1. ЭВОЛЮЦИЯ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ

1.1. Обобщенная структурная схема электрической связи

Сеть связи — технологическая система, включающая в себя средства связи и линии связи и предназначенная для электрической связи. Термины «электрическая связь» и «телекоммуникации» по существу идентичны и отражают передачу информации на расстояние с помощью технических средств.

Передаваемая информация может быть представлена в различных формах, которые принято называть сообщениями. Физиологические способности человека определяют возможность восприятия им информации через посредство звука (речи, акустического сигнала и т. п.), неподвижного или подвижного изображения (светового сигнала) или в виде знаков некоторого алфавита. Соответственно, все множество сообщений делится на три группы: звуковые, световые, данные. Обобщенная структурная схема системы электросвязи одинакова для передачи любых видов сообщений (рис.1).

Рис.1. Обобщенная структурная схема электрической связи

Передатчик, канал связи, приемник — вот основные элементы любых систем связи, если рассматривать коммуникационный процесс в терминах прямой связи между отправителем и получателем сообщения. Электрические сигналы, отображающие сообщение (например, звук, оптическое изображение, текст) при помощи передатчика преобразуются в электрические сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками канала связи. В состав канала связи входят различные технические устройства и среда распространения сигнала. В процессе передачи электрический сигнал подвергается помехам.

Вприемном устройстве электрические сигналы обратно преобразуются

всигналы сообщения в виде звука, оптической, текстовой информации.

6

Средой распространения электрического сигнала могут быть проводные линии связи (симметричный, коаксиальный, волоконно-оптический кабель) или открытое пространство. И в том, и другом случае сообщение передается посредством распространения электромагнитных волн.

Для передачи информации с помощью электромагнитных волн высокочастотное электромагнитное излучение, генерируемое синтезатором частоты (СЧ) должно быть промодулировано в модуляторе М низкочастотным информационным сигналом (рис.2). Поэтому в типовой состав оборудования пере- дающейчастиобязательновходитмодулятор,приемнойчасти—демодулятор (рис.2). В процессе развития электросвязи методы модуляции прошли большойпутьразвитияотАМ,ЧМ,ФМиихпростейшихмодификацийдоусовершенствованных (16QAM, OFDM, QPSK и пр.), ставших в современных системахмобильнойсвязимощныминструментомвборьбезаувеличениескорости передачи сигналов.

Рис.2. Структурная схема системы радиосвязи

С помощью антенны (А) энергия радиочастотных колебаний передатчика излучаетсявтрактраспространениярадиоволн.Наприемномконцерадиоволны наводят ЭДС в антенне. Радиоприемное устройство с помощью селективных(избирательных)целей(СЦ)отфильтровываетсигналыотпомехидругих радиостанций. В детекторе (Д) происходит процесс, обратный модуляции— выделение из модулированных колебаний исходного электрического сигнала, который управлял радиопередатчиком.

Электрическая цепь и вспомогательные устройства, с помощью которых энергия радиочастотного сигнала подводится от радиопередатчика к антенне или от антенны к радиоприемнику называется фидером.

При передаче информации используют три различных способа: при односторонней связи — симплексный режим (simplex, англ.); при двусторонней связи — полудуплексный (half-duplex, англ.) и дуплексный (duplex, англ.) режимы.Приполудуплексномрежимесигналыпередаютсявобоихнаправлениях, но в разное время, а в дуплексном — одновременно в обоих направлениях

(рис.3).

Радиовещательные и телевизионные сети связи, построенные по широковещательному принципу «от одного к многим», относятся к односторонней связи.

7

Рис. 3. Режимы организации связи

В полудуплексном режиме работают многие радиостанции.

Полная дуплексная связь характерна для телефонной сети (проводной и беспроводной) — обе стороны могут говорить и слушать одновременно. Например, в стандарте NMT-450 каждому абоненту для разговора предоставляется в полное распоряжение отдельный дуплексный радиоканал. Рабочие частоты находятся в двух полосах: 453-457, 5 МГц для канала от сотового телефона к базовой станции и 463-467, 5 МГц для канала от базовой станции к телефону. Частотный разнос каналов приёма и передачи — 10 МГц.

Вопросы для самопроверки к подразделу 1.1

1.Что такое сообщение? Назовите виды сообщений.

2.Назовите основные элементы обобщенной структурной схемы электрической связи.

3.Опишите преобразования в передающей части.

4.Опишите преобразования в приемной части.

5.Что используется в качестве среды распространения в электросвязи?

6.К какому режиму организации связи относятся телефонные сети?

7.К какому режиму организации связи относятся радиовещательные и телевизионные сети?

8

8.Приведите пример устройств, работающих в режиме полудуплекса.

9.Приведите пример устройств, работающих в режиме дуплекса

1.2.Коммутация и сигнализация

Самойпростойсетевойструктуройявляетсяконфигурация«точка–точка» («каждыйскаждым»);ееиспользованиеоправданодлясоединениябуквально нескольких источников сообщений. Поэтому уже на заре развития первых видов электрической связи (телеграфных и телефонных) стали применять коммутаторы и строить сети на основе переключаемых коммуникационных звеньев, обеспечивающих возможность соединения между многими оконечными устройствами. Так появился принцип коммутации каналов.

Средимножествавозможныхподходовкрешениюзадачикоммутацииканалов в сетях выделяют два основополагающих: КК — коммутация каналов

(circuit switching); КП — коммутация пакетов (packet switching). Каждый из них имеет ряд достоинств и недостатков.

МетодККнеэффективноиспользуетфизическиересурсыканаласвязи,но позволяет организовать качественную связь. Часть пропускной способности, которая отводится составному каналу после установления соединения, предоставляется ему на все время, т.е. до тех пор, пока соединение не будет разорвано. Однако абонентам не всегда нужна пропускная способность канала во время соединения. Например, в телефонном разговоре могут быть паузы; ещеболеенеравномернымвовремениявляетсявзаимодействиекомпьютеров.

Появление в середине XX в. первых компьютерных сетей способствовало развитию метода КП, при котором все передаваемые пользователем данные разбиваются передающим узлом на небольшие части — пакеты (packet). Каждыйпакетоснащаетсязаголовком,вкоторомуказывается,какминимум,адрес узла-получателяиномерпакета.Передачапакетовпосетипроисходитнезави- симо друг от друга. Более эффективное использование физических ресурсов канала связи сопровождается снижением качества связи из-за задержек пакетов в пути. Сеть с КП замедляет процесс взаимодействия каждой конкретной пары узлов, поскольку их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока передадутся другие пакеты. Однако общая эффективность (объем передаваемых данных в единицу времени) при коммутации пакетов будет выше, чем при коммутации каналов.

ВнашиднисетисКП(книмотносятсяIP-сети),считаютсянаиболеепер- спективными для построения современных инфокоммуникационных сетей (ИКС). Тем не менее, нельзя сбрасывать со счетов и методы КК. Сегодня они не только с успехом работают в традиционных телефонных сетях, но ишироко применяются для образования высокоскоростных постоянных соединений втак называемых первичных (опорных) сетях на основе технологий SDH и DWDM, которые используются для создания магистральных физических

9

каналов между коммутаторами телефонных или компьютерных сетей. В будущем не исключено появление новых технологий коммутации, комбинирующих принципы КП и КК.

Современные ИКС унаследовали от сетей с КК принципы сигнализации. Под сигнализацией понимается обмен информацией, специально предназначенный для установления и завершения соединения, а также для управления сетью и обслуживания вызовов. Роль сетевой сигнализации иногда сравнивают с функциями, которые выполняет нервная система человека. Системы сигнализации, изображенные на рис.4, использовались в аналоговых АТС электромеханического типа (декадно-шаговых и координатных); системы передачи при этом в основном были аналоговыми, в последующем перешли к цифровым системам.

а) Внутриполосная сигнализация для декадно-шаговых АТС

б) Внутриполосная сигнализация для координатных АТС Рис.4. Сигнализация между аналоговыми АТС

Цифровая система передачи (ИКМ, PCM) принимает аналоговые сигналы от узла связи и преобразует их в цифровой поток, а на удалённой стороне пре-

10

образует цифровые сигналы в аналоговые и передаёт по физическим СЛ. Система сигнализации, используемая между аналоговыми АТС, взаимодействие которых осуществляется через цифровую систему передачи ИКМ, получила название «по выделенному сигнальному каналу» — ВСК (рис.5).

Рис.5. Сигнализация по ВСК

В полностью цифровых системах связи, использующих цифровое коммутационное и передающее оборудование, нашла применение сигнализация по общему каналу (рис.6-7), при которой сигналы управления установлением соединения для всех разговорных каналов и/или каналов передачи данных передаются в виде сигнальных сообщений (блоков данных) по одному общему каналу сигнализации.

Рис.6. Общеканальная сигнализация

11