1. вести контроль работы аналого-цифрового оборудования (АЦО) противоположной стороны по циклу и сверхциклу (при этом возможен контроль как в режиме реального времени, так и ведение протокола событий);

2. проконтролировать сигналы управления и взаимодействия (СУВ) всех временных каналов в статистическом режиме и режиме реального времени;

3. снять временные диаграммы сигналов СУВ;

4. измерить частоту и уровень принимаемого сигнала;

5. прослушать любой НЧ канал.

   В случае передачи цифрового потока РА-41 позволяет:

6. сформировать заданный цифровой сигнал по циклу и сверхциклу;

7. ввести в цифровой сигнал ошибки;

8. сформировать цифровую последовательность любого временного канала с заданной частотой, уровнем и количеством ошибок;

9. задать любую последовательность СУВ.

   В режиме тестирования цифрового канала анализатор может: подать в канал связи сигнал любой частоты с любыми ошибками (возможен псевдослучайный поток), принять данный сигнал, сравнить переданный и принятый сигналы, составить протокол ошибок или вывести их на дисплей в реальном времени.

   Конструктивно прибор РА-41 выполнен в виде блока размером 250´300´150 мм³. На верхней панели блока расположен жидкокристаллический индикатор, позволяющий отображать информацию как в текстовом, так и в графическом виде.

   Анализатор РА-41 имеет возможность наращивания свих способностей за счет подключения внешнего ППЗУ, выполненного в виде пластиковой карты. Подключение таких карт позволяет осуществлять дистанционное управление прибором по двухмегабитному потоку, вести телефонный разговор, включаясь в поток и др. Прибор РА-41 имеет стандартный внешний интерфейс RS-232 для подключения к ЭВМ.

   Из вышесказанного можно сделать вывод, что разработка фирмы «Wandel&Golterman» отвечает требованиям, предъявляемым к аппаратуре контроля. Но вместе с тем данный прибор является узко специализированным (аппаратура ИКМ-30, анализ двухмегабитного потока), предназначенным для работы специалистов связи, и не предназначенным для стационарного включения в интегрированные системы связи.

   Таким образом, использование данного оборудования для обслуживания систем связи во время их эксплуатации является нецелесообразным, ввиду его высокой сложности и, следовательно, очень высокой стоимости.

   1.3. Вывод

   Недостатки рассмотренных систем потребовали создания нового оборудования контроля и тестирования каналов связи, обладающего достаточными способностями контроля, обеспечивающего устранение указанных недостатков и имеющего сравнительно низкую стоимость.

   В свою очередь, создание данной аппаратуры, а точнее реализованные в ней новые возможности, привели к необходимости организации взаимодействия между аппаратурой и ЭВМ. Таким образом, разработка аппаратно-программного комплекса интерфейса серии F оборудования гибкого мультиплексирования ОГМ-30Е, является актуальной задачей.

   2. Цифровые системы передачи информации

   2.1. Принципы построения систем передачи

   Любая информация передается через физическую среду с помощью технических устройств. Такой средой могут быть кабель, радиорелейные линии, оптический кабель, воздушные линии и др. Наибольшее распространение получили кабельные и радиорелейные линии, а в последнее время начал использоваться оптический кабель.

   Относительно высокая стоимость линейных сооружений и кабеля обусловливает необходимость их наиболее эффективного использования, что осуществляется с помощью систем передачи.

   Системы передачи обеспечивают высококачественную и надежную передачу по одной линии большого числа однородных или разнородных (телефонных, телеграфных, факсимильных и измерительных сигналов, текстов центральных газет, сигналов дискретной информации телеуправления в автоматизированных системах управления). Вопрос создания и совершенствования высокоэффективных систем передачи является на данный момент весьма актуальным.

   Использование методов многоканальной электросвязи при построении систем передачи позволяет организовать большое число одновременно действующих каналов передачи, практически независимых друг от друга, по которым можно передавать информацию самого различного вида.

   Суть этих методов состоит в том, что сообщения от различных источников информации объединяются, образуя групповой сигнал, который передается по линии связи [4]. В приемнике групповой сигнал разделяется на индивидуальные сигналы, поступающие к получателям сообщений.

   В настоящее время в технике телефонной связи широко применяется многоканальная аппаратура, основанная на разделении абонентских сигналов по частотному и временному признаку [5].

   При частотном группообразовании каждый исходный сигнал путём модуляции сдвигается по частоте с целью получения совокупности сигналов, непересекающихся в частотной области [9]. При временном группообразовании сигналы дискретизируются с целью получения совокупности сигналов разнесённых во времени.

   При частотном разделении каждому каналу системы предоставляется определенный участок частотного диапазона. По линии связи все разнесенные по частоте абонентские сигналы передаются одновременно.

   Системы, использующие принцип одновременной передачи сигналов, занимающих не перекрывающиеся полосы частот, получили название систем частотного уплотнения, или систем с частотным делением каналов (системы ЧД).

   В многоканальных системах с временным делением каналов (системы ВД) осуществляется поочерёдная передача сигналов по линии связи от различных источников сообщений. Полоса частот линейного тракта во время передачи сигналов от каждого источника используется полностью.

   Сообщения, для передачи которых предназначены системы связи, делятся на непрерывные и дискретные.

   К непрерывным относятся, например, речевые, музыкальные, телевизионные и некоторые другие. Непрерывные сообщения характеризуются бесчисленным (несчетным) множеством возможных значений.

   В отличие от непрерывных, дискретными называют такие сообщения, множество различных значений которых конечно или, по крайней мере, счётно. Примерами дискретных сообщений служат буквенные и цифровые тексты, данные телеконтроля и т. д.

   Передача информации всегда осуществляется с помощью модуляции, т. е. путем управления одним или несколькими параметрами переносчика информации в соответствии с передаваемым сообщением. Переносчик информации может быть непрерывным во времени (например, гармонические колебания несущей частоты) или дискретным (например, последовательность импульсов).

   Если переносчик информации непрерывен во времени, а его модулируемый параметр изменяется непрерывно в соответствии с характером передаваемого сообщения, то такой метод модуляции называют аналоговым, а систему передачи непрерывных сообщений - аналоговой.

   Если система передачи использует дискретный переносчик информации (импульсную несущую), а модулируемый параметр меняется непрерывно, то её называют импульсно-аналоговой. Например, в системах с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ), амплитуда импульсов изменяется непрерывно, в соответствии с изменением модулирующего воздействия.

   В последнее время для передачи непрерывных сообщений широко используется метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) [1]. Речевые и другие непрерывные сигналы в аппаратуре с ИКМ преобразуются в дискретные.

   При этом, во-первых, осуществляется дискретизация сигналов по времени, т. е. непрерывный сигнал заменяется совокупностью его дискретных отсчётов. Во-вторых, непрерывное множество значений сигнала заменяется дискретным множеством значений, разрешенных для передачи. Эта операция называется квантованием или дискретизацией по уровню, а разрешенные значения сигнала - уровнями квантования. В-третьих, полученные уровни квантования кодируются. Под кодированием понимается процесс преобразования квантованных по уровню отсчётов сигнала в последовательность кодовых групп. Кодовая группа представляет собой совокупность импульсных посылок, выражающих некоторое число, например порядковый номер уровня квантования, в определенной системе счисления (чаще всего - в двоичной системе). Закон, по которому осуществляется кодирование, называется цифровым кодом.

   Таким образом, в системах связи с ИКМ, непрерывный сигнал от источника информации для передачи по линии связи преобразуется в цифровую последовательность. На приемной станции производится обратное - цифро-аналоговое преобразование сигналов. Систему связи с ИКМ можно назвать цифровой системой передачи непрерывных сообщений.

   Аппаратура цифровых систем передачи состоит из оборудования формирования и приема цифровых сигналов, а также аппаратуры линейного тракта. Цифровой сигнал формируется в оконечном оборудовании, куда поступают аналоговые и цифровые сигналы.

   В зависимости от вида сигнала в оконечное оборудование устанавливается аппаратура, осуществляющая АЦП либо ЦАП. Структура ЦСП приведена на Рис. 2.1.

   

   Рис. 2.1. Структура ЦСП.

   Аналоговые сигналы преобразуются в цифровые в оконечном оборудовании (ОК). На выходе ОК формируется цифровой поток для включения в первичный цифровой сигнал. В оборудовании временного группообразования ОВГ формируется первичный цифровой сигнал.

   Современные цифровые системы связи позволяют производить обработку потоков данных в различных узлах сетей связи (гибкие мультиплексоры). Существует три основных способа применения гибких мультиплексоров: кросс-мультиплексор, мультиплексор ввода-вывода и оконечный мультиплексор.

   Кросс-мультиплексор представляет собой устройство, предназначенное для перераспределения цифровых каналов нижней ступени иерархии между двумя потоками верхней ступени иерархии. Например, выделить из потока 2048 Кбит/с поток 64 Кбит/с и включить его в другой поток 2048 Кбит/с (Рис. 2.2).

   

   Рис. 2.2. Кросс-мультиплексор.

   Мультиплексор ввода-вывода (drop-insert) позволяет осуществлять ввод/вывод отдельных каналов передачи данных в/из группового сигнала на промежуточных пунктах линии передачи, а не в узлах сети связи. В буквальном переводе «режим разделения-сборки». (Рис. 2.3.)

   

   Рис. 2.3. Мультиплексор ввода-вывода.

   Оконечный мультиплексор (рис. 2.4.) предназначен для выполнения функций индивидуального и группового оборудования (аналого-цифрового/цифро-аналогового преобразования, кодирования/декодирования и формирования/разделения группового сигнала). Эта аппаратура может также использоваться в качестве каналообразующей для цифровых систем передачи более высоких порядков.

   

   Рис. 2.4. Оконечный мультиплексор

   В системах с ИКМ, как и в других системах связи, возможно использование различных способов разделения канальных сигналов. Наибольшее развитие на практике получили системы ВД-ИКМ и ЧД-ИКМ. В системах ВД-ИКМ операциям дискретизации по времени, квантования по уровню и кодирования подвергаются поочередно сигналы каждого из каналов. Кодовые группы отдельных каналов также передаются поочередно, в разные промежутки времени. В системах ЧД-ИКМ операциям дискретизации, квантования и кодирования подвергается групповой телефонный сигнал, сформированный из канальных сигналов по принципу частотного уплотнения. Кодовые группы в этом случае также следуют поочередно друг за другом, но они соответствуют отсчётам группового телефонного сигнала. После декодирования цифрового сигнала и демодуляции здесь необходимо разделить канальные сигналы по частоте.

   Важнейшим преимуществом ЦСП является их высокая помехоустойчивость, связанная с цифровым представлением аналоговых сигналов. Устройства регистрации цифровых сигналов достаточно просты, что обеспечивает возможность частой расстановки регенераторных (восстанавливающих сигнал) пунктов вдоль линии связи. Регенерация позволяет «очистить» цифровой сигнал от воздействовавших на него помех и искажений, благодаря чему появляется возможность использования существующих линий связи без предъявления к их электрическим характеристикам таких жестких требований, какие необходимы для работы аналоговых систем.

   Перед передачей цифровые сигналы объединяют. Временным группообразованием (ВГ) [6] называется процесс, при котором цифровые сигналы объединяются в составной сигнал с соответственно большей скоростью передачи, а на приемном конце составной сигнал разделяется на составляющие.

   Существуют три способа объединения цифровых сигналов, представляющих двоичную последовательность: чередование символов (посимвольное объединение), канальных временных интервалов и циклов. Наибольший интерес представляют первые два способа.

   Посимвольное объединение, при котором объединяются поочередно символы каждого канала, имеет ряд преимуществ: структура ступени ВГ высшего порядка не зависит от структуры цикла ступени ВГ низшего порядка, равномерно распределены информационные символы в цикле составного цифрового сигнала.

   При чередовании канальных интервалов объединяются группы символов каждого канала поочередно. Разделение составного сигнала на составляющие, строго соответствующие исходным каналам, обеспечивается при условии синхронной работы передающей и приемной аппаратуры временного группообразования. Выполнение условий синхронной работы обеспечивается выделением тактовой частоты в приемной аппаратуре и цикловой синхронизацией.

   Цикл состоит из определенного числа временных интервалов составного цифрового сигнала и фиксированной цифровой последовательности, которая называется синхросигналом. Благодаря определенной комбинации символов синхросигнала последний опознается в приемном оборудовании. Потеря синхросигнала из-за помех и неисправностей в системе передачи приводит к выходу из циклового синхронизма, из-за чего, в свою очередь, нарушается процесс разделения составного сигнала и появляются ошибки в тракте. Одновременно может “разрушиться” цикловая синхронизация объединяемых потоков. Время восстановления синхронизации или вхождения в цикловой синхронизм является важным критерием оборудования временного группообразования. Время восстановления циклового синхронизма в оборудовании временного группообразования высшего порядка меньше, чем в оборудовании низших порядков, что и обеспечивает их независимую работу.

   Рассмотренные способы посимвольного объединения и чередования канальных интервалов являются синхронными методами временного группообразования. Основным недостатком синхронного группообразования является необходимость синхронизации объединенных потоков в аппаратуре временного группообразования. Другим методом объединения цифровых потоков является асинхронное временное группообразование, при котором объединение происходит с помощью выравнивания скоростей цифровых потоков. Поскольку скорость входных цифровых потоков, подлежащих объединению меняется, ее следует привести к некоторой опорной скорости, вставляя выравнивающие символы. В том случае, когда скорость входного потока превышает опорную, удаляется информационный символ. Информация о выравнивании скоростей передается в приемное устройство, которое производит обратное преобразование.

   2.2. Структура первичного цифрового группового сигнала

   В ЦСП используется объединение цифровых сигналов в первичный цифровой групповой сигнал. Первичный цифровой групповой сигнал состоит из 32 временных канальных интервалов (КИ). Циклы делятся на четные и нечетные. Каждый канальный интервал состоит из 8 бит. Сверхцикл состоит из 16 циклов. Структура первичного цифрового группового сигнала показана на рис. 2.5.

   

   Рис. 2.5. Структура первичного цифрового группового сигнала.

   Цикловый синхросигнал (ЦСС) передается в КИ0 через 1 цикл. Структура КИ0 приведена в Табл. 2.1.

   Табл. 2.1. Структура КИ 0

	Номер бита
	0	1	2	3	4	5	6	7
КИ 0, содержащий ЦСС	X1	0	0	1	1	0	1	1
КИ 0, не содержащий ЦСС	X2	1	A	Y	Y	Y	Y	Y

Х1 - бит, зарезервированный для международного использования, если не используется принимает значение 1.

Х2 - бит, зарезервированный для международного использования, если не используется принимает значение 1. При включении процедуры CRC-4 используется для сообщения ошибки CRC-4 с дальнего конца.

Y - биты, зарезервированные для национального использования, если не используются принимают значение 1.

А - бит (значение 1) аварийного сигнала “ИЗВЕЩЕНИЕ” с дальнего конца.

Сверхцикл состоит из 16 циклов. В цикле 0 передается сверхцикловый синхросигнал. Структура сверхцикла приведена в Табл. 2.2.

Табл. 2.2. Структура сверхцикла

КИ 16
№ Цикла \ Байт	0	1	2	3	4	5	6	7
0	0	0	0	0	Y	A	Y	Y
1	a1	b1	0	1	a16	b16	0	1
…	…
15	a15	b15	0	1	a30	b30	0	1

Y - зарезервированные биты, если не используются принимают значение 1;

А - бит (значение 1) аварийного сигнала “ИЗВЕЩЕНИЕ” с дальнего конца;

а1 - сигнальный бит 1-го телефонного канала в первом сигнальном канале;

b1 - сигнальный бит 1-го телефонного канала во втором сигнальном канале;

а15 - сигнальный бит 15-го телефонного канала в первом сигнальном канале;

b15 - сигнальный бит 15-го телефонного канала во втором сигнальном канале;

а16 - сигнальный бит 16-го телефонного канала в первом сигнальном канале;

b16 - сигнальный бит 16-го телефонного канала во втором сигнальном канале;

а30 - сигнальный бит 30-го телефонного канала в первом сигнальном канале;

b30 - сигнальный бит 30-го телефонного канала во втором сигнальном канале.

2.3. Достоинства цифровых систем передачи

Основными преимуществами ЦСП являются следующие [1]:

Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме, т.е. в виде последовательности символов с малым числом разрешенных значений и детерминированной частотой следования, позволяет осуществлять регенерацию этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние искажений и помех на качество передачи информации. Это обеспечивает возможность использования ЦСП на тех линиях связи, на которых аналоговые системы работать не могут.

Возможность многократного воспроизведения информации без ухудшения качества. При аналоговых методах записи звука или изображения каждое воспроизведение вызывает необратимое ухудшение качества записи, а затем и потерю информации. При цифровых методах записи информации возможно периодически восстанавливать исходное качество записи.

Независимость качества передачи от длины линии связи. Благодаря регенерации передаваемых сигналов искажения в пределах регенерационного участка ничтожны. Таким образом, качество передачи практически не зависит от длины линии связи, так как помехи не накапливаются вдоль линии. Основным источником помех является оконечное оборудование, в котором аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и наоборот (поскольку появляются погрешности квантования). Отсутствует влияние загрузки многоканальным сигналом системы передачи в целом на параметры отдельного канала.

Стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность параметров каналов определяется в основном устройствами обработки информации в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть аппаратурного комплекса цифровых систем передачи, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых системах.

Более простая математическая обработка передаваемых сигналов. Цифровая форма представления информации позволяет производить различные виды математической обработки сигналов, направленной как на устранение избыточности в исходных сигналах, так и на перекодирование передаваемых сигналов. В результате исходная скорость, например, цифрового телевизионного сигнала, равная 114Мбит/сек, может быть уменьшена до 35Мбит/сек, а скорость цифрового телефонного сигнала (при некотором ухудшении качественных характеристик канала) - до 32 Кбит/сек.

Возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с оборудованием коммутации цифровых сигналов являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. Организация транзита и выделения сигналов в цифровых системах передачи значительно проще по сравнению с аналоговыми системами и не требует специального оборудования.

Отношение сигнал-шум, обеспечиваемое в оборудовании транзита и коммутации, является достаточно высоким. Следовательно, параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети связи, обладающей высокой надежностью.

Высокие технико-экономические показатели. Большой удельный вес цифрового оборудования в аппаратурном комплексе цифровых систем передачи определяет особенности изготовления, настройки и эксплуатации таких систем.

Высокая стабильность параметров каналов ЦСП устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры, в частности узлов линейного тракта в условиях эксплуатации, что существенно повышает технико-экономические показатели цифровых систем. Высокая степень унификации узлов также упрощает эксплуатацию систем и повышает надежность оборудования.

Сигналы всех видов информации - телефонной, передачи данных, видеотелефонной, телевидения - имеют единую цифровую форму, что позволяет использовать единые средства передачи и коммутации каналов и трактов и повышает экономическую эффективность сетей.