Кафедра радиотехники и телекоммуникаций. ПГУ. Павлодар. 2012

Область электрической связи в настоящее время испытывает революционные преобразования, связанные с глобализацией производственных и экономических процессов в мировом сообществе.

Этому способствует зарождение и развитие новых технологий: слияние компьютерных и телекоммуникационных систем; внедрение волоконно-оптической техники; развитие цифровых методов и устройств передачи, хранения и обработки информации.

Любая телекоммуникационная система может быть разделена на: системы передачи и системы распределения. Причем системы передачи являются универсальной средой как для сетей электросвязи (телефония, телевидение), так и для сетей передачи данных.

Предлагается курс лекций, состоящий из четырех частей. В первой части будут представлены: основные принципы построения телекоммуникационных систем (ТС); классификация ТС; модель взаимодействия открытых систем и ее применение в ТС.

Вторая часть будет посвящена сигналам и каналам электрической связи: определениям и значениям энергетических, временных и спектральных характеристик телекоммуникационных сигналов; каналу тональной частоты; первичному цифровому каналу; двухсторонним и односторонним линиям передачи. двухсторонним и односторонним линиям передачи.

В третьей части будут рассмотрены: аналоговые системы передачи на базе частотного разделения каналов (ЧРК) ; способы формирования первичных групп и групп более высоких порядков;

Четвертая часть будет посвящена цифровым системам передачи: описанию процедуры формирования группового цифрового сигнала; характеристикам и способам описания шумов в цифровых системах; плезиохронной и синхронной цифровым иерархии.

Определения, используемые в курсе: Информация – совокупность сведений, данных, знаний о каких-либо процессах, явлениях, объектах и т.п., способных храниться, передаваться и преобразовываться. Носителем информации является сообщение, которое, в свою очередь, преобразуется в первичный электрический сигнал U(t).

где S(t) – электрический сигнал, удобный для передачи по линии связи, n(t) – помехи и шумы. Рисунок 1.1 – Структурная схема системы передачи

Линия передачи – физическая среда распространения электромагнитных волн, несущих сообщение. В качестве линии передачи используются разные виды кабелей. На сегодняшний день одними из самых популярных являются витая пара и оптоволокно. Также довольно широко используются радиорелейные и спутниковые линии связи.

Канал передачи – начинается и оканчивается у абонентов, но не включает в себя оконечные терминальные устройства. Система передачи – канал передачи вместе с оконечными устройствами.

Представленный на рисунке 1.1 канал передачи является двухточечным и односторонним – передача сообщений осуществляется в одну сторону. Современные условия требуют использования двухсторонней одновременной связи, допускающий передачу как в одну, так и в другую сторону.

Это требует организации двух встречных каналов, работающих одновременно. Такой спаренный канал называется дуплексным. Компромиссный вариант – полудуплексный режим: для достижения двухсторонней передачи используется один канал, где прием и передача осуществляются попеременно (последовательно).

Более эффективно использование на практике многоканальных систем передачи (МСП). С их помощью мы можем передавать несколько сообщений одновременно по одному каналу.

Рисунок 1.2 – Многоканальная система передачи: Аб i – абонент; М i – преобразующие устройства (модуляторы); УОК – устройство объединения каналов; УРК – устройство разделения каналов; Пр i – преобразующие устройства (демодуляторы)

В МСП первичные сигналы, поступающие от абонента, преобразуются модуляторами (М i ). Полученные сигналы называются канальными сигналами. УОК объединяет канальные сигналы в так называемый групповой сигнал.

В настоящее время в телекоммуникационных системах используют: частотное разделение каналов (ЧРК), частотное разделение каналов (ЧРК), временное разделение каналов (ВРК) и кодовое разделение каналов (КРК).

При ЧРК каждому каналу соответствует своя полоса частот f i. Обычно все f i равны. Все канальные сигналы в группе генерируются одновременно. Форма спектра канальных сигналов несимметрична. Рисунок 1.3 – Частотное разделение каналов

Роль преобразующих устройств М в системе с ЧРК играют преобразователи частоты (смесители), а в качестве УОК применяется сумматор и передатчик (усилитель мощности).

В качестве УРК используется система полосовых фильтров, настроенных на f i. Выделенные канальные сигналы преобразуются в первичные с помощью детекторов.

Рисунок 1.4 – Временное разделение каналов П ри ВРК из первичных сигналов делаются дискретные выборки с шагом дискретизации д. Моменты дискретизации для соседних первичных сигналов сдвинуты на время к. При этом за время д можно передать N = д/ к дискретных сигналов.

Все сигналы группы передаются в одной полосе частот, но в разные моменты времени. Устройствами объединения и разделения каналов в этом случае будут соответственно мультиплексор и демультиплексор.

При КРК все первичные сигналы преобразуются в цифровой код и символы этого кода передаются одновременно и в одной и той же полосе частот. Рисунок 1.5 – Кодовое разделение каналов

Различение первичных сигналов осуществляется за счет внутреннего кодирования каждого символа с помощью специального кодера. На приемном конце каждому каналу соответствует свой коррелятор или согласованный фильтр.

Поскольку база В (число импульсов внутри символа) такого сигнала должна быть большой, порядка 100, то спектр сигнала при сохранении скорости передачи расширяется в В раз. Поэтому сигналы при КРК называют также широкополосными или шумоподобными.

Информацию нужно не только передавать, но и распределять. Система, распределяющая информацию, называется сетью связи или сетью передачи информации.

Рисунок 1.6 – Примеры сетей с постоянными соединениями - некоммутируемые сети.

Некоммутируемые сети непригодны для большого числа пользователей по следующим недостаткам: связь во всей сети с общей шиной нарушается с обрывом «шинного» кабеля в любом месте; при соединении «звезда» слабым местом является центр коммутации; соединение «кольцо» трудно осуществить для большого числа узлов из-за трудностей с прокладкой кабеля; полносвязная сеть достаточно дорога, т.к. требует много межсоединений.

Выход: использование системы с временными соединениями (на время связи) через узлы коммутации. Узлы коммутации связаны соединительными линиями с высокой пропускной способностью.

По запросу абонента некоторого УК методом переключения создают первичные каналы передачи между любыми абонентами каждого из узлов через соединительные линии. Рисунок 1.7 – Соединение через узлы коммутации

Отличие такого соединения от группового тракта: в пределах группы передаваемых по соединительным линиям сообщений первичные каналы постоянно меняются. Рисунок 1.7 – Соединение через узлы коммутации