Под телекоммуникационной системой понимается комплекс нескольких или множества подходящего аппаратно-программного обеспечения объектов и связи между ними по каналам, созданный для автоматизированного взаимодействия.

Телекоммуникация

Под термином телекоммуникация понимается огромное поколение разных технологий, которые представляют собой огромные массивы объектов, находящихся на определенном расстоянии между друг другом.

В общем случае для переноса команд управления, информации о состоянии объекта, различных видов данных, например – голос, мелодия, изображение, картинка, видео в том числе компьютерного трафика по различным линиям связи, используется радиосигнал (сигнал несущей частоты).

Давайте рассмотрим типовую телекоммуникационную систему в виде структурной схемы:

В данной схеме телекоммуникационной системы под словом сообщением подразумевается любые данные, которые мы собираемся передавать. Оборудование оконечного устройства сети обозначают понятием Data Terminal Equipment (DTE). Для описания сетевого интерфейса оборудования со стороны сети используется термин Data Circuit termination Equipment (DCE).

Сообщения по физической природе в телекоммуникационных системах могут быть тепловыми, механическими, электрическими и световыми. Если вы собираетесь передавать сообщения на дальние расстояния, то необходимо сформировать радиосигнал, отображающий сообщения. Для этого неэлектрические сообщения с помощью преобразователя преобразуются в электрические сигналы. При этом стремятся обеспечить линейность зависимости между физической величиной (сообщением) и ее электрическим аналогом (сигналом).

Оконечным устройством компьютерной телекоммуникационной сети является сетевая карта ПК пользователя, которая реализует обычные сетевые интерфейсы, а так же выполняет основные функции DCE, DTE. Созданное тут сообщение поступает на преобразователь в виде бинарного электрического сигнала. Каждое из возможных сообщений на входе преобразователя преобразуется в одно из возможных значений сигнала на его выходе (используется или кодирование или модуляция по определенному закону сигнала тональной частоты).

С выхода трансивера модулированный сигнал радиочастоты поступает на линию связи (радиоканал, по которому передается сигнал). К линии связи подключены с помощью аналогичной аппаратуры другие пользователи сети.

Часть 1

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ

Глава 1 ______

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ И СИСТЕМЫ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Список сокращений

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СЕТЕЙ И СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Современному развитию техники связи присущи две особенности: цифровая форма представления всех сигналов - независимо от того, какой вид информации представляется этими сигналами - речь, текст, данные или изображение; интеграция обслуживания, что может быть полностью реализовано только переводом связи на цифровую технику. Происходит интеграция систем передачи информации и комму­тации, по-новому перераспределяются задачи оконечных устройств и сетей связи. Создаются многофунк­циональные оконечные устройства, отличающиеся от телефонного и телеграфного аппаратов, оконеч­ные устройства визуального отображения данных, пригодные более чем для одного вида информации. И, наконец, сеть связи позволяет передавать речевую, текстовую информацию, данные и изображения через одно и то же соединение: пользователь получит доступ к этой сети независимо от вида службы через «штепсельную розетку связи».

С помощью этих «революционных» средств были значительно увеличены производительность и эко­номическая эффективность труда как целых организаций, так и отдельных людей. Напрашивается вывод, что объединение усилий трех отраслей промышленности - компьютерной индустрии (информационных технологий), бытовой радиоэлектроники (индустрии развлечений) и электросвязи - приблизило дости­жение основной цели - создание глобальной информационной инфраструктуры (ГИИ, GII).

Конечной целью ГИИ является гарантия для каждого потребителя доступа к информационному сооб­ществу.

Известны некоторые фундаментальные характеристики, которые должна иметь ГИИ, чтобы соответство­вать требованиям потребителей информации. Эти характеристики называются атрибутами. Предлагаемый

Для каждого вида информационных сообщений традиционно используется конкретный способ переда­чи в сети, характеризующийся принципом преобразования сообщения в сигнал электросвязи и типом коммуникаций (формой связи). Так, для передачи аудиоинформации принятой формой связи служит телефонная, для передачи неподвижных изображений используется факсимиле, для подвижных изо­бражений - телевидение. Данные относятся к типу кодированных сообщений, способ передачи которых основан на представлении каждого информационного элемента (буквы, знака, цифры) в виде кодовой комбинации, передаваемой в форме сигнала по сети. Для кодированных сообщений применяется телеграф­ный способ передачи информации и передача данных. В последнее время используются и так называемые «многосредные» формы связи - мультимедиа (в переводе с англ. milty - много, media - среда) для одновременной передачи звука, изображения и данных.

В зависимости от формы связи телекоммуникационные системы можно разделить на системы теле­фонной связи, факсимильной связи, телевизионного вещания, телеграфной связи, передачи данных и т. п.; в зависимости от среды передачи сигнала (медь, эфир, оптическое волокно) - на системы электросвязи и оптической связи, а также проводной связи, использующей направляющие среды (медные и оптические кабели), и беспроводной связи, где для передачи сигналов используется эфир. Необходимо подчеркнуть то, что объединяет все эти системы в общее понятие системы телекоммуникаций:

1. Общее назначение всех систем связи - предоставление услуг пользователям.

2. Все системы связи относятся к типу распределенных систем, основным компонентом которых является телекоммуникационная сеть, позволяющая использовать общие принципы структурной оптими­зации таких систем.

3. Системы связи, как и любые сложные системы, не могут рассматриваться изолированно от внешней среды. Под внешней средой понимают множество элементов любой природы, существующих вне систе­мы и оказывающих на нее определенные воздействия. К числу таких элементов по отношению к любой системе связи можно отнести пользователей, определяющих требования по объему потребляемых услуг, их перечню, качеству и тем самым воздействующих на систему связи.

Следует отметить, что само понятие «система» абстрактно по отношению к реальному объекту, ко­торый ассоциируется с ней и может трактоваться как модель объекта. Модель позволяет отразить наи­более важные компоненты объекта и опустить несущественные, с точки зрения цели его рассмотрения, детали. В этом плане один и тот же объект может по-разному характеризоваться различными системами в зависимости от аспектов его рассмотрения.

При рассмотрении моделей большинства сетей и систем телекоммуникаций широко используются понятия протокол и интерфейс. Протокол - это свод правил и форматов, определяющих взаимодейст­вие объектов одноименных уровней сети, например, «человек - человек», «терминал - терминал», «компьютер - компьютер», «процесс - процесс», т. е. протоколы, описывающие порядок взаимодействия между пользователями, терминалами, узлами сети или отдельными сетями. При этом должны использо­ваться один и тот же язык, одни и те же синтаксические правила и информационные форматы. Уровневая структура модели позволяет обеспечить независимую разработку протоколов. Каждый уровень модели может иметь несколько протоколов. Взаимодействие смежных уровней обеспечивается интерфейсами. Интерфейс - это совокупность технических и программных средств, используемых для сопряжения устройств, систем или программ. Совокупность средств взаимодействия двух смежных уровней (меж- уровневый интерфейс) содержит правила логического и электрического согласования, а также детальное описание форматов сообщений.

Информационные сети предназначены для предоставления пользователям услуг, связанных с обме­ном информацией, ее потреблением, обработкой, хранением и накоплением. Потребитель информации, получивший доступ к информационной сети, становится пользователем. В качестве пользователей могут выступать как физические, так и юридические лица (фирмы, организации, предприятия). Пользование сетью обеспечивает возможность получать информацию тогда, когда в ней возникает необходимость. Под информационной сетью понимают совокупность территориально рассредоточенных оконечных систем, объединяющихся в телекоммуникационные сети и обеспечивающих доступ любой из этих систем ко всем ресурсам сети и их коллективное использование. Телекоммуникационные сети целесообразно разделять по типу коммуникаций (сети электросвязи, оптической связи, телефонной связи, передачи данных, железнодорожных либо воздушных сообщений и т. д.).

Оконечные системы информационной сети могут быть классифицированы как: - -терминальные (terminal system), обеспечивающие доступ к сети и ее ресурсам;

Рабочие (server, host system), представляющие информационные и вычислительные ресурсы;

Административные (management system), реализующие управление сетью и ее отдельными частями.

Ресурсы информационной сети подразделяются на информационные, обработки и хранения дан­ных, программные и коммуникационные.

Информационные ресурсы - это информация и знания, накапливаемые во всех областях науки, культуры и жизнедеятельности общества, а также продукция индустрии развлечений. Все это система­

тизируется в сетевых базах данных, с которыми взаимодействуют пользователи сети. Эти ресурсы опре­деляют потребительскую ценность информационной сети и должны не только постоянно создаваться и расширяться, но и вовремя обновлять устаревшие данные.

Ресурсы обработки и хранения данных определяются производительностью процессоров сетевых компьютеров и объемом их запоминающих устройств (ЗУ), а также временем, в течение которого они используются.

Программные ресурсы представляют собой программное обеспечение (ПО), участвующее в пре­доставлении услуг пользователям, а также программы сопутствующих функций. К последним относятся: выписка счетов, учет оплаты услуг, навигация (обеспечение поиска информации в сети), обслуживание сетевых электронных почтовых ящиков, организация моста для телеконференций, преобразование форма­тов передаваемых сообщений, криптозащита информации (кодирование и шифрование), аутентификация (электронная подпись документов, удостоверяющая их подлинность).

Коммуникационные ресурсы участвуют в транспортировке информации и перераспределении потоков в узле коммутации. К ним относятся емкости линий связи, коммутационные возможности узлов, а также время их занятия при взаимодействии пользователя с сетью. Коммуникационные ресурсы классифици­руются в соответствии с типом ТС: коммутируемая телефонная сеть общего пользования, сеть передачи данных с коммутацией пакетов, сеть мобильной связи, теле- и радиовещательные сети, цифровая сеть интегрального обслуживания и т. п.

Телекоммуникационные сети принято оценивать целым рядом показателей, отражающих возможность эффективность транспортировки информации. Возможность передачи информации в ТС связана со сте- -енью ее работоспособности, т. е. выполнением заданных функций в установленном объеме на требуемом уровне качества в течение определенного периода эксплуатации сети или в произвольный момент времени. ->аботоспособность сети связи определяется понятиями надежности и живучести. Различие этих понятий обусловлено причинами и факторами, нарушающими нормальную работу сети, и характером нарушений.

Надежность сети связи характеризует ее свойство обеспечивать связь, сохраняя во времени значения «становленных показателей качества в заданных условиях эксплуатации. Она отражает способность сохра­нять работоспособность сети связи при воздействии, главным образом, внутренних факторов - случайных отказов технических средств, вызываемых процессами старения, дефектами технологии изготовления или ошибками обслуживающего персонала.

Живучесть сети связи характеризует ее способность сохранять полную или частичную работоспо­собность при воздействии причин, находящихся за пределами сети и приводящих к разрушению или значительным повреждениям некоторой части ее элементов (пунктов и линий связи). Подобные причины можно разделить на два класса: стихийные и преднамеренные. К стихийным факторам относятся та-

как землетрясение, оползни, разливы рек и т. п., а к преднамеренным - ракетно-ядерные удары -оотивника, диверсионные действия и др.

При анализе пропускной способности ТС весьма важны понятия вызова и сообщения. Вызов - это -эебование на соединение между двумя пользователями сети для передачи сообщения. Сообщение - формация пользователя, преобразованная в сигналы электросвязи. Учитывая разницу между вызовом сообщением, можно сказать, что поток вызовов поступает в узел сети или в какую-то его часть, а поток сообщений циркулирует в сетях связи для передачи информации пользователю. Потребность в доставке сообщений из одного пункта сети в другой можно выразить тяготением между этими пунктами. Тяготение >арактеризует оценку потребности в различных видах связи между двумя пунктами сети и определяется эбъемом сообщений, которые необходимо доставить за некоторый отрезок времени из одного пункта 1 другой. От тяготения, выраженного объемом сообщений или объемом информации, можно перейти * тяготению, выраженному временем занятия линии связи (ЛС), а от него - к количеству необходимых 1С. Тяготение, определяемое объемом информации, удобно для сети передачи данных, а определяемое 1оеменем занятия каналов - для телефонной сети и разного вида сетей вещания. Время занятия канала сражается часозанятиями за год, сутки или час. Тяготение зависит от вида информации, территориаль­ного расположения пользователей, их особенностей, хозяйственных, культурных и других взаимосвязей. Однозначно определить тяготение невозможно, так как на него влияет очень много факторов, поэтому -очность оценок тяготения обычно невелика.

Объем информации , переданной между двумя пунктами за какой-то период времени, определяется суммой объемов всех сообщений (с учетом повторных) или произведением числа переданных сообщений -а средний объем одного сообщения. Время занятия линий или приборов, выраженное в часозанятиях, с "-оеделяет нагрузку на эти линии или приборы как произведение общего числа поступивших вызовов *г среднюю продолжительность занятий. Интенсивность нагрузки - это число часозанятий за опре­деленный промежуток времени, например, час наибольшей нагрузки (ЧНН) - это 60-минутный интервал аремени, в течение которого нагрузка в сети больше, чем в любом другом аналогичном периоде. Обычно «лользуют понятие интенсивности нагрузки, хотя для упрощения ее часто называют нагрузкой. Безраз­мерная единица интенсивности нагрузки названа эрлангом. Один эрланг - это интенсивность нагрузки сйного прибора, непрерывно занятого в течение часа.

В случае, когда сеть не может обслужить поступающую нагрузку, имеет смысл говорить об объеме реализованной нагрузки в сети. Величина реализованной нагрузки определяется пропускной способ­ностью сети связи. В ряде случаев пропускную способность оценивают количественно. Например, по величине максимального потока информации, который можно пропустить между некоторой парой пунктов. Таким образом определяют пропускную способность сечения сети, являющегося самым узким местом при разделении сети между источником и получателем на две части.

Поток сообщений между двумя пунктами - это последовательность сообщений, передаваемых из одного пункта в другой. Кроме полезной информации в сети передаются сообщения управления и сигнализации, не имеющие ценности для пользователя. Существенно загружают сети связи (не давая полезного эффекта) и повторные вызовы, возникающие в случае отказа при первичном вызове. Поток сообщений характеризуется последовательностью моментов времени поступления каждого следующего сообщения. Можно выразить поток и через интервалы времени между этими моментами. Вид потока сообщений также может быть описан распределением длительностей занятий приборов каждым поступаю­щим сообщением. Все потоки, циркулирующие в сетях связи, делятся на детерминированные, случайные и смешанные. Детерминированными называются потоки, моменты поступления и объемы сообщений которых известны заранее. К таким потокам относятся почти все потоки вещания (как звукового, так и телевизионного), регулярные передачи различных сводок и т. п. У случайных потоков моменты по­ступления, объемы отдельных сообщений и их адреса заранее не определены и являются случайными величинами, описываемыми с помощью вероятностных распределений. К таким потокам относятся потоки телефонных сообщений. В зависимости от конкретных условий случайные потоки могут быть самыми разнообразными, однако для большинства практических случаев возможна аппроксимация (описание) длительностей промежутков между поступлением двух соседних сообщений известными вероятностными законами распределения, позволяющими получить математическую модель потока. В смешанном потоке имеются как детерминированные, так и случайные составляющие.

1.2. РУБЕЖИ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И УСЛУГ СВЯЗИ

Для того, чтобы выяснить перспективы развития Национальной информационной инфраструктуры Украины (НИИ) в рамках Глобальной информационной инфраструктуры, необходимо понимать, как будет протекать этот процесс в мире, в промышленно развитых странах и в Украине, какие новые инфокомму- никационные технологии и услуги будут предложены в ближайшие годы и десятилетия.

Информационная революция стала двигателем прогресса всего общества. Давно известно, что науч­но-технические революции (НТР) коренным образом меняли образ жизни человечества и облик мира в целом. Результатом НТР являлось резкое увеличение численности населения, что следует ожидать и в бли­жайшие два века. Многие ученые, работающие в области прогнозирования, считают, что в XXI-XXII ве­ках должно произойти три научно-технические революции: 1 - информационная, 2 - биотехническая, 3 - квантовая.

Каждая из названных революций приведет к резким изменениям в мире. Информационная революция создаст ОН, которая станет технической базой глобального информационного общества. Биотехническая революция снимет проблему продовольственного обеспечения населения в мире, а квантовая - создаст новые эффективные и безопасные источники энергии.

Информационная революция (конец XX - начало XXI века) существенно изменила облик инфо- коммуникаций. Основные факторы развития инфокоммуникаций XXI века - это экономика, технологии и услуги.

Производными от экономики являются инфокоммуникационные технологии и услуги. В свою очередь, уровень развития технологий и услуг зависит от уровня научно-технического прогресса, а их внедре­ние - от уровня экономики и, в первую очередь, от платежеспособного спроса населения на те или иные инфокоммуникационные услуги.

В историческом развитии сетей и услуг связи можно выделить пять основных рубежей (рис. 1.3). Каждый рубеж имеет свою логику развития, взаимосвязь с предшествующими и последующими этапами.

Кроме того, каждый рубеж зависит от уровня развития экономики и национальных особенностей отдель­ного государства.

Первый рубеж - построение телефонной сети общего пользования (ТфОП, PSTN – public Switched Telephone Network). На протяжении продолжительного времени каждое государство создавало свою национальную аналоговую телефонную сеть общего пользования. Телефонная связь рекомендовалась населению, учреждениям, предприятиям и сравнивалась с единой услугой - передачей языковых сооб­щений. В дальнейшем по телефонным сетям с помощью модемов стала осуществляться передача данных. Тем не менее, даже в настоящее время телефон остается основной услугой связи, которая приносит операторам связи более 80 % прибыли.

Второй рубеж - цифровизация телефонной сети. Для повышения качества услуг связи, увеличения их числа, повышения уровня автоматизации управления и технологического оборудования в промышленно развитых странах в 1970-е годы проводились работы по цифровизации первичных и вторичных сетей свя­зи. Были созданы интегральные цифровые сети IDN (Integral Digital Network), которые предоставляют в основном услуги телефонной связи на базе цифровых систем коммутации и передачи. К настоящему времени во многих странах цифровизация телефонных сетей практически завершилась.

Третий рубеж - интеграция услуг. Цифровизация сетей связи позволила не только повысить качество услуг, но и перейти к увеличению их числа на основе интеграции. Так появилась концепция узкополосной цифровой сети с интеграцией служб N-ISDN (Narrowband Integrated Srsice Digital Network). Пользовате­лю (абоненту) этой сети предоставляется базовый доступ (2В + D), по которому информация передается по трем цифровым каналам: два канала В со скоростью передачи 64 кбит/с и канал D со скоростью 16 кбит/с. Два канала В используются для передачи языковых сообщений и данных, канал й - для сигнализации и для передачи данных в режиме пакетной коммутации. Для пользователя с большими потребностями может быть предоставлен первичный доступ, который содержит (30 B + D) каналов. Кон­цепция N-ISDN существует около 20 лет, но широкого распространения в мире не получила по нескольким причинам. Во-первых, оборудование N-ISDN довольно дорого стоит, чтобы стать массовым; во-вторых, пользователь постоянно платит за три цифровых канала; в-третьих, перечень услуг /У-/50Л/ превышает потребности массового пользователя. Именно поэтому интеграция услуг начинает заменяться концепцией интеллектуальной сети.

В этот же период также получили развитие сети с подвижными системами PLMN (Public land Mobil Network ) и технологии услуг сети передачи данных на основе коммутации каналов и пакетов: Х.25, IP (Internet Protocol), ГР (Frame relay), 1Р -телефония, электронная почта и др.

Четвертый рубеж - интеллектуальная сеть /N (Intelligent Network). Историю этой сети принято исчислять с 1980 года, когда компания Bell System (США) проводила работы по усовершенствованию услуги, названной «услуга-800». Эта услуга в основном была предназначена для начисления оплаты за междугородные соединения вызывающему абоненту и нашла широкое применение в сфере обслужива­ния и торговле. С 1993 года IN развивается в рамках концепции TINA (Telecommunication Information Networking Architecture) для поддержания архитектуры «клиент - сервер». Эта сеть предназначена для быстрого, эффективного и экономичного предоставления информационных услуг массовому поль­зователю. Необходимая услуга предоставляется пользователю тогда и в тот момент времени, когда она ему нужна. Соответственно и оплачивать он обязан предоставленную услугу в течение этого времени. Таким образом, скорость и эффективность предоставления услуги обеспечивают ее экономичность, так как если пользователь будет использовать канал связи значительно меньший срок, это позволит ему уменьшить затраты. В этом состоит принципиальное отличие интеллектуальной сети от предшествующих сетей, а именно - в гибкости и экономичности предоставления услуг.

Пятый рубеж - широкополосная B-ISND (Droadband Integratyed Service Digital Network) по­ложила начало развитию после 1980 года мультимедийных услуг на базе технологии АТМ (- коммутации пакетов фиксированной длины (53 байта): диалоговый, информационный и распределительный поиск. Диалоговые службы предоставляют услуги для передачи информации (теле­фонная служба, служба речи, видеоконференции и др.). Службы информационного поиска (службы по запросам) предоставляют возможность пользователю получать информацию из разнообразных банков данных. Распределительные службы, при наличии или отсутствии управления предоставлением информации со стороны пользователя, могут направлять информацию от одного общего источника неограниченному числу абонентов, которые имеют право на доступ (данные, текст, подвижное и неподвижное изображение, звук, графика и др.). В практику делового общения начинает входить не только конференц-связь, но и видеоконференция, позволяющие обмениваться информацией, не тратя времени и денег на поездки.

В свою очередь, снижение затрат индивидуального пользователя на новые услуги должно увеличить спрос на них, то есть привести к увеличению прибыли поставщиков услуг. Соответствующий рост спроса на услуги приведет к увеличению поставок необходимого оборудования, что повлечет увеличение прибыли поставщиков оборудования. Таким образом, гибкость предоставления услуг с применением современных технологий приводит к объединению экономических интересов трех сторон: пользователей, поставщиков услуг и поставщиков оборудования.

Контрольные вопросы

1. Укажите особенности развития техники связи на современном этапе.

2. В чем заключается интеграция связи?

3. Охарактеризуйте многофункциональные оконечные устройства.

4. Дайте определение Глобальной информационной инфраструктуры.

5. Что необходимо для реализации концепции Глобальной информационной инфраструктуры?

6. Какие атрибуты (характеристики) необходимо учитывать при создании стандарта Глобальной информацион­ной инфраструктуры?

7. Поясните принципы и цель Глобальной информационной инфраструктуры.

8. Укажите основные характеристики Глобальной информационной инфраструктуры.

9. Перечислите особенности построения информационной сети.

10. Поясните структуру информационной сети.

11. Дайте характеристику ресурсов информационной сети.

12. Как подразделяются телекоммуникационные системы в зависимости от вида связи?

13. Какие показатели телекоммуникационной сети характеризуют ее эффективность при передаче информации?

14. Дайте определение понятий протокола и интерфейса в информационных сетях.

15. Что такое надежность сети связи?

16. Поясните понятие живучести связи; перечислите факторы, от которых она зависит.

17. Охарактеризуйте пропускную способность телекоммуникационной сети.

18. Что такое вызов?

19. Что подразумевается в телекоммуникационной сети под понятием сообщение?

20. Какими параметрами определяется объем информации?

21. Назовите единицы измерения телефонной нагрузки и ее интенсивности.

22. Что такое поток сообщений? Приведите пример.

23. Какая информация называется полезной? Назовите другие ее виды.

24. Чем характеризуется поток сообщений?

25. Назовите и дайте характеристику потокам, циркулирующим в сетях связи.

26. Как называются информационные потоки, если момент поступления и объем сообщений заранее известны? Приведите пример.

27. Что означает понятие «тяготение» в сети связи?

28. Дайте характеристику ЕНССУ, НИИ Украины, Глобальной информационной инфраструктуры.

29. Поясните основные рубежи развития сетей и услуг связи.

30. Каковы особенности широкополосной сети B-ISDN?

Введение. 2

Цифровая телекоммуникационная система. 5

Телекоммуникация. 5

1.2)Телекоммуникационная система. 9

1.3)Цифровая система передачи. 12

1.3.1) Вторичная цифровая система передачи ИКМ120. 21

1.3.2) Третичная цифровая система передачи ИКМ480. 25

1.3.4. STM-N.. 32

1.4) Виды ЦТС.. 43

1.5) Цифровые системы передачи ИКМ и STM.. 56

Основные преимущества технологии SDH: 57

Недостатки технологии SDH: 58

2.2. Определить шаг квантования по амплитуде. 66

2.3. Разработать схему временного спектра ЦТС. 71

2.4) Разработать укрупнённую структурную схему ЦТС, состоящую из оборудования временного группообразования, оборудования линейного тракта оконечной станции и промежуточных станций линейного тракта. 86

Заключение. 91

Список литературы. 92

Введение

Научно-технический прогресс конца XX века открыл пути создания глобального информационного общества, в котором информационные и телекоммуникационные технологии приобретают особое значение, складываясь в инфокоммуникационный сектор.

Человечество переходит на новый уровень общения и передачи информации. Теперь для того, что бы передать сообщение нет необходимости находиться на близком расстоянии. Есть возможность передавать информацию из разных точек планеты. Телекоммуникационные системы оказывают большое влияние на все сферы жизни человека. России необходимо финансировать развитее телекоммуникационных систем, т.к. государство стоит на ступень ниже, в сравнении с мировыми тенденциями.

Развитие связи в начале ХХI века характеризуется следующими понятиями: универсализация, интеграция, интеллектуализация - в части технических средств и в сетевом плане; глобализация, персонализация - в части услуг. Прогресс в области связи основан на разработке и освоении новых телекоммуникационных технологий, а также на дальнейшем развитии и совершенствовании еще не исчерпавших свой потенциал существующих.

Развитие инфокоммуникационного сектора в мире происходит одновременно по нескольким направлениям. При этом в области телекоммуникации и информации оно характеризуется созданием глобальных инфокоммуника-ционных систем, основу которых составляют цифровые системы передачи (ЦСП) различного назначения с широким использованием современных оптоволоконных технологий и цифровых систем коммутации различного вида и уровня.

Во всем мире сейчас активно развивается цифровая связь – это основная тенденция развития телекоммуникаций. Качество цифровой связи имеет ряд преимуществ перед обычной связью. На основе цифровых систем передачи строят протяженные транспортные сети почти любого назначения. Благодаря научному прогрессу современные цифровые системы передачи данных позволяют одновременно передавать аудио, видео и цифровой сигнал.

Последние годы в России с точки зрения развития телекоммуникаций не были стабильными. Им предшествовал мировой кризис в области телекоммуникаций, который привел к снижению темпов роста. Тем не менее даже в этот период развивались и внедрялись новые телекоммуникационные технологии. В течение этого периода в рамках ОАО "Связьинвест" была проведена структуризация бывших сетей электросвязи в сторону их укрупнения, созданы сильные, высоко капитализированные, прибыльные и конкурентно-способные компании. В результате в России существует семь межрегиональных компаний (МРК), а на телекоммуникационном рынке действует около 6500 зарегистрированных новых операторов. В июне 2003 года Государственной думой РФ был принят новый федеральный закон "О связи", введенный в действие с 1 января 2004 года. С этим связано по существу завершение одного этапа развития связи в России и начало нового этапа.

Модернизация сетей наземного эфирного вещания путем перехода на цифровые технологии является мировой тенденцией, которой следует и Российская Федерация. Переход на цифровое вещание в России не только позволит обеспечить население многопрограммным вещанием заданного качества, но и окажет стимулирующее воздействие на развитие рынков СМИ, связи и производства отечественного теле - и радиооборудования, создание инфраструктуры производственно-внедренческих, сбытовых и сервисных организаций, дальнейшее развитие малого и среднего предпринимательства и развитие конкуренции в данной сфере. Основной целью, согласно Концепции развития телерадиовещания в Российской Федерации на 2008 - 2015 годы, является обеспечение населения многопрограммным вещанием с гарантированным предоставлением общедоступных телевизионных каналов и радиоканалов заданного качества, что позволит государству полнее реализовать конституционное право граждан на получение информации.

В соответствии с этой целью поставлены следующие задачи:

Исследовать основные принципы цифровой системы передачи данных;

Рассмотреть какие цифровые системы передачи существуют;

Изучить особенности построения цифровых систем передачи.

Цифровая телекоммуникационная система

Телекоммуникация

Телекоммуникация (греч. tele - вдаль, далеко и лат. communicatio -общение) - передача данных на большие расстояния.

Средства телекоммуникации - совокупность технических, программных и организационных средств для передачи данных на большие расстояния.

Телекоммуникационная сеть - множество средств телекоммуникации, связанных между собой и образующих сеть определённой топологии (конфигурации). Телекоммуникационными сетями являются:

Телефонные сети для передачи телефонных данных (голоса);

Радиосети для передачи аудиоданных;

Телевизионные сети для передачи видеоданных;

Цифровые (компьютерные) сети или сети передачи данных (СПД) для передачи цифровых (компьютерных) данных.

Данные в цифровых телекоммуникационных сетях формируются в виде сообщений, имеющих определенную структуру и рассматриваемых как единое целое.

Данные (сообщения) могут быть:

Непрерывными;

Дискретными.

Непрерывные данные могут быть представлены в виде непрерывной функции времени, например, речь, звук, видео. Дискретные данные состоят из знаков (символов).

Передача данных в телекоммуникационной сети осуществляется с помощью их физического представления - сигналов.

В компьютерных сетях для передачи данных используются следующие типы сигналов:

Электрический (электрический ток);

Оптический (свет);

Электромагнитный (электромагнитное поле излучения - радиоволны).

Для передачи электрических и оптических сигналов применяются кабельные линии связи соответственно:

Электрические (ЭЛС);

Волоконно-оптические (ВОЛС).

Передача электромагнитных сигналов осуществляется через радиолинии (РЛС) и спутниковые линии связи (СЛС).

Сигналы, как и данные, могут быть:

Непрерывными;

Дискретными.

При этом непрерывные и дискретные данные могут передаваться в телекоммуникационной сети либо в виде непрерывных, либо в виде дискретных сигналов.

Процесс преобразования (способ представления) данных в вид, требуемый для передачи по линии связи и позволяющий, в некоторых случаях, обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие из-за помех при их передаче, называется кодированием. Примером кодирования является представление данных в виде двоичных символов. В зависимости от параметров среды передачи и требований к качеству передачи данных могут использоваться различные методы кодирования.

Линия связи - физическая среда, по которой передаются информационные сигналы, формируемые специальными техническими средствами, относящимися к линейному оборудованию (передатчики, приемники, усилители и т.п.). Линию связи часто рассматривают как совокупность физических цепей и технических средств, имеющих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распространения. Сигнал, передаваемый в линии связи, называется линей-ным (от слова линия).

Линии связи можно разбить на 2 класса:

Кабельные (электрические и волоконно-оптические линии связи);

Беспроводные (радиолинии).

На основе линий связи строятся каналы связи.

Канал связи представляет собой совокупность одной или нескольких линий связи и каналообразующего оборудования, обеспечивающих передачу данных между взаимодействующими абонентами в виде физических сигналов, соответствующих типу линии связи.

Канал связи может состоять из нескольких последовательных линий связи, образуя составной канал, например: между абонентами А1 и А2 сформирован канал связи, включающий телефонные (ТфЛС) и волоконно-оптическую (ВОЛС) линии связи. В то же время, в одной линии связи, как будет показано ниже, может быть сформировано несколько каналов связи, обеспечивающих одновременную передачу данных между несколькими парами абонентов.

Телекоммуникационная система

Под телекоммуникационными системами (ТС) принято понимать структуры и средства, предназначенные для передачи больших объёмов информации (как правило, в цифровой форме) посредством специально проложенных линий связи или радиоэфира. При этом предполагается обслу-живание значительного количества пользователей систем (от нескольких тысяч). Телекоммуникационные системы включают такие структуры переда-чи информации, как телевещание (коллективное, кабельное, спутниковое, сотовое), телефонные сети общего пользования (ТфОП), сотовые системы связи (в том числе макро- и микро- сотовые), системы персонального вызова, спутниковые системы связи и навигационное оборудование, волоконные сети передачи информации.

Следует отметить, что основным требованием к системам связи является отсутствие факта прерывания связи, но допускается некоторое ухудшение качества передаваемого сообщения и ожидание установления связи.

По назначению телекоммуникационные системы группируются следующим образом:

· системы телевещания;

· системы связи (в т.ч. персонального вызова);

· компьютерные сети.

По типу используемой среды передачи информации:

· кабельные (традиционные медные);

· оптоволоконные;

· эфирные;

· спутниковые.

По способу передачи информации:

· аналоговые;

· цифровые.

Мы рассмотрим способы передачи: аналоговые и цифровые.

Выделяют два класса в телекоммуникационных системах связи (коммутации). Это аналоговые и цифровые системы.

Аналоговые системы передачи и связи (коммутации).
В аналоговых системах все процессы (прием, передача, связь) основана на аналоговых сигналах. Примеров таких систем множество: телевизионное вещание, радио, телефонная коммутация (связь).
Цифровые системы передачи и связи (коммутации).
В цифровых системах все процессы происходят от цифровых (дискретных) сигналов. Примерами являются - современные объекты связи, цифровая телефония, цифровое телевидение. Эволюционный процесс перехода от аналоговых систем к цифровым связан:

1. век новых технологий, соответственно в технике все большее распространяются микропроцессорные технологии обработки сигналов;

2. создается высокоскоростная паутина цифровых телекоммуникационных сетей;
Соединительными нитками паутины являются магистрали, которые представляют собой набор цифровых каналов коммутации (связи) глобального и локального масштаба. Обращение к этим каналам разрешено различным государственным структурам, предприятиям бизнеса, частным пользователям. Качество передачи и связи соответственно очень высокое.
Давайте приведем преимущества цифровых систем передачи и обработки данных над аналоговыми системами:
1. Надежность передачи данных, а так же высокая помехоустойчивость;
2. Хранение данных на высочайшем уровне;
3. Завязана на вычислительной технике;
4. Минимизация возникновения ошибок при обработке, передачи, коммутации (связи) данных;

Цифровая система передачи

Управления, автоматическая система управления, в которой осущест-вляется квантование сигналов по уровню и по времени. Непрерывные сигна-лы (воздействия), возникающие в аналоговой части системы (в которую входят обычно объект управления, исполнительные механизмы иизмери-тельные преобразователи), подвергаются преобразованию в аналого цифро-вых преобразователях, откуда в цифровой форме поступают для обработки в ЦВМ. Результаты обработки данных подвергаются обратному преобразова-нию в виде непрерывных сигналов (воздействий) подаются на исполнитель-ные механизмы объекта управления. Использование ЦВМ позволяет значи-тельно улучшить качество управления, оптимизировать управление сложны-ми промышленными объектами. Примером может служить автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП).

Понятие “цифровая передача” является довольно широким и включает множество вопросов, таких как выбор параметров импульсов в конкретной среде передачи, преобразование цифровой последовательности к коду передачи и т.п.

Синхронизация В цифровых системах передачи необходимо обеспечить выполнение всех операций по обработке цифровых сигналов синхронно и последовательно. Если бы эти операции происходили локально и синхронизировались от одного источника, то проблем не было. В этом случае к стабильности задающего генератора не предъявлялись бы жесткие требования, так как на всех участках происходили бы одинаковые изменения тактовой частоты. Но поскольку любую систему цифровой передачи можно рассматривать как состоящую из двух и более полукомплектов приема и передачи, разнесенных на значительные расстояния, то требования к синхронизации становятся основополагающими. Высокостабильные и следовательно дорогие, тактовые генераторы могут оказаться бесполезными из-за линейных помех, вызывающих фазовые дрожания тактовых сигналов. По сути дела фазовые дрожания вызывают изменение числа битов, переданных по линии. Для борьбы с этим явлением используются устройства эластичной памяти, в которых запись осуществляется по тактовой частоте принимаемого сигнала, а считывание по тактовой частоте местного генератора. Такая память позволяет компенсировать пусть даже большие, но кратковременные отклонения тактовой частоты. Однако эластичная память не справляется при продолжительных, пусть даже небольших отклонения. Она может переполняться или опустошаться в зависимости от соотношения тактовых частот. При этом возникает так называемое проскальзывание. Рекомендацией ITU-T G.822 нормируется частота проскальзований в зависимости от качества обслуживания и устанавливается распределение продолжительности работы с пониженным и неудовлетворительным качеством. Таким образом рекомендацией ITU-T допускаются на синхронных цифровых сетях некоторые нарушения синхронизации. Рекомендация ITU-T G.803 описывает следующие режимы цифровых сетей по синхронизации: · синхронный режим, при котором проскальзования практически отсутствуют, имея случайный характер. Этот режим работы сетей с принудительной синхронизацией, когда все элементы сети получают тактовую частоту от одного эталонного генератора. · псевдосинхронный режим возникает, когда имеется несколько высокостабильных генератора (их нестабильность не более 10-11 согласно G.811). Допускается одно проскальзование за 70 суток. Этот режим имеет место на стыках сетей с синхронными режимами разных операторов. · плезиохронный режим появляется на цифровой сети при потери элементом сети внешней принудительной синхронизации. На сети с синхронным режимом такое может произойти при отказе основных и резервных путей прохождения синхросигнала или при выходе из строя эталонного генератора. Для обеспечения в этом случае приемлемого уровня проскальзования, 1 проскальзование за 17 часов, генераторы элементов сети должны обладать нестабильностью не более 10-9. · асинхронный режим характеризуется одним проскальзованием за 7 секунд позволяет иметь генераторы с нестабильностью не хуже 10-5. Подобный режим практически не применяется на цифровых сетях. В настоящее время все системы цифровой передачи, применяемые на цифровых сетях, принято разделять на системы PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy - плезиохронная цифровая иерархия) и SDH (Synchronous Digital Hierarchy - синхронная цифровая иерархия). Своими названиями они обязаны соответствующим режимам работы по синхронизации. В данной статье подробно рассмотрим PDH, принципам SDH посвящена отдельная статья. Плезиохронная цифровая иерархия Первыми возникли системы PDH, их основой стали системы с временным разделением каналов (ВРК) и ИКМ-кодированием. В силу исторических причин появилось два типа плезиохронной иерархии - североамериканская, используемая в основном в США, Канаде и Японии, и европейская, применяемая в большинстве стран. Базовой скоростью или нулевым уровнем в обоих типах иерархии (PDH и SDH) является скорость 64 кбит/с, под которой понимается один стандартный телефонных канал. Следующей ступенькой в плезиохронных иерархиях являются первичные цифровые системы передачи. Рекомендация ITU-T G.732 описывает европейскую системы (ИКМ30), а G.733 – североамериканскую (ИКМ24). Кадр или цикл системы ИКМ30 имеет продолжительность 125 мкс и состоит из 32 байт, каждый из которых относится к определенному каналу системы. Рис 1.1) Структура цикла. На рисунке приводится структура цикла. Нулевой канал предназначен для передачи служебных сигналов и сигналов синхронизации. Каналы с 1 по 15 и с 17 по 31 является информационными или телефонными. В каждом цикле передается 32 * 8 = 256 бит, что в итоге дает скорость 2048 кбит/с. Канал под номером 16 называется каналом сигнализации и может использоваться в двух вариантах: · для передачи сигнальной информации для телефонных каналов. В этом случае в каждом цикле байт канала сигнализации разбивается на две половины. В первой половине последовательно на протяжении 15 циклов передается сигнальная информация с 1 по 15 телефонного канала, во второй - с 16 по 31 канала. В нулевом цикле в канале сигнализации передается сигнал сверхцикловой синхронизации. Таким образом, через канал сигнализации обеспечивается передача сигнальной информации для каждого телефонного канала со скоростью 2 кбит/с. · канал сигнализации системы ИКМ30 может быть использован для обеспечения передачи сигнализации по общему каналу, например, ОКС №7, или для передачи данных. Поясним некоторые обозначения на рисунке. Во всех служебных байтах бит, обозначенный символом “Х” зарезервирован для международного использования. Биты “Y” зарезервированы для национального применения. Бит “Z” служит для сигнализации о сбоях в сверхцикловой синхронизации. Бит “А” используется для сигнализации о наличии важных сообщениях. Этот сигнал возникает (бит принимает значение “1”) в следующих случаях: · сбой по электропитанию; · сбой цикловой синхронизации; · сбой аппаратуры линейного кодирования; · наличие ошибок во входящем сигнале 2,048 Мбит/с; · частота появления серийных ошибок цикловой синхронизации превышает величину 10-3. Цикл ИКМ24 так же имеет продолжительность 125 мкс, но состоит из 24 байт и одного дополнительного бита. Каждый байт относится к определенному каналу системы. Рис. 1.2. Структура цикла. На рисунке приводится структура цикла. За один цикл передается 24 * 8 + 1 = 193 бита, что дает скорость 1544 кбит/с. Цикловая и сверхцикловая синхронизация обеспечивается определенной комбинацией добавочного бита, при подсчете за 12 циклов. Сигнальная информация телефонных каналов передается по двум подканалам А и В, образуемых младшими битами всех каналов соответственно в 6 и 12 циклах. Эти каналы обеспечивают передачу сигнализации каждого телефонного канала со скоростью 1,333 кбит/с. Отсутствие отдельного сигнального канала, по сравнению с европейской иерархией, позволяет более эффективно использовать пропускную способность. Однако происходит небольшое уменьшение канальной скорости. В силу кратности цикла формирования сигнальных каналов, равной 6, уменьшение скорости “плавает” между каналами, что практически не влияет на качестве речи, но не позволяет осуществлять одновременно передачу данных по отдельным каналам ИКМ24. Благодаря цикловой и сверхцикловой синхронизации поддерживаются требования плезиохронного режима работы в первичных цифровых системах. Для синхронизации ведомых генераторов в европейской иерархии используется тактовая частота 2048 кгц, выделяемая из цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с. Последующие ступеньки североамериканской и европейской плезиохрон-ных цифровых иерархий базируются на своих первичных цифровых системах. В таблицах представлено соотношение числа каналов и скоростей. Таб. 1.1. Европейская плезиохронная цифровая иерархия Таб 1.2. Североамериканская плезиохронная цифровая иерархия В отличие от европейской, североамериканская плезиохронная цифровая иерархия имеет ряд вариаций, которые не были стандартизованы ITU-T. Используется еще один сигнал DS1C со скоростью 3 152 кбит/с (Т1С), обеспечивающий 48 телефонных каналов. В Японии вместо скорости 44 736 кбит/с используется 32 064 кбит/с (480 каналов), а вместо 274 176 кбит/с - 97 728 кбит/с (1 440 каналов). Как видно из таблиц в североамериканской иерархии сигналам присвоены названия DS, которое расшифровывается очень просто - цифровой сигнал (Digital Signal). Очень часто для обозначения скорости цифровых сигналов используются цифро-буквенные комбинации, которые приведены в таблицах. Первичный цифровой поток формируется за счет по-байтного объединения каналов. На следующих уровнях объединение происходит на основе по-битного мультиплексирования первичных потоков. В силу плезиохронного характера первичных потоков при их объединении неизбежны проскальзования. Для снижения вероятности их появления используют процедуру согласования или выравнивания скоростей (стаффинг). Суть ее заключается в добавлении на передающем конце “пустых” битов и исключения их на приемном. Это процедура положительного стаффинга. Возможность вставки дополнительных битов предоставляется использованием несколько большей скорости объединенного потока, чем у суммы исходных. Разумеется кроме дополнительных битов еще передаются служебные сигналы и сигналы цикловой синхронизации. Главными недостатками плезиохронной цифровой иерархии (PDH) являются невозможность прямого доступа к каналам, без процедур демультиплексирования/мультиплексирования всего линейного сигнала, и практическое отсутствие средств сетевого мониторинга и управления. Потребность в более высоких скоростях работы цифровых систем передачи, повышение требований к качеству привели к созданию систем синхронной цифровой иерархии (SDH).

1.3.1) Вторичная цифровая система передачи ИКМ120

Вторичной ЦСП с ИКМ, отвечающей рекомендациям МККТТ по европейской иерархии, является серийная система ИКМ-120. Она предназначена для организации каналов на местных и зоновых участках первичной сети по кабелям типов ЗКНАП и МКС. Основным узлом системы ИКМ-120 является устройство образования типового вторичного цифрового потока со скоростью передачи 8448 кбит/с из четырех первичных со скоростями передачи 2048 кбит/с (рис 1.3) При использовании четырех комплектов АЦО-30 первичной ЦСП можно получить 120 каналов ТЧ, при этом, как и в первичных ЦСП, сохраняются все варианты организации вместо каналов ТЧ каналов ПДИ, ЗВ и т. д.

1.3. Структура ЦСП ИКМ-120

Рис. 1.4. Временной спектр ЦСП ИКМ-120

Таблица 1.3. Временной спектр ЦСП ИКМ-120.

Линейный тракт организуется по двухкабельной схеме, но на местных участках сети допускается и однокабельная. Номинальная схема кабельного участка l уч =5 км, максимальная длина секции дистанционного питания l дптах = 200 км. Максимальная длина переприемного участка ТЧ L max = 600км, что соответствует и максимальной протяженности зонового участка первичной сети.

Цифровой поток в точке сетевого стыка СС 2 между ВВГ и ОЛТ системы ИКМ-120 имеет параметры, соответствующие рекомендациям МККТТ, и потому может использоваться для организации связи посредством типовой аппаратуры по РРЛ и ВОЛС.

Вторичный цифровой поток разделяется на циклы длительностью Т ц = 125мкс, состоящие из 1056 разрядных интервалов. Цикл подразделяется на четыре одинаковых по длительности субцикла (рис. 1.4.). Первые восемь позиций I субцикла заняты синхросигналом объединенного потока (111001100), а остальные 256 позиций (с 9-й по 264-ю включительно) - информацией посимвольно объединенных исходных (четырех) потоков. На рисунке на соответствующих позициях отмечены номера символов исходных потоков. Первые четыре позиции II cубцикла заняты первыми символами команд согласования скоростей (КСС), а следующие четыре позиции - сигналами СС. Вторые и третьи символы КСС (команда положительного согласования имеет вид 111,а отрицательного - 000) занимают первые четыре позиции III и IV субциклов.

Распределение символов КСС позволяет защитить команды от воздействия пакетов импульсных помех. Позиции 5,...,8 субцикла III используются для передачи сигналов ДИ (две позиции), аварийных сигналов (одна позиция) и вызова служебной связи (одна позиция). В IV субцикле на позициях 5,..., 8 передаётся информация объединяемых потоков при отрицательном согласовании скоростей. При положительном согласовании скоростей исключается передача информации на позициях 9,..., 12 IV субцикла. Таким образом, общее число информационных символов в цикле 1024+4. Поскольку операция согласования скоростей производится не чаще чем через 78 циклов, позиции 5,...,8 субцикла IV занимаются очень редко, и поэтому их используют для передачи информации о промежуточных значениях и характере изменения скоростей объединяемых потоков.

В учебном пособии рассматриваются вопросы формирования канальных цифровых сигналов с помощью импульсно-кодовой модуляции, основы построения оборудования формирования первичного цифрового потока, построения линейных цифровых трактов телекоммуникационных систем плезиохронной цифровой иерархии, а также вопросы построения систем передачи с HDSL технологией.

Учебное пособие предназначено для студентов специальностей: 201000 (многоканальные телекоммуникационные системы) и 071700 (физика и техника оптической связи) очной и заочной форм обучения.

Введение

В данном учебном пособии рассматриваются вопросы передачи сигналов с помощью современных телекоммуникационных систем передачи плезиохронной (PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy) и синхронной (SDH – Synchronous Digital Hierarchy) цифровой иерархии.

Рассматриваются вопросы формирования канальных цифровых сигналов с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), основы построения оборудования формирования первичного цифрового потока, такие как аналого-цифровое преобразование, вопросы синхронизации, построения линейных цифровых трактов, объединения цифровых потоков в ЦСП PDH.

В учебном пособии рассмотрены вопросы построения систем передачи с HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop – цифровая абонентская линия) технологией, такие как методы линейного кодирования, характеристики систем передачи Flex Gain Megatrans.

Материал данного учебного пособия подготовлен авторами с использованием многолетнего опыта проведения лекционных и практических занятий на кафедре МЭС и ОС (Многоканальной электрической связи и оптических систем) в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики».

Иерархия цифровых систем передачи

Цифровые системы передачи (ЦСП), используемые на сетях связи, соответствуют определенной иерархической структуре, которая должна учитывать следующие основные требования:

возможность передачи всех аналоговых и дискретных сигналов;

выбор параметров систем передачи (СП) с учетом характеристик существующих и перспективных видов связи;

возможность достаточно простого объединения, разъединения и транзита передаваемых сигналов;

выбор стандартизированных скоростей передачи с учетом использования как аналого-цифровых преобразователей (АЦП), так и временного группообразования сигналов;

возможность взаимодействия ЦСП с АСП и различными системами коммутации.

Иерархический принцип построения ЦСП позволяет унифицировать каналообразующее оборудование, упростить процессы изготовления, внедрения и технической эксплуатации соответствующего оборудования, то есть в целом повысить технико – экономические показатели этих систем.

В настоящее время наибольшее распространение получили три типа иерархий ЦСП: европейская, североамериканская и японская.

Европейская иерархия основывается на первичном цифровом потоке (ПЦП), в котором с помощью аналого – цифрового оборудования образуются 30 каналов с пропускной способностью 64 кбит/с каждый (применяется восьми разрядная компандированная ИКМ) скорость передачи группового сигнала составляет 2048 кбит/с. При формировании групповых сигналов ЦСП более высокого уровня используется принцип временного объединения (группообразования) цифровых потоков, сформированных в оборудовании ЦСП более низкого уровня. Коэффициент объединения для всех ступеней иерархии принят равным четырем. На второй ступени формируется вторичный цифровой поток (ВЦП) со скоростью 8448 кбит/с. На третьей ступени формируется третичный цифровой поток (ТЦП) со скоростью 34368 кбит/с, а на четвертой – четвертичный цифровой поток (ЧЦП) со скоростью 139264 кбит/с.

В Североамериканской иерархии скорости передачи на различных ступенях мультиплексирования составляют: 1544 – 6312 – 44376 – 274176 кбит/с.

В Японской иерархии скорости передачи составляют:

1544 – 6312 – 32064 – 97728 кбит/ с. Это приводит к соответствующим затруднениям при организации цифровой международной связи.

Все отмеченные выше типы иерархии относятся к так называемой плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ). На английском языке она обозначается PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). В ней при временном группообразовании используются асинхронные методы объединения цифровых потоков.

Формирование канальных цифровых сигналов

В ЦСП канальный сигнал формируется в три этапа:

дискретизация по времени;

квантование по уровню;

кодирование.

2.1. Дискретизация по времени

Непрерывный сигнал можно представить в виде отсчетов с помощью электронного ключа (ЭК) (рисунок 2.1.).

Рисунок 2.1 – Операция дискретизации

Здесь - непрерывный сигнал;

Дискретный сигнал;

Частота дискретизации.

Сигнал можно представить в виде:

.

ЭК будем рассматривать как перемножитель. Разложим в ряд Фурье функцию
(рис.2.2.).

Рисунок 2.2 – Последовательность импульсов частоты дискретизации r(t)

;

Для получения спектра сигнала применяем преобразование Фурье.

Где - операция преобразования .

При и (- функция) спектр дискретного сигнала будет:

.

На рисунке 2.3. приведен спектр дискретного сигнала.

Для выделения на приеме исходного сигнала с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ), необходимо чтобы

, то есть

Мощность сигнала на выходе ФНЧ в меньше мощности исходного сигнала. Дискретизация сигнала представляет собой амплитудно – импульсную модуляцию (АИМ).

Рисунок 2.3 – Спектр дискретного сигнала

2.2. Квантование по уровню

На рисунке 2.4 показаны отсчеты (дискреты) сигнала и их квантованные значения. В результате квантования передаются не истинные, а только разрешенные значения уровней.

Рисунок 2.4 – Квантование сигнала

На рисунке 2.4:

Шаг квантования;

Ошибка квантования.

Суть операции квантования поясняет рис.2.5.

a кв (i+1)

a кв i

a кв (i-1)

a(pT Д )

pT Д

Рисунок 2.5 – Квантование.

Вместо a(pT Д ) передается a кв (i+1) или a кв i значения. Возникает ошибка квантования :

(смотри рисунок 2.4.).

Квантование бывает:

В первом случае возможны два типа амплитудных характеристик (АХ) квантующих устройств. Они приведены на рисунке 2.6.

U вых(кв )

U вх(АИМ)

б)

Рисунок 2.6 – АХ квантующих устройств

При АХ, изображенной на рисунке 2.6. «а», возникают шумы в режиме молчания (), а при АХ, изображенной на рисунке 2.6. «б», не воспроизводятся малые сигналы ().

2.2.1. Расчет мощности шумов квантования

Ошибку квантования можно рассматривать как некоторую помеху – шум квантования. Влияние его на качество связи можно оценить отношением:

,

где - коэффициент шума квантования;

Средняя мощность сигнала;

Мощность шума квантования.

В настоящее время процесс управления невозможно представить без оперативного обмена разнообразной информацией. Современный уровень развития средств связи предоставляет широкие возможности организации такого информационного взаимодействия.

Под системой телекоммуникаций будем понимать комплекс средств и каналов связи, работающих по определенным, им присущим принципам (физическим, организационным, технологическим и пр.) и предназначенных для передачи информации на большие расстояния.

Имеются следующие виды телекоммуникационных систем:

Телеграфная связь;

Телефонная связь;

Радиосвязь;

Спутниковая связь;

Компьютерные сети.

Телеграфная связь по праву может считаться одним из старейших способов передачи информации техническими средствами на большие расстояния. Появившаяся в начале XIX в. система электрической телеграфной связи и по сей день применяется для передачи данных. Однако в настоящее время телеграфную связь вытесняют другие - более современные, удобные и высокоскоростные системы обмена информацией.

Изобретение в 1876 году телефона положило начало развитию телефонных сетей, которые не перестают совершенствоваться и по настоящее время.

Сейчас по каналам телефонной сети общего пользования передается не только речевая информация (при разговоре двух абонентов), но и факсимильные сообщения и цифровые данные.

Телефонные сети предназначены для передачи по ним аналоговых сигналов. Аналоговый сигнал является непрерывным и может принимать значения из некоторого диапазона. Например, аналоговым сигналом является человеческая речь; в телефоне, телевизоре, радиоприемнике информация также существует в аналоговой форме. Недостатком такой формы представления информации является ее подверженность помехам.

Цифровая форма представления информации характеризуется наличием только двух определенных значений. В ЭВМ информация кодируется двумя значениями: «1» - наличие электрического сигнала, «0» - его отсутствие.

Чтобы с помощью телефонных каналов связи передавать цифровую информацию, что нужно, например, для организации компьютерных сетей, следует применять специальные устройства для преобразования сигналов одного вида в другой. Такими устройствами являются модемы (модуляторы/демодуляторы), позволяющие преобразовывать цифровой сигнал, поступающий с компьютера, в аналоговый - для передачи его по телефонным линиям связи. На приемной стороне производятся обратные преобразования.

Таким образом, телефонные сети являются основой для построения другого вида телекоммуникационных систем - компьютерных сетей.

Другое направление развития телефонной связи возникло также на стыке двух различных способов передачи данных: собственно телефонной связи и радиосвязи. Так появились сети мобильной телефонной связи, которую также называют «сотовой» связью. Подобное название возникло в связи с некоторыми особенностями организации таких сетей связи. Сотовая сеть представляет собой систему, состоящую из большого числа передатчиков, причем каждый из них покрывает некоторое ограниченное пространство всей зоны связи - «соту». Перемещаясь в пределах действия сети, абонент попадает в зону работы то одного передатчика, то другого, при этом связь не прерывается и сам абонент не должен производить какое-то переключение. Также следует отметить, что системы сотовой связи в качестве каналов передачи данных могут использовать и участки телефонной сети общего пользования, и спутниковую связь и пр. Эти каналы применяются для связи между различными Передающими узлами сети, в то время как для связи конечного абонента с ближайшим к нему передатчиком используется радиоканал.

Современные мобильные телефоны представляют собой удобные многофункциональные устройства. Они позволяют не только общаться с другим абонентом практически из любой точки мира, но и имеют массу других полезных возможностей. Так, с помощью мобильного телефона можно получить доступ в Интернет, посылать текстовые сообщения (SMS).

Радиосвязь в деятельности большинства организаций редко применяется непосредственно для передачи информации между двумя конечными абонентами. Однако каналы радиосвязи являются важной составной частью вычислительных сетей - в первую очередь сети Интернет и корпоративных сетей большой протяженности.

Спутниковые системы связи в настоящее время получили большое развитие. Постоянно появляются новые спутниковые сети. Они используются как канал передачи данных в других системах связи (например, при построении глобальных компьютерных сетей). Также широкое применение спутниковые системы нашли при организации телевизионного вещания.

Спутниковые сети связи строятся на основе трех типов искусственных спутников. Эти типы различаются по виду орбиты и высоте, на которой находится данный спутник. Так, различают спутники на низких круговых орбитах (низколетящие спутники); на эллиптических орбитах и геостационарные спутники.

Низколетящие спутники имеют высоту орбиты не более 2000 км. Так как один такой спутник находится над определенной точкой Земли очень непродолжительное время, то для обеспечения постоянной связи необходимо несколько десятков подобных спутников. Когда один из них уходит из зоны приема, то связь осуществляется через следующий спутник, находящийся в этой зоне. В каждый момент времени в зоне «прямой видимости» находится два-три спутника.

Системы спутниковой связи на эллиптических орбитах позволяют осуществлять радио- и телевизионное вещание на всей территории России. Типовая орбита таких спутников представляет собой эллипс с наименьшим расстоянием до поверхности Земли порядка 400-600 км и наибольшим расстоянием - до 60 000 км. Эти спутники позволяют обеспечивать связь на больших территориях. Однако из-за эллиптической орбиты они в определенное время уходят из зоны вешания, и связь со спутниками в этот момент времени не осуществляется. При появлении спутника в зоне приема связь восстанавливается.

Спутники на геостационарных орбитах позволяют осуществлять устойчивую связь практически с любой точкой земного шара (кроме районов, близких к полюсам). Для построения такой системы достаточно трех спутников, которые располагаются над экватором на высоте порядка 36 000 км и в каждый момент времени «висят» над определенной точкой Земли. Однако большая высота орбиты позволяет такой системе спутников просматривать практически всю поверхность Земли. Они не охватывают только районы близкие к полюсам (из-за кривизны Земли).

Спутниковые системы связи достаточно редко применяются для непосредственной связи двух абонентов сети. Обычно они являются промежуточным звеном для передачи информации, которая к конечному пользователю поступает через другие телекоммуникационные сети (телефонные, телевизионные, компьютерные и т. п.).

Основным средством телекоммуникации, т. е. организации информационного обмена, для современных предприятий являются компьютерные вычислительные сети.

Этот вид телекоммуникаций в настоящее время переживает период бурного развития и роста. Сейчас уже в каждой солидной организации имеется собственная локальная вычислительная сеть, как правило, с выходом в Интернет.

В связи с этим необходимо уделить особое внимание рассмотрению вопросов организации, построения и использования различных компьютерных сетей.

Благодаря взаимодействию компьютеров в сети, становится доступным ряд новых возможностей.

Первое – совместное использование аппаратных и программных ресурсов. Так, при общем доступе к дорогостоящему периферийному устройству (принтеру, плоттеру, сканеру, факсу и др.) снижаются затраты на каждого отдельного пользователя. Аналогично используются сетевые версии прикладного программного обеспечения.

Второе – совместный доступ к ресурсам данных. При централизованном хранении информации значительно упрощаются процессы обеспечения ее целостности, а также резервного копирования, что обеспечивает высокую надёжность. Наличие альтернативных копий на двух машинах одновременно позволяет продолжать работу при недоступности одной из них.

Третье – ускорение передачи данных и обеспечение новых форм взаимодействия пользователей в одном коллективе при работе над общим проектом.

Четвертое – использование общих средств связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных, видео, речи и т.д.).

Чаше всего сети классифицируют с точки зрения территории, которую они охватывают. Именно по этому признаку сети разделяют на локальные и глобальные.

Локальные сети (Local Area Network - LAN) состоят из компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории и, как правило, принадлежащих одной организации. За счет того, что расстояния между отдельными компьютерами невелики, появляются широкие возможности для использования дорогого телекоммуникационного оборудования, что обеспечивает высокую скорость и качество передачи данных. Благодаря этому пользователи локальных сетей могут пользоваться широким спектром услуг. Кроме того, в локальных сетях, как правило, используются простые способы взаимодействия отдельных компьютеров сети.

По способу управления сети делятся на одноранговые и с выделенным сервером (централизованным управлением). В одноранговых сетях все узлы равноправны – каждый узел может выступать в роли и клиента, и сервера. Под клиентом понимается программно-аппаратный объект, запрашивающий некоторые услуги. А под сервером – комбинация аппаратных и программных средств, которая эти услуги предоставляет. Компьютер, подключенный к локальной сети, в зависимости от задач, решаемых на нем, называют рабочей станцией (workstation) или сервером (server).

Одноранговые локальные вычислительные сети (ЛВС) достаточно просты в обслуживании, однако не могут обеспечить должной защиты информации при большом размере сети. Затраты на организацию одноранговых вычислительных сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочих станций эффективность использования сети резко уменьшается. Поэтому одноранговые ЛВС используются только для небольших рабочих групп – не более 20 компьютеров.

Выделенный сервер реализует функции управления сетью (администрирования) в соответствии с заданными политиками – совокупностями правил разделения и ограничения прав участников сети. ЛВС с выделенным сервером имеют хорошие средства обеспечения безопасности данных, способны поддерживать тысячи пользователей, однако требуют постоянного квалифицированного обслуживания системным администратором.

В зависимости от используемой технологии передачи данных различают широковещательные сети и сети с передачей от узла к узлу. Широковещательная передача применяется в основном в небольших сетях, а в крупных используется передача от узла к узлу.

В широковещательных сетях всеми узлами сети совместно используется единый канал связи. Посылаемые одним компьютером сообщения, называемые пакетами, принимаются всеми остальными машинами. В каждом пакете имеется адрес получателя сообщения. Если пакет адресован другому компьютеру, то он игнорируется. Таким образом, после проверки адреса получатель обрабатывает только те пакеты, которые ему предназначены.

Сети с передачей от узла к узлу состоят из попарно соединённых машин. В такой сети, чтобы попасть в пункт назначения, пакет проходит через ряд промежуточных машин. При этом часто существуют альтернативные пути от источника к получателю.

Глобальные сети (Wide Area Network - WAN) состоят из большого числа компьютеров-узлов, находящихся в различных городах, регионах, странах. Для создания глобальных сетей обычно используются уже существующие линии связи. Это позволяет значительно снизить стоимость, так как не требуется прокладывать специальные линии связи на большие расстояния. Кроме того, такой подход позволяет сделать глобальные сети доступными для огромного числа пользователей.

Однако принцип использования систем связи общего пользования имеет и существенные недостатки. Низкие скорости используемых каналов значительно сужают спектр предлагаемых услуг. Для устойчивой передачи данных по линиям связи невысокого качества используются специальные методы и средства (в частности, сложные процедуры контроля целостности и восстановления данных). Подобные методы являются отличительными признаками глобальных сетей.

Основу глобальной сети составляют вычислительные системы большой мощности, предназначенные для одновременной работы многих пользователей, - так называемые host-узлы. Специальные компьютеры - коммуникационные узлы - также являются необходимой составляющей глобальных сетей.

Городские (региональные) сети (Metropolitan Area Network - MAN) предназначены для связи локальных сетей внутри отдельно взятого города, а также соединения локальных сетей с глобальными. Городские сети представляют собой некое промежуточное звено между высокоскоростными, но ограниченными территориально локальными сетями и работающими на больших расстояниях, но низкоскоростными глобальными сетями. Использование городских сетей позволит организациям получить качественную и высокоскоростную связь за гораздо меньшие деньги, чем при создании собственной локальной сети. В России компьютерные сети этого вида пока еще не получили широкого распространения.

Отдельно следует выделить так называемые корпоративные сети. Они организуются предприятиями, имеющими большое число далеко расположенных друг от друга филиалов, между которыми необходимо организовать оперативный обмен данными. Подобные сети создаются для собственных нужд конкретной организации и выполнения задач в рамках ее деятельности. При этом сама сеть является виртуальной, а непосредственная передача данных ведется через другие сети: телефонную сеть общего пользования, локальные сети организации и ее филиалов, сеть Интернет и т. п.