- •Основы построения телекоммуникационных систем и сетей
- •Предисловие
- •Введение
- •Лекция 1
- •Основные понятия и определения
- •Основные понятия и определения. Классификация систем электросвязи
- •Вопросы и задачи для самоконтроля
- •Лекция 2 Первичные сигналы электросвязи Первичные сигналы электросвязи и их физические характеристики
- •Сигналы передачи данных и телеграфии
- •Вопросы и задачи для самоконтроля
- •Лекция 3 Каналы передачи Каналы передачи, их классификация и основные характеристики
- •Типовые каналы передачи
- •Вопросы и задачи для самоконтроля
- •Лекция 4 Двусторонние каналы Построение двусторонних каналов
- •Развязывающие устройства, требования к ним и классификация
- •Анализ резисторной дифференциальной системы
- •Лекция 5 Трансформаторная дифференциальная система Анализ трансформаторной дифференциальной системы
- •Определение условия непропускания тдс от полюсов 4-4 к полюсам 2-2
- •Определение входных сопротивлений тдс
- •Определение затуханий уравновешенной тдс в направлениях передачи
- •Анализ неуравновешенной трансформаторной дифференциальной системы
- •Сравнение трансформаторной и резисторной дифференциальных систем
- •Лекция 6 Двусторонний канал как замкнутая система Устойчивость двусторонних каналов
- •Устойчивость телефонного канала
- •Искажения от обратной связи
- •Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 4-6
- •Лекция 7 Общие принципы построения многоканальных систем передачи
- •Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи
- •Методы разделения канальных сигналов
- •Взаимные помехи между каналами
- •Вопросы и задачи для самоконтроля
- •Лекция 8 Принципы формирования канальных сигналов в системе передачи с частотным разделением каналов
- •Формирование канальных сигналов
- •Способы передачи амплитудно-модулированных сигналов
- •Квадратурные искажения при передаче амплитудно-модулированных сигналов
- •Лекция 9 Методы формирования одной боковой полосы. Искажения в каналах и трактах сп с чрк
- •Фильтровой метод формирования обп
- •Многократное преобразование частоты
- •Фазоразностный метод формирования обп
- •Искажения в каналах и трактах систем передачи с частотным разделением каналов
- •Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля к лекциям 8и9
- •Лекция 10 Принципы построения и особенности работы систем передачи с временным разделением каналов Структурная схема системы передачи с временным разделением каналов
- •Формирование канальных сигналов в системах передачи с временным разделением каналов
- •Формирование канальных сигналов с помощью амплитудно-импульсной модуляции.
- •Формирование канальных сигналов с помощью широтно-импульсной модуляции.
- •Формирование канальных сигналов на основе фазоимпульсной модуляции.
- •Выбор вида импульсной модуляции для построения систем передачи с временным разделением каналов
- •Помехоустойчивость амплитудно-импульсной модуляции.
- •Выбор вида импульсной модуляции для построения систем передачи с временным разделением каналов
- •Помехоустойчивость амплитудно-импульсной модуляции.
- •Переходные влияния между каналами систем передачи с временным разделением каналов
- •Оценка переходных помех 1-го рода.
- •Оценка переходных помех 2-го рода.
- •Обобщенная структурная схема системы передачи с временным разделением каналов на основе фазоимпульсной модуляции
- •Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля
- •Лекция 11 Общие принципы формирования и передачи сигналов в цифровых системах передачи Постановка задачи
- •Квантование сигналов по уровню
- •Оценка шумов квантования Оценка шумов при равномерном квантовании.
- •Гармонический сигнал.
- •Речевой сигнал.
- •Речевой сигнал, поступающий от разных источников.
- •Многоканальный групповой телефонный сигнал.
- •Телевизионный сигнал.
- •Оценка шумов квантования при неравномерном квантовании.
- •Кодирование квантованных сигналов
- •Обобщенная структурная схема цифровой системы передачи
- •Виды синхронизации в цифровых системах передачи
- •Принципы регенерации цифровых сигналов
- •Линейное кодирование в цсп
- •Лекция 12
- •Разностные методы кодирования.
- •Иерархия цифровых систем передачи
- •Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
- •Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция как система с линейным предсказанием.
- •Дельта-модуляция
- •Иерархия цифровых систем передачи на основе импульсно-кодовой модуляции
- •Объединение цифровых потоков в плезиохронной цифровой иерархии
- •Объединение цифровых потоков в синхронной цифровой иерархии
- •Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 11 и 12
- •Лекция 13 Общие принципы построения волоконно-оптических систем передачи Краткий исторический очерк
- •Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи
- •Классификация волоконно-оптических систем передачи. Способы организации двусторонней связи на основе волоконно-оптических систем передачи. Способы уплотнения оптических кабелей
- •Лекция 14 Основные узлы оптических систем передачи. Оптический линейный тракт Оптические передатчики
- •Требования к источникам оптического излучения: их параметры и характеристики
- •Оптические приемники
- •Лавинные фотодиоды (лфд).
- •Шумы приемников оптического излучения.
- •Модуляторы оптической несущей
- •Виды модуляции оптической несущей.
- •Обобщенная структурная схема оптического линейного тракта
- •Оптические усилители
- •1. Усилители Фабри - Перо.
- •2. Усилители на волокне, использующие бриллюэновское расстояние.
- •3. Усилители на волокне, использующие рамановское расстояние,
- •4. Полупроводниковые лазерные усилители (пплу)
- •5. Усилители на примесном волокне
- •Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 13 и 14
- •Лекция 15 Общие принципы и особенности построения систем радиосвязи Основные понятия и определения. Классификация диапазонов радиочастот и радиоволн. Структура радиосистем передачи.
- •Общие принципы организации радиосвязи. Классификация радиосистем передачи
- •Особенности распространения радиоволн метрового -миллиметрового диапазонов
- •Антенно-фидерные устройства
- •Лекция 16 Построение радиорелейных и спутниковых линий передачи Основные понятия и определения. Классификация радиорелейных линий передачи. Принципы многоствольной передачи
- •Виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 17 Особенности построения оборудования радиорелейных и спутниковых систем передачи Принципы построения оборудования радиорелейных линий передачи прямой видимости
- •Особенности построения тропосферных радиорелейных линий
- •Передача сигналов телевизионного вещания по радиорелейным линиям
- •Спутниковые системы передачи
- •Много станционный доступ с разделением сигналов по форме.
- •Принципы построения систем спутникового телевещания - ств
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 18 Общие принципы построения телекоммуникационных сетей Основные понятия и определения
- •Назначение и состав сетей электросвязи
- •Методы коммутации в сетях электросвязи
- •Структура сетей электросвязи
- •Принципы построения взаимоувязанной сети связи Российской Федерации
- •Многоуровневый подход. Протоколы, интерфейс, стек протоколов
- •Элементы теории телетрафика
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 19 Особенности построения вторичных телекоммуникационных сетей Состав и назначение сетей телефонной связи
- •Структура вторичных цифровых сетей общего пользования.
- •Состав и назначение телеграфных сетей
- •Сети передачи данных
- •Информационно-вычислительные сети. Сети эвм
- •Телематические службы
- •Цифровые сети интегрального обслуживания
- •Вопросы для самоконтроля
- •Лекция 20 Принципы построения сетей и систем радиосвязи Основные понятия и определения
- •Основы построения систем сотовой связи
- •Основы транкинговых систем радиосвязи
- •Основы построения систем беспроводного абонентского радиодоступа
- •Технико-экономические аспекты системы беспроводного абонентского радиодоступа
- •Вопросы для самоконтроля,
- •Основы построения телекоммуникационных систем и сетей
Лекция 14 Основные узлы оптических систем передачи. Оптический линейный тракт Оптические передатчики
Оптический передатчик ВОСП реализуется в форме единого передающего оптического модуля (ПОМ) - электронно-оптического преобразователя, осуществляющего преобразование электрических сигналов в оптические сигналы.
Обобщенная структурная схема передающего оптоэлектронного модуля (ПОМ) приведена на рис. 1, где приняты следующие обозначения:
ФМС - формирователь модулирующего сигнала, осуществляющий преобразование сигнала, поступающего с выхода оборудования сопряжения (см. рис.1 лекции 13), к виду, обеспечивающему оптимальный режим работы оптического модулятора или источника оптического излучения; МОИ - модулятор оптического излучения; здесь осуществляется модуляция одного из параметров оптического излучения (интенсивности, частоты, фазы, поляризации и др.); ИОИ - источник оптического излучения; ОР - оптический разветвитель, обеспечивающий отвод оптического сигнала на СРРИОИ - стабилизатор режима работы источника оптического излучения; ЛОС - линейный оптический сигнал (модулированное оптическое излучение, передаваемое по оптическому кабелю; СВД - схема встроенной диагностики, предназначенная для контроля работоспособности ПОМ; СУ и ОС - согласующее устройство и оптический соединитель, обеспечивающие ввод оптического сигнала в оптический кабель; ОВ - оптическое волокно. Основным блоком, определяющим качество функционирования ПОМ, является источник оптического излучения.
Требования к источникам оптического излучения: их параметры и характеристики
К источникам оптического излучения предъявляются следующие требования:
длина волны оптического излучения должна совпадать с одним из окон прозрачности оптического волокна;
достаточно большая мощность выходного излучения и эффективность его ввода в оптическое волокно;
возможность модуляции оптического излучения различными способами;
достаточно большой срок службы;
минимальное потребление электрической энергии или высокая эффективность;
минимальные габариты и вес;
простота технологии производства, обеспечивающая невысокую стоимость и высокую воспроизводимость параметров и характеристик.
Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют источники оптического излучения на основе светоизлучающих диодов (СИД) и полупроводниковых лазерных диодов (ЛД).
Основными параметрами источника оптического излучения являются:
1) длина волны оптического излучения , мкм, соответствующая одному из минимумов спектральной характеристики затухания оптического волокна;
2) ширина спектра оптического излучения , нм;
3) мощность оптического излучения W, мВт или абсолютный уровень мощности оптического излучения р, дБм;
4) ток возбуждения источника оптического излучения , мА, под которым понимается минимальное значение тока, обеспечивающее устойчивое световое излучение;
5) эффективность излучения, т.е. коэффициент полезного действия (КПД) источника оптического излучения, под которым понимается отношение вида
,
где W0 - мощность оптического излучения; - мощность, потребляемая источником оптического излучения от внешнего источника электрической энергии;
6) время нарастания импульса оптического излучения , за которое его амплитуда возрастает от 0,1 до 0,9 своего номинального значения;
7) максимальная скорость передачи информации С, Мбит/с или частота модуляции , МГц;
8) шумы источников оптического излучения.
Основными характеристиками источников оптического излучения являются:
1) ватт -амперная характеристика ,описывающая зависимость мощности оптического излучения W0 от тока возбуждения (или тока инжекции - ); примерные ватт -амперные характеристики СИД и ЛД приведены на рис. 2.
2) спектральная характеристика излучения при различных величинах тока возбуждения (инжекции), показывающая зависимость относительной мощности оптического излучения W/W0 от длины волны оптического излучения, т.е. , здесь W0 - мощность оптического излучения на номинальной длине волны и W - на текущей длине волны в пределах соответствующего окна прозрачности оптического волокна; типичная спектральная характеристика источников оптического излучения приведена на рис. 3.
3) диаграмма направленности, представляющая пространственную характеристику излучения. После выхода света из источника начинается расширение светового пучка, и только малая его часть в действительности попадает в оптическое волокно. Чем уже диаграмма направленности, тем большая часть света может попасть в волокно.
Хорошие источники излучения должны иметь малые диаметры выходных пучков света и малую апертуру (NA). Диаметр выходного пучка определяет величину поперечного сечения пучка излучения, а апертура NA - диапазон углов, в которых происходит излучение света. Если диаметр выходного пучка или его апертура превышают соответствующие параметры волокна, в которое вводится излучение, часть излучения не попадает в волокно. На рис. 4. представлены типичные диаграммы направленности для светоизлучающих и лазерных диодов.
Диаграмма направленности лазерного диода ближе к эллиптической форме, а светоизлучающего диода - к сферической.
Когда выходной диаметр источника не соответствует диаметру сердцевины волокна dB, то потери излучения, связанные с рассогласованием данных параметров , могут быть определены из следующего выражения:
.
Потери отсутствуют, когда диаметр сердцевины волокна превосходит диаметр источника излучения.
Когда апертура NAИ источника больше, чем NAВ волокна, то потери, вызванные этим рассогласованием , равны
.
Потери отсутствуют, если апертура волокна больше апертуры источника излучения.
Рассмотрим, например, источник излучения с выходным диаметром = 100 микрон и апертурой = 0,3, и подключенное к нему волокно с диаметром dB = 62,5 микрон и = 0,275. Потери из-за рассогласования параметров волокна и источника излучения будут равны
дБ
и дБ.
Общие потери составляют = 4,08 + 0,76 = 4,84 дБ. Если выходная мощность источника излучения составляет 1 мВт, то только 0,328 мВт попадет в волокно.