Предисловие

Современные телекоммуникационные системы и сети представляют сложный комплекс разнообразных технических средств, обеспечивающих передачу различных сообщений на любые расстояния с заданными параметрами качества. Основу телекоммуникационных систем составляют многоканальные системы передачи по электрическим, волоконно-оптическим кабелям и радиолиниям, предназначенные для формирования типовых каналов и трактов. На основе систем передачи строится телекоммуникационная сеть страны, реализуемая в виде комплексов технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и частных сетей электросвязи на территории России, охваченная общим централизованным управлением и называемая Взаимоувязанной сетью связи Российской Федерации (ВСС РФ).

Взаимоувязанная сеть связи как информационная транспортная среда кроме сетей передачи привычных сообщений позволяет создать:

• цифровую сеть связи с интеграцией служб, обеспечивающих полностью цифровые соединения между оконечными устройствами (терминалами) для предоставления абонентам широкого спектра услуг по передаче телефонных и нетелефонных сообщений, доступ к которым осуществляется через ограниченный набор стандартизированных многофункциональных интерфейсов;

• интеллектуальную сеть, которая может предоставить абонентам расширенный набор услуг в заданное время в заданном месте, например, установление телефонного соединения с оплатой за счет вызываемого абонента, вызов по кредитной карте, общение по сокращенному набору номера, телеголосование и др.;

• сотовые мобильные сети связи, предоставляющие абоненту, находящемуся в движении, возможность получить услуги связи в любом месте;

• широкополосные цифровые сети с интеграцией услуг со скоростью обмена информацией свыше 140 Мбит/с;

• высокоскоростные сети на основе транспонирования информации с помощью технологии асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode - ATM) и др.

Изучение дисциплины «Системы передачи информации» предполагает соответствующую подготовку студентов по дисциплинам «Теория электрической связи» и «Теория электрических цепей», владение основными понятиями и определениями этих дисциплин, такими как: четырехполюсник и его основные параметры и характеристики, сообщение, сигнал, канал передачи, система передачи, частотное и временное разделение каналов, условия неискаженной передачи, частотное и временное представление сигналов, прямое и обратное преобразование Фурье, элементы теории случайных процессов и др.

Введение

Лекция 1

Основные понятия и определения

Основные понятия и определения. Классификация систем электросвязи

Развитие человеческой цивилизации это непрерывное и динамичное развитие средств общения от личного до общественного, от примитивных с помощью жестов, мимики, звуков и света, и оптических семафоров до создания глобальных телекоммуникационных систем и сетей, обеспечивающих передачу, прием, обработку, распределение и хранение различной информации.

Под информацией понимается совокупность сведений о событиях, явлениях, процессах, понятиях и фактах, предметах и лицах независимо от формы представления.

Телекоммуникационные системы - это комплекс технических средств, обеспечивающих электрическую связь (электросвязь) определенного типа.

В приведенном определении есть ключевые слова «связь» и «электросвязь». Что же это такое?

Связь (communication) - обмен информацией или пересылка информации с помощью средств, функционирующих в соответствии с согласованными правилами (называемыми в конкретных условиях протоколами).

Международная конвенция по электросвязи определила «электросвязь» (Найроби, 1982 год) как «...передачу, получение и прием знаков, сигналов, письменного текста, изображения и звуков или сообщений любого рода по проводной, радио и оптической или другим электромагнитным системам...».

В «Основных положениях развития ВСС РФ» электросвязи дается такое определение: электросвязь (telecommunication) - передача или прием знаков, сигналов, текстов, изображений, звуков по проводной, оптической или другим электромагнитным системам. Это определение может быть выражено в такой форме: электросвязь - это передача и прием сообщений с помощью сигналов электросвязи по проводной, радио, оптической или другим средам распространения.

Вышеприведенные определения содержат знаковые слова: сообщение, сигнал, сигнал электросвязи. А это что такое?

Сообщение - форма представления информации для передачи ее от источника информации к потребителю. Применительно к сфере телекоммуникаций сообщение - это информация, передаваемая с помощью электромагнитных сигналов средствами электросвязи. Примеры сообщений: текст телеграммы, речь, музыка, фототелеграмма-факс, телевизионное изображение, данные с выхода вычислительных машин, команды в системах телеуправления и телеконтроля и др.

Сигнал - материальный носитель или физический процесс, отражающий (несущий) передаваемое сообщение.

Классификация сигналов может быть самой разнообразной, но особый интерес представляют электрические сигналы, называемые сигналами электросвязи и представляющие электрические напряжения или токи, изменение параметров которых во времени отражает передаваемое сообщение.

К электрическим сигналам относятся: телефонные, телеграфные, факсимильные сигналы, сигналы передачи данных, сигналы телевизионного и звукового вещания, сигналы телеконтроля и телеуправления.

С понятием телекоммуникационные системы тесно связано понятие телекоммуникационные сети, представляющие совокупность пунктов, узлов и линий (каналов, трактов) их соединяющих.

Телекоммуникационные системы и телекоммуникационные сети, взаимодействуя друг с другом, образуют систему электросвязи - комплекс технических средств, обеспечивающих электросвязь определенного вида.

Классификация систем электросвязи весьма разнообразна, но в основном определяется видами передаваемых сообщений, средой распространения электрических сигналов (рис. 1) и способами распределения информации: коммутируемые или некоммутируемые сети передачи сообщений.

Телекоммуникационные системы и сети представляют совокупность технических средств, осуществляющих следующие операции при передаче сообщения от источника к получателю:

• преобразование сообщения, поступающего от источника сооб­щения (ИС) в сигнал электросвязи;

• преобразование сигналов электросвязи в форму, удобную для передачи и получателя сообщения (ПС);

• сопряжение сигналов электросвязи с каналами передачи и стан­циями коммутации (СК), установленных в оконечных пунктах (ОП) или узлах связи (УС).

Рис. 1. Классификация систем электросвязи по видам передаваемых сообщений и среды распространения

Обобщенная структурная схема взаимодействия телекоммуникационных систем и сетей представлена на рис. 2, где приняты следующие обозначения:

ИС - источник сообщения (информации); ПР₁ - преобразователь сообщения в электрический сигнал, называемый первичным электрическим сигналом (в дальнейшем просто «первичный сигнал»); СК - станция коммутации, представляющая совокупность коммута­ционной и управляющей аппаратуры, обеспечивающей установление различного вида соединений (местные, междугородные, международные, входящие, исходящие и транзитные) и реализующей определенный метод коммутации (коммутация каналов, коммутация сообщений или коммутация пакетов); ОС₁ - оборудование сопряжения, осуществляющее преобразование первичных сигналов в линейные электрические сигналы, физические характеристики которых согласуются с параметрами передачи среды распространения - СР; ОС^-1 - оборудование сопряжения, осуществляющее преобразование линейных электрических сигналов в исходные первичные сигналы; ПР^-1 - преобразователь первичного сигнала в сообщение; ПС - получатель сообщения.

Рис. 2. Взаимодействие телекоммуникационных систем и сетей

Комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу первичного сигнала в определенной полосе частот или с определенной скоростью передачи между сетевыми станциями или сетевыми узлами, называется каналом передачи.

Линейные сигналы при прохождении по среде распространения испытывают ослабление (затухание), подвергаются различного рода искажениям и помехам. Для устранения влияния этих факторов на качество передачи сигналов, через определенные расстояния в зависимости от вида системы передачи устанавливаются усилители, регенераторы или ретрансляторы, которые вместе со средой распространения образуют линейный тракт системы передачи.

СИГНАЛЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ И МЕТОДЫ ИХ ОПИСАНИЯ

Уровни передачи

Электросвязь предназначается для передачи сообщений посредством электрических сигналов. В общем случае сообщением является совокупность сведений о состоянии какого-либо материального объекта, поэтому в пункте передачи посредством оконечного (абонентского) аппарата должен быть сформирован электрический сигнал, называемый первичным и соответствующий данному сообщению. В пункте приема абонентский аппарат осуществляет обратный процесс — в соответствии с принятым первичным сигналом формирует сообщение. Так, при передаче сигналов звукового вещания сообщением является изменение звукового давления, оконечным аппаратом передачи - микрофон, а приема - громкоговоритель.

Электрические сигналы количественно можно характеризовать мощностью, напряжением и (или) током. Однако в технике электросвязи принято пользоваться логарифмическими характеристиками (уровнями передачи), что позволяет существенно упростить многие расчеты. Уровни передачи, вычисленные посредством десятичных логарифмов, называются децибелами (дБ), а посредством натуральных - неперами (Нп). В настоящее время принято пользоваться децибелами.

Уровни передачи по мощности, напряжению и току определяются соответственно по формулам

р_м = 10 lg (Р_х / Р₀), р_и = 20 lg (U_х / U₀), р_Т = 20 lg (I_x/ I₀),

где Р_х, U_х, I_x -величины мощности, напряжения и тока в рассматриваемой точке х; Р₀, U₀, I₀ – величины, принятые за исход­ные. Если известны значения сопротивлений Z_х и Z₀ на которых выделяются мощности Р_х и Р₀, то на основании известного соотношения Р=U²/|Z| = I²/|Z| между уровнями передачи по мощности, напряжению и току могут быть найдены зависимости:

Очевидно, что при | Z_х| = | Z₀| уровни p_м= p_н = p_Т.

Если за исходные величины мощности, напряжения и тока приняты соответственно Р₀=1мВт (мВА), U₀= 0,7746В и I₀=1,291мА, то вычисленные уровни называют абсолютными и обозначают дБм, дБн и дБт. Заметим, что указанные значения U₀ и I₀ получены в предположении, что Р₀=1мВА выделяется на сопротивлении |Z₀|=600 Ом.

При подаче на вход исправного и отрегулированного тракта синусоидального сигнала с абсолютным уровнем и частотой, рекомендованными для измерения этого тракта, в точках тракта устанавливаются абсолютные уровни, которые называются измерительными. Измерительные уровни содержатся в техническом паспорте тракта и удобны при проверке и настройке последнего.

Иногда в качестве исходных величин принимают значения Р_н, I_н, U_н, установленные в начале тракта или в точке, принятой условно за начало. Тогда вычисленные уровни

р_м0 = 10 lg (Р_x/Р_н), р_н0 = 20 lg (U_х/U_н), р_т0 = 20 lg (I_x/I₀)

называют относительными и обозначают дБом, дБон и дБот соответственно. Эти уровни широко используют при измерениях передаточных характеристик трактов, поскольку их значения оказываются численно равными усилению по мощности, напряжению или току участка тракта от начала до данной точки. Очевидно, что отрицательные значения уровней при этом будут соответствовать не усилению, а затуханию данного участка.

При нормировании величин сигналов и помех в каналах и трактах используется понятие точки нулевого относительного уровня по мощности (ТНОУ). Абсолютный уровень р_м0, определенный в ТНОУ, обозначается как дБмО. Для перехода от уровня сигнала р_м0 к уровню по мощности р_м в данной точке тракта пользуются соотношением р_м = р_м0 + р_м.изм где р_м.изм - измерительный уровень по мощности в данной точке тракта.