Лекция. Общая характеристика телекоммуникационных систем

 

Цель лекции: Классификация, назначение, условия функционирования. Принципы построения, структурные схемы телекоммуникационных систем. Симметричные, коаксиальные и оптические среды передачи сигналов

Содержание:

- современные системы передачи;

-группообразование коммутационных систем;

-структурная схема МТС.

 

 

Современные системы передачи (СП) должны обеспечивать передачу различных сигналов:

- телеграфные (ТЛГ);

- телефонные (ТЛФ);

- телевизионные (TВ);

- передачи данных (ПД) и т. п.

Все эти сигналы являются случайными функциями времени и наиболее полно могут быть описаны с помощью многопарного распределения плотности вероятности. В качестве типового канала можно принять канал с эффективной передаваемой полосой частот 0,3-3,4кГц, которая соответствует ширине спектра канала телефонного сигнала. Параметры этого канала выбраны так, что по нему можно передавать и факсимильные, телеграфные сигналы со скоростью до 9600 Бод. Данный канал получил название канала тональной частоты (ТЧ). Каналы для передачи более широкополосных сигналов получаются из каналов ТЧ. Выделяют два основных вида широкополосных каналов.

Первичный – эффективно передаваемая полоса частот:

а) I – 65 ¸ 103 кГц;

б) II – 330 ¸ 530 кГц;

в) III – 900 ¸ 1900 кГц.

Каналы I и II группы используются для скоростной передачи данных и для передачи газет. Каналы III группы используются для передачи телевизионных сигналов с частотой ³ 6,5 МГц.

Вторичный – занимаемая полоса частот:

а) I – 60 ¸ 108 кГц;

б) II – 312 ¸ 552 кГц;

в) III – 812 ¸ 2044 кГц.

Все это организуется через коаксиальный кабель, через РРЛ и спутниковую связь.

Принципы построения многоканальных систем передачи. Совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу N каналов по одной физической цепи (стволу), называется N-канальной или многоканальной телекоммуникационной ситемой (МТС). В состав систем передачи, кроме среды распространения, входят оконечные и промежуточные станции. Упрощенная схема МТС показана на рисунке 25.1.

 

 

Рисунок 25.1. – Упрощенная схема МТС

 

При ЧРК за каждым каналом в линии закрепляется определенный спектр частот. Поэтому задача преобразователей оконечной станции заключается в переносе исходного спектра частот сигнала в полосу частот, отведенную данному каналу в линии. Это смещение или перенос частот (спектра) может осуществляться с помощью амплитудной (АМ), фазовой (ФМ) или частотной (ЧМ) модуляций. Они пропускают разные полосы частот. Затем эти сигналы объединяются в групповой сигнал, ширина которого: Δfгр = 2N-f1.

При временном способе разделения каналов (ВРК) по цепи передается последовательность очень коротких импульсов, амплитуда которых равняется мгновенному значению исходного сигнала в соответствующие моменты времени. После передачи импульса первого канала идут импульсы второго, третьего и i – ого, а потом снова первого, таким образом, цикл передачи повторяется. Временное разделение осуществляется достаточно просто (рисунок 25.3.). Если по цепи передается последовательность импульсов, то интервал между импульсами одного и того же канала заполняется импульсами других каналов.

ГОпер, ГОпр – генераторное оборудование передающей и приемной частей;

ФНЧ – фильтр нижних частот.

Частота замыкания ключа одного и того же канала называется частотой дискретизации По теореме Котельниковаfд ³ 2*Fмах и Тд = ,

где Тд – период следования канальных интервалов;

fд – частота дискретизации.

СС – синхросигнал; ФСС – формирователь синхросигнала; ПрСС – приемник синхросигнала.

 

 

 

 

Рисунок 25.2. – Упрощенная структурная схема МТС с ЧРК

 

Рисунок 25.3. – Упрощенная схема МТС с ВРК

 

В данном случае МТС с ВРК реализует амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), в которой амплитуда импульса соответствует мгновенному значению сигнала. Метод АИМ обладает очень низкой помехозащищенностью, поскольку помеха, прежде всего, воздействует на амплитуду сигнала. Поэтому для практической реализации МСП с ВРК используют более помехозащищенные системы передач (СП). Например: использование ИКМ с фазоимпульсной модуляцией (ФИМ).

10. Лекция. Способы предоставления и преобразования сообщений, сигналов и помех

 

Цель лекции: Понятие о терминах и определениях. Понятие и основные характеристики сигналов. Понятие и основные параметры сигналов.

 

Содержание:

- Канал передачи;

- линии передачи;

- Параметры и характеристики сигналов.

 

Чтобы соединить между собой для передачи сообщений два или более абонента или их абонентские устройства, помимо линии передачи нужны ещё многие дополнительные устройства. Это различные преобразователи сигналов, коммутирующие устройства. промежуточные усилители и т.п. Такая совокупность технических средств и среды распространения образуют КАНАЛ ПЕРЕДАЧИ (КАНАЛ СВЯЗИ) сигнала от источника к получателю.

Канал передачи - это совокупность технических средств и среды обеспечивающих передачу сигнала ограниченной мощности в определенной области частот между двумя абонентами независимо от используемых физических линий передачи.

Все каналы чётко стандартизованы, подробно описаны и на всех линиях они одинаковы. Например телефонный канал, или канал радиовещания, то все его характеристики уже известны из рекомендаций МСЭ. Пучки каналов связи образуют ТРАКТ.

Линии передачи (линии связи) - это воздушные провода, скрученные пары проводников, собранные в многожильный кабель, коаксиальные кабели, оптоволоконные линии, волноводы, воздушная и космическая среда, т.е. это среда передачи сигнала.

Места перехода от сигналов одного вида к сигналам другого вида называют СТЫКАМИ. Стыкование для различного оборудования, линий связи, переход на междугородние и международные линии - важнейшая и трудоёмкая часть по обеспечению связи.

Сеть ВВС строится по территориальному признаку. Низшая сеть - местная -городская, районная, сельская. Далее - внутризоновая сеть - в этой сети объединяются местные сети, соединяя райцентры и города в пределах области. Как правило внутризоновая сеть совпадает с административным делением по краям и областям. В пределах этой сети все телефонные абоненты имеют одинаковое количество цифр в

наборе номера. Структура внутризоновой сети обычно радиальная, т.е. областной центр радиально соединяется с другими телефонными узлами на данной территории.

Магистральная сеть соединяет между собой все областные центры, объединяя внутризоновые сети в единую ВСС.

Для коммутации сообщений в сети необходимых местах строятся сетевые станции (СС) - обычно на концах линии передачи или на местах сквозного транзита, и сетевые узлы (СУ) на местах, где требуется обеспечивать коммуникацию на много направлений.

Магистральная, внутризоновая и местная сеть совместно с СУ и линиями связи образует ПЕРВИЧНУЮ СЕТЬ.

Параметры и характеристики сигналов Сигналы связи во времени меняют свои мгновенные значения, причем эти изменения могут быть предсказаны лишь с некоторой (меньше единицы) вероятностью описания. Поэтому принято моделировать реальные сигналы эргодическим и стационарным (в широком смысле) случайным процессом, полученным в результате двойного усреднения — вначале по множеству реализаций определяются числовые характеристики для достаточно большого числа

 

моментов времени, а затем эти характеристики усредняются по времени. Полученная таким образом модель отображает некоторый «среднестатистический» сигнал, параметры которого и используются при практических расчетах.

Измерения также выполняются на конечных временных интервалах, что приводит к возникновению погрешности, которая оказывается тем больше, чем меньше интервал измерений. С учетом сказанного средние параметры сигналов нормируются по-разному на интервалах 1 с, 1 мин, 1 ч.

Электрический параметр — постоянная составляющая — это среднее значение случайного процесса:

 

Постоянная составляющая во времени неизменна, но ее величина случайна. для многих сигналов связи постоянная составляющая равна нулю.

Электрический параметр — переменная составляющая — это центрированный случайный процесс:

Средняя мощность — это мощность переменной составляющей (постоянная составляющая при этом не учитывается, так как не несет информации):

 

Средняя мощность совпадает с дисперсией случайного процесса — мерой его разброса около среднего значения. Положительное значение называют эффективным или действующим напряжением сигнала.

 

Максимальная мощность Р макс — это мощность синусоидального сигнала с амплитудой UM, которая превышается мгновенными значениями переменной составляющей сигнала u~ (t) с определенной, достаточно малой вероятностью ε. для различных видов сигналов ε принимают равной 10-2, 10-3, а иногда и 10-5.

Минимальная мощность Р мин чаще всего принимается равной допустимой среднеквадратической ошибке при приеме сигналов данного вида, которая устанавливается экспериментально. В свою очередь, среднеквадратическая ошибка обычно равна средней мощности допустимой флуктуационной помехи: Р мин = Р пср.

 

Иногда минимальная мощность сигнала принимается равной мощности синусоидального сигнала с амплитудой UМ мин которая превышается мгновенными значениями переменной составляющей с определенной, достаточно большой вероятностью (1 — ε).

Обычно принимают (1 — ε) = 0,98.

Возможно использование логарифмических отношений вышеназванных величин: 10lg(P макс/ Р ср)= Q с — пикфактор сигнала;

10lg (P макс / P ср)=Dc динамический диапазон сигнала;

10lg (Р ср / Р ncp)= А пзс — помехозащищенность сигнала. две последние величины используются и для характеристик трактов передачи сигналов. При этом динамический диапазон тракта равен DT=10lg(P изм/ Р ncp), где Р нм — неискаженная мощность на выходе тракта, помехозащищенность тракта — А зт=10lg(P изм/ Р ncp),где P изм - мощность измерительного сигнала на выходе. Тогда при передаче сигналов должны выполняться следующие неравенства:

 

DT> Dc; А зт> А пзс; P ср< P изм.

 

для оценки скорости изменения сигнала используют функцию автокорреляции

Очевидно, что при τ = 0 R (0) = P ср,. Величина r(τ) = R(τ)/R(0) называется коэффициентом автокорреляции. Собственно мерой скорости изменения сигнала является интервал корреляции т0 — время, через которое практически утрачивается статистическая зависимость между u~ (t) и u~ (t+ τ). В частности, интервалом корреляции считается основание прямоугольника, площадь которого равна площади, закяюченной под функцией автокорреляции, а высота — R (0):

Эффективная ширина энергетического спектра сигнала равна основанию прямоугольника, площадь которого равна площади, заключенной под кривой G (f), а высота— максимальной спектральной плотности G макс(f), т.е.

Очевидно, что Fэ= 1/2 τ0.

Эффективную ширину энергетического спектра сигнала не следует смешивать с эффективно передаваемой полосой частот сигнала, которая устанавливается экспериментально исходя из необходимо высокого качества передачи.

Потенциальный информационный объем цифрового сигнала V цс макс макс может быть найден по формуле Шеннона для определения объема сигнала

 

 

где F т, — тактовая частота, т. е. число передаваемых отсчетов сигнала в секунду, I — число разрешенных значений отсчетов (разрешенных уровней); р i, — вероятность появления отсчета с уровнем если положить, что все уровни отсчетов равновероятны, т. е. р i = р j= 1/ I. Тогда V цс макс = F тlog2 I.

Аналоговый сигнал согласно теореме Котельникова может быть представлен последовательностью дискретных отсчетов, следующих с частотой FД = 2 F В, причем

F В — верхняя частота эффективно передаваемого спектра сигнала. Число уровней сигнала, которые можно различить на приеме, может быть найдено как

Тогда