Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей, 2004

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 транспортирования информации с помощью технологии асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode - ATM) и др.

Материал, изложенный в конспекте лекций, является основой для изучения специальных дисциплин, например таких, как «Многоканальные телекоммуникационные системы», «Спутниковые и радиорелейные системы передачи», «Оптические системы передачи» и др.

Изучение дисциплины «Основы построения телекоммуникационных систем и сетей» 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

Л е к ц и я 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, наскальных рисунков, звуков и света (дыма), «ямской гоньбы» 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.

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 «элек-

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 опре-

деление может быть выражено в такой форме: электросвязь -

общение, сигнал, сигнал электросвязи. А это что такое?

Сообщение - форма представления информации для передачи

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); ПР! - 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); ОС^ - 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.

Логарифмические единицы измерений

Сигналы, используемые для передачи сообщений, представляют собой электрические мощность, напряжение или ток, изменяющиеся во времени. Характер изменений мгновенных значений напряжения или тока сигналов однозначно соответствует передаваемым сообщениям.

Значения напряжений (токов) сигналов и помех в различных точках каналов и трактов передачи имеют величины от пиковольт (пикоампер) до десятков вольт (ампер). Мощности токов, с которыми приходится встречаться при расчетах и измерениях, имеют величины от долей пиковатта до целых ватт. Чтобы облегчить измерения и расчеты величин, значения которых размещаются в широком диапазоне (он шире диапазона длин от миллиметра до миллионов километров), и чтобы при сравнении результатов измерений или расчетов операции умножения и деления заменить соответственно сложением или вычитанием, вместо величин мощности, напряжения и тока, выраженных в ваттах, вольтах и амперах (или их долях), используют логарифмы отношения этих величин к условным величинам, принятым за отсчетные. Относительные единицы, выраженные в логарифмической форме, называются уровнями передачи. Уровни передачи, представляющие десятичные логарифмы отношения одноименных величин, называются децибелами (дБ), а представляющие натуральные логарифмы отношения одноименных величин, называются неперами (Нп). В настоящее время принято пользоваться децибелами.

Различают следующие уровни передачи:

по мощности:

Между уровнями передачи в дБ и Нп существуют следующие соотношения; 1 Нп = 8,686 = 8,7 дБ и 1 дБ = 0,115 Нп.

В этих формулах \А/Х, их и /х - соответственно величины кажущейся или активной мощности, напряжения, тока в рассматривав-

мой точке, а И/0, и0 и 10 - величины, принятые за исходные при определении уровней передачи.

Уровни передачи по мощности (ром). напряжению (рон) и току (рот), определенные по формулам (1...3), называются относительными

и обозначаются соответственно дБом, дБон, дБ0Т.

Уровни передачи будут положительными, если величины мощности напряжения их или тока 1Х будут больше исходных величин мощности И/0, напряжения и0 или тока 10. В противном случае уровни передачи будут отрицательными. Нулевое значение указанные уровни передачи будут иметь в том случае, если \А/Х= У\!0, и х = и 0 и 1Х= 10-

От логарифмических единиц (уровней в децибелах) легко перейти к абсолютным величинам мощности, напряжения или тока по следующим очевидным формулам:

]А/Х =• !/У0 • 100'1 р°м; их = и0-1 00 05Рон; /х = /0 • 1 о0 05Р°г. (4)

В общем случае численные значения уровней передачи по мощности, напряжению и току несовпадают. Однако между ними легко установить взаимосвязь, если известны сопротивления Zx и на которых выделяются мощности \МХ и \А/0.

Действительно,

Ро„ = Ю 1 д ^ = 101д

или

Уровни передачи подразделяются на абсолютные и измерительные. Уровни называются абсолютными, если за исходные приняты следующие величины:

1) кажущаяся мощность УЯ0 = 1 мВА или активная мощность \А/0= 1 мВт;

2)эффективное напряжение и0 = 0,775 В;

3)эффективное значение тока 10= 1,29 мА.

Если абсолютные уровни передачи определяются при сопротивлении 7. - И = 600 Ом, то рм = рн = р т , что объясняется выбором исходных величин: 0,775 В х 1,29 мА = 1 мВА (мВт) или