхросигналов обеспечивает синхронизацию по циклам, но не всегда. Сверхцикловую синхронизацию страхует цикловая.


Циклограмма ИКМ-30.



Возможности:

30 каналов тональной частоты и от 1 до 9 каналов передачи дискретной информации со скоростью 8 кбит/сек.

Система работает по низкочастотным кабелям типа ТП и ТГ с диаметром жилы 0.5-0.4 мм. Имеет возможности передавать радиовещательный сигнал вместо 4х каналов тональной частоты, ±3 В на нагрузку 120 См. Остаточное затухание в 2х проводных – максимум 7 дБ, в четырехпроводных – максимум 17 дБ для любой дальности передачи.

Регенерационные пункты – максимальная передача на местности 100км, максимальный переприемный пункт 25 км

Синхронизация сверхцикла передает аварийную сигнализацию и служебную информацию в виде вызовов и ответов.

Вся циклограмма формируется из генераторного оборудования (см. рисунок)

РИСУНОК

fТ=2048 кГц;

fР=2048/8=256 кГц;

fК=256/32=8 кГц;

fЦ=500 Гц;

Распределители (Р) построены по матричному типу (двоичный счетчик с дешифраторной матрицей).

ЗГ (задающий генератор) – высокостабильный кварцевый генератор.

ФТИ (формирователь тактовых импульсов) - делитель.

ВТИ (выявитель тактовых импульсов) – система на резонансном контуре (разомкнутая система тактовой синхронизации).


^ ОБЪЕДИНЕНИЕ ГРУППОВЫХ ПОТОКОВ

РИСУНОК

Объединение потоков происходит посимвольно.

РИСУНОК

Объединение потоков может быть синхронным и асинхронным.

Частота записи и частота считывания не равны fЗ<fС, поэтому схемотехническое решение объединения групповых потоков следующее:

РИСУНОК

При синхронном объединении скорости записи и считывания стабильны. Это может быть обеспечено, если объединение происходит в одном помещении. Но в противном случае, обеспечение стабильности невозможно. Поэтому возникает такая ситуация:

fЗ±∆ f1

fС±∆ f2

Пусть fЗ= fЗ ном-∆ f1., а fС= fС ном-∆ f2 .

Для выравнивания потоков добавляют лишний символ, который называется положительным стафингом. Это служебный символ, поэтому на приемной стороне его необходимо извлечь. Если окажется, что fЗ= fЗ ном+∆ f1 и fС= fС ном+∆ f2 , то в этом случае необходимо сначала извлечь, а на приемной стороне добавить символ (отрицательный стафинг).

Циклограмма.

Циклограмма – цифровой поток, который по циклам имеет 256 импульсов. Цикл разбит на 4 группы. Каждая группа имеет 264 бита.



Команды положительного и отрицательного стафинга передаются тремя символами: положительный стафинг передается тремя нулями (000), отрицательный – тремя единицами (111). Каждый 33-й символ является вставленным или нулевым пропущенным.



Внутризоновые сети, работающие по высокочастотным симметричным кабелям или малогабаритным коаксиальным кабелям, обеспечивают организацию каналов высокой частоты или передачу 60-канальной аналоговой системы и одного ИКМ-30. максимальная дальность – 600 км, расстояние между обслуживаемыми пунктами – 200 км.

^ Синхронное объединение групповых потоков с асинхронным режимом передачи.

СТМ-1 – синхронный транспортный модуль (количество столбцов 270 байт и 9 строк). Байты передаются построчно за 120мкс. При этом асинхронность режима передачи заключается в том, что каждому потребителю выделяется 53-байтная ячейка.




^ Синхронные цифровые системы



Рисунок ???


“-” системы: 1) коммутация каналов

2) требуется выделение отдельного канала передачи (аппаратурные затраты).

Решение: новая пакетная коммутация с синхронным объединением цифровых потоков, где основным пакетом с постоянным объёмом явился синхронный транспортный модуль (СТМ-1), посредством которого организуется высокоскоростная информационная цифровая трасса передачи.


Трасса имеет следующий состав:

  1. Канал передачи

  2. Тракт передачи

  3. Физическая линия (среда) передачи


1) Канал передачи обеспечивает передачу информации от одного потребителя к другому.

2) Тракт передачи обеспечивает передачу пакета информации. Он определяется на секции, которые могут быть регенерационными и мультиплексными.

Сами тракты подразделяются на тракты низшего (скорость до 40 Мбит/с) и высшего (скорость передачи от 40 Мбит/с) порядков.

Мультиплексная секция – секция, где пакет в виде стандартного синхронного транспортного модуля (СТМ) перестраивается, т.е. мультиплексируется (переоформляется информация: убирается, добавляется и т.д.).

Регенерационная секция – секция, где модуль проходит напрямую.

3) Линия связи – а) физическая среда (как правило, оптоволоконная);

б) беспроводная среда.


^ Архитектура трассы



Рисунок ???

ОАЛТ – оконечная аппаратура линии тракта.

Основная аппаратура тракта – коммутационная аппаратура, следовательно, основным трудоёмким изделием является программно-аппаратное содержание.

В качестве коммутирующих устройств используют мультиплексоры ввода-вывода (они имеют несколько 100-н входов) и аппаратуру оперативного переключения (количество входов – несколько тысяч).

Системы получаются программного решения, что позволяет оперативно для передачи выделять любой дискретный канал.


Структура СТМ-1 – модуль, состоящий из:



^ Рисунок ???

AV-4 – оперативный блок (модуль)

VC-4 – виртуальный блок

С4 – информационный блок (блок полезной информации)

Битовое заполнение транспортного блока идёт слева направо построчно.

РОН – запись маршрута движения (куда направляется)

РТМ – указатель записи начала цифрового потока

R – регенерационная секция

М – мультиплексная секция

Максимальная скорость передачи составляет 155.52 Мбит/с. Время передачи этого блока 125 мкс. Т.е. каждый поток идёт с частотой 8 кГц (это стандартная минимальная частота квантования).

В настоящее время основным потоком является поток

ИКМ-30-2048 кбит/с  2 М С1

ИКМ-480-34.36 кбит/с  34 М С3

Если использовать поток ИКМ-1920, то цикл передачи размещается в двух смежных модулях.

СТМ-1

2

34

140

СТМ-1

63

-

-

СТМ-1

43

1

-

СТМ-1

21

2

-

СТМ-1

-

-

1/2

СТМ-1

-

3

-


^ Размещение цифровых потоков в одном СТМ



Рисунок ???

TV2 – секция трансляции (регенерации)

TVG-2 – мультиплексная секция

TVG-3 – мультипликативный адрес разделения


Теперь используют не синхронные, а асинхронные режимы передачи, т.е. каждому пользователю отпускается модуль (ячейка) из 53 байтов; в блок СТМ-1 записываются эти ячейки. Если ячейка пустая, то она не будет занимать место. Ячеечная коммутация даёт возможность абоненту получать и передавать информацию различным потребителям.




Объединение побайтное.



Чистая мультипликативность.

Синхронное оборудование трассы представляется в виде мультиплексоров ввода/вывода и аппаратурой оперативного переключения.

СТМ-1 считается региональной (локальной) сетью, СТМ-16 – глобальной.

Жестко стоят вопросы синхронизации.


АТМ – асинхронный транспортный модуль в виде модуля постоянной длины из 53 байтов.

Независимо от передачи или приема ячейка наполняется. Ячейке присваивается адрес потребителя.

Режимы передачи:

  1. потребитель – сеть

  2. секция – секция

Скорости передачи ячеек могут быть различными – от 8 кбит до 2 Мбит.




На рисунке:

1 – поле управления потоком (4 бита) – адрес фактического пользователя.

2, 3 – виртуальный канал, идентификатор маршрута (8 бит).

4, 5, 6 – вторая часть идентификатора соединения от начала до конца передачи (16 бит).

7 – идентификатор типа передаваемой информации (3 бита).

8 – бит приоритетности: 1 – приоритетная (срочная передача без потерь)

0 – бесприоритетная (информация может потеряться)

9 – поле контроля ошибок (8 бит).


Наполнение ячейки СТМ-1 проходит побайтно обычным мультиплексированием. При этом, если ячейка пустая, она не коммутируется.

Пример:



Синхронизация идет от единого центра, называемого решающим генератором, у которого стабильность 1011.

Все транспортные сети, помимо информационного кольца передачи, имеют так называемое кольцо управления и сигнализации, посредством которого осуществляется СКМ-7.


^ ДОСТУП К ИНФОРМАЦИОННЫМ СЕТЯМ.

Сети:

  1. Цифровые сети, использующие пьезохронную иерархию (узкополосные)

  2. Цифровые сети, использующие синхронную иерархию (широкопоосные)


Для узкополосных сетей стандартизировано 2 вида структур. Выход к сети осуществляется через абонентскую сеть (через витую пару).

Абонентская сеть – сеть, использующая провода РТП и кабели типа П с сечением 0.4-0.5 мм2 .

Исследовано, что по теореме Шеннона, пропускная способность телефонного канала 32 кбит/с (а типовой цифровой канал 64 кбит/с), поэтому передавать по телефонному каналу цифровой сигнал невозможно. Ограничения в телефонном канале до 4 кГц теперь только в аппаратуре станции (АТС). Если рассматривать абонентскую линию как 2 провода, то допустимая полоса пропускания до 1 МГц.

Абонентская линия не имеет постоянной длины, поэтому, в основном, допустимая максимальная длина 7 км.

Организация передачи по абонентской линии:



На рисунке приняты следующие обозначения:

ТЕ1 – цифровой терминал

ТЕ2 – любой (аналоговый) терминал

ТА – телефонный адаптер

NT2 – интеллектуальное устройство, которое может выполнять функции коммутации, концентрирования (т.е. все функции второго и третьего уровня сетевой иерархии)

NT-1 – интеллектуальное устройство, которое обеспечивает физический уровень, как правило протокол Х-25.

Стандартный канал передачи (2 типа):

  1. – по 64 лбита/с

  2. – по 16 кбит/с


Протокол (или кадр) передачи такой (режим работы - полудуплекс):

В – информационный канал

Д – вспомогательный канал

Цикл передачи 250мкс, т.е. с частотой 4 кГц берутся отсчеты .



16 бит – В1

16 бит – В2

8 бит – D

8 бит – вспомогательный

С=192 кбит/с

F – начало кадра

L - ??????????????????????????????

В1 – ЧПИ

L – уравнивает до четного числа, чтобы не было постоянной составляющей

D – бит канала D

L – выравниватель

FА – если есть – многокадровая передача, если нет, то один кадр.

Этот кадр в направлении от терминала в сеть.

Обратный кадр от сети пользователю:



F – уравниватель, что и L

D – повторение передаваемой команды по сети, как подтверждение (эхо).

А – бит активизации (включение терминала пользователя)

N – противоположно FА

FА – то же, что и в первом случае

S – запасной

М – то же, что и FА по определению.

Выход в глобальную сеть абонента – здесь 2 технологии:

1) Для базового протокола:

30В – 64кбит/с

1D – 64 кбит/с

1 контрольный цикловый – 64 кбит/с

длительность цикла 125 мкс, он имеет 32 байта.



l=2048 Мбит/с

Эта технология использует коаксиальный или оптический кабель. Это является недостатком, что привело к появлению новой технологии АDSL.

2) АDSL – асинхронная цифровая абонентская линия. Эта технология позволяет передавать информацию по витой паре, коаксиальному кабелю и по оптоволокну. При этом предусматривается пакетная и панельная коммутации. При пакетной коммутации используется Х.25 и протокол Ethernet. Эта абонентская линия позволяется осуществлять передачу со скоростью 8 Мбит/с.

Весь диапазон частот абонентской линии до 1.1 МГц разбивается на 256 поддиапазонов с полосой пропускания 4.32 кГц. Первый отводится для аналогового телефона, следующие 4 – защитный интервал. Оставшиеся 251 разбиваются на 2:

1 – с разделением от потребителя к сети (от 30 кбит/с до 1 Мбит/с)



2 – с разделением от сети к потребителю (до 8 Мбит/с). В качестве передачи используется дискретная многоканальная модуляция, количество и качество передачи варьируется провайдером по заказу. Цифровой поток с кадром 125 мкс разбивается на определенные биты, каждый бит несет по 8 Кбит/с.

Так как в основном используется 8 бит, 3 бита подвергается фазовой модуляции, а 4-ый бит амплитудной. Для низких скоростей структура выглядит следующим образом:

Вторая структура является чисто аналоговым фильтром, что увеличивает скорость передачи.

Технология АDSL позволяет использовать асинхронный режим передачи АТМ, то есть использовать передачу СТМ-1, максимум СТМ-2.


Скачать файл (4654 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации