Функциональная схема атс координатной системы (атск)

А АИ В А IГИ В

0 к УСС-0

ИШК

АК

100 60 20 80 120 8 к АМТС

400

к УИС1-9

20

20 РИ

5

МАВ

МГИ 1ГИ

АРВ

С АИ D внутристанционная

200 40 30 связь

ВШК

к др. АИ-АВ

В IIIГИ А

МСD

400 120 80

от др. АТС и УВС

МГИ IIIГИ

МКС –многократный координатный

соединитель

АК – абонентский комплект

АИ-АВ - ступень абонентского искания (блок АИ-АВ) 100х60х40 содержит:

-100 – количество АК, включаемых в поле МКС зв.А, каждой ступени искания АИ-АВ

• -60 - количество промежуточных линий (ПЛ) между звеньями А и В

• -40 – количество выходов из каждой ступени искания АИ-АВ (звено В), в которые включаются соответственно 20 исходящих шнуровых комплектов (ИШК) и 20 промежуточных линий между ступенями искания АИ-СD (звено С) и АИ-АВ (звено В).

• МАВ – маркер ступени АИ-АВ

• Для тысячной абонентской группы (1000 номеров) необходимо установить:

• -10 стативов АК (1 статив – 100 номеров),

• -10 стативов АИ-АВ (1 статив – 100 абонентских номеров),

• - 5 стативов ИШК (1 статив – 40 исходящих шнуровых комплектов),

• - 4 статива АИ-СD (1 статив – 30 входящих соединительных линий, в т.ч. ВШК),

- 5 стативов ВШК (1 статив – 48 входящих шнуровых комплектов, в т.ч. 8 м/г).

• АИ-СD – ступень абонентского искания (блок АИ-СD), предназначена для коммутации соединения к ступени абонентского искания АИ-АВ (сотенной абонентской группе).

• Ступень абонентского искания АИ-СD (блок АИ-СD) 30х40х200 содержит:

• -30 – число входов в каждую ступень искания АИ-СD (звено D), в которую включаются входящие шнуровые комплекты (ВШК), в т.ч. м/г,

-40 – количество промежуточных линий между звеном D и звеном С ступени искания АИ-СD,

-200 – количество промежуточных линий (ПЛ) между звеном С и звеном В (для 1000-ой группы абонентов – 10 направлений, по 20 ПЛ в каждом).

МСD – маркер ступени АИ-СD

ИШК– исходящий шнуровой комплект

РИ– ступень регистрового искания, однозвенная 20х5 (20 ИШК обслуживаются 5 абонентскими регистрами)

МРИ– маркер ступени регистрового искания

АРБ – абонентский регистр батарейный

ГИ – ступень группового искания

МГИ – маркер ступени группового искания

ВШК – входящий шнуровой комплект

Пример установления соединения

Абонент А (вызывающий абонент): 978-65-43 набирает номер телефона абонента В (вызываемого абонента) 978-05-64

При снятии телефонной трубки с телефонного аппарата абонента А, в АТСК срабатывает линейное реле в АК, которое своими контактами подключает МАВ. В свою очередь, МАВ определяет цифры десятков и единиц номера телефона вызывающего абонента - абонента А (для маркера это – номер входа), находит свободную линию к ИШК, проключает промежуточную линию между звеньями А и В ступени АИ-АВ, устанавливает соединение от АК к выбранному ИШК.

При подключении ИШК к АК, в АК срабатывает разделительное реле, которое своими контактами отключает МАВ, последний, освобождаясь готов к обслуживанию следующего вызова.

Конкретный ИШК закреплен за конкретным входом 1ГИ.

ИШК подключается МРИ, который определяет номер ИШК (номер входа ступени РИ), находит свободный, доступный данному ИШК, АРБ, проключает промежуточную линию ступени РИ, тем самым, осуществляя соединение ИШК с АРБ, после чего МРИ освобождается, и готов к обслуживанию следующего вызова.

После подключения АРБ к ИШК, из АРБ в сторону АК вызывающего абонента направляется зуммерный сигнал «ответа станции», услышав который абонент набирает номер телефона вызываемого абонента – абонента В (в нашем примере: 978-05-64).

АРБ принимает полностью весь набранный абонентом А номер телефона вызываемого абонента В, фиксирует (запоминает) его, а затем по частотным запросам (кодом 2 из 6) из маркеров, соответствующих ступеней искания также частотным кодом 2 из 6 передает в ступени сначала группового, а затем абонентского искания информацию о цифрах номера телефона абонента В.

После фиксирования номера телефона, набранного абонентом А, к АРБ подключается МГИ 1ГИ, который определяет вход (номер ИШК), и направляет в АРБ запрос - частотный сигнал 01 («передай первую цифру частотным способом»). Получив запрос, АРБ выдает частотным способом также кодом 2 из 6 первую цифру зафиксированного номера телефона вызываемого абонента.

Примечание:

Для проключения своей ступени МГИ 1ГИ может принимать из АРБ 1, 2 или 3 цифры зафиксированного им номера телефона вызываемого абонента:

-при связи с АМТС или узлом спецслужб (УСС) МГИ 1ГИ устанавливает соединение по одной цифре, соответственно 8 или 0;

-при связи с узлами исходящего (входящего) соедиения МГИ 1ГИ устанавливает соединение по одной или двум цифрам;

-при связи внутри АТСК или внутри своего стотысячного узлового района МГИ 1ГИ устанавливает соединение по трем цифрам.

В нашем примере связь осуществляется внутри АТСК, индекс которой 978. Следовательно, МГИ 1ГИ должен принять три первые цифры набранного абонентом номера телефона вызываемого абонента. Цифры передаются в МГИ 1ГИ из АРБ частотным способом кодом 2 из 6 (см. таблицу соответствия частотных кодов) для того, чтобы установить соединение к следующей ступени искания - IIIГИ.

Таблица соответствия частотных кодов служебным запросам и цифрам:

комбинация частот цифра служебный сигнал

(из регистра в маркер) (из маркера в регистр или обратно)

01 1 передать первую цифру частотным способом

02 2 передать следующую цифру частотн. способом

04 4 окончание установления соединения

07 7 отсутствие свободных линий (приборов)

12 3 передать предыдущую цифру частотн. способом

14 5 разъединение устанавливаемого соединения

17 8 передать первую цифру батарейным способом

24 6 повторить сигнал, переданный из регистра, если

в маркере он принят с искажением

27 9 передать следующие цифры батар. способом

47 0 повторить предыд., а затем остальные цифры

батарейным способом

011 нет не используется

111 нет подтверждение принятого из маркера сигнала

211 нет повторить сигнал в регистр, если в регистре

служебный сигнал из маркера принят с искаж.

411 нет не используется

711 нет не используется

Приняв из АРБ первую цифру (9), которая не является достаточной для установления соединения к следующей ступени искания (т.к. индекс АТС, в направлении к которой устанавливается соединение может быть не только 978, но и 975,...956... и др.), МГИ 1ГИ фиксирует ее и направляет в АРБ следующий запрос: «передай следующую цифру частотным способом» (см. табл. соответствия).

АРБ, получив следующий запрос, передает в МГИ 1ГИ следующую, вторую, цифру номера телефона абонента В (7).

МГИ 1ГИ, приняв вторую цифру,фиксирует ее и анализирует ситуацию: достаточна ли информация о принятом номере для однозначного принятия решения по выбору конкретного направления и установления соединения. Поскольку с цифр 97 начинается индекс у десяти РАТС стотысячного узлового района, для МГИ 1ГИ данных для принятия решения недостаточно, и МГИ 1ГИ направляет в АРБ следующий запрос: «передай следующую цифру частотным способом» (см. таблицу соответствия).

АРБ, получив запрос, передает в МГИ 1ГИ следующую, третью (знак десятков тысяч), цифру номера телефона абонента В – «8» (см. таблицу соответствия).

МГИ 1ГИ, приняв третью цифру, фиксирует ее. Информация о первых трех цифрах номера телефона достаточна для МГИ 1ГИ, который осуществляет выбор конкретного, (в нашем примере - внутристанционного), направления. МГИ 1ГИ устанавливает в этом направлении соединение (зв. А - промежуточная линия – зв. В) от выхода прибора ИШК ко входу следующей ступени искания – IIIГИ. После установления соединения через свою ступень искания МГИ 1ГИ освобождается и готов к обслуживанию следующих вызовов.

После занятия МГИ IIIГИ и определения им входа, который закреплен за конкретным выходом предыдущей ступени искания (1ГИ) МГИ IIIГИ направляет в АРБ запрос: «передай следующую цифру частотным способом» (см. таблицу соответствия).

АРБ, получив запрос, передает в МГИ IIIГИ следующую, четвертую (тысячный знак) цифру номера телефона абонента В – «0» (см. таблицу соответствия).

МГИ IIIГИ, приняв цифру тысяч, фиксирует ее, и в соответствии с этими данными устанавливает соединение к тысячной группе абонентского (зв. А – промежуточная линия – зв. В). Таким образом, АК вызывающего абонента (978-65-43) через ИШК, ступень 1ГИ, ступень IIIГИ подключен ко входу ВШК требуемой тысячной абонентской группы. Установив соединение через свою ступень, МГИ IIIГИ освобождается и готов к обслуживанию следующих вызовов.

Конкретный ВШК соответствует конкретному входу звена D ступени абонентского искания АИ-СD

После занятия, ВШК подключает к себе МСD ступени абонентского искания АИ-СD, из которого в АРБ направляется запрос: «передай следующую цифру частотным способом» (см. таблицу соответствия).

АРБ, получив запрос, передает в МСD цифру сотен номера телефона вызываемого абонента – «5» (см. таблицу соответствия). Цифра сотен фиксируется в маркере, после чего МСD направляет в АРБ следующий запрос: «передай следующую цифру частотным способом».

АРБ, получив запрос, передает в МСD цифру десятков номера телефона вызываемого абонента – «6» (см. таблицу соответствия). Цифра десятков фиксируется в маркере, после чего МСDнаправляет в АРБ следующий запрос, получив который, АРБ выдает маркеру последнюю цифру – цифру единиц – «4» (см. таблицу соответствия).

МСD, после фиксации последних трех цифр номера телефона вызываемого абонента, подключает к себе МАВ ступени абонентского искания АИ-АВ конкретной сотенной группы и передает ему данные о цифрах десятков и единиц номера телефона вызываемого абонента (в нашем примере соответственно «6» и «4»).

МАВ, получив информацию о цифрах десятков и единиц номера телефона абонента В, проключает свои звенья А и В и устанавливает соединение к конкретному АК, соответствующему номеру телефона вызываемого абонента (978-05-64).

МСD осуществляет пробу подключенного к нему АК на занятость. При этом АК может быть в следующих состояниях:

-Абонент свободен. В этом случае МСD выдает в регистр сигнал «об окончании установления соединения», получает из регистра сигнал «подтверждение принятого из маркера сигнала» (см. таблицу соответствия), получив который МСD проключает звено D, освобождается сам и освобождает МАВ для обслуживания следующих вызовов.

-Абонент занят. В этом случае МСD выдает в регистр сигнал «разъединение устанавливаемого соединения» (см. таблицу соответствия), принимает из регистра сигнал «подтверждение принятого из маркера сигнала», получив который MCD не устанавливает соединение к АК, освобождается сам и освобождает МАВ для обслуживания следующих вызовов.

В коммутационных системах с центральным управлением (в аналоговых телефонных сетях), использующих частотный способ передачи информации при установлении соединения, применяется так называемый «метод челнока», т.е. всегда на свой запрос (или служебный сигнал) управляющее коммутацией устройство – маркер, должен получить «ответ» из регистра:-цифру – в виде комбинации частот или

служебный сигнал– в виде комбинации частот.

АРБ, выдав свой последний сигнал в маркер («сигнал подтверждения...»), освобождается для обслуживания следующих вызовов.

Из ВШК в сторону телефонного аппарата вызываемого абонента поступает сигнал посылки вызова (90-110 В, 25 Гц) периодичностью: 1С – сигнал, 4С – пауза. В сторону телефонного аппарата вызывыющего абонента идет сигнал контроля посылки вызова (4-6 В, 425-450 Гц) с такой же периодичностью.

В нашем примере в разговорном тракте участвуют следующие приборы:

-АК вызывающего абонента – ступень абонентского АИ-АВ (свободно выбранный соединительный путь через МКС зв. А и зв В) – ИШК – ступень группового искания 1ГИ (свободно выбранный соединительный путь через МКС зв. А и зв. В) – ступень группового искания IIIГИ (свободно выбранный соединительный путь через МКС зв. А и зв. В) – ВШК – ступени абонентского искания АИ-СD, АИ-АВ (свободно выбранный соединительный путь через МКС зв. А, зв. В, зв. С, зв. D) – АК вызываемого абонента.

Абонентский доступ

Под сетью абонентского доступа (Access Network)понимается часть телекоммуникационной сети на участке от АТС до абонентского устройства (терминала).

В настоящее время абонентский доступ базируется в основном на медножильных кабелях, соединяющих абонентские устройства с АТС. Например, в США на сети абонентского доступа используется около ста миллионов медножильных абонентских линий. Оптимальным, но достаточно дорогим решением для сельской местности, где нет кабельной абонентской сети, является фиксированный раиодоступ.

Первой точкой, в которой обеспечивается возможность абонентского доступа к станционным сооружениям, является кросс – главный распределительный щит, который находится в здании АТС и откуда осуществляется распределение кабеля стандартными пучками от 40 до 600 медножильных пар по магистральным распределительным шкафам (МРШ), а затем по абонентским распределительным коробкам (АРК) до помещений, где установлены абонентские устройства.

МРШ

АРК

Помещение с

аб-им

устр-м

Кросс

3,5км 1-2км 300м

Главный распределительный щит (кросс)	Магистральный распределительный шкаф (МРШ)		Абонентская распределительная коробка (АРК)		Помещение, в котором установлено абонентское устройство
Емкость стандартного пучка	Стандартное расстояние до кросса	Емкость стандартного пучка	Стандартное расстояние до распред. шкафа	Емкость стандартного пучка	Стандартн. расстояние до абонентск. коробки	Стандартн. количество медных пар
400 - 600	~3,5 км	40 – 60 медных пар в пучке	1 – 2 км	Индивиду альная пара	300 м	одна пара или 2 пары (для 30% аб-ов)

Сеть абонентского аналогового доступа обеспечивает главным образом доступ к традиционным услугам телефонной сети – POTS (Plain Old Telephone Services), а также к службам передачи данных через аналоговые модемы для обмена данными по медным парам ТфОП. При этом при передаче данных с помощью аналоговых модемов достигаются скорости до 64кбит/с. В частности такие скорости достигаются и при доступе в Интернет. Современные технологии с применением широкополосных модемов, такие как асимметричные цифровые абонентские линии (ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line)позволяют абонентам квартирного сектора, а также малых офисных АТС иметь доступ в режиме On-line к службам передачи данных на довольно высоких скоростях, используя аналоговый абонентский доступ по кабелям с медными жилами.

Корпоративным абонентам требуются более высокие скорости обмена данными, еще более высокая полоса пропускания, симметричный вход, высокие требования к надежности. Такие абоненты обеспечиваются дополнительным физическим доступом, например ISDN, который обеспечивает своим абонентам единый сетевой интерфейс (особое сетевое окончание – интерфейс типа «U»), поддерживающий как речевые сообщения, так и передачу данных. ISDN предоставляет своим абонентам по одной медной паре возможность обмена данными со скоростью 144 кбит/с (т.е. организует 3 канала: 2В+D, где 2В – два канала по 64 кбит/с и D – один канал на 16 кбит/с).

Поставщики предлагают Операторам связи огромный выбор различного типа и назначения оборудование и кабели связи для абонентского доступа. От названного выше ISDN до мультиплексоров с дистанционным вводом каналов, систем волоконно-оптических абонентских линий – FITL(Fiber in the Loop), гибридных линий абонентского доступа (оптическое волокно/коаксиальный кабель), концетраторов и др., обеспечивающих скорость передачи информации

2 Мбит/с, а также радиорелейные системы абонентского доступа «точка – много точек». Описание систем и оборудования абонентского доступа см. в разделе «Цифровые телефонные сети».

Основные затраты на техническое обслуживание аналоговых телефонных сетей связаны с физическим износом медножильного кабеля и поддержание аналоговых АТС (АТСШ и АТСК) в работоспособном состоянии. Кроме того, внедрение и широкое развитие множества новых услуг (интерактивные, различные услуги развлекательного характера, услуги с доступом к ним в режиме On-line, в том числе Интернет, и др.) создают такие нагрузки, на которые не рассчитаны аналоговые АТС и аналоговый абонентский доступ. Классическая телефонная сеть прошлого включала телефонные столбы с траверсами и стеклянными изоляторами (и незначительным затуханием полезного сигнала, равным 0,01 дБ на один километр) которые и сегодня можно увидеть в сельской местности. Сегодня 90% всех линий связи на сетях абонентского доступа –кабели: многопарные – на участке от АТС до абонентской распределительной коробки (АРК), однопарные – на участке от АРК до помещения, в котором установлены абонентские устройства (терминалы). Диаметр жилы обычного кабеля, как минимум, в 5 раз меньше, чем воздушного провода, следовательно, в 25 раз меньше требуется меди на строительство линий связи.

Введение кабельных систем в качестве линейных сооружений (вместо воздушных линий связи) является примером применения группообразования на телефонной сети и, в частности, на сетях абонентского доступа. Этот вид группообразования называется группообразованием с пространственным разделением каналов (ПРК)

Главенствующим среди всех видов группообразования, которые используются до настоящего времени, является группообразование с частотным разделением каналов (ЧРК) при передаче аналоговых сигналов. Таким образом, используя группообразование с ЧРК можно по одной паре кабеля организовать несколько речевых каналов. Затухание полезного сигнала, связанное с переходом на более высокие частоты, компенсируется усилителями, устанавливаемыми в трактах на определенных расстояниях.

Аналоговые сигналы – это сигналы периодические.

Простейший периодический сигнал – это гармоническое колебание:

s(t) = S sin ωt, или s(t) = S cosωt, где: S - амплитуда,  - углов. частота

ТА

1 2 N

апп-ра ЧРК

апп-ра ЧРК

1 1

ТА

N каналы N

Еще одним методом эффективного разделения каналов, применяемым в аналоговых сетях абонентского доступа, является группообразование с временным разделением каналов (ВРК).

Как видно из вышеприведенного рисунка существует однозначное соответствие между абонентскими линиями (устройствами) и каналами в устройстве группообразования.

Поскольку каналы сети абонентского доступа загружены мало из-за малой активности абонентов квартирного сектора, их можно сочетать с функцией концентрации, например, установить цифровой абонентский мультиплексор.

Группообразование с частотным разделением аналоговых каналов (ЧРК)

В системах с ЧРК вся имеющаяся в наличии полоса частот среды передачи разделяется на более узкие полосы, или каналы. Отдельные речевые сигналы передаются по отдельным каналам с помощью амплитудной модуляции несущей частоты, которая выбирается соответственно для каждого канала.

В качестве стандартной полосы частот речевого сигнала телефонные компании выбрали полосу частот шириной 4,0 кГц. Этот выбор явился компромиссом между стремлением организовать как можно больше речевых каналов в одной системе передачи – с одной стороны, и качеством воспроизведения речи – с другой стороны. На самом деле фактическая полоса, эффективно передаваемая по каналам связи менее 4,0 кГц и ближе к 3,0 кГц, что обусловлено необходимостью введения защитных промежутков между полосами частот отдельных каналов в следствии неидеальности характеристик канальных фильтров, используемых в системах с ЧРК.

Если при передаче речевого сигнала используются обе боковые полосы частот, образуемые при амплитудной модуляции, то ширина полосы частот канала становится равной 8,0 кГц, а соответствующие несущие частоты располагаются в середине частотного спектра, отведенного для каждого канала. Однако модуляция сигнала с двумя боковыми полосами требует дополнительных затрат на оконечное оборудование, которые не всегда экономически оправданы, поэтому используется модуляция с одной боковой полосой (ОБП). В системах передачи с ОБП несущая частота располагается либо в верхней, либо в нижней части спектра соответствующего канала в зависимости от того, какая из боковых полос выбрана для передачи.

На практике в системах передачи речевых аналоговых сигналов чаще встречается способ модуляции с нижней боковой полосой.

Иерархия систем с частотным разделением каналов (ЧРК)

Уровень группообразования	Число речевых каналов	Группообразование	Спектр частот, кГц
Речевой сигнал	1	нет	0 - 4
Первичная группа	12	12 речевых каналов	60 - 108
Вторичная группа	60	5 групп	312 - 552
Основная группа	600	10 вторичных групп	564 - 3 084
Основная группа х N	1200 - 3600	Различное	312 - 17 548
Сверхгруппа	3600	6 основных групп	564 - 17 548
Сверхгруппа х 3	10800	3 сверхгруппы	3000 - 60 000

Системы группообразования в иерархии с ЧРК строятся с учетом передачи сигналов с ОБП, т.е. каждый речевой канал занимает полосу частот шириной 4 кГц. Стандартный блок самого нижнего уровня иерархии – это оборудование первичной группы, образуемой 12 каналами тональной частоты (ТЧ) и занимающей полосу частот 48 кГц.

Функциональная схема оборудования первичной группы

Входы каналов ТЧ

ПФ

М

0 4 104 112 104 108

12

2

1

108

ПФ

М

100 108 100 104 60 108

104

Выход 12-канальной первичной группы

ПФ

60 68 60 64

М

64

М - модулятор

ПФ – полосовой фильтр

На рисунке приведен наиболее распространенный каналообразующий блок типа А, используемый на первом уровне группообразования.

12 модуляторов, в которые подаются 12 несущих частот (64,68,...72,76,...104,108 кГц), формируют 12 сигналов с двумя боковыми полосами частот (60-68, 64-72,...68-76, 72-80,...100-108 и 104-112).

Далее модулированный сигнал поступает через 12 полосовых фильтров, которые пропускают из двух боковых полос только одну - нижнюю.

Далее групповой сигнал, образованный из сигналов отдельных каналов, получаемых на выходе фильтров, поступает в групповой тракт.

На приемном конце происходит обратное преобразование, только вместо модуляторов устанавливаются демодуляторы (ДМ).

Как уже отмечалось ранее, ПФ не только подавляют верхнюю боковую полосу, но и ограничивают нижнюю, поэтому к частотным характеристикам ПФ предъявляются строгие требования.

Второй уровень иерархии образует 60-канальная группа, которую называют вторичной группой.

Функциональная схема оборудования вторичной группы

Входы 12 канальных групп

М

ПФ

420 312 360 480 538 312 360

М

ПФ

468 360 408 528 360 408 312552

Выход 12-канальной

вторичной группы

ПФ

612 504 552 504 552

М

Вторая ступень иерархии систем ЧРК, представляющая собой вторичную группу, формируется путем объединения пяти 12-канальных первичных групп.

Выходной аналоговый сигнал 60-канальной группы идентичен сигналу, который можно было бы получить путем индивидуального преобразования сигналов отдельных каналов, занимающих полосу частот шириной 4 кГц и последующей передачей их в полосе от 312 до 552 кГц. Однако для этого понадобилось бы 60 несущих частот, 60 модуляторов (М) и столько же полосовых фильтров (ПФ), позволяющих передавать одну боковую полосу (ОБП). На приемном конце количество демодуляторов (ДМ), ПФ и несущих – столько же.

Иерархический принцип позволяет построить многоканальную систему, используя дополнительно к первичной группе всего пять групповых преобразователей второй ступени и пять стандартных модулей более низкого уровня иерархии, т.е. осуществлять двухуровневое преобразование аналогового сигнала.

Системы передачи по кабелю парной скрутки (медножильному) используются, как правило, в районе действия одной АТС.

Широкополосные системы передачи в аналоговых телефонных сетях

Широкополосные системы передачи обеспечивают передачу речевых сигналов на большие расстояния при большом числе каналов.

Максимальное количество речевых каналов, которое можно организовать по одной медножльной кабельной паре – 24, если используется аналоговая каналообразующая аппаратура.

(Примечание: по одной трубке коаксиального кабеля - диаметр около 0,95 см - можно передавать до 13 200 речевых сигналов).

В настоящее время разработаны аналоговые оптические кабельные системы, использующиеся для кабельного телевидения, где необходимо обеспечить минимум затрат на оконечные устройства.

Первая радиорелейная система была установлена в 1948 году в США. Она использовалась на междугородной сети (для телевизионной связи). Сейчас на долю радиорелейных систем в США приходится свыше 60% общей длины телефонных каналов на междугородной сети. Радиорелейные системы обеспечивают передачу сигналов в пределах «прямой видимости», причем ретрансляторы, как правило, устанавливаются через каждые 32 - 48 км.

Основным преимуществом радиорелейных систем является то, что не требуется полоса отчуждения, как при прокладке любого типа кабеля, - только небольшие участки земли - для вышки и помещения под размещение оборудования.

Недостатками радиорелейных систем связи является ограничение их емкости из-за отсутствия свободных радиочастот, несмотря на то, что используются спектры частот 4...6...11 ГГц. Кроме того, на сверх высоких частотах (СВЧ), особенно в диапозоне 11 ГГц, наблюдается большое затухание полезного сигнала, обусловленное осадками в виде дождя, а также замирание сигнала из-за явления многолучевости (см. рис.).

Практически в любой радиорелейной системе передачи применяется ЧМ - частотная модуляция (система с ЧРК) с одной боковой полосой (ОБП), которая обеспечивает наибольшую величину соотношения сигнал-шум по сравнению с другими системами.

Модель многолучевого распространения сигнала

Отражающий слой

Вторичный путь луча

(задержанный)

Первичный путь луча

В каждом радиоканале радиорелейной системы размещается много телефонных каналов, а также дополнительное оборудование и дополнительные каналы для организации нормальной эксплуатации системы.

Если вторичный луч приходит в противофазе с первичным, то суммарный сигнал сильно затухает. Затухание зависит как от уровня, так и от фазы вторичного луча. Наиболее действенным способом борьбы с замиранием сигнала является увеличение мощности сигнала в передатчике, называемом запасом на замирание. Однако в случае, если принимаемый сигнал уменьшается практически до нуля, это означает, что связь по радиоканалу временно прерывается. В таких случаях система автоматически (в течение 30 мс) переходит на резервный (дополнительный) канал. Этот метод борьбы с замиранием каналов из-за многолучевости получил название частотного разнесения. Обычно на каждые 10 основных каналов радиорелейной связи приходится 2 резервных канала - для защиты от замирания сигналов.

Однако в особых случаях, а также в незагруженных направлениях применяют схему резервирования каналов 1х1 (на каждый основной канал – один резервный).

Если перерыв в связи длится более 1-2 с, происходит разъединение установленного соединения.

Поскольку глубокие замирания возникают лишь в случаях, когда вторичный луч приходит точно в противофазе с первичным лучом, то маловероятно, что при прохождении сигнала по двум путям разной длины замирания наступят одновременно в обоих случаях. Поэтому на практике применяют еще один метод борьбы с замираниями сигнала – прстранственное разнесение.

Метод пространственного разнесения

Этот метод обеспечивает защиту от замираний из-за многолучевости за счет нескольких путей передачи сигнала, имеющих разную длину, что достигается за счет разнесения приемных антенн, закрепленных на одной вышке, но на некотором расстоянии друг от друга (менее метра), что является достаточным при использовании СВЧ колебаний, длина волны которых порядка десятых метра.

Однако от дождя защиты практически нет для СВЧ, поэтому нужно использовать канал с более низкими частотами

Спектры сигналов

Все сигналы подразделяются на периодические и непериодические.

Периодическим называется сигнал, значения которого повторяются через определенные равные промежутки времени, или периоды (Т).

Как уже отмечалось ранее, простейшим периодическим сигналом является гармоническое колебание:

S(t) = S cos t S – амплитуда,  - угловая частота колебаний

s(t)

V

t

 = 2 / Т Т

Непериодический сигнал легко получить из периодического, увеличивая период колебания вплоть до Т = . При этом спектр непериодического сигнала является в общем случае не дискретным, а непрерывным.

Сигналы электросвязи и их спектры

Речевые телефонные сигналы

Частота основного тона речи находится в пределах от 50 – 80 Гц (самый низкий мужской) до 200 – 250 Гц (самый высокий женский или детский).

Частотный спектр речи лежит в пределах:

от 50 – 100 Гц до 8000 – 10000 Гц

Международный союз электросвязи, сектор телефонии (МСЭ - Т) определил верхние и нижние границы спектра речевого сигнала: 300 – 3400 Гц, в качестве эффективного спектра речи, передаваемого по каналам электросвязи.

Спектр речи

Мембрана

Угольный порошок 1-ая форманта 2-ая форманта

Линия

Звук Микрофон Батарея

0 300 3400 Частота

Гц

Звуки речи разных людей отличаются числом формант (усиленной областью спектра частот). Отдельные звуки имеют до 6 формант, из которых только одна или две – определяющие и находятся в области частотного спектра речи 300 – 3400 Гц. Между формантами лежат менее мощные области спектра речи, но именно они определяют индивидуальность голоса, позволяющую узнать говорящего.

Спектр звукового сигнала (музыка, пение) имеет полосу частот – 20...20 000 Гц и зависит от класса вещания:

-1-ый класс – 50...10 000 Гц; высший класс – 30...15 000 Гц и т.д.

Спектр факсимильных сигналов обычно имеет полосу частот 1500 – 3000 Гц. Ширина спектра факсимильного сигнала зависит от скорости развертки изображения и размеров светового пятна.

Например, на стандартном листе бумаге форматом А4 в одной строке помещается примерно 1000 черно-белых элементов изображения при ширине светового пятна 0,2 мм. Если скорость развертки составляет 60 строк в минуту, т.е. каждая строчка считывается за 1 с, то за эту секунду 500 раз будет осуществлен переход с черного на белое и наоборот, а, следовательно, максимальная частота чередования импульсов – 500 Гц.

Для передачи газет применяются специальные высокоскоростные факсимильные аппараты с шириной светового пятна 0,05 мм (в обычном случае 0,1 - 0,2 мм), что требует повышенную скорость развертки (в обычном режиме – 60 строк в мин.) и позволяет передавать одну полосу газеты за 2 – 3 мин. Таким образом, спектр факсимильного сигнала при передаче газетных полос расширен до 180 кГц.

Спектр телевизионных сигналов

Любое подвижное изображение – это, как правило, смена через каждые 40 мс одного неподвижного изображения другим. Т.е. 25 кадров в 1 с. За время между сменой кадров «просматривается» все неподвижное изображение(625 строк по833 элемента в строке), содержащее полмиллиона элементарных площадок, или элементов, т.е. каждый элемент просматривается в течение полумиллионной доли от отведенных на просмотр всего кадра 40 мс (две десятимиллиардных доли секунды). При этом человеческий глаз «видит» то, чего уже нет на экране, еще 0,1 с. На самом же деле никакого изображения нет на экране, есть только светящаяся точка, бегущая по строкам (экрану) с невероятной скоростью. Светящуюся точку перемещает электронный луч, который сфокусирован с помощью специальных электрических линз и способен отклоняться под действием магнитного поля и развертывать изображение.

Конструкция электронно-лучевой трубки иммитирует глаз (объектив – хрусталик, диафрагма – зрачок, искусственная сетчатка из серебряно-цезиевого сплава – сетчатка глаза, но в очень примитивном виде, т.к. она содержит всего 0,5 млн. фоторецептеров, что намного меньше, чем у глаза).

На основании вышесказанного можно подсчитать ширину спектра телевизионного сигнала:

-625 строк Х 833 элементов в строке = 520 625 элементов в кадре;

-25 кадров Х 520 625 = 13 015 625 элементов,

следовательно, переход с черного на белое, или наоборот, происходит примерно 6,5 млн. раз в секунду, т.е. 6,5 мГц – верхняя граница ширины спектра телевизионного сигнала, нижней принято считать нижнюю границу звукового сигнала – 50 Гц.

Ширина спектра сигналов электросвязи

Вид сигнала	Ширина спектра (средняя величина), Гц
Телеграфный сигнал	0............100
Телефонный сигнал	300.........3 400
Звуковое вещание	50.......10 000
Факсимильный при скорости 120 мин 1 при передаче газет	0.........1 465 0.....180 000
Телевизионный сигнал	50...6 000 000

Принципы передачи сигналов электросвязи

В качестве сред передачи сигналов электросвязи используются:

-электромагнитное поле в проводах (проводная связь);

-электромагнитное поле в открытом пространстве (радиосвязь);

-световой луч (оптическая связь).

Источник сообщения Получатель сообщения

Преобраз. сообщен. в сигнал

Преобраз. сигнала

Обратое преобраз. сигнала

Преобраз. сигнала в сообщен.

Среда распростр.

a(t) s(t) v(t)v΄(t)s΄(t) a΄(t)

Сообщение на приемном конце должно соответствовать сообщению на передающем конце. При этом для разных сообщений качество передачи оценивается по - разному, например:

-для телефонных сообщений важны разборчивость и узнаваемость;

-для телевизионного сообщения есть стандарт – таблица, по которой оценивается качество.

Кроме того, устанавливается норматив на ошибки КО – коэффициент ошибок (отношение числа ошибочно принятых элементов сообщения к общему числу принятых). Для каждого вида и типа связи он свой, но всегда значительно меньше единицы, т.е. чем ближе КО к нулю, тем лучше связь.

Использование шкалы частот в электросвязи

Лучи

Переменный ток Радиоволны Инфракрас.

10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹ 10¹⁰ 10¹¹ 10¹² 10¹³ 10¹⁴ 10¹⁵ 10¹⁶ 10¹⁷ 10¹⁸ 10¹⁹ 10²⁰

Проводн. вещание

Радиосвязь

Радио-релей. связь

Оптич. связь

Спутник. связь

Проводная (кабельная) связь

Амплитудная модуляция

Модуляция – это процесс преобразования первичного сигнала заключающийся в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания (гармонического колебания высокой частоты), т.е. наделение несущего колебания признаками первичного сигнала.

Несущее колебание можно записать в следующем виде:

v0(t) = V cos (t + ) (1)

где: V – амплитуда,  - частота,  - начальная фаза

Модуляцию можно осуществить изменением одного из этих трех параметров по закону передаваемого сигнала: V, ω, φ.

1.Изменение во времени амплитуды несущего колебания пропорционально первичному сигналу s(t)

v(t) = V + k_АМ s(t), (2)

где:

k_АМ – коэффициент пропорциональности, или

амплитудная модуляция.

Несущее колебание (1) с модулированной по закону первичного сигнала амплитудой равно:

v(t) = V cos (t + ) (3)

Если в качестве первичного сигнала используется то же гармоническое колебание, но с более низкой частотой :

s(t) = S cos t, (4)

то модулированное колебание запишется в следующем виде (для упрощения формулы  = 0):

v(t) = (V + kAM S cos t) cos t (5)

Эту формулу можно записать в другом виде:

v(t) = V (1 + М_AM cos t) cos t (6)

где:

V - вынесено за скобки;

V = kAM S;

MAM = V/ V – глубина амплитудной модуляции.

s(t)

S

0 t Первичный сигнал

-S

При: М_АМ = 0 – модуляции нет, есть - немодулированное несущее колебание и: v(t) = v₀(t)

v₀(t)

V

0 t Несущее колебание

-V

Как правило, амплитуда несущего колебания выбирается больше амплитуды первичного сигнала, т.е. М_АМ =  1

v(t)

0 t Модулированный сигнал

Произведя в формуле (6) модулированного несущего колебания преобразования, получаем следующую формулу амплитудно-модулированного колебания:

v(t) = V cos t + (M_АМ V/2) cos ( + ) t + (M_АМ V/2) cos ( - ) t, (7)

которое состоит из трех гармонических составляющих:

,  -   +  - частотные составляющие

V, M_АМ V/2, M_АМ V/2 - соответствующие амплитуды

Таким образом, спектр амплитудно-модулированного колебания (АМ-колебания) состоит из частоты несущего колебания и двух боковых частот с одинаковыми амплитудами, симметричными относительно несущей частоты.

Если первичный сигнал сложный и его спектр ограничен частотами min и max, то спектр АМ-колебания будет состоять из несущего колебания, заключающего в себе максимальную мощность, но не содержащего полезной информации и две боковые полосы, симметричные относительно несущей, которые несут одинаковую информацию и имеют более низкую мощность, чем несущая.

Амплитудная модуляция представляет собой пример линейной модуляции.

Спектр синусоидального Спектр синусоидального

сигнала модулированного сигнала

s(t) v(ω) V

S M_AM V/2 M_AM V/2

 - ω + ω

Спектр сложного Спектр модулированного

первичного сигнала сложного сигнала

s(t)v(ω) V

t ω

_min _max -_max -_min  +_min +_max

На рисунке – спектры синусоидального (слева) и сложного (справа) сигналов и модулированных ими по амплитуде несущих колебаний.

Основная мощность АМ-колебания заключена в несущем колебании, которая не содержит полезной информации.

Нижняя и верхняя боковые полосы несут одинаковую информацию и имеют более низкую мощность.

2.Частотная и фазовая модуляции, как частный случай угловой модуляции.

2.1.Частотная модуляция

Можно изменять во времени пропорционально первичному сигналу s(t) не амплитуду, а частоту несущего колебания. Такой вид модуляции называется частотной модуляцией:

(t) =  + k_ЧМ s(t) =  +  cos t, (2.1)

где:

k_ЧМ – коэффициент пропорциональности, называется частотной модуляцией;

S–амплитуда первичного сигнала: s(t) = S cosωt;

ω = 2π/T

= k_ЧМ S– девиация частоты, т.е. максимальное отклонение частоты модулированного сигнала от частоты несущего колебания.

 /  = М_ЧМ – индекс частотной модуляции

s(t) Первичный сигнал

S

t

-S

v(ω) Частотно-модулированный

сигнал

V

ω

-V

Частотно-модулированное колебание можно сформулировать:

v(t) = V cos (t + M_ЧМ sin t + ) (2.2)

2.2.Фазовая модуляция это - изменение фазы несущего колебания:

(t) =  + k_ФМ s(t) =  +  cos t (2.3)

где:

k_ФМ – коэффициент пропорциональности;

= k_ФМ s(t) = M_ФМ – индекс фазовой модуляции.

Между частотной и фазовой модуляциями существует тесная связь.

Фазово-модулированное колебание можно сформулировать:

v(t) = V cos (t + M_ФМ cos t + ) (2.4)

Сравнение формул (2.2) и (2.4) показывает, что по их внешнему виду трудно различить, какая модуляция использована: частотная или фазовая (разница только в том, что в скобках в формуле частотно – модулированного колебания - sinΩt, а в формуле фазово-модулированного – cosΩt), поэтому оба эти вида модуляции называют угловой модуляцией.

Несущее гармоническое колебание, подвергнутое угловой модуляции (формулы 2.2 или 2.4), можно представить в виде бесконечного множества гармонических колебаний.

Модуляция гармонического несущего колебания первичным сигналом s(t) называется непрерывной, т.к. в качестве несущего колебания используется непрерывный периодический сигнал v(t).

Сравнение различных видов модулированных сигналов показывает, что

при амплитудной модуляции (АМ) ширина спектра модулированного сигнала, как правило, значительно меньше, чем при угловой (частотной или фазовой) модуляции. Это свидетельствует об экономии частотного спектра АМ, что очень важно при организации многоканальных систем передачи.

Однако сигнал с АМ имеет и существенные недостатки: неэффективное использование мощности т.к. максимальная мощность приходится на несущее колебание, которое не содержит полезную информацию (полезную информацию содержат боковые полосы). Кроме того, по определению сигнал с АМ имеет множество уровней, что приводит к чувствительности АМ к нелинейным искажениям сигнала (типа насыщения), при которых сокращается расстояние между уровнями амплитуды. Сигналы с угловой модуляцией (ЧМ и ФМ) нелинейным искажениям не подвержены, т.к. имеют постоянную амплитуду несущего колебания. Следовательно, сигналы с ЧМ и ФМ могут передаваться с бóльшими уровнями мощности, чем сигналы с АМ.

В общем случае:

М - индекс угловой модуляции, который в случае ЧМ принимает значение М_чм, а при ФМ – значение М_фм, поэтому эти индексы часто называют индексами угловой модуляции.

Несущее колебание, подвергнутое угловой модуляции, можно представить в виде суммы гармонических колебаний:

v(t) = V { I₀ (M) cos ωt +

+ I₁ (M) cos (ω + Ω)t + I₁ (M) cos (ω - Ω)t +

+ I₂ (M) cos (ω + 2Ω)t + I₂ (M) cos (ω - 2Ω)t +

+ I₃ (M) cos (ω + 3Ω)t + I₃ (M) cos (ω - 3Ω)t +... }

Таким образом,спектр модулированной несущей при угловой модуляции (даже в случае, если первичный сигнал – гармоническое колебание s(t) ), состоит из бесконечного числа дискретных составляющих, образующих нижнюю и верхнюю боковые полосы спектра, симметричные относительно несущей частоты и имеющие одинаковые амплитуды.

В случае, если первичный сигнал s(t)имеет форму, отличную от синусоидальной, и занимает полосу частот от Ω_min до Ω_max, то спектр модулированного колебания при угловой модуляции будет иметь еще более сложный вид.

Спектр частотно-модулированного сигнала

I₁ I₁

I₀

v(ω)

I₃ I₃

I₂ I₂

ω

ω-3Ω ω-2Ω ω-Ω ω ω-Ω ω-2Ω ω-3Ω

Дискретный первичный сигнал

s(t) 1 0 1 1 0 01

t

Несущее колебание, модулированное дискретным периодическим сигналом по амплитуде

v(t)

AM t

Несущее колебание, модулированное дискретным периодическим сигналом по частоте

v(t)

ЧМ t

Несущее колебание, модулированное дискретным периодическим сигналом по фазе

v(t)

ФМ t

Модуляцию гармонического несущего колебания первичным сигналом s(t)называют непрерывной, если в качестве несущего сигнала взят непрерывный периодический сигнал v₀(t).

3.Импульсная модуляция

В качестве несущей можно использовать периодическую последовательность узких импульсов. Последовательность прямоугольных импульсов одного знакаv₀(t) характеризуется следующими параметрами: амплитудой импульсов V, шириной импульсов t_имп, тактовой частотой (частотой следования импульсов)

ƒ_Т = 1 / Т,

где:

-Т – период следования импульсов (ω_Т = 2πƒ_Т);

-фазой (положением) импульсов относительно тактовых (отсчетных) точек.

Т / t_имп – скважность импульса

По закону передаваемого первичного сигнала можно преобразовывать (модулировать) любой из вышеназванных параметров импульсной последовательности: V или f_Т. Такая модуляция называется импульсной.

В зависимости от того, какой параметр модулируется первичным сигналом s(t), различают:

-амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), когда по закону передаваемого сигнала изменяется амплитуда импульсов;

-широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), когда изменяется ширина импульсов;

-частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ), когда изменяется частота следования импульсов f_T;

-фазо-импульсную модуляцию (ФИМ), когда изменяется фаза импульсов, т.е. временное положение относительно тактовых точек (точек отсчета).

Аналогично ЧМ и ФМ, которые объединяются под общим названием «угловая модуляция», ФИМ и ЧИМ объединяются под общим названием «временно-импульсная модуляция» (ВИМ).

s(t) v(t) Т t_имп

t

t

первичный сигнал периодическая последов. узких имп-в

v(t)

tАИМ-сигнал

v(t)

tШИМ-сигнал

v(t)

tЧИМ-сигнал

Импульсные последовательности, изображенные выше, называются последовательностями видеоимпульсов, которые передаются по кабелю без преобразования, однако по радиолиниям видеоимпульсы передать невозможно без дополнительного преобразования - модуляциии второй ступени.

Модулируя с помощью видеоимпульсов гармоническое несущее колебание достаточно высокой частоты, получают так называемые радиоимпульсы, которые способны распространяться в эфире (сигналы, полученные в результате сочетания первой и второй ступеней модуляции: АИМ-АМ, ШИМ-ЧМ и т.д.)

Демодуляция сигнала

Демодуляция АМ-сигнала осуществляется с помощью амплитудного детектора. При линейном детектировании на вход детектора с линейной вольт-амперной характеристикой подается АМ-сигнал и последовательность импульсов тока детектора оказывается промодулированной по амплитуде. Высокочастотные составляющие отфильтровываются RC-цепью (падение напряжения на резисторе R создает только постоянная составляющая тока). Так как в модулированном колебании амплитуда медленно меняется по формуле:

v(t) = V(1 + M_АМ cosΩt),

следовательно, амплитуда, выделяемая на резисторе R постоянной составляющей тока также будет медленно меняться во времени.

Таким образом выходное напряжение амплитудного детектора пропорционально первичному (модулирующему) сигналу

i

i

0 v t

VD

v ►

+

v_АМ(t) v_АМ(t) R C v_вых(t)

t

Схема амплитудного детектора

ЧМ-сигнал перед демодуляцией сначала преобразуется в АМ-сигнал, а затем демодулируется вышеописанным способом.

v(ω) v(t)

ω₀ ω t

ω(t) = ω + ∆ω cos Ωω

∆ω

tДемодуляция ЧМ-сигнала

27