Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы телекоммуникаций. Базовые компоненты телекоммуникационных систем. Учебное пособие для СПО
.pdf
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
_________________________________________________________________
Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ)
И.Б. Елистратова, Л.В. Семендилова
ОСНОВЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ.
БАЗОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Учебное пособие для СПО
Саратов
Профобразование
2026
УДК 654
ББК 32.94
Е51
Елистратова, Ирина Борисовна.
Е51
онных систем : учебное пособие для СПО / И.Б. Елистратова, Л.В. Семендилова ; Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. — Саратов : Профобразование, 2026. — 87 с. — (Среднее профессиональное образование). — Текст : электронный.
Рецензенты:
Пальчун Ю.А. — д-р техн. наук, проф.;
Лизнева Ю.С. — канд. техн. наук
Основы телекоммуникаций. Базовые компоненты телекоммуникаци-
ISBN 978-5-4488-3047-1
В учебном пособии рассмотрены приемо-передающие устройства оп-
тических телекоммуникационных систем, их особенности и основные характеристики. Даны основные понятия, позволяющие сформировать представление о логических схемах телекоммуникационных систем и анализе
различных логик.
Учебное пособие предназначено для изучения дисциплин «Телеком-
муникационные системы и сети», «Основы телекоммуникаций» по укруп-
ненным группам специальностей среднего профессионального образования
«Информационная безопасность», «Электроника, радиотехника и системы
связи».
Учебное электронное издание
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова, фотобанк Magnific
ISBN 978-5-4488-3047-1 © Елистратова И.Б., Семендилова Л.В., 2025
© Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики, 2025
© Оформление. ООО «Профобразование», 2026
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 4
ГЛАВА 1. ЛОГИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ ........ 5
1.1. Логические сигналы и логические операции .................................................... 5
1.2. Самостоятельная работа .................................................................................... 12
ГЛАВА 2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ .............................................................................. 15
2.1. Типы логик .......................................................................................................... 15
2.2. Диодная логика ................................................................................................... 17
2.3. Стабилитрон ........................................................................................................ 23
2.4. Самостоятельные вопросы ................................................................................ 25
ГЛАВА 3. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ТРАНЗИСТОРАХ .................. 27
3.1. Логические элементы на биполярных транзисторах ...................................... 27
3.2. Логические элементы на полевых транзисторах ............................................ 34
3.3. Самостоятельная работа .................................................................................... 44
ГЛАВА 4. БАЗОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ ОПТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ........................................................................................... 52
4.1. Основные понятия и параметры оптического диапазона .............................. 52
4.2. Источники излучения ......................................................................................... 56
4.3. Фотоприемные устройства ................................................................................ 63
4.4. Оптические трансиверы ..................................................................................... 70
4.5. Самостоятельная работа .................................................................................... 77
ПРИЛОЖЕНИЯ ....................................................................................................... 82
Приложение А ............................................................................................................ 82
Приложение Б ............................................................................................................ 84
СОКРАЩЕНИЯ ....................................................................................................... 86
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 87
4
ВВЕДЕНИЕ
Современные телекоммуникационные системы и сети представляют
сложный комплекс разнообразных технических средств, обеспечивающих
передачу различных сообщений на любые расстояния с заданными
параметрами качества. Под техническими средствами в данном курсе
понимаются изделия, оборудование, аппаратура и (или) их составные части,
функционирующие на основании законов электротехники, радиотехники и
(или) электроники и содержащие электронные компоненты и (или) схемы.
Таким образом, под техническими средствами понимают совокупность
устройств и элементов, образующих единое целое, в частности электронных
устройств.
В настоящее время на сетях используются цифровые устройства, в
которых обрабатываемая информация имеет вид электрических сигналов с
ограниченным множеством дискретных значений, причем наибольшее
распространение получили цифровые устройства, работающие с двоичным
кодированием информации. Электрические сигналы в таких системах обычно
имеют вид прямоугольных импульсов, характеризуемых двумя значениями
уровней, высоким и низким.
Теоретической основой проектирования цифровых систем является
алгебра логики, или булева алгебра (по имени ее основоположника Д. Буля). В
алгебре логики переменные величины и функции oт них могут принимать
только два значения – 0 и 1 – и называются логическими переменными и
логическими функциями. Устройства, реализующие логические функции,
называются логическими или цифровыми.
Цифровые устройства имеют принципиальные схемотехнические отличия
от аналоговых устройств, обусловленные следующими факторами:
− менее жесткими требованиями к точности, стабильности параметров и
характеристик элементов;
− возможностью синтеза систем любой сложности с помощью
ограниченного набора базовых логических элементов и элементов памяти;
− возможностью сопряжения функциональных узлов без специальных
согласующих элементов;
− простотой расширения функциональных возможностей путем набора
требуемых сочетаний интегральных микросхем.
5
ГЛАВА 1. ЛОГИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ
1.1. ЛОГИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
Телекоммуникации – это системы связи, предназначенные для обмена
данными на определенные расстояния. Данные в телекоммуникационных
системах формируются в виде сообщений, имеющих определенную структуру.
В сетях связи для передачи данных используются сигналы, т.е. сигналы
являются материальным воплощением сообщений для передачи, обработки и
хранения информации. Сигнал в системах телекоммуникации может быть
представлен в виде символа, знака или кодовой последовательности,
предназначенной для передачи от одного передатчика сообщений до приемного
устройства.
К основным параметрам сигнала относятся следующие:
− частота или длительность сигнала;
− амплитуда сигнала;
− пик-фактор, определяемый отношением пиковой амплитуды к
действующему значению амплитуды.
В цифровых системах передачи сигнал передается в виде бинарного кода,
т.е. в виде двоичного сигнала. К особенности двоичного сигнала относится
наличие двух четких различных уровней, отождествленных с логическими
единицами и нулями.
В логических схемах ко входу логического элемента могут быть
подключены:
− выход любого другого логического элемента;
− входной сигнал;
− логическая константа.
Для описания работы цифровых устройств используется существующий
математический аппарат, разработанный математиком Д. Булем. Булева алгебра
– это математическая система, оперирующая двумя событиями:
− логическая единица (истинное событие);
− логический ноль (ложное событие).
Для описания поведения цифровых схем с помощью булевой алгебры
необходимо входным, выходным параметрам ставить булевы переменные, т.е.
задаются логические функции. Для задания логических функций используются:
− логические уравнения;
− таблицы истинности.
Основные логические операции, согласно булевой алгебре, приведены в
таблице 1.1.
6
Таблица 1.1 – Основные логические операции
Простейшие операции
Логическое сложение
Логическое умножение
Законы поглощения и
склеивания
Законы дуальности
21221
1211
1211
1221
21221
1211
1221
)(
)(
)(
)(
)(
)(
ХХХХХ
ХХХХ
ХХХХ
ХХХХ
ХХХХХ
ХХХХ
ХХХХ
+=+
=+
=+
=+
=+
=+
=+
2121
ХХХХ +=
2121
ХХХХ +=
2121
ХХХХ =+
2121
ХХХХ =+
ХХ
ХХ
Х
=
=+
=+
1
0
11
22121
1211
)()(
)(
ХХХХХ
ХХХХ
=+
=+
22121
1211
)()(
)(
ХХХХХ
ХХХХ
=+++
=+
На логических переменных строятся логические элементы. В свою
очередь, логические элементы позволяют построить логические схемы.
Существуют логические схемы с положительной логикой и отрицательной
логикой, представленные на рисунках 1.1 и 1.2 соответственно.
7
Х1
Х0
Х
t
Х0
Х1
Х
t
Рисунок 1.1 – Положительная логика
Рисунок 1.2 – Отрицательная логика
Ниже представлены параметры цифровых сигналов:
− диапазон напряжений логических «0» и «1»;
− длительность переключения, т.е. время перехода состояния системы с
низкого уровня на высокий, и наоборот (transition time).
Для логических элементов разработаны условно-графические отображения
в соответствии со стандартами DIN и ANSI. ANSI – это американский стандарт
(American National Standart Institute) и DIN – европейский стандарт (Deutsche
Ingenieuring Normen – немецкий инженерный стандарт). Российский стандарт
близок к УГО в соответствии со стандартами DIN. В таблице 1.2 представлены
УГО и шифр базовых логических элементов.
8
Таблица 1.2 – УГО базовых логических элементов
Тип ЛЭ
логическое уравнение
Шифр
ЛЭ
УГО
ГОСТ
ANSI
НЕ
NOT
х Y
х Y
И
AND
&
х1
Y
х2
Y
x1
x2
ИЛИ
OR
1
х 1
Y
х 2
Y
x1
x2
И-НЕ
NAND
х1
Y
&
х2
Y
x1
x2
ИЛИ-НЕ
NOR
1
х1
Y
х2
Y
x1
x2
Исключающее ИЛИ
XOR
Y
=1
х1
х2
Y
x1
x2
Y
&
x1
x2
&
1
1
x3
x4
x5
&
&
XY =
21 XXY =
21 XXY +=
21 XXY =
21 XXY +=
212121 ХХХХXXY +==
Различают логические схемы комбинационные и последовательные. В
комбинационных схемах состояние выходного сигнала зависит от комбинации
входных сигналов, в последовательных схемах состояние выходного сигнала
зависит от комбинации входных сигналов и от предыстории состояний, т.е.
учитывается состояние сохраненных ранее состояний.
Пример комбинационной схемы представлен на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Пример комбинационной схемы
9
Примеры логических схем для устройств телекоммуникаций приведены в
Y
&
x1
x2
&
1
1
x3
x4
x5
0 уровень 1 уровень 2 уровень 4 уровень 5 уровень
&
&
nT =
приложении А.
При разработке логических схем на основе логических элементов
решаются задачи анализа и синтеза. Задача анализа заключается в определении
функций, реализуемой данной схемой. Задача синтеза заключается в
минимизации стоимости и времени задержки. Стоимость логического элемента
при построении абстрактных комбинационных схем определяется в смысле
Квайна, т.е. суммарным числом входов во все логические элементы схемы. Для
количественной оценки быстродействия абстрактной комбинационной схемы
используют величину задержки сигнала. В свою очередь, задержка сигнала
определяется числом уровней этой схемы, т.е. все элементы схемы
распределяются по уровням:
− входные сигналы принимаются за нулевой уровень;
− следующему уровню присваивается первый номер;
− последующим уровням присваивается номер по порядку. Последний
номер совпадает с количеством уровней.
Пример представлен на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 – Оценка быстродействия схемы
Задержка сигнала определяется формулой (1.1)
, (1.1)
где Т – общая задержка сигнала;
n – количество уровней;
τ – задержка сигнала на одном логическом элементе.
10
Таким образом, общая задержка сигнала комбинационной схемы,
вхЛЭQ
NS =
−+−=
=−=
qkm
SSS
иифакторизацпослеиифакторизацдо
)1(
2154321
215421321
)1(
)()(
xxxxxxx
xxxxxxxxxy
=++=
=++=
приведенной на рисунке 1.4, равна 5τ.
Для минимизации стоимости применяются два основных метода:
− факторизации;
− декомпозиции.
Процесс факторизации заключается в определении общих частей термов
(множителей) и вынесение их за скобки.
Процесс факторизации заключается в выполнении следующих функций:
− попарное склеивание;
− элементарное поглощение.
Таким образом, главной задачей при минимизации является поиск
членов, пригодных к склейке с последующим поглощением. Пример
факторизации для схемы, приведенной на рисунке 1.4, приведен ниже.
Стоимость комбинационной схемы в смысле Квайна оценивается по
формуле (1.2)
, (1.2)
где SQ – стоимость в смысле Квайна;
N
вх ЛЭ
комбинационной схемы.
Для схемы, представленной на рисунке 1.4, стоимость схемы до
факторизации будет равна 13, а после факторизации стоимость равна 2.
Эффективность факторизации определяется по формуле (1.3)
где m – количество символов, выносимых за скобку (общих множителей);
k – количество термов (слагаемых), из которых происходит вынос общих
множителей;
q – количество термов, оставшихся после вынесения общих множителей;
Δ = 1 – если осуществлен вынос из всех термов;
Δ = 2 – если осуществлен вынос не из всех термов.
Для уравнений, имеющих сложную форму, возможно использовать
графические методы. Одним из минимизирующих графических методов
является метод карт Карно. Карты Карно представляют из себя плоскую
развертку n – мерного куба и предназначены для минимизации цифровых схем.
В карту Карно булевы переменные передаются из таблицы истинности и
– суммарное число входов во все логические элементы
, (1.3)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]