1 Определение телекоммуникаций Телекоммуникации могут быть могут быть определены как технологии, занимающиеся вопросами общения на расстоянии и это можно пояснить различными способами. Телекоммуникации делятся на два вида: однонаправленные и двунаправленные. Однонаправленные, такие как массовые радиовещание и телевещание, предполагают передачу информации в одном направлении – от центра к абонентам. Двунаправленные поддерживают диалог между двумя абонентами. Телекоммуникации используют механические и электрические средства, потому что исторически телекоммуникации развивались от механической до электрической формы, используя все более и более сложные электрические системы. Это - причина того, почему много традиционных операторов в телекоммуникациях типа национальной почты, телеграфных и телефонных компаний используют обе формы

2

3 Значение телекоммуникаций. Много различных телекоммуникационных сетей увязано в непрерывно изменяющуюся и чрезвычайно сложную глобальную систему. Ниже мы рассмотрим телекоммуникации с различных точек зрения, чтобы понять с какой сложной системой мы имеем дело и как зависим мы от нее. Телекоммуникационные сети представляют самое сложное оборудование в мире. Стоит только подумать о телефонной сети, которая включает более 2 миллиардов стационарных и мобильных телефонов с универсальным доступом. Когда один из этих телефонов делает запрос, телефонная сеть в состоянии установить связь с любым другим телефоном в мире. Кроме того, много других сетей связаны с телефонной сетью. Это позволяет утверждать, что сложность глобальной телекоммуникационной сети превышает сложность любой другой системы в мире.

4 Услуги и службы телекоммуникаций В общем виде термин услуга определяется следую­щим образом: услуга - это то, что государство или зарегистрирован­ная частная организация предлагает потребителям для удовлетво­рения определенной коммуникационной потребности. Под телекоммуникационной услугой, согласно рекомендациям Международного Союза Электросвязи (МСЭ), понимается вид обслуживания, полностью реализующий возможности (включая функции терминального оборудования) связи между пользова­ телями в соответствии с протоколами, установленными для соот­ ветствующего вида связи. Под услугами пользователя понимается то, что предлагается пользователю, сдается ему в аренду или оп­лачивается им. Эти два определения позволяют разделить предоставляемые ус­луги и процессы, происходящие в телекоммуникационной сети, т.е. разде­лить технические и сервисные возможности связи. В последнее время услуги связи называют инфокоммуникационными услугами, то есть услугами предоставления связи для обеспечения пользователя необходимой ему информацией.

5 С точки зрения пользователя и сетевого оператора инфокоммуникационные услуги принято делить на основные (basic services) и дополнительные (supplememoru services). Термин «дополнительные услуги» относится к услугам, не включающим установление соединений. Дополни­тельные услуги, предоставляемые с помощью служб централизованного се­тевого интеллекта, часто называют интеллектуальными услугами,

6 все виды инфокоммуникационных услуг связаны с использованием трех терминалов: телефона, компьютера и телевизора. Такое сочетание терминалов позволяет осуществлять мультимедийные услуги. Мультимедийными называют услуги, представляющие собой передачу, по крайней мере, двух или трех типов сообщений – речи, знаков (данных) и изображений в режиме, обеспечивающим некоторую степень интерактивности. Данными называют сообщения, предназначенные для обработки на ЭВМ или полученные от ЭВМ. Для обеспечения услуг пользователям на сетях создаются телеинформационные службы, технически и организационно обеспечивающие соедине­ния, требуемые для предоставления конкретного вида услуг. Телеинформационная служба – понятие более «полное», чем услуга, поскольку содержит функции для соединения для установления связи и пересылки сообщений. При этом под телеинформационными службами понимаются все суще­ствующие системы передачи и обработки информации, а именно: телефония, телеграфия, передача данных, телевидение, звуковое вещание и телематиче­ские службы, в которые входят: электронная почта, факс, Интернет-телефония и аудио-видео-конференции. Согласно рекомендациям МСЭ телеинформационные службы делятся на телеслужбы и службы передачи.

7 Службы передачи или службы доставки информации предоставляются телекоммуникационной сетью, под которой понимают совокупность технических средств, обеспечивающих взаимодействие удаленных объектов. Сеть выполняет функции передачи и коммута­ции (переключения каналов передачи). Службы передачи ориентированы на транспортировку сообщений и не несут от­ветственность за совместимость функций оконечных терминалов с сетью. Телеслужбы или службы предоставления связи, реализуются совместно терминалами пользователей и сетью (сеть обеспечивает достав­ку информации). В телеслужбах реализуются два процесса: процесс подключения оконечного оборудования к сети связи и процесс обработки информации в сетях. Структурно телеслужбы состоят из двух компонентов – ресур­сов сети и оконечного оборудования пользователей. Телеслужбы разделяют на четыре основных типа: интерактивные, службы сообщений, информационные и вещательные службы, рис 3.3. Интерактивные службы – это службы, позволяющие передавать информацию в обе стороны, т.е. осуществлять диалог.

8 Типы телеслужб

9 Информационные службы обеспечивают доступ к информации, хранящийся в базах данных. Эти службы так же содержат интерактивные элементы, позволяющие пользователям запросить информацию при помощи клавиатуры на телефоне или с использованием оборудования распознавания голоса. Типичным примером являются службы, предоставляющие услуги Интернет. Пользователи могут получать доступ к любым блокам данных через постоянное или временно установленное соединение, Вещательные службы могут осуществлять одностороннюю одновременную передачу к одному приемнику или к нескольким приемникам, например, радиовещание и телевизионное вещание (ТВ). Наиболее простым примером вещательных служб является широкополосное вещание, при котором информация одновременно посылается нескольким приемникам.

10 Процессы в телекоммуникациях Одной из основных тенденций в современных корпорациях, в том числе и телекоммуникационных, является организация, строящаяся вокруг процесса, а не вокруг задачи. Основными процессами в телекоммуникациях являются: -преобразования: сообщений в сигналы и сигналов в сообщения, а также сигналов одной формы в сигналы другой формы, - передача сообщений по сетям электросвязи, - коммутация физических цепей и каналов (виртуальных цепей),

11 Сообщение – форма представления информации: речь, изображение или данные. Сигнал – переносчик сообщения в виде волны электричества или электромагнитной волны. Физическая цепь – среда распространения электрической или электромагнитной волны от передатчика сигналов к приемнику. Это может быть пара медных проводов, проводящее свет стекловолокно или свободное пространство. Коммутация – процесс соединения физических цепей, поддержания соединения при передаче сигналов и разъединения. Коммутация используется для маршрутизации передаваемого сигнала.

12 Слово «информация» латинского происхождения и в переводе на русский язык означает «разъяснение», «изложение», «осведомление». Информация имеет ценность для производства только в том случае, если она доступна людям, невзирая на ее удаленность от места производства и давность получения. Отсюда возникает необходимость запоминания, хранения и передачи информации на расстояние. телекоммуникации - это техническая база, обеспечивающая передачу и прием информации между удаленными друг от друга людьми или какими- либо устройствами. Аналогия между телекоммуникациями и информацией такая же, как у транспорта и перевозимого груза. Транспорт нужен для перевозки груза, телекоммуникации же нужны для передачи информации на расстояние Сообщения Понятию «информация» близко по смыслу понятие «сообщение». Сообщение - это форма выражения (представления) информации, удобная для передачи на расстояние. Способность видеть позволяет человеку воспринимать информацию в форме неподвижных или подвижных изображений, называемых оптическими сообщениями.

13 Сигнал* (лат. signum – знак) – процесс изменения во времени физического состояния объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи сообщений. Сигнал – это материальный носитель (переносчик) сообщений. В современной технике применяются электрические, световые, звуковые, механические, электромагнитные сигналы Электрические сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и цифровыми

14 Спектр сигнала. Реальные сигналы электросвязи сложны, но любой из них можно представить совокупностью ряда гармонических составляющих (гармоник). Совокупность частот гармонических составляющих, соответствующих одному сигналу, принято называть спектром этого сигнала. Разность между максимальной и минимальной частотами спектра называется шириной спектра (Гц) сигнала. Чем сильнее форма сигнала отличается от синусоиды, тем больше составляющих содержит сигнал и тем шире его спектр. Спектр сигнала - одна из самых важных особенностей аналоговых сигналов и это - также самый важный фактор, ограничивающий их скорость передачи. В технике телекоммуникаций спектр сигнала сокращают. Это связано с тем, что аппаратура имеет ограниченную полосу пропускания частот. Сокращение спектра осуществляют исходя из допустимых искажений сигнала. Например, при телефонной связи требуется, чтобы речь была разборчивой и абоненты могли узнавать друг друга по голосу. Для выполнения этих условий достаточно передать речевой сигнал в полосе частот от 300 до 3400 Гц. Ширина спектра телефонного сигнала зависит от скорости его передачи и обычно принимается равной F 1,5υ, где υ – скорость передачи (телеграфирования) в Бодах, т. е. в числе символов, передаваемых в секунду. Так, при телетайпной передаче υ = 50 Бод и F = 75 Гц.

15

16 Определения и классификация Линия связи - физическая среда и совокупность аппаратных средств для передачи и приема сигналов в ней. В зависимости от характера используемой физической среды линии связи делятся на радиолинии и направляющие системы. В радиолиниях физической средой является воздушное или космическое пространство, в направляющих системах – провода, стекловолокна или металлические трубы. Радиолинии делятся на линии радиосвязи (ЛРС), радиорелейные линии (РРЛ) и спутниковые линии (СЛ). Направляющие системы делятся на воздушные линии (ВЛ), кабельные линии (КЛ), волноводы (В) и световоды (С). Кабельные линии делятся на симметричные кабели (СК) и коаксиальные кабели (КК). Основные характеристики линий связи Основной характеристикой линий связи является коэффициент ослабления [дБ/км], который показывает в децибелах насколько уменьшается абсолютный уровень мощности сигнала при прохождении одного километра

17

18 На сегодняшний день наибольшие надежды возлагаются на волоконно- оптические линии связи. Именно их широкое применение позволит в ближайшие десятилетия решить проблему резкого увеличения пропускной способности линий связи. В волоконно–оптических линиях физическая цепь для передачи сообщений представлена двухслойным стеклянным волокном - световодом (С),

19

20

21 Структурная схема системы передачи первичных сигналов Системой передачи называют совокупность технических устройств, с помощью которых осуществляется одновременная и независимая передача по одной линии связи множества сигналов из пункта А в пункт Б. Назначение систем передачи - эффективное использование линий связи, которые является наиболее дорогостоящим элементами электросвязи. В рассмотренной ниже схеме система передачи представлена модуляторами, куда поступает множество сигналов от источников в пункте А и демодуляторами, откуда сигналы поступают к получателям в пункте Б. Передатчик, приемник и линия связи таким образом становятся общими средствами для источников и получателей сигналов, в то время как модулятор и демодулятор остаются для них индивидуальными. Множество модуляторов вместе с источниками сигналов в пункте А, а также множество демодуляторов вместе с приемниками сигналов в пункте Б, показаны на схеме пунктирными линиями

22 В линии связи организуют множество каналов так, чтобы для каждого первичного сигнала был свой индивидуальный канал - коридор. Различают два способа разделения каналов: частотное разделение каналов (ЧРК) и временное разделение каналов (ВРК). ЧРК и ВРК могут использоваться в комбинации. Например, ЧРК может быть использовано для выделения нескольких частотных каналов, внутри каждого из них можно выделить с помощью ВРК несколько временных каналов для передачи низкоскоростных сигналов. По этому принципу работают некоторые системы сотовой связи, в частности GSM (глобальная система мобильных коммуникаций).

23 При частотном разделении каналов каждое сообщение передается по индивидуальному коридору, занимающему строго определенное положение на шкале частот. Для этого первичный сигнал следует преобразовать, т.е. перенести его в нужный коридор частот. Это делают с помощью устройства, называемого модулятором. Модуляцией называют процесс изменения параметров (амплитуды или частоты) несущего, гармонического колебания по закону изменения первичного сигнала. Модулятор осуществляет перенос первичного сигнала по шкале частот вверх, демодулятор осуществляет обратный перенос вторичного сигнала по оси частот вниз. Принцип действия модулятора и демодулятора показан на рисунке.

24

25 При временном разделении каналов каждое сообщение занимает узкий временной коридор в общем цикле передачи, который непрерывно повторяется. Первичный сигнал представлен таким образом своими отсчетами в определенные моменты времени. Такое представление не приводит к потере информации, если сигнал ограничен по спектру. Ограничение спектра осуществляется с помощью специального устройства, называемого фильтром низких частот (ФНЧ). При передаче в линию каждый аналоговый сигнал дискретизируют, т.е. заменяют считываемыми с определенным шагом отсчетами. В промежутки между отсчетами одного сигнала вставляют отсчеты второго сигнала, в оставшиеся промежутки вставляют отсчеты третьего сигнала и т.д. В итоге образуется групповой сигнал в виде импульсов, модулированных по амплитуде (АИМ сигнал). Значения амплитуд импульсов ограничивают набором разрешенных уровней. Специальное устройство, называемое квантователем, подтягивает значение амплитуды каждого импульса до ближайшего разрешенного уровня. После этого становится возможным закодировать значение каждой амплитуды в двоичном коде в виде набора токовых и бестоковых посылок, т.е. в виде набора условных нулей и единиц. В результате кодирования в линию поступает импульсно-кодово модулированный сигнал (ИКМ сигнал).

26 Дискретизатор при передаче с определенным шагом считывает значения аналогового сигнала, т.е. производит его дискретизацию. Дискретизатор представлен на рисунке вращающимся против часовой стрелки подвижным электродом, касающимся поочередно в течение одного цикла трех неподвижных электродов. К каждому из неподвижных электродов подводится свой аналоговый сигнал. Квантователь подтягивает значение отчета сигнала до ближайшего разрешенного уровня. Кодер производит операцию кодирования,

27

28 Передача сигналов – это процесс транспортировки информации между конечными пунктами системы или сети. Сигнал, как носитель информации, проходит длинный путь и на этом пути ему встречается много устройств, таких как коммутационные станции, линии, модуляторы и демодуляторы, передатчики и приемники. Ниже мы рассмотрим основные элементы системы передачи и осудим их роль в успешной передаче сигналов. Обобщенная схема передачи сигналов приведена на рис На схеме не показаны преобразователи, в которых мы нуждаемся для того, чтобы преобразовать сообщение в электрический сигнал. Они не входят непосредственно в систему передачи сигналов. Зато показаны шумы помехи и искажения, являющиеся не именными спутниками сигналов при их передаче. Заметим, что двунаправленные коммуникации требуют другой системы для одновременной передачи сигнала в противоположном направлении.

29 Шумы, искажения и помехи. Много нежелательных факторов сопровождают передачу сигнала. Ослабление нежелательно, т.к. уровни входного и выходного сигналов должны быть одинаковыми. Более серьезные проблемы связаны с искажениями в линии, помехами и шумами. В качестве средств борьбы с искажениями сигнала в приемнике всегда используют частотные корректоры, а для борьбы с шумами фильтры, которые пропускают электрические колебания только в частотном диапазоне, определяемом спектром сигнала. Аппаратные средства цифровой системы передачи Много различных систем применяется в телекоммуникационных сетях для передачи сигналов. Ниже мы рассмотрим наиболее употребляемые аппаратные средства и системы. Модем – комбинированное устройство, которое включает в себя модулятор и демодулятор. Модемы используют для передачи цифровых сигналов по аналоговым системам передачи. Например, они используются для передачи данных от персонального компьютера в аналоговых телефонных линиях передачи. Микроволновые радиосистемы также иногда называют модемами, потому что они передают цифровые сигналы по микроволновым радиолиниям. Чтобы это стало возможным, микроволновые радиосистемы выполняют операции модуляции и демодуляции сигналов.

30

31 Терминальный мультиплексор при передаче объединяет, как бы «сшивает», низкоскоростные цифровые сигналы в групповой высокоскоростной сигнал. Принцип его работы заключается в том, чтобы между отсчетами одного сигнала вставить отсчеты других сигналов. Промежуточные (Доб/выр) мультиплексоры. Системы передачи в сети реализуются по разным топологиям: «точка – точка», цепной и кольцевой, Эти топологии эффективно работают, когда только малая часть первичных сигналов используется на промежуточных пунктах. Промежуточные (Доб/выр) мультиплексоры используются в этих конфигурациях для того, добавить или вырезать небольшую часть первичных сигналов в общем высокоскоростном потоке на промежуточных пунктах. Цифровые коммутаторы (устройства перекрестных соединений) представляют собой узлы сети, которые переключают подходящие к ним линии передачи. Это способствует гибкости конфигурации систем передачи и всей сети, т.к. с помощью этих узлов оператор способен контролировать из центра управления сети реальные маршруты движения цифровых потоков. Основные функции коммутатора напоминают функции цифровой телефонной станции. Однако работа коммутатора контролируется оператором сети, в то время как коммутациями на телефонной станции управляет абонент с помощью набора. Кроме того коммутации на коммутаторе производятся не так часто как на телефонной станции.

32 Цифровые сети часто строятся по кольцевой топологии для повышения надежности работы. В случае аварии узлы кольца перенаправляют движения цифровых потоков на обходные пути, как показано на рис Регенераторы или промежуточные повторители сигналов. Регенераторы используются в случаях, когда длина линии передачи является большой. Они усиливают ослабленный сигнал, восстанавливают его по форме оригинала и передают дальше. Оптические системы передачи. Оптические системы передачи включают в себя два преобразователя на каждом конце оптоволокна. Преобразователи преобразуют электрический цифровой сигнал в оптический и обратно. Как и другие системы передачи эти системы обладают контролирующими функциями, такие как мониторинг нормального функционирования сети и его нарушений. Поэтому они легко встраиваются в единую цифровую сеть в виде её участков. Оптические линии передачи передают по стекловолокну свет в виде импульсов, они не используют свет как несущее информацию колебание, как это имеет место в случае радиоволн. Однако успехи полупроводниковой технологии сделали возможным использование лазеров, излучающих свет строго определенной длины волны. Это делает возможным использование оптических систем передачи с разделением каналов по длине волны. В таких системах по стекловолокну параллельно распространяются несколько оптических сигналов с различными длинами волн.

33

34 Микроволновые радиорелейные линии представляют собой системы передачи конфигурации «точка - точка», которые могут быть использованы вместо медных или оптических кабальных систем. Они преобразуют цифровые сигналы в радиоволны и обратно. Они также выполняют контролирующие функции для дистанционного управления и мониторинга ошибок из центра управления сетью. Риc иллюстрирует структуру радиорелейной линии конфигурации «точка - точка», используемой в телекоммуникационной сети. Микроволновая радиорелейная линия обычно работает на радиочастотах в диапазоне от 1 до 40 ГГц. Радиоволны этих частот фокусируются и передаются между антеннами, выполненными в виде параболически изогнутых тарелок. Это делает возможным передачу сигналов на расстояние от 2-3 до 50 км в зависимости от используемой частоты и характеристик антенн. Радиоволны распространяются по прямой линии от фокуса одной антенны до фокуса другой. Такой вид радиопередачи называют передачей

35

36

37

38

39