18 Особенности построения цифровых систем передачи.

Основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми.

Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.

Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи. В пределах каждого регенерационного участка искажения передаваемых сигналов оказываются ничтожными. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины линии в 100 раз для сохранения неизменным качества передачи информации достаточно уменьшить длину регенерационного участка лишь на несколько процентов.

Стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть оборудования ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых. Этому также способствует отсутствие в ЦСП влияния загрузки системы на параметры отдельных каналов.

Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов. При вводе дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт ЦСП скорость их передачи может приближаться к скорости передачи группового сигнала. Если, например, при этом будут использоваться временные позиции, соответствующие только одному каналу ТЧ, то скорость передачи будет близка к 64 кбит/с, в то время как в аналоговых системах она обычно не превышает 33,6 кбит/с.

Возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми системами коммутации являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети, обладающей высокими надежностными и качественными показателями.

Высокие технико-экономические показатели. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать оборудование на единых аппаратных платформах. Это позволяет резко снижать трудоемкость изготовления оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габариты. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается их надежность.

18. Иерархии цифровых систем передачи. Европейская плезиохронная цифровая иерархия.

Уровень иерархии	Европа		Северная Америка		Япония
	Скорость Мбит/с	Коэфф. мульти-плекс.	Скорость Мбит/с	Коэфф. мульти-плекс.		Скорость Мбит/с	Коэфф. мульти-плекс.
0	0,064	-	0,064	-		0,064	-
1	2,048	30	1,544	24		1,544	24
2	8,448	4	6,312	4		6,312	4
3	34,368	4	44,736	7		32,064	5
4	139,264	4				97,728	3

Скорости цифровых потоков одной и той же ступени ПЦИ, но образуемых ЦСП, расположенными на различных станциях сети, могут несколько отличаться друг от друга в пределах допустимой нестабильности частот задающих генераторов. Именно поэтому рассматриваемая иерархия ЦСП называется плезиохронной. Наличие нестабильности задающих генераторов требует принятия специальных мер при объединении потоков в поток более высокой ступени иерархии, что заметно усложняет эксплуатацию первичной сети связи в целом и снижает ее качественные показатели.

Принцип объединения и разделения цифровых потоков европейской ПЦИ показан на Рис. 6.31. Очевидно, что оконечные станции должны иметь только половину показанного оборудования. При выделении низкоскоростного потока (например, со скоростью 2 Мбит/с, как показано на Рис. 6.31) на промежуточной станции, последняя должна иметь все оборудование, показанное на Рис. 6.31.

Рис. 6.31. Схема объединения цифровых потоков европейской ПЦИ

На сети связи РФ эксплуатируются ЦСП ПЦИ отечественного и зарубежного производства. Отечественные системы носят название ЦСП с ИКМ (цифровые системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией). Вместо уровня иерархии в обозначении системы указывается число информационных ОЦК данной системы. Так, ЦСП первого уровня иерархии обозначается ИКМ-30, второго - ИКМ-120 и т.д. В настоящее время разработан и представлен на сети полный спектр аппаратуры, реализующей европейскую ПЦИ.

19 Принципы синхронизации в цифровых системах передачи. Тактовая синхронизация. Схема тактовой синхронизации.

Принципы синхронизации ЦСП. В плезиохронных ЦСП используется принцип ВРК, поэтому правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования (ГО) на передающей и приемной станциях. Для нормальной работы плезиохронных ЦСП должны быть обеспечены следующие виды синхронизации:

тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой F_Т;

цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры;

сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение сигналов управления и взаимодействия (СУВ) по соответствующим телефонным каналам. СУВ представляют собой набор сигналов, управляющих работой АТС (набор номера, ответ, отбой, разъединение и пр.)

Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП.

Система тактовой синхронизации включает в себя (Рис. 6.32) задающий генератор (ЗГ), входящий в состав ГО передающего оборудования оконечной станции (Пер) и вырабатывающий импульсную последовательность тактовой частоты F_Т, и устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ), устанавливаемые в том оборудовании, где осуществляется обработка сигнала с частотой F_Т: в линейных регенераторах (ЛР) и приемном оборудовании (Пр) оконечной станции.

Рис. 6.32. Структурная схема тактовой синхронизации

Наиболее распространенным методом выделения тактовой частоты является метод пассивной фильтрации, который состоит в том, что из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, содержащего высокодобротные резонансные контуры, фильтры-выделители или избирательные усилители, выделяется тактовая частота. Этот способ характеризуется простотой реализации ВТЧ, но имеет существенный недостаток: стабильность выделения тактовой частоты зависит от стабильности параметров фильтра-выделителя и структуры цифрового сигнала (при появлении длинных серий нулей или кратковременных перерывов связи затрудняется процесс выделения тактовой частоты).

Перспективным для высокоскоростных ЦСП, но более сложным, является способ тактовой синхронизации с применением устройств автоподстройки частоты генератора тактовой частоты приемного оборудования (способ активной фильтрации).

20 и 21 Принципы синхронизации в цифровых системах передачи. Цикловая и сверхцикловая синхронизация.

Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На передающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла вводится цифровой синхросигнал (СС). На приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПСС), который выделяет цикловой синхросигнал из группового цифрового сигнала и тем самым определяет начало цикла передачи. Цикловой синхросигнал должен обладать определенными отличительными признаками, в качестве которых используется заранее определенная и неизменная структура синхросигнала (например, 0011011 в ЦСП ИКМ-30). Групповой цифровой сигнал в силу случайного характера информационных сигналов такими свойствами не обладает.

К системе цикловой синхронизации предъявляются следующие требования:

время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимально возможным;

приемник синхросигнала должен обладать высокой помехоустойчивостью, т.е. иметь защиту от установления ложного синхронизма и от ложного выхода из синхронизма;

число символов синхросигнала и частота повторения должны быть минимально возможными.

Эти требования носят противоречивый характер, поэтому приходится принимать компромиссные решения.

Схемы ПСС (Рис. 6.33) обычно включают в себя блоки обнаружения СС на основе схем совпадения, счетчики обнаружения СС в данной временной позиции, счетчики-накопители по входу в синхронизм и выходу из синхронизма.

Рис. 6.33. Структурная схема приемника синхросигнала

Работа системы сверхцикловой синхронизации, как и работа системы цикловой синхронизации, основана на передаче сверхциклового синхросигнала (СЦС) в одном из циклов сверхцикла. Принцип работы приемника СЦС аналогичен работе ПСС.

22 Принципы построения радиосвязи

Радиосвязь – электрическая передача сообщений без проводов. Изобретателем радио является А.С. Попов, который 7 мая 1895 г. осуществил впервые передачу сигналов по радио. За это время эта отрасль связи проделала гигантский путь в своем развитии. Сейчас по радио ежедневно передаются колоссальные потоки телеграмм и цифровой информации, фототелеграмм и полос печатного газетного текста, сотни миллионов ТЛФ разговоров, при помощи радио осуществляется звуковое и ТВ вещание, по радио поддерживается связь на огромные расстояния, измеряемые при организации связи через искусственные спутники земли.

Радиосвязь и вещание – не изолированная отрасль связи, а необходимая часть создаваемой цифровой сети интегрального обслуживания (ЦСИО) ISDN, которая объединит сети городской, сельской, внутриобластной, магистральной связи, компьютерные сети, сети передачи данных и т.д. и состоит из воздушных, кабельных, радиорелейных и космических линий связи. Это позволит разнообразную информацию, принимаемую в одном пункте, например по радио, передавать дальше по каналам проводной связи. Переключения каналов, выбор направлений передачи сигналов, управление оборудованием будет полностью автоматизировано в этой системе.е спутники земли.

Особенно велика роль радио для связи с кораблями, самолетами, автомобилями, экспедициями, полярными станциями, т.к. связь с этими объектами возможна только по радио. Радиосвязь является также основным средством связи между населенными пунктами, разделенными большими малонаселенными и труднопроходимыми пространствами.

ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАДИОСВЯЗИ.

Простейшая схема радиосвязи показана на рис. 1. 1 – источник информации (цифровые данные, изображение, звук и т.д.); 2 – преобразователь сообщения служит для преобразования поступающей информации в электрический сигнал;

Необходимость этого процесса связана с тем, что информация, преобразованная в электрический сигнал, имеет относительно низкую частоту, которая, как известно, плохо излучается. Модулированные ВЧ колебания, называемые радиосигналом, подаются в передающую антенну и возбуждают в окружающем пространстве электромагнитные волны. Небольшая часть энергии электромагнитных волн от передатчика достигает приемной антенны и создает в ней слабый модулированный ток высокой частоты. В приемнике 4 ВЧ модулированные колебания усиливаются и затем преобразуются в 5 обратно в сигнал такого же вида, как полученный в пункте передачи от преобразователя. Такое преобразование называется детектированием. Далее сигнал поступает в воспроизводящее устройство 6 – буквопечатающий аппарат, телефон, телевизионную приемную трубку и т.п., после чего принятая информация поступает к получателю.

Комплекс из передатчика, передающей антенны, среды распространения волн, приемной антенны и приемника образует радиолинию. Радиолиния, как видно из рис. 1, допускает одностороннюю передачу информации из пункта размещения передающей станции в пункт, где находится приемник. Обратная передача в этом случае не предусматривается.

Односторонняя передача используется чаще не в радиосвязи, а в звуковом и ТВ радиовещании, в службах передачи информации для агентств печати, метеорологической информации, сигналов точного времени, точной частоты и др. Чтобы улучшить эффективность использования оборудования и увеличить пропускную способность радиолинии, применяют аппаратуру уплотнения (рис. 2). Передающая часть аппаратуры образует из сигналов различных источников информации 1а–1n, преобразованных преобразователями 2а–2n, единый групповой сигнал. Приемная часть этой аппаратуры разделяет сигналы, производит их преобразование (7а–7n), после чего они поступают к потребителям 8а-8n. Совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщения от одного источника информации к получателю, называется каналом радиосвязи. Система радиосвязи с уплотнением радиолинии называется многоканальной радиосвязью.

Для обмена информацией между двумя пунктами организуется двусторонняя радиосвязь, которая обеспечивается при помощи двух комплектов оборудования односторонней связи, действующих навстречу друг другу. В каждом конечном пункте двусторонней линии радиосвязи размещаются и приемное и передающее оборудования. Источник и получатель информации обычно совмещены, а также передатчик и приемник в некоторых случаях объединяются в единой приемо-передающей радиостанции. Тогда в каждом пункте обычно вместо двух антенн имеется одна общая приемо-передающая антенна. Двусторонняя радиосвязь может организовываться по двум вариантам:

1. Оба передатчика работают на одной и той же частоте, т.е. и приемники настроены на одну и ту же частоту. В этом случае радиолиния в оба направления одновременно работать не может. Работа производится поочередно в одном из направлений. Такая связь называется симплексной.

2. Передатчики работают на разных частотах, соответственно и приемники настроены на разные частоты. В этом случае радиолиния в оба направления может работать одновременно. Такая связь называется дуплексной. Линия радиосвязи может состоять из нескольких или многих отрезков, в пределах которых передача радиосигналов обеспечивается комплектами приемно-передающего оборудования. Сигналы из одного пункта принимаются в другом, усиливаются и передаются далее в третий пункт, там вновь усиливаются и передаются в четвертый пункт и т.д. Такое построение радиолинии называется радиорелейной линией связи (рис. 3).

Подобным же образом действуют спутники связи: сигнал с одной наземной станции принимается на спутник Земли, усиливается и через передатчик спутника передается на другую наземную станцию, находящуюся на большом расстоянии от первой. Линии РРЛ, также как и линии спутниковой связи, всегда имеют на конечных пунктах аппаратуру уплотнения и позволяют передавать большие потоки информации.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОЧАСТОТ.

Все системы радиосвязи обычно используют радиосигналы в виде гармонических (синусоидальных) колебаний ВЧ, модулированных передаваемым отдельным или групповым сигналом. Каждой линии радиосвязи выделяется определенная полоса. Средняя частота выделенной полосы считается номинальной частотой передающей радиостанции. В соответствии с международным регламентом радиосвязи радиочастоты делятся на 9 диапазонов, обозначаемые номерами от 4 до 12. Диапазон с номером N ограничен снизу частотой 0,3 · 10N Гц и сверху частотой 3 · 10N Гц. Диапазонам присвоены следующие названия:

№ 4 – f4 = 0,3 · 104 ÷ 3 · 104 = 3 ÷ 30 кГц – сверхдлинные волны;

№ 5 – f5 = 0,3 · 105 = 30 ÷ 300 кГц – длинные волны;

№ 6 – f6 = 0,3 · 106 = 300 ÷ 3000 кГц – средние волны;

№ 7 – f7 = 0,3 · 107 = 3 ÷ 30 МГц – короткие волны;

№ 8 – f8 = 0,3 · 108 = 30 ÷ 3000 МГц – метровые волны;

№ 9 – f9 = 0,3 · 109 = 300 ÷ 3000 МГц – дециметровые волны;

№ 10 – f10 = 0,3 · 1010 = 3 ÷ 30 ГГц – сантиметровые волны;

№ 11 – f11 = 0,3 · 1011 = 30 ÷ 300 ГГц – миллиметровые волны;

№ 12 – f12 = 0,3 · 1012 = 300 ÷ 3000 ГГц –децемилиметровые волны.

Отсюда видно, что с увеличением номера диапазона, ширина диапазона частот увеличивается. Например: № 4 Df4=27 кГц, а №12 Df12=2700 кГц. В пределах диапазона, условия распространения радиоволн приблизительно одинаковы. Рабочую частоту линии радиосвязи или так называемую несущую частоту, которая используется для переноса сообщений из места передачи на место приема, выбирают с учетом следующих требований:

Отсутствие работающих на этой частоте радиостанций, излучения которых могли бы мешать радиоприему в нужных пунктах планируемой линии;

Отсутствие на этой частоте систем радиосвязи и вещания, работе которых может помешать включение нового передатчика;

Выбираемая частота должна лежать в диапазоне, который по существующим планам распределения радиочастот отведен для данного вида радиосвязи;

Должна иметься возможность занятия достаточно широкой полосы частот, соответствующей ширине спектра передаваемых радиосигналов.

Анализируя приведенные требования можно показать, что построение многоканальной радиолинии целесообразно не на всех 9 диапазонах. Например: в диапазоне № 4 с применением АМ можно организовать только 3-х канальную ТЛФ радиолинию (DFтлф= 0,3 ÷ 3,4 кГц, Dfн = 8 кГц, Df4 = 27 кГц). В этом диапазоне нельзя организовать высококачественную передачу даже одного канала вещания (DFвещ= 15 кГц) и ТV (DFTV= 6 МГц).

Поэтому для этих целей используют диапазон волн с более высоким номером. Для ТV вещания № 8, для радиовещания № 5 и выше и т.д., а для организации многоканальной радиолинии обычно используют диапазон УКВ (8 диапазон и выше). Поскольку РРЛ является, как правило, многоканальной радиолинией, то и несущие частоты выбирают в диапазон УКВ.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РРЛ.

РРЛ связь – это особый вид радиосвязи на УКВ волнах с многократной ретрансляцией сигнала. К УКВ радиоволнам относятся волны длиной короче 10 м, что соответствует частотам выше 30 МГц. Полоса частот, соответствующих диапазону УКВ, очень широкая, и в этом диапазоне можно разместить гораздо большее число радиостанций, работающих без взаимных помех, чем в диапазонах более длинных волн.

В диапазоне УКВ полоса частот приемопередающего оборудования может быть сделана очень широкой. Как известно, отношение ширины полосы пропускания одиночного колебательного контура к его резонансной частоте равна Df / f0 = 1/ Q , где Q –добротность контура. Обычно в контурах, применяемых в радиоустройствах, это отношение не превышает нескольких процентов (1 ÷ 3) % , следовательно, если на волне длиной 1000 м. ширина полосы контура может быть 3 ÷ 9 кГц, то на волне длиной 10 см она составляет 30 ÷ 90 МГц. Таким образом, на УКВ можно осуществлять передачу сигналов, занимающих очень широкую полосу частот, например TV или большое число ТЛФ.

Важной особенностью диапазона УКВ является практическое отсутствие на этих волнах внешних помех: атмосферных и промышленных. Единственным видом помех, существующим в диапазоне УКВ, являются собственные шумы ламп и сопротивлений в радиоприемниках. Антенны, обладающие большой направленностью на ультракоротких волнах, имеют сравнительно небольшие размеры, т.к. к.н.д. обратно пропорциональны квадрату длины волны при постоянной площади антенны. Qа >> 40 дБ (>>10000 раз) по мощности.

С такой антенной передатчик мощностью в 1 Вт создает напряженность поля в точке приема равную передатчику мощностью 10 кВт, работающему на ненаправленную антенну.

Таким образом, применение УКВ для организации связи обеспечивает: - возможность передачи сигналов, занимающих очень широкую полосу частот (ТV, многоканальных ТЛФ); отсутствие внешних помех; - возможность осуществления устойчивой связи при малой мощности передатчика, благодаря применению направленных антенн. Недостатком радиосвязи на УКВ является ограниченная дальность. УКВ радиоволны, особенно дециметровые и сантиметровые, не отражаются от ионосферы и очень слабо огибают препятствия, поэтому дальность радиосвязи на этих волнах ограничена. При малой мощности передатчиков устойчивая связь на дециметровых и сантиметровых волнах возможна в пределах прямой видимости. За пределами прямой видимости напряженность поля очень быстро падает с увеличением расстояния между станциями, и связь становится ненадежной. Вследствие этой особенности распространения волн, дальняя связь на УКВ возможна только с помощью ретрансляционных или радиорелейных линий