Учебно-методическое пособие и задания на контрольную и курсовую работы по дисциплине Цифровые системы передачи

схемы. Чем отличается реверсивное резервирование от нереверсивного? Для чего вводят защитный интервал?

9. Защита трафика в синхронных сетях (раздел 9.2 [1], тема 52 [3]).

Разъясните, что конкретно имеют в виду, когда говорят о резервировании трафика. Чем отличается линейный резерв от кольцевого? Однонаправленное защитное переключение от двунаправленного? Объясните, как работают следующие схемы защиты: MSP Line 1+1, MSP Line 1:1, однонаправленное и двунаправленное сдвоенные (двухволоконные) кольца. Как резервируют решетчатые структуры, построенные на основе АОП?

10. Необходимость тактовой сетевой синхронизации. Режимы работы сети синхронизации и источники синхросигнала (глава 11 [1], тема 53 [3]).

Какие два тактовых генератора считаются работающими синхронно? Разъясните, почему желательна (но необязательна) синхронизация сетевых элементов на сети SDH от одного высококлассного задающего генератора. Какой эффект может дать синхронизация тактовых частот потоков E1 на сети PDH от того же самого генератора?

Перечислите режимы работы сети синхронизации, а также источники синхросигнала. Приведите классификацию источников по уровням качества.

11. Построение подсистем внутриузловой и межузловой синхронизации. Эталонная цепь синхронизации. Передача сигналов SSM (глава 11 [1],

тема 53 [3]).

Сформулируйте основные правила построения той и другой подсистем. Изобразите эталонную цепь синхронизации, назовите её основные параметры. Какую информацию несут сигналы SSM? Для чего она нужна? Как передают эти сигналы?

12. Структурная схема и принцип действия генератора сетевого элемента (рис. 11.4 [1] и поясняющий его текст, тема 54 [3]).

Нарисуйте укрупненную структурную схему ГСЭ. Объясните назначение каждого из его входов и выходов. В каких режимах он может работать? Сформулируйте логику выбора источника синхросигнала, исходя из уровня качества и приоритета.

13. Показатели битовых ошибок (с. 338…343 [1], тема 56 [3]).

Объясните, что такое цифровые (битовые) ошибки и почему они могут возникать. Дайте определение BER и укажите основной недостаток этого

11

показателя. Что такое время неготовности? Сформулируйте критерий полного отказа. Приведите определения ESk и SESk. Что такое блок? Блок с фоновой ошибкой? Определите следующие показатели: ESТ и SESТ, секунды с BBE.

14. Контроль битовых ошибок (раздел 7.6 [1], тема 58 [3]).

Сформулируйте общий принцип контроля ошибок без перерыва связи, используемый и в телекоммуникационных, и в компьютерных сетях. Какой метод применяют в SDH при формировании проверочных кодовых слов? Объясните суть этого метода на конкретном примере. Какие пороговые значения коэффициента ошибок устанавливают в оборудовании SDH?

15. Фазовые флуктуации цифровых сигналов (с. 99…100 [1], тема 59 [3]). Объясните, что такое фазовые флуктуации. Как называют «быстрые» и

«медленные» флуктуации? В каких единицах их измеряют? Перечислите причины появления фазовых флуктуаций. Как они сказываются на работе оборудования? Чем отличаются систематические флуктуации от несистематических? Какие их них и почему более опасны? Укажите способы борьбы с фазовыми флуктуациями.

16. Передача пакетного трафика по сетям PDH и SDH (тема 60 [3]).

Объясните, в чем принципиальное отличие трафика компьютерной сети от трафика телекоммуникационной сети. Для чего компьютерщикам нужны сети связи? Перечислите проблемы, возникающие на стыках компьютерных сетей с телекоммуникационными. Назовите три процедуры, входящие в состав универсальной технологии сопряжения пакетных сетей и сетей связи. Кратко охарактеризуйте каждую из них. В чем состоят главные преимущества этой технологии?

17. Достоинства оптических волокон. Многомодовые и одномодовые волокна

(с. 14 и с. 28…33 [2], тема 62 [3]).

Перечислите главные достоинства оптических кабелей связи. Изобразите поперечное сечение оптического волокна, укажите его геометрические размеры. Что такое ППП? Какие они бывают? Приведите классификацию типов волн (мод) в диэлектрическом волноводе. Какие волокна именуют ступенчатыми? Градиентными? Многомодовыми? Одномодовыми? Дайте определение волны отсечки. Укажите волну отсечки высших мод для стандартного ОВ (SF). Чему равна волна отсечки фундаментальной моды HE11? Назовите все стандартные диапазоны, предназначенные для передачи сигналов по многомодовым и одномодовым волокнам.

12

18. Затухание в оптических волокнах (с. 33..36 [2], тема 63 [3]).

Перечислите все источники потерь энергии в ОВ. Назовите главные из них. Какой параметр ОВ характеризует величину удельных потерь? Изобразите зависимости составляющих потерь от длины волны. Укажите координаты экстремальных точек. Сопоставьте потери в одномодовом и многомодовом волокнах.

19. Материальная и волноводная дисперсия в оптическом волокне (с. 38, 39 [2],

тема 64 [3]).

Объясните, что такое дисперсия и к каким негативным последствиям она приводит. Назовите причину материальной дисперсии. Что такое показатель преломления? Групповая задержка? Нарисуйте графики зависимостей показателя преломления и групповой задержки от длины волны для беспримесного кварцевого стекла.

Назовите причину волноводной дисперсии. От чего зависит её величина? Как можно управлять величиной волноводной дисперсии?

20. Хроматическая дисперсия в оптическом волокне (с. 38…40 [2], тема 64 [3]). Объясните, что такое дисперсия и к каким негативным последствиям она

приводит. Назовите две составляющие хроматической дисперсии. Нарисуйте зависимость групповой задержки, обусловленной хроматической дисперсией, от длины волны. Дайте определение коэффициента хроматической дисперсии. В каких единицах он измеряется? Что такое уширение и как его рассчитать? Изобразите зависимости коэффициента дисперсии от длины волны для ОВ следующих типов: SF, DSF, NZDSF. Что такое накопленная дисперсия? Запишите условие полной компенсации хроматической дисперсии.

21. Межмодовая и поляризационная модовая дисперсия (с. 40, 41 [2], тема 64 [3]). Объясните, что такое дисперсия и к каким негативным последствиям она приводит. Назовите причину межмодовой дисперсии. Дайте определение дисперсионного параметра, укажите единицу его измерения. Как рассчитать километрическое уширение, обусловленное этим видом дисперсии? Как зависит уширение от длины волокна? Какова величина межмодовой дисперсии в одномодовом ОВ? Можно ли пренебречь хроматической дисперсией в

многомодовом волокне?

Из-за чего возникает ПМД? Почему она имеет случайный характер? Дайте определение дисперсионного параметра и назовите единицу его измерения.

13

Укажите, как рассчитать уширение, обусловленное ПМД, в ОВ заданной длины. При каких скоростях передачи сигналов приходится всерьез считаться с ПМД?

22. Основные требования к источникам оптического излучения. Светоизлучающие диоды и их характеристики (с. 85…92 [2], тема 65 [3]). Перечислите общие требования к источникам излучения. Назовите два вида

источников, применяющихся в оптической связи. Изобразите схему простейшего СИД и объясните, как он работает. Что такое гетероструктура и каковы её полезные свойства? Перечислите основные характеристики СИД. От чего зависит рабочая длина волны? Какую (примерно) оптическую мощность он излучает? Какова ширина спектра излучения? Укажите достоинства, недостатки и область применения СИД.

23. Инжекционные лазерные диоды и их характеристики (с. 92…94 [2], тема 66

[3]).

Назовите условия возникновения лазерной генерации. Нарисуйте схему FPлазера, объясните, как он работает. Изобразите его ватт-амперную и спектральную характеристики. Объясните, почему они имеют такую форму. Как осуществляют модуляцию излучения лазерного диода? Какие разновидности одномодовых ИЛД используют на практике? Укажите главное преимущество одномодового лазера перед многомодовым. Сравните светодиоды с лазерными диодами, сделайте вывод.

24. Структурная схема и принцип действия передающего оптического модуля

(с. 94…98 [2], темы 67, 68 [3]).

Изобразите структурную схему ПОМ с внутренней модуляцией оптической несущей и объясните, как она работает. Какой вид модуляции преимущественно используют в оптической связи? Почему внутренняя модуляция применяется только при сравнительно низких скоростях передачи?

Нарисуйте структурную схему ПОМ с внешней модуляцией, поясните назначение элементов и характер их взаимодействия. На каких принципах основана работа оптического модулятора?

25. Структура, принцип действия и характеристики фотодетекторов

(с. 109…115 [2], тема 69 [3]).

Укажите назначение фотодетекторов и перечислите предъявляемые к ним требования. Изобразите структуру и поясните принцип действия PIN фотодиода. Каковы его достоинства и недостатки? Нарисуйте структурную схему ЛФД. В чем состоит его главное отличие от PIN фотодиода? Назовите его достоинства и

14

недостатки. Дайте определения основным характеристикам фотодетекторов (квантовая эффективность, монохроматическая токовая чувствительность и др.).

26. Структурная схема и принцип действия приёмного оптического модуля

(с. 109…117 [2], тема 70 [3]).

Изобразите структурную схему ПРОМ. Объясните принцип действия ТИУ. Как найти частоту среза его АЧХ? Как рассчитать сопротивление резистора обратной связи? Как определить напряжение сигнала на выходе ПРОМ, зная величину входной оптической мощности?

27. Шумы приёмного оптического модуля (с. 117…120 [2], тема 71 [3]).

Назовите две главные составляющие шумов ПРОМ. Объясните физическую природу каждой из них. Приведите определение коэффициента шума усилителя. Рассчитайте действующие значения напряжений составляющих шумов на выходе ПРОМ.

Назовите главные факторы, ограничивающие длину регенерационного участка (при отсутствии усилителей и компенсаторов дисперсии). Рассчитайте максимальную протяженность регенерационного участка.

29. Оптические усилители и их характеристики (раздел 3.5 [2], тема 74 [3]). Укажите назначение оптического усилителя. Изобразите упрощенную

структурную схему усилителя на примесном волокне (EDFA) и энергетическую диаграмму, поясняющую его принцип действия. Перечислите основные характеристики ОУ. Что такое ASE? Рассчитайте мощность оптического шума на выходе усилителя и уровень шума, приведённый к его входу.

30. Пассивные оптические компоненты (разделы 2.2…2.6 [2], тема 75 [3]).

При ответе на вопрос необходимо назвать каждый из оптических компонентов, указать его назначение и основные характеристики. Обратите внимание на оптические кроссы, перечислите их главные достоинства.

31. Основные принципы спектрального разделения оптических сигналов (глава 8[2], тема 76 [3]).

Перечислите достоинства оптических систем со спектральным разделением. Назовите два класса этих систем. В каких диапазонах они работают? Какую полосу отводят на один спектральный канал в системах CWDM?

15

В системах DWDM? Объясните принцип действия оптического мультиплексора/демультиплексора. Рассчитайте ширину спектра оптического сигнала в одном канале. Почему FP-лазер нельзя использовать при DWDM? Какие главные требования предъявляют к источникам излучения в системах с плотным волновым мультиплексированием?

32.Структурная схема и принцип действия оптической ЦСП с DWDM (рис. 8.3, 9.7, 9.12 [2], и поясняющий эти рисунки текст, тема 76 [3]). Изобразите структурную схему одного направления передачи оптической

ЦСП с плотным волновым мультиплексированием и топологией «последовательная линейная цепь». Укажите назначение каждого из её элементов. Что такое ОМВВ и когда возникает необходимость в его установке? Почему в бустерах не предусмотрены компенсаторы дисперсии? Какие факторы влияют на расстояния между оптическими усилителями? Чем ограничено их количество в цепочке?

16

СОДЕРЖАНИЕ ОБЗОРНЫХ ЛЕКЦИЙ, ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ. ПОРЯДОК СДАЧИ ЗАЧЕТА И ЭКЗАМЕНА

Количество аудиторных занятий жестко ограничено, поэтому лекции вынужденно будут иметь обзорный характер и телеграфный стиль. Изучаемые вопросы будут рассматриваться в форме комментариев к конспекту [3].Чтобы

дорогое лекционное время не пропадало зря, во время лекций нужно иметь конспект перед глазами либо в виде бумажной копии, либо в виде текста на мониторе ноутбука.

Лабораторный практикум выполняют в одной из лабораторий кафедры МТС (ауд. А 156). Описания работ находятся там же.

На практических занятиях будут даны рекомендации по выполнению контрольной и курсовой работ и ответы на конкретные вопросы, касающиеся решения задач, проанализированы типовые ошибки, рассмотрены примеры расчетов.

На зачетное занятие в седьмом семестре студенты приходят, имея при себе проверенную и допущенную к защите контрольную работу и отчет по лабораторным работам с отметкой преподавателя, проводившего эти занятия,

оих выполнении. Для получения зачета необходимо:

Внести исправления и добавления в текст контрольной по замечаниям рецензента, исправить все замеченные ошибки, уметь полностью объяснить ход решения задач, знать определения используемых в них понятий, понимать смысл символов, входящих в расчетные формулы.

Дать удовлетворительные ответы на вопросы лектора по теоретическому курсу. Список вопросов идентичен списку тем, изучаемых в седьмом семестре.

Во время сдачи зачета разрешено пользоваться своей контрольной работой, отчетами по лаборатории и методическими указаниями по дисциплине.

К экзамену в восьмом семестре допускают только студентов, защитивших курсовую работу и имеющих на руках подписанные отчеты по лаборатории. В экзаменационные билеты включены вопросы, список которых полностью аналогичен списку изучаемых в данном семестре тем. Во время сдачи экзамена студенты имеют право пользоваться копией (или черновиком) своей курсовой работы, отчетами по лаборатории и методическими указаниями по изучаемой дисциплине.

17

ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ В СЕДЬМОМ СЕМЕСТРЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Контрольную работу выполняют в точном соответствии с индивидуальным заданием, определяемым предпоследней и последней цифрами номера студенческого билета. Работа, выполненная даже частично не по заданному варианту, не будет отрецензирована и возвратится к владельцу непроверенной и не допущенной к защите.

Текст контрольной пишут от руки в обычной ученической тетради в клетку на одной стороне листа, либо печатают на стандартных листах формата А4. Страницы, формулы и рисунки нумеруют. Все исправления и дополнения, сделанные по указанию преподавателя-рецензента, выносят на чистую сторону листа в том месте, где обнаружены ошибки или заданы вопросы.

В контрольной работе приводят формулировки заданий и исходные данные. Расчеты снабжают краткими пояснениями. Вычисления приводят настолько подробно, насколько это необходимо для проверки их правильности. Результаты промежуточных вычислений не округляют во избежание накопления ошибок. Список литературы помещают в конце работы. Там же должна быть подпись автора с указанием даты окончания работы и примерного объема трудовых затрат (в часах).

Задание 1

1.Изобразите упрощенные структурные схемы кодера и декодера взвешивания.

2.Выполните операции кодирования/декодирования постоянного напряжения U для каждого из двух случаев:

кодек линейный, 12-разрядный;

кодек нелинейный со стандартной характеристикой типа А.

Рассчитайте абсолютную и относительную ошибки квантования.

Представьте результаты кодирования в виде электрических сигналов (в формате БВН).

Величину напряжения и шаг квантования находят по формулам

3. Рассчитайте и постройте зависимость защищенности речевого сигнала от помехи равномерного квантования на выходе m-разрядного кодека при изменении

18

относительного уровня сигнала в динамическом диапазоне от -20 дБ до нуля

Задание 2

1.Изобразите структуру цикла потока Е2 с двусторонним выравниванием.

2.В этом цикле заданы по вариантам команды согласования скоростей для каждого из четырех компонентных потоков Е1: А,В,С,D. Команда «+» означает положительное выравнивание, «-» - отрицательное, «0» – отсутствие выравнивания в данном конкретном цикле. Укажите, как будут распределены символы каждого компонентного потока А1,А2,А3…В1,В2,В3…С1,С2,С3…D1,D2,D3…по позициям 5…20 последнего субцикла. Числами 1,2,3… обозначены номера бит компонентных потоков в этом субцикле.

Свой вариант команд возьмите из табл. 2.

19

Задание 3

1.Взяв за основу заданную в табл. 3 двоичную кодовую последовательность из двадцати символов, постройте временные диаграммы следующих видов сигналов: БВН, БВНМ, ЧПИ, КВП-3, АБК, ОБК, ИТП, 2В1Q.

2.Перечислите коды

а) обладающие хорошей способностью к самохронированию, б) наиболее устойчивые к помехам, в) лучше других использующие полосу частот,

г) малочувствительные к ограничению их спектра снизу.

Таблица 3

3. Рассчитайте ожидаемую вероятность ошибки в линейном регенераторе. Защищенность сигнала от гауссовской помехи в ТРР равна