Телекоммуникации, телекоммуникационные сети различного типа, их назначение и возможности. Основные понятия сетей и систем телекоммуникаций Системы телекоммуникаций

Классификация сетей

В основу классификации ТВС положены наиболее характерные функциональные, информационные и структурные признаки.

По степени территориальной рассредоточенности элементов сети (абонентских систем, узлов связи) различают глобальные (государственные), региональные и локальные вычислительные сети (ГВС, РВС и ЛВС).

По характеру реализуемых функций сети делятся на вычислительные (основные функции таких сетей - обработка информации), информационные (для получения справочных данных по запросам пользователей), информационно-вычислительные, или смешанные, в которых в определенном, непостоянном соотношении выполняются вычислительные и информационные функции.

По способу управления ТВС делятся на сети с централизованным (в сети имеется один или несколько управляющих органов), децентрализованным (каждая АС имеет средства для управления сетью) и смешанным управлением, в которых в определенном сочетании реализованы принципы централизованного и децентрализованного управления (например, под централизованным управлением решаются только задачи с высшим приоритетом, связанные с обработкой больших объемов информации).

По организации передачи информации сети делятся на сети с селекцией информации и маршрутизацией информации. В сетях с селекцией информации, строящихся на основе моноканала, взаимодействие АС производится выбором (селекцией) адресованных им блоков данных (кадров): всем АС сети доступны все передаваемые в сети кадры, но копию кадра снимают только АС, которым они предназначены. В сетях с маршрутизацией информации для передачи кадров от отправителя к получателю может использоваться несколько маршрутов. Поэтому с помощью коммуникационных систем сети решается задача выбора оптимального (например, кратчайшего по времени доставки кадра адресату) маршрута.

По типу организации передачи данных сети с маршрутизацией информации делятся на сети с коммутацией цепей (каналов), коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В эксплуатации находятся сети, в которых используются смешанные системы передачи данных.

По топологии, т.е. конфигурации элементов в ТВС, сети делятся на два класса: широковещательные и последовательные. Широковещательные конфигурации и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с интеллектуальным центром, иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной является произвольная (ячеистая) топология. Нашли применение также иерархическая конфигурация и “звезда”.

В широковещательных конфигурациях в любой момент времени на передачу кадра может работать только одна рабочая станция (абонентная система). Остальные PC сети могут принимать этот кадр, т.е. такие конфигурации характерны для ЛВС с селекцией информации. Основные типы широковещательной конфигурации - общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. Главные достоинства ЛВС с общей шиной - простота расширения сети, простота используемых методов управления, отсутствие необходимости в централизованном управлении, минимальный расход кабеля. ЛВС с топологией типа “дерево” - это более развитый вариант сети с шинной топологией. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями (“хабами”), каждая ветвь дерева представляет собой сегмент. Отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В ЛВС с топологией типа “звезда” в центре находится пассивный соединитель или активный повторитель -достаточно простые и надежные устройства.

В последовательных конфигурациях, характерных для сетей с маршрутизацией информации, передача данных осуществляется последовательно от одной PC к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды.

К передатчикам и приемникам здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательных конфигурациях. К последовательным конфигурациям относятся: произвольная (ячеистая), иерархическая, кольцо, цепочка, звезда с интеллектуальным центром, снежинка. В ЛВС наибольшее распространение получили кольцо и звезда, а также смешанные конфигурации - звездно-кольцевая, звездно-шинная.

В ЛВС с кольцевой топологией сигналы передаются только в одном направлении, обычно против часовой стрелки. Каждая PC имеет память объемом до целого кадра. При перемещении кадра по кольцу каждая PC принимает кадр, анализирует его адресное поле, снимает копию кадра, если он адресован данной PC, ретранслирует кадр. Естественно, что все это замедляет передачу данных в кольце, причем длительность задержки определяется числом PC. Удаление кадра из кольца производится обычно станцией-отправителем. В этом случае кадр совершает по кольцу полный круг и возвращается к станции-отправителю, который воспринимает его как квитанцию - подтверждение получения кадра адресатом. Удаление кадра из кольца может осуществляться и станцией-получателем, тогда кадр не совершает полного круга, а станция-отправитель не получает квитанции-подтверждения.

Кольцевая структура обеспечивает довольно широкие функциональные возможности ЛВС при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля работоспособности моноканала.

В широковещательных и большинстве последовательных конфигураций (за исключением кольца) каждый сегмент кабеля должен обеспечивать передачу сигналов в обоих направлениях, что достигается: в полудуплексных сетях связи - использованием одного кабеля для поочередной передачи в двух направлениях; в дуплексных сетях - с помощью двух однонаправленных кабелей; в широкополосных системах - применением различной несущей частоты для одновременной передачи сигналов в двух направлениях.

Глобальные и региональные сети, как и локальные, в принципе могут быть однородными (гомогенными), в которых применяются программно-совместимые ЭВМ, и неоднородными (гетерогенными), включающими программно-несовместимые ЭВМ. Однако, учитывая протяженность ГВС и РВС и большое количество используемых в них ЭВМ, такие сети чаще бывают неоднородными.

Основная функция телекоммуникационных систем (ТКС), или систем передачи данных (СПД) заключается в организации оперативного и надежного обмена информацией между абонентами. Главный показатель эффективности ТКС - время доставки информации - зависит от ряда факторов: структуры сети связи, пропускной способности линий связи, способов соединения каналов связи между взаимодействующими абонентами, протоколов информационного обмена, методов доступа абонентов к передающей среде, методов маршрутизации пакетов.

Типы сетей, линий и каналов связи. В ТВС используются сети связи - телефонные, телеграфные, телевизионные, спутниковые. В качестве линий связи применяются: кабельные (обычные телефонные линии связи, витая пара, коаксиальный кабель, волоконнооптические линии связи (ВОЛC, или световоды), радиорелейные, радиолинии.

Среди кабельных линий связи наилучшие показатели имеют световоды. Основные их преимущества: высокая пропускная способность (сотни мегабит в секунду), обусловленная использованием электромагнитных волн оптического диапазона; нечувствительность к внешним электромагнитным полям и отсутствие собственных электромагнитных излучений, низкая трудоемкость прокладки оптического кабеля; искро-, взрыво- и пожаробезопасность; повышенная устойчивость к агрессивным средам; небольшая удельная масса (отношение погонной массы к полосе пропускания); широкие области применения (создание магистралей коллективного доступа, систем связи ЭВМ с периферийными устройствами локальных сетей, в микропроцессорной технике и т.д.).

Недостатки ВОЛС: передача сигналов осуществляется только в одном направлении; подключение к световоду дополнительных ЭВМ значительно ослабляет сигнал; необходимые для световодов высокоскоростные модемы пока еще дороги; световоды, соединяющие ЭВМ, должны снабжаться преобразователями электрических сигналов в световые и обратно.

В ТВС нашли применение следующие типы каналов связи:

симплексные, когда передатчик и приемник связываются одной линией связи, по которой информация передается только в одном направлений (это характерно для телевизионных сетей связи);

полудуплексные, когда два узла связи соединены также одной линией, по которой информация передается попеременно то в одном направлении, то в противоположном (это характерно для информационно-справочных, запрос-ответных систем);

дуплексные, когда два узла связи соединены двумя линиями (прямой линией связи и обратной), по которым информация одновременно передается в противоположных направлениях.

Коммутируемые и выделенные каналы связи. В ТКС различают выделенные (некоммутируемые) каналы связи и с коммутацией на время передачи информации по этим каналам.

При использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечиваются высокая степень готовности системы к передаче информации, более высокое качество связи, поддержка большого объема графика. Из-за сравнительно больших расходов на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается только при условии достаточно полной загрузки каналов.

Для коммутируемых каналов связи, создаваемых только на время передачи фиксированного объема информации, характерны высокая гибкость и сравнительно небольшая стоимость (при малом объеме трафика). Недостатки таких каналов: потери времени на коммутацию (установление связи между абонентами), возможность блокировки из-за занятости отдельных участков линии связи, более низкое качество связи, большая стоимость при значительном объеме трафика.

Аналоговое и цифровое кодирование цифровых данных. Пересылка данных от одного узла ТКС к другому осуществляется последовательной передачей всех битов сообщения от источника к пункту назначения. Физически информационные биты передаются в виде аналоговых или цифровых электрических сигналов. Аналоговыми называются сигналы, которые могут представлять бесчисленное количество значений некоторой величины в пределах ограниченного диапазона. Цифровые (дискретные) сигналы могут иметь одно или конечный набор значений. При работе с аналоговыми сигналами для передачи закодированных данных используется аналоговый несущий сигнал синусоидальной формы, а при работе с цифровыми сигналами - двухуровневый дискретный сигнал. Аналоговые сигналы менее чувствительны к искажению, обусловленному затуханием в передающей среде, зато кодирование и декодирование данных проще осуществляются для цифровых сигналов.

Аналоговое кодирование применяется при передаче цифровых данных по телефонным (аналоговым) линиям связи, доминирующим в региональных и глобальных ТВС и изначально ориентированным на передачу акустических сигналов (речи). Перед передачей цифровые данные, поступающие обычно из ЭВМ, преобразуются в аналоговую форму с помощью модулятора-демодулятора (модема), обеспечивающего цифро-аналоговый интерфейс.

Возможны три способа преобразования цифровых данных в аналоговую форму или три метода модуляции:

амплитудная модуляция, когда меняется только амплитуда несущей синусоидальных колебаний в соответствии с последовательностью передаваемых информационных битов: например, при передаче единицы амплитуда колебаний устанавливается большой, а при передаче нуля -малой или сигнал несущей вообще отсутствует;

частотная модуляция, когда под действием модулирующих сигналов (передаваемых информационных битов) меняется только частота несущей синусоидальных колебаний: например, при передаче нуля - низкая;

фазовая модуляция, когда в соответствии с последовательностью передаваемых информационных битов изменяется только фаза несущей синусоидальных колебаний: при переходе от сигнала 1 к сигналу 0 или наоборот фаза меняется на 180 град..

Передающий модем преобразует (модулирует) сигнал несущей синусоидальных колебаний (амплитуду, частоту или фазу) таким образом, чтобы он мог нести модулирующий сигнал, т.е. цифровые данные от ЭВМ или терминала. Обратное преобразование (демодуляция) осуществляется принимающим модемом. В соответствии с реализуемым методом модуляции различают модемы с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией. Наибольшее распространение получили частотная и амплитудная модуляции.

Цифровое кодирование цифровых данных выполняется напрямую, путем изменения уровней сигналов, несущих информацию.

Например, если в ЭВМ цифровые данные представляются сигналами уровней 5В для кода 1 и 0,2В для кода 0, то при передаче этих данных в линию связи уровни сигналов преобразуются соответственно в +12В и -12В. Такое кодирование осуществляется, в частности, с помощью асинхронных последовательных адаптеров RS-232-C при передаче цифровых данных от одного компьютера к другому на небольшие (десятки и сотни метров) расстояния.

Синхронизация элементов ТКС. Синхронизация - это часть протокола связи. В процессе синхронизации связи обеспечивается синхронная работа аппаратуры приемника и передатчика, при которой приемник осуществляет выборку поступающих информационных битов (т.е. замер уровня сигнал в линии связи) строго в моменты их прихода. Синхросигналы настраивают приемник на передаваемое сообщение еще до его прихода поддерживают синхронизацию приемника с приходящими битами данных.

В зависимости от способов решения проблемы синхронизации различают синхронную передачу, асинхронную передачу и передачу с автоподстройкой.

Синхронная передача отличается наличием дополнительной линии связи (кроме основной, по которой передаются данные) для передачи синхронизирующих импульсов (СИ) стабильной частоты. Каждый СИ подстраивает приемник. Выдача битов данных в линию связи передатчиком и выборка информационных сигналов приемником производятся в моменты появления СИ. В синхронной передаче синхронизация осуществляется весьма надежно, однако этой достигается дорогой ценой - необходимостью дополнительной линии связи.

Асинхронная передача не требует дополнительной линии связи. Передача данных осуществляется небольшими блоками фиксированной длины (обычно байтами). Синхронизация приемника достигается тем, что перед каждым передаваемым байтом посылается дополнительный бит - стартбит, а после переданного байта - еще один дополнительный бит -стопбит. Для синхронизации используется стартбит. Такой способ синхронизации может использоваться только в системах с низкими скоростями передачи данных.

Передача с автоподстройкой, также не требующая дополнительной линии связи, применяется в современных высокоскоростных системах передачи данных. Синхронизация достигается за счет использования самосинхронизирующих кодов (СК). Кодирование передаваемых данных с помощью СК заключается в том, чтобы обеспечить регулярные и частые изменения (переходы) уровней сигнала в канале. Каждый переход уровня сигнала от высокого к низкому или наоборот используется для подстройки приемника. Лучшими считаются такие СК, которые обеспечивают переход уровня сигнала не менее одного раза в течение интервала времени, необходимого на прием одного информационного бита. Чем чаще переходы уровня сигнала, тем надежнее осуществляется синхронизация приемника и увереннее производится идентификация принимаемых битов данных.

Наиболее распространенными являются следующие самосинхронизирующие коды :

NRZ-код (код без возвращения к нулю);

RZ-код (код с возвращением к нулю);

Манчестерский код;

Биполярный код с поочередной инверсией уровня (например, код AMI).

Рис. Схемы кодирования сообщения с помощью самосинхронизирующих кодов

На рис. представлены схемы кодирования сообщения 0101100 с помощью этих СК.

Для характеристики и сравнительной оценки СК используются следующие показатели:

уровень (качество) синхронизации;

Надежность (уверенность) распознавания и выделения принимаемых информационных битов;

Требуемая скорость изменения уровня сигнала в линии связи при использовании СК, если пропускная способность линии задана;

Сложность (и, следовательно, стоимость) оборудования, реализующего СК.

Цифровые сети связи (ЦСС). В последние годы в ТВС все большее распространение получают цифровые сети связи, в которых используется цифровая технология.

Причины распространения цифровой технологии в сетях:

Цифровые устройства, используемые в ЦСС, производятся на основе интегральных схем высокой интеграции; по сравнению с аналоговыми устройствами они отличаются большой надежностью и устойчивостью в работе и, кроме того, в производстве и эксплуатации, как правило, дешевле;

Цифровую технологию можно использовать для передачи любой информации по одному каналу (акустических сигналов, телевизионных видеоданных, факсимильных данных);

Цифровые методы преодолевают многие из ограничений передачи и хранения, которые присущи аналоговым технологиям.

В ЦСС при передаче информации осуществляется преобразование аналогового сигнала в последовательность цифровых значений, а при приеме - обратное преобразование.

Аналоговый сигнал проявляется как постоянное изменение амплитуды во времени. Например, при разговоре по телефону, который действует как преобразователь акустических сигналов в электрические, механические колебания воздуха (чередование высокого и низкого давления) преобразуются в электрический сигнал с такой же характеристикой огибающей амплитуды. Однако непосредственная передача аналогового электрического сигнала по телефонной линии связи сопряжена с рядом недостатков: искажением сигнала вследствие его нелинейности, которая увеличивается усилителями, затуханием сигнала при передаче через среду, подверженностью влиянию шумов в канале и др.

В ЦСС эти недостатки преодолимы. Здесь форма аналогового сигнала представляется в виде цифровых (двоичных) образов, цифровых значений, представляющих соответствующие значения огибающей амплитуды синусоидальных колебаний в точках на дискретных уровнях. Цифровые сигналы также подвержены ослаблению и шумам при их прохождении через канал, однако на приемном пункте необходимо отмечать лишь наличие или отсутствие двоичного цифрового импульса, а не его абсолютное значение, которое важно в случае аналогового сигнала. Следовательно, цифровые сигналы принимаются надежнее, их можно полностью восстановить, прежде чем они из-за затухания станут ниже порогового значения.

Преобразование аналоговых сигналов в цифровые осуществляется различными методами. Один из них - импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), предложенная в 1938 г. А.Х. Ривсом (США). При использовании ИКМ процесс преобразования включает три этапа: отображение, квантование и кодирование (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Преобразование аналогового сигнала в 8-элементный цифровой код

Первый этап (отображение) основан на теории отображения Найквиста. Основное положение этой теорий гласит: “Если аналоговый сигнал отображается на регулярном интервале с частотой не менее чем в два раза выше максимальной частоты исходного сигнала в канале, то отображение будет содержать информацию, достаточную для восстановления исходного сигнала”. При передаче акустических сигналов (речи) представляющие их электрические сигналы в телефонном канале занимают полосу частот от 300 до 3300 Гц. Поэтому в ЦСС принята частота отображений, равная 8000 раз в секунду. Отображения, каждое из которых называется сигналом импульсно-амплитудной модуляции (ИАМ), запоминаются, а затем трансформируются в двоичные образы.

На этапе квантования каждому сигналу ИАМ придается квантованное значение, соответствующее ближайшему уровню квантования. И ЦСС весь диапазон изменения амплитуды сигналов ИАМ разбивается на 128 или 256 уровней квантования. Чем больше уровней квантования, тем точнее амплитуда ИАМ-сигнала представляется квантованным уровнем.

На этапе кодирования каждому квантованному отображению ставится в соответствие 7-разрядный (если число уровней квантования равно 128) или 8-разрядный (при 256-шаговом квантовании) двоичный код. На рис. 12.2 показаны сигналы 8-элементного двоичного кода 00101011, соответствующего квантовому сигналу с уровнем 43. При кодировании 7-элементнымй кодами скорость передачи данных по каналу должна составлять 56 Кбит/с (это произведение частоты отображения на разрядность двоичного кода), а при кодировании 8-элементными кодами - 64 Кбит/с.

В современных ЦСС используется и другая концепция преобразования аналоговых сигналов в цифровые, при которой квантуются и затем кодируются не сами сигналы ИАМ, а лишь их изменения, причем число уровней квантования принимается таким же. Очевидно, что такая концепция позволяет производить преобразование сигналов с большей точностью.

Спутниковые сети связи. Появление спутниковых сетей связи вызвало такую же революцию в передаче информации, как изобретение телефона.

Первый спутник связи был запущен в 1958 г., а в 1965 г. запущен первый коммерческий спутник связи (оба - в США). Эти спутники были пассивными, позже на спутниках стали устанавливать усилители и приемопередающую аппаратуру.

Для управления передачей данных между спутником и наземными РТС используются следующие способы:

1. Обычное мультиплексирование - с частотным разделением и временным разделением. В первом случае весь частотный спектр радиоканала разделяется на подканалы, которые распределяются между пользователями для передачи любого графика.

Издержки такого способа: при нерегулярном ведении передач подканалы используются нерационально; значительная часть исходной полосы пропускания канала используется в качестве разделительной полосы для предотвращения нежелательного влияния подканалов друг на друга. Во втором случае весь временной спектр делится между пользователями, которые по своему усмотрению распоряжаются предоставленными временными квантами (слотами). Здесь также возможно простаивание канала из-за нерегулярного его использования.

2. Обычная дисциплина “первичный / вторичный” с использованием методов и средств опроса/выбора. В качестве первичного органа, реализующего такую дисциплину управления спутниковой связью, чаще выступает одна из наземных РТС, а реже - спутник. Цикл опроса и выбора занимает значительное время, особенно при наличии в сети большого количества АС. Поэтому время реакции на запрос пользователя может оказаться для него неприемлемым.

3. Дисциплина управления типа “первичный / вторичный” без опроса, с реализацией метода множественного доступа с квантованием времени (ТДМА). Здесь слоты назначаются первичной РТС, называемой эталонной. Принимая запросы от других РТС, эталонная станция в зависимости от характера графика и занятости канала удовлетворяет эти запросы путем назначения станциям конкретных слотов для передачи кадров. Такой метод широко используется в коммерческих спутниковых сетях.

4. Равноранговые дисциплины управления. Для них характерно, что все пользователи имеют равное право доступа к каналу и между ними происходит соперничество за канал. В начале 70-х годов Н.Абрамсон из Гавайского университета предложил метод эффективного соперничества за канал между некоординируемыми пользователями, названный системой ALOHA. Существует несколько вариантов этой системы: система, реализующая метод случайного доступа (случайная ALOHA); равноранговая приоритетная слотовая система (слотовая ALOHA) и др.

К основным преимуществам спутниковых сетей связи относятся следующие:

Большая пропускная способность, обусловленная работой спутников в широком диапазоне гигагерцовых частот. Спутник может поддерживать несколько тысяч речевых каналов связи. Например, один из используемых в настоящее время коммерческих спутников имеет 10 транспондеров, каждый из которых может передавать 48 Мбит/с;

Обеспечение связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможность обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках;

Независимость стоимости передачи информации от расстояния между взаимодействующими абонентами (стоимость зависит от продолжительности передачи или объема передаваемого графика);

Возможность построения сети без физически реализованных коммутационных устройств, обусловленная широковещательностью работы спутниковой связи. Эта возможность связана со значительным экономическим эффектом, который может быть получен по сравнению с использованием обычной неспутниковой сети, основанной на многочисленных физических линиях связи и коммуникационных устройствах.

Недостатки спутниковых сетей связи:

Необходимость затрат средств и времени на обеспечение конфиденциальности передачи данных, на предотвращение возможности перехвата данных “чужими” станциями;

Наличие задержки приема радиосигнала наземной станцией из-за больших расстояний между спутником и РТС. Это может вызвать проблемы, связанные с реализацией канальных протоколов, а также временем ответа;

Возможность взаимного искажения радиосигналов от наземных станций, работающих на соседних частотах;

Подверженность сигналов на участках Земля - спутник и спутник -Земля влиянию различных атмосферных явлений.

Для решения проблем с распределением частот в диапазонах 6/4 и 14/12 ГГц и размещением спутников на орбите необходимо активное сотрудничество многих стран, использующих технику спутниковой связи.

В учебном пособии рассматриваются вопросы формирования канальных цифровых сигналов с помощью импульсно-кодовой модуляции, основы построения оборудования формирования первичного цифрового потока, построения линейных цифровых трактов телекоммуникационных систем плезиохронной цифровой иерархии, а также вопросы построения систем передачи с HDSL технологией.

Учебное пособие предназначено для студентов специальностей: 201000 (многоканальные телекоммуникационные системы) и 071700 (физика и техника оптической связи) очной и заочной форм обучения.

Введение

В данном учебном пособии рассматриваются вопросы передачи сигналов с помощью современных телекоммуникационных систем передачи плезиохронной (PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy) и синхронной (SDH – Synchronous Digital Hierarchy) цифровой иерархии.

Рассматриваются вопросы формирования канальных цифровых сигналов с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), основы построения оборудования формирования первичного цифрового потока, такие как аналого-цифровое преобразование, вопросы синхронизации, построения линейных цифровых трактов, объединения цифровых потоков в ЦСП PDH.

В учебном пособии рассмотрены вопросы построения систем передачи с HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop – цифровая абонентская линия) технологией, такие как методы линейного кодирования, характеристики систем передачи Flex Gain Megatrans.

Материал данного учебного пособия подготовлен авторами с использованием многолетнего опыта проведения лекционных и практических занятий на кафедре МЭС и ОС (Многоканальной электрической связи и оптических систем) в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики».

Иерархия цифровых систем передачи

Цифровые системы передачи (ЦСП), используемые на сетях связи, соответствуют определенной иерархической структуре, которая должна учитывать следующие основные требования:

возможность передачи всех аналоговых и дискретных сигналов;

выбор параметров систем передачи (СП) с учетом характеристик существующих и перспективных видов связи;

возможность достаточно простого объединения, разъединения и транзита передаваемых сигналов;

выбор стандартизированных скоростей передачи с учетом использования как аналого-цифровых преобразователей (АЦП), так и временного группообразования сигналов;

возможность взаимодействия ЦСП с АСП и различными системами коммутации.

Иерархический принцип построения ЦСП позволяет унифицировать каналообразующее оборудование, упростить процессы изготовления, внедрения и технической эксплуатации соответствующего оборудования, то есть в целом повысить технико – экономические показатели этих систем.

В настоящее время наибольшее распространение получили три типа иерархий ЦСП: европейская, североамериканская и японская.

Европейская иерархия основывается на первичном цифровом потоке (ПЦП), в котором с помощью аналого – цифрового оборудования образуются 30 каналов с пропускной способностью 64 кбит/с каждый (применяется восьми разрядная компандированная ИКМ) скорость передачи группового сигнала составляет 2048 кбит/с. При формировании групповых сигналов ЦСП более высокого уровня используется принцип временного объединения (группообразования) цифровых потоков, сформированных в оборудовании ЦСП более низкого уровня. Коэффициент объединения для всех ступеней иерархии принят равным четырем. На второй ступени формируется вторичный цифровой поток (ВЦП) со скоростью 8448 кбит/с. На третьей ступени формируется третичный цифровой поток (ТЦП) со скоростью 34368 кбит/с, а на четвертой – четвертичный цифровой поток (ЧЦП) со скоростью 139264 кбит/с.

В Североамериканской иерархии скорости передачи на различных ступенях мультиплексирования составляют: 1544 – 6312 – 44376 – 274176 кбит/с.

В Японской иерархии скорости передачи составляют:

1544 – 6312 – 32064 – 97728 кбит/ с. Это приводит к соответствующим затруднениям при организации цифровой международной связи.

Все отмеченные выше типы иерархии относятся к так называемой плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ). На английском языке она обозначается PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). В ней при временном группообразовании используются асинхронные методы объединения цифровых потоков.

Формирование канальных цифровых сигналов

В ЦСП канальный сигнал формируется в три этапа:

дискретизация по времени;

квантование по уровню;

кодирование.

2.1. Дискретизация по времени

Непрерывный сигнал можно представить в виде отсчетов с помощью электронного ключа (ЭК) (рисунок 2.1.).

Рисунок 2.1 – Операция дискретизации

Здесь - непрерывный сигнал;

Дискретный сигнал;

Частота дискретизации.

Сигнал можно представить в виде:

.

ЭК будем рассматривать как перемножитель. Разложим в ряд Фурье функцию
(рис.2.2.).

Рисунок 2.2 – Последовательность импульсов частоты дискретизации r(t)

;

Для получения спектра сигнала применяем преобразование Фурье.

Где - операция преобразования .

При и (- функция) спектр дискретного сигнала будет:

.

На рисунке 2.3. приведен спектр дискретного сигнала.

Для выделения на приеме исходного сигнала с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ), необходимо чтобы

, то есть

Мощность сигнала на выходе ФНЧ в меньше мощности исходного сигнала. Дискретизация сигнала представляет собой амплитудно – импульсную модуляцию (АИМ).

Рисунок 2.3 – Спектр дискретного сигнала

2.2. Квантование по уровню

На рисунке 2.4 показаны отсчеты (дискреты) сигнала и их квантованные значения. В результате квантования передаются не истинные, а только разрешенные значения уровней.

Рисунок 2.4 – Квантование сигнала

На рисунке 2.4:

Шаг квантования;

Ошибка квантования.

Суть операции квантования поясняет рис.2.5.

a кв (i+1)

a кв i

a кв (i-1)

a(pT Д )

pT Д

Рисунок 2.5 – Квантование.

Вместо a(pT Д ) передается a кв (i+1) или a кв i значения. Возникает ошибка квантования :

(смотри рисунок 2.4.).

Квантование бывает:

В первом случае возможны два типа амплитудных характеристик (АХ) квантующих устройств. Они приведены на рисунке 2.6.

U вых(кв )

U вх(АИМ)

б)

Рисунок 2.6 – АХ квантующих устройств

При АХ, изображенной на рисунке 2.6. «а», возникают шумы в режиме молчания (), а при АХ, изображенной на рисунке 2.6. «б», не воспроизводятся малые сигналы ().

2.2.1. Расчет мощности шумов квантования

Ошибку квантования можно рассматривать как некоторую помеху – шум квантования. Влияние его на качество связи можно оценить отношением:

,

где - коэффициент шума квантования;

Средняя мощность сигнала;

Мощность шума квантования.

Своевременная передача информации - основа стабильного функционирования множества отраслей промышленности и сельского хозяйства.

Современное информационное общество активно используется различные телекоммуникационные системы для обмена большим количеством информации в сжатые сроки.

Современные телекоммуникационные системы и сети

Телекоммуникационные системы представляют собой технические средства, предназначенные для передачи больших объемов информации через оптоволоконные линии связи. Как правило, телекоммуникационные системы предназначены для обслуживания большого количества пользователей: от нескольких десятков тысяч до миллионов. Использование такой системы предполагает регулярную передачу информации в цифровом виде между всеми участниками телекоммуникационной сети.

Главная особенность современного оборудования для сетей - обеспечение бесперебойного соединения, чтобы информация передавалась постоянно. При этом допускается периодическое ухудшение качества связи в момент установления соединения, а также периодические технические неполадки, вызванные внешними факторами.

Виды и классификация телекоммуникационных систем связи

Современные телекоммуникационные системы объединяются по нескольким основным признакам.

В зависимости от назначения, различаются системы телевизионного вещания, персональной связи, а также компьютерные сети.

В зависимости от технического обеспечения, которое используется для передачи информации, выделяются традиционные кабельные коммуникационные системы, более совершенные - оптоволоконные, а также эфирные и спутниковые.

В зависимости от способа кодировки массива информации выделяются аналоговые каналы коммуникации и цифровые. Последний тип получил повсеместное распространение, в то время как аналоговые каналы коммуникации становятся все менее востребованными на сегодняшний день.

Компьютерные системы

Компьютерные системы представляют собой совокупность нескольких ПК, объединенных в единое информационное поле посредством кабелей и специализированных программ.

Совокупность установленного оборудования и программного обеспечения представляет собой автономную саморегулирующуюся систему, которая обслуживает предприятие в комплексе.

В зависимости от своих функций, оборудование компьютерной системы разделяется на:

• сервисное (для промежуточного и резервного хранения информации);


• активное (для обеспечения своевременной и качественной подачи сигналов;


• персональные устройства.

Для обеспечения работы всей системы необходимо соответствующее программное обеспечение, должным образом настроенное, исходя из нужд пользователей.

Радиотехнические и телевизионные системы

В основе радиотехнических систем передачи сообщения лежат электромагнитные колебания, которые транслируются по специальному радиоканалу. Единицей функционирования системы является сигнал, который преобразуется в передающем устройстве и затем трансформируется в информационное сообщение в принимающем.

Основа бесперебойного функционирования радиотехнических систем является линия связи - физическая среда и аппаратные средства, которые обеспечивают своевременную и полную передачу информации.

Телевизионные системы действуют по аналогичному принципу приемника и передатчика. Большинство из них использует цифровой сигнал, позволяющий передавать сообщение в более высоком качестве.

Глобальные телекоммуникационные системы

К глобальным телекоммуникационным системам относятся те аппаратные и программные средства, которые соединяют пользователей независимо от их физического положения на планете. Главная черта глобальных сетей - интеллектуализация, позволяющая легко использовать мощности сети с оптимальной эффективностью, при этом минимизируя затраты на обслуживание оборудования. Среди глобальных сетей выделяется несколько основных видов.

Цифровые сети с интегральными модулями используют непрерывную коммутацию каналов, при этом массивы данных обрабатываются в цифровой форме. Пользователи сети имеют доступ только к некоторым функциям, интерфейс не позволяет самостоятельно изменять технические параметры.

Сети Х25 являются наиболее старыми, надежными и проверенными технологиями передачи информации между неограниченным числом пользователей. Главное отличие таких сетей - наличие устройства для «сборки» отдельных блоков передаваемой информации в «пакеты» для наиболее быстрой передачи.

Асинхронный режим передачи данных - современная технология, используемая для широкополосных сетей, которые основаны на оптоволоконных кабелях.

Оптические телекоммуникационные системы

Основой оптических телекоммуникационных систем является оптоволоконный кабель, который соединяет отдельные аппараты в единую глобальную сеть.

Сигналы передаются с помощью инфракрасного диапазона излучений, при этом пропускная способность оптоволоконного кабеля многократно превышает показатели других видов оборудования.

Технические характеристики материала обеспечивают слабый уровень затухания сигнала на больших расстояниях, что позволяет использовать кабель для коммуникации между материками. Проложенный по дну океана, оптоволоконный кабель защищен от несанкционированного доступа, так как перехватить передаваемые сигналы довольно сложно в техническом плане.

Многоканальные телекоммуникационные системы

Отличительной чертой таких коммуникационных систем является использование нескольких каналов передачи информационных сигналов.

Современные телекоммуникационные системы используют кабельные, волноводные, радиорелейные, а также космические линии связи. Зашифрованный сигнал передается со скоростью в несколько гигабит в секунду на огромные расстояния.

Главное достоинство многоканальных систем - обеспечение стабильной работы. При выходе из строя одного канала связи, автоматически подключается следующий.

Пользователи защищены от внезапного обрыва связи и потери важной информации. В основе таких систем лежат структурированные конструкции из кабелей.

Мультисервисные телекоммуникационные системы

Мультисервисные телекоммуникационные системы представляют собой аппаратную и программную среду, предназначенную для передачи данных по технологии коммутации пакетов - соединения отдельных блоков информации в сообщения большого размера.

Особенность мультисервисных систем - необходимость обеспечения стабильной работы всех элементов транспортной среды. Как правило, для передачи данных, а также речевой и видеоинформации используются различные технологии, но при этом инфраструктура едина. Поэтому основной принцип построения мультисервисных сетей - универсальность технологического решения, с помощью которого обслуживается разнородное оборудование, предназначенное для выполнения различных операций.

Мультисервисная система использует единый канал для передачи данных различных типов. За счет этого экономятся средства на обслуживании и аппаратном обеспечении системы: единая конструкция требует меньшего количества персонала и затрат.

Структура, оборудование и компоненты телекоммуникационных систем

В основе любой телекоммуникационной системы лежат серверы, на которых хранится и обрабатывается необходимая пользователям информация.

Серверные представляют собой небольшие помещения с промышленной вентиляцией, обеспечивающие функционирование множества жестких дисков большого объема.

Пользовательские компьютеры являются средством связи между базой данных и конкретными пользователями информации, осуществляющими поисковые запросы.

Техническая основа телекоммуникационных сетей - это линии связи, то есть среды передачи данных, в качестве которых используются оптоволоконные, коаксиальные или беспроводные каналы связи.

Сетевое оборудование, обеспечивающее передачу и прием данных:

• модемы;
• адаптеры;
• маршрутизаторы;
• концентраторы.

Подобные устройства дополняют телекоммуникационную систему и необходимы для стабильной работы.

Программное обеспечение позволяет эффективно контролировать работу установленного оборудования, что обеспечивает своевременную передачу информации в нужных объемах.

Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах

В зависимости от этапа проведения, выделяются три разновидности измерений:

1. Установочные измерения производятся после монтажа оборудования, чтобы убедиться в работоспособности всех узлов телекоммуникационной системы.


2. В ходе работы необходимо проводить настроечные измерения, которые позволяют адаптировать функционал оборудования к изменяющимся условиям внешней среды. Например, если в телекоммуникационной системе изменяются аппаратные или программные средства, необходимо убедиться, что она продолжает полноценно функционировать.


3. Контрольные или профилактические измерения проводятся регулярно в целях предупреждения внезапных поломок телекоммуникационной сети.

Основы построения и монтажа телекоммуникационных систем и сетей

Главный принцип построения телекоммуникационной системы любого размера и назначения - разделение ее на отдельные функциональные участки. Уменьшается время обслуживания каждого из них, упрощается процедура поиска места поломки при каких-либо технических неисправностях.

Кроме этого, при монтаже систем необходимо позаботиться об изоляции самого кабеля, чтобы передача данных была, как можно меньше зависима от внешних факторов. Современные оптоволоконные кабели располагают под землей, на дне океана или в специальных гофрах, что максимально защищает их от вредных воздействий.

Обеспечение информационной безопасности телекоммуникационных систем

Главная задача при построении системы безопасности в телекоммуникациях - это предотвращение утечки информации через отдельные каналы. Причиной таких явлений может быть и аппаратное повреждение передающего канала (оптоволоконного кабеля), и атака злоумышленников с помощью программных средств.

В первом случае информационная безопасность состоит в обеспечении качественных кабелей, способных выдерживать интенсивные нагрузки и регулярную эксплуатацию.

Во втором необходима разработка, внедрение и обслуживание программных средств, ограничивающих доступ к ресурсам телекоммуникационной системы.

Телекоммуникационные системы гостиниц

Гостиничный бизнес представляет собой целый комплекс услуг, обеспечивающих комфортное проживание постояльцев на территории отеля. Именно поэтому своевременное предоставление полной и достоверной информации обо всем, что может заинтересовать гостей - гарантия удержания клиентов.

Как правило, телекоммуникационные системы в гостиничных комплексах состоят из:

• видеокоммуникации;
• компьютерных систем;
• программного обеспечения.

Таким образом, каждый гость получает удобство проживания в номере и всю необходимую информацию.

Телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта

В отличие от отрасли гостеприимства, главный приоритет телекоммуникации в железнодорожной сфере - достоверность информации. Поэтому телекоммуникационные сети в железнодорожном транспорте проектируются таким образом, чтобы всю передаваемую информацию можно было оперативно отследить, при этом вероятным утечкам уделяется минимальное внимание.

Компании, обслуживающие телекоммуникационные системы

Обслуживанием телекоммуникационных систем занимаются поставщики оборудования для проведения данные коммуникаций и сервисные компании.

Среди предприятий можно отметить:

• «Телекоммуникационные системы» - одна из старейших профильных компаний Санкт-Петербурга, предоставляющая клиентам услуги по текущему ремонту, настройке и обслуживанию систем передачи информации;


• «Стройком-А» - небольшая компания, предоставляющая услуги обслуживания и совершенствования ветхих телекоммуникационных систем;


• «Криптоком» - компания узкого профиля, занимающаяся обеспечением безопасности в телекоммуникационных системах предприятий оборонного комплекса.

Производители и поставщики оборудования для телекоммуникационных систем

Производством и поставками оборудование для телекоммуникационных систем занимаются такие компании, как:

• «Montair» - поставщик готовых решений для телекоммуникационных систем, предлагающий клиентам большой выбор серверного оборудования.


• «Rdcam» - компания полного цикла, предлагающая клиентам не только готовое оборудование, но и разработку инженерных решений для телекоммуникационных систем.


• «LAN-ART» - поставщик сетевого коммутационного оборудования и производитель кабелей связи.

Современные телекоммуникационные системы и специализированное оборудование для связи демонстрируется на ежегодной выставке «Связь».

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Теоретические аспекты коммуникационных средств. Виды и основные технологии общения. Социальные сети: понятие, история создания. Краткая характеристика социальной сети Твиттер, её возможности. Анализ блога известного человека на примере Елены Весниной.

курсовая работа , добавлен 28.06.2017


Понятие телекоммуникационной среды и ее дидактических возможностях на уроке информатики. Веб-технологии педагогического взаимодействия. Педагогические возможности Интернет и тенденции в обучении. Система технологических средств телекоммуникационной среды.

курсовая работа , добавлен 27.04.2008


Телекоммуникационные образовательные проекты в системе общего образования. Особенности применения компьютерных телекоммуникаций на уроках в школе. Перспективы развития. Методика использования телекоммуникационных проектов в базовом курсе информатики.

курсовая работа , добавлен 27.04.2008


Звуковая зкспликация выбранных эпизодов. Структурная схема соединения оборудования на площадке с учётом видео, звукового сигнала и сигнала синхронизации для каждых сцен. Обоснование выбора микрофонов, их характеристики, назначение в выбранных эпизодах.

курсовая работа , добавлен 29.05.2014


Понятие компьютерных сетей, их виды и назначение. Разработка локальной вычислительной сети технологии Gigabit Ethernet, построение блок-схемы ее конфигурации. Выбор и обоснование типа кабельной системы и сетевого оборудования, описание протоколов обмена.

курсовая работа , добавлен 15.07.2012


Функции и характеристики сетевых адаптеров. Особенности применения мостов-маршрутизаторов. Назначение и функции повторителей. Основные виды передающего оборудования глобальных сетей. Назначение и типы модемов. Принципы работы оборудования локальных сетей.

контрольная работа , добавлен 14.03.2015


Основные возможности локальных вычислительных сетей. Потребности в интернете. Анализ существующих технологий ЛВС. Логическое проектирование ЛВС. Выбор оборудования и сетевого ПО. Расчёт затрат на создание сети. Работоспособность и безопасность сети.

курсовая работа , добавлен 01.03.2011

Важной сферой деятельности человека является информационная инфраструктура, благодаря чему развивается множество необходимых сфер. Сначала для этого использовалась телеграфная сеть, после чего стали появляться телефоны, радио, телевидение, компьютер. Любые сведения, созданные в электронном виде, могут поступить до места назначения без специалиста.

Связь субъектов страны, международная связь работает на основе многоканальных телекоммуникационных систем. Для этого применяются аналоговые и цифровые устройства. С их помощью передается аудио, видео, мультимедиа. Поэтому людям доступен выход в Интернет, сотовая множество других услуг. Именно для этого необходимо подготавливать специалистов для работы в этой сфере.

Особенности профессии

Если выпускник закончит обучение по специальности «многоканальные телекоммуникационные системы», кем работать ему? Можно устраиваться на предприятия по вакансии «техник». В обязанности сотрудника входит обеспечение определенной территории связью, телевидением, радиовещанием.

Техник работает с что требуется для функционирования систем передачи. Выполняется реконструкция линий и установка новейшего оборудования. Главное место в техническом оснащении имеет волоконно-оптическая технология, с помощью которой происходит увеличение скорости передачи, качества сети.

Обучение сотрудников

Профессии «многоканальные телекоммуникационные системы» будущих специалистов обучают с помощью прикладных дисциплин. Им нужно разбираться в установке и эксплуатации кабельных и цифровых систем передачи данных.

На лекциях изучаются технологии программно-аппаратного шифрования данных для защиты информации. С повышенным профилем подготовки требуется освоение учебной программы управленской деятельности и менеджмента организации. По специальности «многоканальные телекоммуникационные системы» обучают колледжи и институты различных городов России.

Что умеют выпускники?

Специалистами должна производиться эксплуатация многоканальных телекоммуникационных систем. Обязательна работа по информационной безопасности сетей. Важной деятельностью является участие в проведении производственной работы организации.

Сотрудники выполняют работу нескольких должностей служащих. Они производят конвергенцию технологий и сервисов систем электросвязи. Одной из главных сфер является продвижение услуг сетей. Если выпускник окончил обучение по специальности «многоканальные телекоммуникационные системы», кем работать ему и где? Техники требуются в государственных и коммерческих предприятиях.

Обязанности специалистов

Техники производят монтаж и обслуживание Обязателен мониторинг и диагностика систем. Работниками осуществляется устранение последствий аварий и дефектов оборудования, определяются способы восстановления функционирования.

На предприятиях техники осуществляют измерения показателей оборудования. Ими производится установка и профессиональное обслуживание компьютерных сетей. Работник берет в обязанность производство администрирования сетевого оборудования, установки, настройки доступа.

Техник взаимодействует с сетевыми протоколами. Он следит за функционированием оборудования сетей. В профессиональной деятельности им применяются проверенные средства защиты информации. К прочим обязанностям относят:

• анализ работы систем для выявления неполадок;
• обеспечение безопасного администрирования;
• участие в планировании работы;
• мониторинг новых систем;
• проведение маркетинговых исследований.

Профессионалы строят и эксплуатируют системы передачи информации, функционируют на автоматических станциях. Выпускники по специальности «многоканальные телекоммуникационные системы» заняты в линейно-аппаратных цехах, радиорелейных отделах, центрах связи. Техник получает необходимые навыки.

Заработная плата и перспективы

Если выпускник получил специальность «многоканальные телекоммуникационные системы», зарплата сначала у него будет около 20 000 рублей. При этом работник должен знать и уметь выполнять монтаж и подключение телефонного оборудования, настраивать мини-АТС, Интернет.

Сотруднику необходимо постоянно совершенствоваться, повышая уровень знаний и умений. Такой работник всегда будет востребованным, что позволит увеличить личные доходы. Для получения большого заработка необходимо иметь богатый опыт в обслуживании систем связи, монтаже оборудования, формировании документации. Работать можно в профильных государственных и коммерческих предприятиях.