Общие принципы построения систем радиосвязи.

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 4Следующая ⇒

1. Телекоммуникации в мировой экономике

Отрасль телекоммуникации начала отыгрывать непосредственную роль в организации национальных ВВП ведущих стран мира с начала 80-х годов ХХ века и к началу 90-х составила 2,1 % ВВП. В 90-х годах доходы компаний, занимающихся телекоммуникациями, выросли до 2,9 % ВВП. В начале ХХІ века совершился кризис всемирного телекоммуникационного сектора. Причиной была переоценка спроса потребителей и ненужные инвестиции в отрасль. Они составили 1 триллион долларов только за период 1999 – 2002 года, а долгосрочная задолженность в это время выросла с 300 до 700 миллиардов долларов. В наше время всемирные телекоммуникации практически вышли из кризисной ситуации, и продолжают свое быстрое развитие. Хотя они пока еще и не стали доминирующей сферой мировой экономики, но плотно заняли важные стратегические позиции в экономике, социальной жизни и политике.

Международный союз электросвязи (МСЭ, англ. International Telecommunication Union, ITU) — международная организация, определяющая рекомендации в области телекоммуникаций и радио, а также регулирующая вопросы международного использования радиочастот (распределение радиочастот по назначениям и по странам). Является специализированным учреждением ООН. Основной целью МСЭ является обеспечить для каждого человека легкий и доступный в ценовом отношении доступ к информации и связи и направлены на оказание ощутимого содействия в социально-экономическом развитии в интересах всех людей. Это достигается либо путем разработки стандартов, используемых для создания инфраструктуры предоставления услуг электросвязи во всем мире, путем справедливого управления использованием радиочастотного спектра и спутниковых орбит, помогающих донести беспроводные услуги до каждого уголка мира, либо посредством предоставления поддержки странам в осуществлении их стратегий развития электросвязи. Целью Союза также является обеспечение и расширение международного сотрудничества в региональном использовании всех видов связи, совершенствование технических средств, их эффективная эксплуатация.

2. Классификация систем электросвязи.

По виду передачи информации все современные системы электросвязи условно классифицируются на предназначенные для передачи звука, видео, текста. В зависимости от среды передачи выделяют электрическую, оптическую и радиосвязь. В зависимости от назначения сообщений виды электросвязи могут быть квалифицированы на предназначенные для передачи информации индивидуального и массового характера. По временным параметрам виды электросвязи могут быть работающими в реальном времени либо осуществляющими отложенную доставку сообщений. Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

3. Количественные параметры сигналов

4. Первичные сигналы электросвязи и их физ. хар-ки

В соответствии с определением, принятым в теории информации, сигнал есть материальный носитель информации. В системах связи сигнал представляет собой процесс изменения во времени и в пространстве некоторой физической величины, характеризующей передаваемое сообщение. Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

Основными параметрами телефонного сигнала являются:

мощность телефонного сигнала P. Согласно данным МСЭ-Т средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым измерительным уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала Pср равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал связи могут поступать сигналы управления, набора номера и пр. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, т.е. средний уровень телефонного сигнала составляет Рср = 10 lg (32 мкВт/1мВт) = - 15 дБ;

коэффициент активности телефонного сообщения, т.е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25..0,35.

динамический диапазон определяется выраженным в децибелах отношением максимальной и минимальной мощности сигнала   (дБ). Динамический диапазон телефонного сигнала составляет Dс=35...40 дБ;

пик-фактор сигнала , который составляет 14 дБ. При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой исчезающе мала, равна 2220 мкВт (+3,5 дБм0);

энергетический спектр речевого сигнала - область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала, где П²(f)- спектральная плотность среднего квадрата звукового давления; По- порог слышимости (минимальное звуковое давление, которое начинает ощущаться человеком с нормальным слухом на частотах 600..800 Гц); Df = 1 Гц. Из Рис.3.4 следует, что речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50..100 Гц до 8000..10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300..3400 Гц. Эти частоты приняты МСЭ-Т в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около 90%, разборчивость фраз - более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания.

Сигналы звукового вещания. Источником звука при передаче программ вещания обычно являются музыкальные инструменты или голос человека.

Динамический диапазон вещательной передачи следующий: речь диктора 25..35 дБ, художественное чтение 40..50 дБ, вокальные и инструментальные ансамбли 45..55 дБ, симфонический оркестр до 65 дБ. При определении динамического диапазона максимальным считается уровень, вероятность превышения которого равна 2%, а минимальным - 98%.

Средняя мощность сигнала вещания существенно зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым измерительным уровнем средняя мощность составляет 923 мкВт при усреднении за час, 2230 мкВт - за минуту и 4500 мкВт - за секунду. Максимальная мощность сигнала вещания в точке с нулевым измерительным уровнем составляет 8000 мкВт.

Частотный спектр сигнала вещания расположен в полосе частот 15..20000 Гц. При передаче как телефонного сигнала, так и сигналов вещания полоса частот ограничивается. Для достаточно высокого качества (каналы вещания первого класса) эффективная полоса частот должна составлять 0,05..10 кГц, для безукоризненного воспроизведения программ (каналы высшего класса) 0,03...15 кГц.

Факсимильный сигнал формируется методом построчный развертки. Частотный спектр первичного факсимильного сигнала определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки и размерами сканирующего пятна. Для параметров факсимильных аппаратов, рекомендованных МСЭ-Т, верхняя частота сигнала может составлять 732, 1100 и 1465 Гц. Динамический диапазон сигнала составляет около 25 дБ, пик-фактор равен 4,5 дБ при 16 градациях яркости.

Телевизионный сигнал также формируется методом развертки. Анализ показывает, что энергетический спектр телевизионного сигнала сосредоточен в полосе частот 0..6 МГц. Динамический диапазон DС » 40 дБ, пик-фактор 4,8 дБ.

Основным параметром дискретного сигнала с точки зрения его передачи является требуемая скорость передачи (бит/с).

Аналогичные параметры определяются и для каналов связи. Параметры каналов связи должны быть не меньше соответствующих параметров сигналов.

Свести параметры аналоговых сигналов к единому параметру (скорости передачи) позволяет преобразование этих сигналов в цифровые (см. подраздел 8.2 "Цифровая обработка аналоговых сигналов").

5. Классификация сетей электросвязи (см. таблицу)

6. История создания телефонных станций и сетей

АТС – устройство, позволяющее передавать сигнал вызова от одного телефонного аппарата к другому. Она обеспечивает установление связи и её разрыв между абонентами.

Патент на АТС был выдан в 1879 году коллективу американских учёных. Спустя 8 лет русский изобретатель Мосцицкий разработал схему станции на 6 телефонных номеров, получившую название «самодействующий центральный коммутатора», выдвинув идею релейной телефонной станции.

С развитием технологий стали появляться всё новые типы автоматических телефонных станций.

- Старейшие модификации телефонных станций получили название «декадно-шаговые». В качестве средства коммутации в них используется специальное электромеханическое устройство. Несовершенство конструкции, выражавшееся в окислении контактов и вибрации электромагнитов, приводило к большому количеству помех.

- Следующей ступенью развития АТС стали координатные станции. Приборы релейного действия – многократные координатные соединители – играли роль коммутационных устройств. Так называемые регистры принимали и запоминали информацию, маркёры устанавливали соединения на разных ступенях, получая информацию от регистров.

- Квазиэлектронные АТС отличаются тем, что коммутация в них осуществлялась посредством сложных электромеханических устройств – герконов. Кроме того, этот вид телефонных станций обладал процессорным управлением. Этот вид АТС часто заменяет собой координатные станции. Качество связи на неплохом уровне, однако нередко встречающееся нестандартное напряжение этих станций может мешать работе некоторых устройств, например, модемов.

- Электронные АТС заняли свою нишу в качестве офисных телефонных станций малой ёмкости. Коммутация аналогового сигнала реализуется посредством полупроводниковых приборов, управляемых процессором.

- Цифровые АТС оперируют цифровыми сигналами. Этот способ передачи информации гарантирует качество связи и отсутствие потери информации. В абонентском комплекте аналоговый сигнал оцифровывается, после чего предается на АТС.

- IP-АТС – представитель телефонных станций нового поколения. Посредством этого типа АТС передаётся не сигнал, а целый пакет. Транспортный протокол – IP. С помощью IP-АТС осуществляется коммутация соответствующих устройств – VoIP – устройств IP-телефонии.

7. Способы коммутации в сетях электросвязи

Существует четыре принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях:

Коммутация каналов (КК, circuit switching) — организация составного канала через несколько транзитных узлов из нескольких последовательно «соединённых» каналов на время передачи сообщения (оперативная коммутация) или на более длительный срок (постоянная/долговременная коммутация — время коммутации определяется административно, то есть пришёл техник и скоммутировал каналы физически на час, день, год, вечно и т. п., потом пришёл и раскоммутировал).

Коммутация сообщений (КС, message switching) — разбиение информации на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзитному узлу, который приняв сообщение, запоминает его и передаёт далее сам таким же образом. Получается нечто вроде конвейера.

Коммутация пакетов (КП, packet switching) — разбиение сообщения на «пакеты», которые передаются отдельно. Разница между сообщением и пакетом: размер пакета ограничен технически, сообщения — логически. При этом, если маршрут движения пакетов между узлами определён заранее, говорят о виртуальном канале (с установлением соединения). Пример: коммутация IP-пакетов. Если же для каждого пакета задача нахождения пути решается заново, говорят о датаграммном (без установления соединения) способе пакетной коммутации.

Коммутация ячеек (КЯ, cell switching) — совмещает в себе свойства сетей с коммутацией каналов и сетей с коммутацией пакетов, при коммутации ячеек пакеты всегда имеют фиксированный и относительно небольшой размер.

(+ доп. Рис. «пакетная коммутация» в лекциях)

8. История создания телефонных аппаратов. Основные элементы телефонных аппаратов

1753 – первый электростатический телеграф. (Маршала)

1809 – электрохимический телеграф Землеринга.

1861 - Аппарат имел микрофон оригинальной конструкции, источник питания (гальваническую батарею) и динамик. Сам Рейс назвал сконструированное им устройство Telephon.

1876 – Александр Белл, патент на изобретение телефона. Любопытно, что А. Белл пытался изобрести не телефон, а «гармонический телеграф». В то время в телеграфии испытывался огромный дефицит линий.

1878 – русский электротехник П. M. Голубицкий применил в телефонных аппаратах конденсатор и разработал первый русский телефон оригинальной конструкции, в котором было применено несколько постоянных магнитов. В 1885 году Голубицкий разработал систему централизованного питания микрофонов телефонных аппаратов.

1878 – Томас Эдисон предложил использовать в угольных микрофонах вместо угольного стержня угольный порошок, то есть изобрёл угольный микрофон с угольным порошком, который практически без изменений проработал до 1980 года, а в некоторых местах работает до сих пор.

1881 – телефон Якоби, использовал индуктивную катушку для усиления напряжения, т.е. по сути изобрёл телефон с трансформатором.

1910 – 300 тел. Комп. AT&T

Телефонный аппарат:

-микрофон -телефон(динамик)        –батарея          –магнето           -звонок           -переключатель

9. Телефонная линия. Параметры сигналов, передаваемых по телефонной линии.

10. Построение каналов двухсторонней связи 11.

К большинству систем связи предъявляется требование обеспечения одновременной и независимой передачи сигналов в двух направлениях – требование двусторонней связи. Для организации двусторонней связи используются два канала однонаправленного действия, образующих двунаправленный четырехпроводный канал. Проходящие через однонаправленный канал сигналы усиливаются (SА-Б и SБ-А).

Двунаправленный двухпроводный канал образуется из четырехпроводного при помощи развязывающих устройств (РУ). Зажимы 1-1 РУ называют линейными.

Основная трудность при организации перехода от четырех- к двухпроводному каналу с помощью РУ состоит в появлении петли обратной связи (ОС). Сигнал, попадая в двухпроводный канал, начинает циркулировать по петле ОС, что приводит к искажениям формы сигналов и в пределе – к самовозбуждению канала. Затухание, которое претерпевает сигнал, проходя от зажимов 4-4 к зажимам 2-2 РУ, называется переходным. Затухание по петле ОС, равное сумме всех затуханий и усилений, носит специальное название – запас устойчивости. В качестве РУ в современных системах передачи широко используется дифференциальная система (ДС), выполненная на основе симметричного трансформатора со средней точкой (полуобмотки II и III идентичны). В состав ДС входит сопротивление Z3, называемое балансным. Оно приближенно отражает свойства входного сопротивления абонентской линии. К ДС предъявляются требования минимального затухания в рабочих направлениях и максимального переходного затухания. Данные требования выполняются при соблюдении так называемого условия баланса ДС. Условием баланса ДС в направлении 4-4 – 2-2 является равенство входного сопротивления абонентской линии и балансного сопротивления ZВХ=Z3. Условием баланса ДС в направлении 1-1 – 3-3 является равенство входного сопротивления первой полуобмотки дифференциального трансформатора и входного сопротивления направления приема четырехпроводного канала ZВХ.ТР.=Z4.

В случае сбалансированной ДС мощность входных сигналов, подводимых к зажимам 1-1 и зажимам 4-4, передается на соответствующие выходные зажимы 2-2 и 1-1 не полностью, а лишь частично, и входные сигналы испытывают так называемые рабочие затухания ДС а4-1 = а1-2 = 10lg2 = 3дБ. В реальных ДС за счет неидеальности трансформатора рабочие затухания несколько больше.

Переходное затухание а42 реальной ДС также является конечной величиной. Оно зависит, в основном, от точности равенства входного сопротивления абонентской линии и балансного сопротивления. Точно выполнить это равенство на практике не представляется возможным, поскольку к одной и той же ДС могут подключаться абонентские линии с существенно различающимися характеристиками при неизменной величине балансного сопротивления.

Различают две основные схемы:

Однополосная четырехпроводная. Линейные тракты имеют совпадающие спектры. При использовании симметричных кабелей во избежание значительных взаимных влияний линейные тракты размещаются в различных кабелях. Такая схема называется двухкабельной. При использовании коаксиального кабеля взаимные влияния практически отсутствуют, поэтому коаксиальные пары могут размещаться в одном кабеле. Такая схема называется однокабельной.

Двухполосная двухпроводная. Используется один и тот же линейный тракт. При этом связь в противоположных направлениях передачи организуется в разных полосах частот при помощи пары направляющих фильтров ФВЧ и ФНЧ.

11.

12. Основы построения и история развития систем коммутации

Под коммутацией понимается замыкание, размыкание и переключение электрических цепей. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах. На сетях электросвязи посредством коммутации абонентские устройства соединяются между собой для передачи (приема) информации. Абонентские устройства в некоторых случаях называют оконечными устройствами сети. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах (КУ), являющихся составными частями сети электросвязи. Абонентские устройства сети соединяются с КУ абонентскими линиями (АЛ). КУ, находящиеся на территории одного города (населенного пункта), соединяются соединительными линиями (СЛ). Если коммутационные узлы находятся в разных городах, то линии связи, соединяющие их, называются междугородными или внутризоновыми. Коммутационный узел, в который включаются абонентские линии, называется коммутационной станцией или просто станцией. В некоторых случаях абонентские линии включаются в подстанции (ПС). Лицо, пользующееся абонентским устройством для передачи и приема информации, называется абонентом. Для передачи информации от одного абонентского устройства сети к другому требуется установить соединение между этими устройствами через соответствующие узлы и линии связи. Для осуществления соединения на коммутационных узлах устанавливается коммутационная аппаратура. Совокупность линейных и станционных средств, предназначенных для соединения оконечных абонентских устройств, называется соединительным трактом. Число коммутационных узлов между соединяемыми абонентскими устройствами зависит от структуры сети и направления соединения. Для осуществления требуемого соединения коммутационный узел и абонентское устройство обмениваются управляющими сигналами. На КУ соединение может устанавливаться на время, необходимое для передачи одного сообщения (например, одного телефонного разговора), или на длительное время, превышающее время передачи одного сообщения. Коммутация первого вида называется оперативной, а второго - кроссовой (долговременной).

1)Доисторический период. Древняя (в контексте данной статьи) история средств связи включает сигнальные костры и деревянные барабаны, изобретение голубиной почты и фельдъегерской связи, создание оптического телеграфа Шаппа и других средств, ставших элементами "суммы технологий" своего времени и важными вехами в истории цивилизации в целом. 2)Ручные коммутаторы. Первая телефонная станция, обслуживавшая 21 абонента, была установлена в 1878 г. в городе Нью-Хэвен, штат Коннектикут (США). 3)Автоматические телефонные станции (А. Строуджер). 4)Квазиэлектронные и электронные АТС. 5)Цифровые АТС.

13. Современные телефонные станции

Современные системы АТС разделяют на электромеханические, механоэлектронные, квазиэлектронные и электронные.

Электромеханические системы АТС построены на электромеханических коммутационных элементах (искатели, многократные координатные соединители, электромагнитные реле), которые постоянно совершенствовались. Так, в США, Франции, Японии проводились работы по миниатюризации координатных соединителей.

В Швеции разработана новая коммутационная система на кодовых соединителях. В Западной Германии фирмой “Симоне” разработано новое быстродействующее реле ESK.

В механоэлектронных системах АТС разговорный тракт коммутируется электромеханическими коммутационными элементами (например, многократным координатным и кодовым соединителями) под управлением электронных управляющих устройств.

Механоэлектронные АТС — первый положительный опыт применения электроники в телефонной коммутационной технике. Вместе с тем в этих системах АТС не удается в полной мере использовать преимущества электроники и поэтому сохраняются многие недостатки электромеханических систем АТС: сравнительно низкая скорость работы, наличие трущихся частей, открытый контакт, значительный расход электроэнергии, сравнительно большие занимаемые площади, жесткие требования к климатическим условиям и т. д. Поэтому механоэлектронные системы АТС не нашли широкого применения.

В квазиэлектронных системах АТС разговорный тракт коммутируется специальными коммутационными элементами, основные параметры которых максимально приближены к параметрам электронных элементов. Примером таких коммутационных элементов служат электромеханические герконовые реле с магнитоуправляемыми герметизированными контактами “геркон”, “феррид”, “гезакон” и реле ESK. Управляющие устройства этих систем полностью электронные.

В электронных системах АТС разговорный тракт и управляющие устройства построены на бесконтактных элементах. В отличие от механических АТС, в которых используется пространственный способ разделения разговорного тракта, электронные системы АТС, как правило, строятся по принципу импульсно временного деления каналов с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

В настоящее время разработаны квазиэлектронные и электронные системы АТС с централизованным программным управлением, работающие в соответствии с записанной в запоминающих устройствах программой.

16. Основы построения цифровых систем уплотнения телефонных каналов (PDH).

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

В технологии PDH в качестве входного используется сигнал основного цифрового канала (ОЦК), а на выходе формируется поток данных со скоростями n × 64 кбит/с. К группе ОЦК, несущих полезную нагрузку, добавляются служебные группы бит, необходимые для осуществления процедур синхронизации и фазирования, сигнализации, контроля ошибок (CRC), в результате чего группа приобретает форму цикла.

В отличие от более поздней SDH, для PDH характерно поэтапное мультиплексирование потоков, так как потоки более высокого уровня собираются методом чередования бит. То есть, например, чтобы вставить первичный поток в третичный, необходимо сначала демультиплексировать третичный до вторичных, затем вторичный до первичных, и только после этого будет возможность произвести сборку потоков заново. Если учесть, что при сборке потоков более высокого уровня добавляются дополнительные биты выравнивания скоростей, служебные каналы связи и прочая неполезная нагрузка, то процесс терминирования потоков низкого уровня превращается в весьма сложную процедуру, требующую сложных аппаратных решений.

Таким образом, к недостаткам PDH можно отнести: затрудненный ввод/вывод цифровых потоков промежуточных функций, отсутствие средств автоматического сетевого контроля и управления, а также наличие трех различных иерархий. Данные недостатки привели к разработке в США иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной иерархии SDH, которые были предложены для использования на автоматических линиях связи. Из-за неудачно выбранной скорости передачи было принято решение отказаться от создания сети SONET и построить на её основе сеть SONET/SDH.

Структура потока E1 (2048 кбит/с)

Цикл потока Е1 состоит из 32 канальных интервалов, нумеруемых от 0 до 31. Тридцать канальных интервалов (1—15 и 17—31) используются для передачи трафика (например голоса), а два — нулевой и шестнадцатый — для передачи служебной информации, таких как синхронизации и сигнальные сообщения вызовов. Аппаратура уплотнения, объединяющая 30 ОЦК и получающая на выходе первичный цифровой поток E1, называется ИКМ-30.

17. Иерархия построения ИКМ систем (PDH)

Уровень сигнала

Североамериканская иерархия

Название сигнала

Скорость, Кбит/сек

Схема мультиплексирования

Кол-во голосовых каналов

DS1 (T1)

24DS0 — > T1

DS2 (T2)

4T1 — > T2

DS3 (T3)

7T2 — > T3

Европейская иерархия

E1

30DS0 —> E1

E2

4E1 — > E2

E3

4E2 — > E3

E4

4E3 — > E4

Метод мультиплексирования с разделением по времени может быть применен и для первичных цифровых каналов Е1 или Т1. Несколько таких каналов могут быть объединены в один канал с более высокой скоростью передачи в так называемый вторичный цифровой канал. Несколько вторичных каналов, аналогичным образом, могут быть объединены в еще более высокоскоростной третичный канал и т.д. Таким образом можно сформировать различные иерархические наборы скоростей передачи, в зависимости от количества цифровых потоков, подаваемых на вход мультиплексора на каждом этапе мультиплексирования.

Плезиохронная цифровая иерархия ПЦИ (PDH). PDH — это принцип построения цифровых систем передачи, которые используют групповой мультиплексированный ИКМ-сигнал, состоящий из цифровых 30-канальных потоков (2,048 Мбит/сек) и требующий синхронизации скоростей цифровых потоков на входе оборудования группообразования. Такой групповой сигнал, состоящий из нескольких элементарных плезиохронных 30-канальных групп, называется плезиохронной цифровой иерархией ПЦИ (PDH). Базовой системой передачи для построения более высоких уровней PDH является система передачи ИКМ-30.

В соответствии с принятыми в Европе стандартами при построении Цифровых Систем Передачи (ЦСП) объединяются 32 канала по 64 кбит/с. Из них 30 каналов предназначены для передачи пользовательской информации, а два являются служебными и используются для передачи сигналов синхронизации и управления. При этом поочередно из каждого канала передается по одному байту. Длительность цикла составляет 125 мкс, т.е. в групповом сигнале в течение 1 с передаются по 8 000 байт из каждого канала. Это дает цифровой поток, имеющий скорость 8 × 8000 х 32=2048000 бит/с = 2 Мбит/с (далее скорости округляются).

Наибольшее распространение получили две иерархии: Североамериканская и Европейская.

Скоростные ряды и схемы мультиплексирования для каждой из иерархий:

18. Основы построения цифровых «транспортных» систем (SDH).

Синхронная Цифровая Иерархия (SDH) — это технология транспортных телекоммуникационных сетей. Стандарты СЦИ определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов и т. д.

Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей. Базовый уровень скорости — STM-1 155,52 Mбит/с. Цифровые скорости более высоких уровней определяются умножением скорости потока STM-1, соответственно, на 4, 16, 64 и т. д.: 622 Мбит/с (STM-4), 2,5 Гбит/с (STM-16), 10 Гбит/с (STM-64) и 40 Гбит/с (STM-256).

Как работает SDH: Вся информация в системе SDH передается в контейнерах. Контейнер представляет собой структурированные данные, передаваемые в системе. Если система PDH генерирует трафик, который нужно передать по системе SDH, то данные SDH сначала структурируются в контейнеры, а затем к контейнеру добавляется заголовок и указатели, в результате образуется синхронный транспортный модуль STM-1. По сети контейнеры STM-1 передаются в системе SDH разных уровней (STM-n), но во всех случаях раз сформированный STM-1 может только складываться с другим транспортным модулем, т.е. имеет место мультиплексирование транспортных модулей. Поскольку низкоскоростные сигналы SDH мультиплексируются в структуру фрейма высокоскоростных сигналов SDH посредством метода побайтового мультиплексирования, их расположение во фрейме высокоскоростного сигнала фиксировано и определено или, скажем, предсказуемо. SDH имеет высокую совместимость. Это означает, что сеть передачи SDH и существующая сеть PDH могут работать совместно, пока идет установление сети передачи SDH. Сеть SDH может быть использована для передачи услуг PDH, а также сигналов других иерархий, таких как ATM, Ethernet. Базовый транспортный модуль (STM-1) может размещать и три типа сигналов PDH, и сигналы ATM, FDDI, DQDB. Это обуславливает двустороннюю совместимость и гарантирует бесперебойный переход от сети PDH к сети SDH и от SDH к АТМ. Для размещения сигналов этих иерархий SDH мультиплексирует низкоскоростные сигналы различных иерархий в структуру фрейма STM-1 сигнала на границе сети (стартовая точка — точка ввода) и затем демультиплексирует их на границе сети (конечная точка — точка вывода). Таким образом цифровые сигналы различных иерархий могут быть переданы по сети передачи SDH.

19. Основы построения цифровых «транспортных» систем (ATM, ISDN, Ethernet).

ATM (асинхронный способ передачи данных) — сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек фиксированного размера (53 байта), из которых 5 байтов используется под заголовок. В отличие от синхронного способа передачи данных (STM ), ATM лучше приспособлен для предоставления услуг передачи данных с сильно различающимся или изменяющимся битрейтом.

Корневые технологии ATM были разработаны независимо во Франции и США в 1970-х, хотели создать такую архитектуру, которая бы осуществляла транспортировку как данных, так и голоса на высоких скоростях, и использовала сетевые ресурсы наиболее эффективно. В конце 80-х Международным телефонным и телеграфным консультативным комитетом CCITT (который затем был переименован в ITU-T) был разработан набор рекомендаций по ISDN второго поколения, так называемого B-ISDN (широкополосный ISDN), расширения ISDN. В качестве режима передачи нижнего уровня для B-ISDN был выбран ATM. В 1988 г. на собрании ITU в Женеве была выбрана длина ячейки ATM — 53 байт. Для поля заголовка был выбран размер 5 байт, минимальный размер, на который согласилась ITU. В 1990 г. был одобрен базовый набор рекомендаций ATM.

Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет:

- передавать данные по одним и тем же физическим каналам, причём как при низких, так и при высоких скоростях;

- работать с постоянными и переменными потоками данных;

- интегрировать любые виды информации: тексты, речь, изображения, видеофильмы;

- поддерживать соединения типа точка-точка, точка-множество, множество-множество.

ISDN— цифровая сеть с интеграцией обслуживания. Позволяет совместить услуги телефонной связи и обмена данными.

Основное назначение ISDN — передача данных со скоростью до 64 кбит/с по абонентской проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование.

Выбор 64 кбит/c стандарта определяется следующими соображениями. При полосе частот 4 кГц, согласно теореме Котельникова, частота дискретизации должна быть не ниже 8 кГц. Минимальное число двоичных разрядов для представления результатов стробирования голосового сигнала при условии логарифмического преобразования равно 8. Таким образом, в результате перемножения этих чисел (8 кГц * 8 (число двоичных разрядов) = 64) и получается значение полосы B-канала ISDN, равное 64 кб/с. Базовая конфигурация каналов имеет вид 2 × B + D = 2 × 64 + 16 = 144 кбит/с. Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала ISDN может предложить и другие каналы с большей пропускной способностью: канал Н0 с полосой 384 кбит/с, Н11 — 1536 кбит/c и Н12 — 1920 кбит/c (реальные скорости цифрового потока). Для первичных каналов (1544 и 2048 кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 кбит/с.

Сеть ISDN состоит из следующих компонентов:

- сетевые терминальные устройства (NT)

- линейные терминальные устройства (LT)

- терминальные адаптеры (TA)

- Абонентские терминалы

Тип

Полоса

Описание

A

—

Аналоговая телефонная линия, 4кГц.

B

64 кб/с

передача данных или 1 телефонная линия (1 поток оцифрованного звука)

C

8/16 кб/с

передача данных

D

16/64 кб/с

Канал внеканальной сигнализации (управление другими каналами)

E

64 кб/с

Внутренняя сигнализация ISDN

H0

384 кб/с

передача данных

H10

1472 кб/с

передача данных

H11

1536 кб/с

передача данных

H12

1920 кб/с

передача данных

В большинстве случаев применяются каналы типов B и D.

Ethernet — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

20. Передача данных по абонентским телефонным линиям (оборудование «последней мили»).

Несмотря на то, что сеть высокоскоростной передачи данных в той или иной степени охватывает всю страну, доступ к ней конечных пользователей (та самая «последняя миля») может быть сопряжен с техническими и экономическими сложностями. Магистральные линии передачи данных позволяют передавать гигабиты информации, но очень маленькое количество конечных пользователей имеет возможность передавать данные хотя бы со скоростью нескольких сотен килобит. Основными кандидатами на решение проблемы «последней мили» являются следующие технологии. Это цифровая абонентская линия хDSL, кабельные модемы, а также беспроводные и спутниковые технологии.

хDSL (цифровая абонентская линия) — семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала. Технологии xDSL поддерживают несколько вариантов кодирования информации:          

1) 2B1Q: Two-binary, one-quaternary, используется для IDSL и HDSL.

2)CAP: Carrierless Amplitude Phase Modulation - используется для HDSL

3) DMT: Discrete multitone modulation, наиболее распространенный метод, известен также как OFDM.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Службы xDSL разрабатывались для достижения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуры абонента, такой как телефонный аппарат, факс и т. д., скорость работы должна быть выше теоретического предела в 56Кбит/сек., и наконец, они должны обеспечивать постоянное подключение. Широкое применение доступа через xDSL имеет ряд преимуществ по сравнению с технологией ISDN. Пользователь получает интегрированное обслуживание двух сетей – телефонной и компьютерной. Но для пользователя наличие двух сетей оказывается незаметным, для него только ясно, что он может одновременно пользоваться обычным телефоном и подключенным к Интернету компьютером. Скорость же компьютерного доступа при этом превосходит возможности интерфейса PRI сети ISDN при существенно более низкой стоимости, определяемой низкой стоимостью инфраструктуры IP-сетей.

22. Основы построения и организация ВОЛС.

Волс - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам.

С физической точки зрения волоконно-оптический канал является таким же каналом связи как и любой другой. Он содержит основные элементы: приемник, передатчик и непосредственно канал связи (оптоволокно). В передатчике сообщение преобразуется в форму, пригодную для передачи по оптическому каналу ВОЛС. В приемнике информация извлекается и преобразуется в обычную для цифровых каналов форму.

Как правило, оптические волокна в кабеле сгруппированы. Кабели могут содержать до 100 волокон. Таким образом, с помощью одного волоконно-оптическому кабелю можно организовать ВОЛС с сотнями каналов. Однако для этого понадобится большое количество коммутаторов и другого активного оборудования. Несмотря на то, что оптоволоконная система ВОЛС является более сложной, чем медь, три основных компонента линий связи остаются неизменными. Предположим, что по линии ВОЛС передается телефонный сигнал. Аналоговый электрический сигнал от телефона преобразуется в цифровой сигнал, который направляется на оптический модулятор (мультиплексор) волоконно-оптической системы. Модулятор преобразовывает цифровые электронные сигналы в серию двоичных импульсов, и эти оптические импульсы передаются по оптическому каналу. Когда импульс достигает приемника, световой сигнал направляется на фотоприемник, который преобразует световой сигнал обратно в электрический сигнал. Далее сигнал направляется на компьютер или на преобразователь для телефона. Этот световой сигнал, как и многие другие передается по одному каналу, т.е. в луче света одной длинны волны. Это позволяет передавать по одному оптическому каналу до 50000 телефонных звонков одновременно. Возможно использовать алгоритмы уплотнения по времени. Т.к. оптоволокно позволяет передавать много разных цветов, следовательно, в одном физическом канале можно создать множество каналов передачи ВОЛС. Эта способность оптоволокна называется волновым уплотнением. Все длинны волн, используемые в оптоволокне сдвинуты в ИК спектр. Поскольку оптоволокно не передает весь спектр волн, число каналов конечно. Поэтому чем уже полоса пропускания каждого канала, тем больше самих каналов можно организовать. Как правило, интервал между каналами ВОЛС составляет около 1,6 нм. Такие системы, независимо от канала передачи, являются системами с волновым уплотнением, использующими несколько цветов в виде отдельных каналов связи.

23. Элементы ВОЛС (передатчики, приёмники, усилители).

Передатчик ВОЛС

Волоконно-оптический канал ВОЛС начинается с источника света и заканчивается фотоприемником. В качестве источника света, как правило, используется полупроводниковый лазерный диод, который образует ядро передатчика. Отдельный лазер используется для каждого цвета или канала. При производстве оптоволокна каждый лазер вживляется в волокно.

Каждый лазерный луч направляется в специальный оптический аттенюатор, который гарантирует равную интенсивность излучения каждого канала. Это устройство работает также как клапан в водяной системе, реагируя на общую интенсивность излучения. Существует множество реализаций оптических аттенюаторов, и на данный момент не существует единого стандарта. Каждый имеет свои достоинства и недостатки. В конечном счете будет выработан единый стандарт, но сейчас применяется много способов стабилизации лазерного излучения.
Заключительной частью ВОЛС является оптический мультиплексор. Как и в случае с электронной схемой, мультиплексор направляет много сигналов от разных источников в один провод или, в данном случае, по оптическому волокну. То есть различные оптические сигналы (обычно 4, 8 или 16) объединяются в одном волокне для передачи. При этом существует несколько конкурирующих технологий волнового уплотнения.

Канал ВОЛС

В своей простейшей форме канал – это участок оптоволокна между приемником и передатчиком.

Оптическая ретрансляционная станция обычно содержит несколько различных устройств, основная функция которых заключается в очистке сигнала от деградации и его усиления. Сигналы разных цветов в линиях ВОЛС передаются с разной скоростью. Это явление называется хроматической дисперсией. Если хроматическая дисперсия возникает на длинных участках, то это может приводить к помехам в работе соседних каналов и возникновению ошибок. Таким образом, каждая ретрансляционная станция ВОЛС имеет устройство, называемое компенсатором дисперсии.

Следующей задачей узла ретрансляции является усиление сигнала до уровня, необходимого для передачи сигнала дальше по оптоволокну. Это устройство называется волоконным усилителем (EDFA). EDFA делает возможным передачу оптического сигнала на большие расстояния.

Приёмник ВОЛС

Сигналы линии ВОЛС, поступающие на приемник направляются на демультиплексор, который производит разделение каналов в обратном порядке. Затем сигналы преобразуются в электрические, которые может обрабатывать компьютер или телефон. Так заканчивается типичный канал ВОЛС.
Волоконно-оптические каналы используются сегодня в отечественных и международных сетях. Эти системы ВОЛС в конечном итоге получат наиболее широкое распространение, обеспечивая скорость передачи сигнала до нескольких терабайт в сек.

24.Построение локальных вычислительных сетей. Протокол обмена по ЛВС. Сети Интернет.

Коммуникационное оборудование:

Сетевой адаптер – это специальное устройство, которое предназначено для сопряжения компьютера с локальной сетью и для организации двунаправленного обмена данными в сети.

Сетевые кабели:

В качестве кабелей соединяющих отдельные ПК и коммуникационное оборудование в локальных сетях применяются:
1. Витая пара– передающая линия связи, которая представляет собой два провода, перекрученных друг с другом с определенным шагом с целью снижения влияния электромагнитных полей.
2. Коаксиальный кабель – кабель, который состоит из одного центрального проводника в изоляторе и второго проводника расположенного поверх изолятора.
3. Оптический кабель – это кабель, в котором носителем информации является световой луч, распространяющийся по оптическому волокну.

Повторители (repeater) – устройства для восстановления и усиления сигналов в сети, служащие для увеличения ее длины.

Приемопередатчики (трансиверы) – это устройства, предназначенные для приема пакетов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в сеть.

Концентраторы или хабы (Hub) – устройства множественного доступа, которые объединяет в одной точке отдельные физические отрезки кабеля, образуют общую среду передачи данных или сегменты сети, т.е. хабы используются для создания сегментов и являются средством физической структуризации сети.

Мосты (bridges) – это программно – аппаратные устройства, которые обеспечивают соединение нескольких локальных сетей между собой. Мосты предназначены для логической структуризации сети или для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия.

Коммутаторы (switches) - программно – аппаратные устройства являются быстродействующим аналогом мостов, которые делят общую среду передачи данных на логические сегменты.

Маршрутизаторы (routers). Эти устройства обеспечивают выбор маршрута передачи данных между несколькими сетями, имеющими различную архитектуру или протоколы.

Шлюзы (gateway) – устройства (компьютер), служащие для объединения разнородных сетей с различными протоколами обмена.

Протоколы (protocols) — это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) — промышленный стандартный набор протоколов, которые обеспечивают связь в гетерогенной (неоднородной) среде, т.е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Совместимость — одно из основных преимуществ TCP/IP, поэтому большинство ЛВС поддерживает его. Кроме того, TCP/IP предоставляет доступ к ресурсам Интернета, а также маршрутизируемый протокол для сетей масштаба предприятия. Поскольку TCP/IP поддерживает маршрутизацию, он обычно используется в качестве межсетевого протокола. Благодаря своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия.

Радиосвязь — разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.

Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амплитуда сигнала). Далее передаваемый сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей — несущей). Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок).

В зависимости от диапазона радиоволны имеют свои особенности и законы распространения.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?