Электросвязь I Электросвя́зь

Для установления Э. между отправителем (источником сообщений) и получателем (приёмником сообщений) служат: оконечные аппараты - передающий и приёмный; Канал связи , образуемый с помощью одной или нескольких включенных последовательно систем передачи; кроме того, вследствие наличия большого количества оконечных передающих и приёмных аппаратов и необходимости их всевозможных попарных соединений для организации непрерывного (сквозного) канала между ними, используется система коммутационных устройств, состоящая из одной или нескольких коммутационных станций и узлов.

Оконечные аппараты. Оконечный передающий аппарат служит для преобразования сигнала исходной формы (звуков речи; знаков текста телеграмм; знаков, записанных в закодированном виде на перфоленте или каком-либо другом носителе информации (См. Носитель информации); изображений объектов и т. д.) в электрический сигнал. В телефонной связи и радиовещании для электроакустических преобразований применяют Микрофон . В телеграфной связи кодовые комбинации знаков текста телеграмм преобразуют в серии электрических импульсов; такое преобразование осуществляется либо непосредственно (при использовании стартстопного телеграфного аппарата (См. Телеграфный аппарат)), либо с предварительной записью знаков на перфоленту (при использовании Трансмиттер а). В факсимильной связи преобразование светового потока переменной яркости, отражённого от оригинала, в электрические импульсы производится факсимильным аппаратом (См. Факсимильный аппарат). Информацию о распределении светотеней какого-либо объекта телевизионной передачи преобразуют в Видеосигнал при помощи телевизионной передающей камеры (См. Телевизионная передающая камера) (телекамеры).

Оконечный приёмный аппарат служит для приведения принимаемых электрических сигналов к форме, удобной для их восприятия приёмником сообщений. При Э. многих видов оконечные аппараты содержат как передающие, так и приёмные устройства. В первую очередь это относится к такой Э., которая обеспечивает двухсторонний (обычно дуплексный; см. Дуплексная связь) обмен сообщениями. Так, Телефонный аппарат , как правило, содержит микрофон и Телефон , объединённые в одном конструктивном узле - микротелефонной трубке. В радиовещании и телевизионном вещании передающие и приёмные оконечные аппараты разделены, причём сигналы от одного передающего устройства принимаются сразу многими оконечными аппаратами - Радиоприёмник ами и Телевизор ами.

Используемые в Э. каналы связи подразделяются на аналоговые и дискретные. Аналоговые каналы служат для передачи непрерывных электрических сигналов (примеры таких сигналов: напряжения и токи, получающиеся при электроакустических преобразованиях звуков речи, музыки, при развёртке (См. Развёртка оптическая) изображений). Возможность передачи через данный канал связи непрерывных сигналов от того или иного источника обусловлена прежде всего такими характеристиками канала, как Полоса пропускания частот и допустимая максимальная мощность передаваемых сигналов. Кроме того, поскольку любой канал подвержен различного рода помехам (см. Помехи в проводной связи, Помехи радиоприёму , Помехоустойчивость), то он характеризуется также минимальной мощностью электрического сигнала, которая должна в заданное число раз превышать мощность помех. Отношение максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной называется динамическим диапазоном канала связи.

Дискретные каналы служат для передачи импульсных сигналов. Такие каналы обычно характеризуются скоростью передачи информации (измеряемой в бит/сек ) и верностью передачи. Дискретные каналы могут быть также использованы для передачи аналоговых сигналов и, наоборот, аналоговые каналы - для передачи импульсных сигналов. Для этого сигналы преобразуются; аналоговые в импульсные с помощью аналого-дискретных (цифровых) преобразователей, а импульсные в аналоговые с помощью дискретно (цифро)-аналоговых преобразователей. На рис. 1 показаны возможные способы сочетания источников аналоговых и дискретных сигналов с аналоговыми и дискретными каналами связи.

Используемые в Э. системы передачи обычно обеспечивают одновременную и независимую передачу сообщений от многих источников к такому же числу приёмников. В таких системах многоканальной связи (См. Многоканальная связь) общая линия связи уплотняется несколькими десятками - несколькими тысячами индивидуальных каналов. Наибольшее распространение (1978) получили многоканальные системы с частотным разделением аналоговых каналов. При построении таких систем передачи каждому каналу связи отводится определённый участок области частот в полосе пропускания линейного тракта передачи, общего для всех передаваемых сообщений. Для переноса Спектр а сигнала в участок, отведённый ему в полосе частот группового тракта (частотного преобразования сигнала), используют амплитудную или частотную модуляцию (См. Модуляция) (см. также Модуляция колебаний) групп «несущих» синусоидальных токов. При амплитудной модуляции (АМ) в соответствии с передаваемым сообщением изменяется амплитуда гармонических колебаний тока несущей частоты (См. Несущая частота). В результате на выходе модулирующего устройства (модулятора) создаются колебания, в спектре которых кроме составляющей несущей частоты (несущей) имеются две боковые полосы. Поскольку каждая из боковых полос содержит полную информацию об исходном (модулирующем) сигнале, то в линию связи пропускают только одну из них, а другую и несущую подавляют с помощью полосно-пропускающих электрических фильтров (См. Электрический фильтр) или иных устройств (см. Однополосная модуляция , Однополосная связь). При частотной модуляции (ЧМ) в соответствии с передаваемым сообщением изменяется несущая частота. Системы с ЧМ обладают большей по сравнению с системами с АМ помехоустойчивостью, однако это преимущество реализуется лишь при достаточно большой девиации частоты (См. Девиация частоты), для чего необходима широкая полоса частот. Поэтому, например, в радиосистемах ЧМ применяют главным образом в диапазоне метровых (и более коротких) волн, где на каждый индивидуальный канал приходится полоса частот, в 10-15 раз большая, чем в системах с АМ, работающих на более длинных волнах. В радиорелейных линиях нередко используют сочетание АМ с ЧМ; с помощью АМ создаётся некоторый промежуточный спектр, который затем переводится в линейный диапазон частот с помощью ЧМ.

Для передачи сообщений различного вида требуются каналы с определённой шириной полосы пропускания. Характерная особенность современной системы передачи - возможность организации в одной и той же системе каналов, применяемых для различных видов Э. При этом в качестве стандартного канала используется телефонный канал, называемый каналом тональной частоты (ТЧ). Он занимает полосу частот 300-3400 гц. Для упрощения фильтрующих устройств, разделяющих соседние каналы, каналы ТЧ отделяются друг от друга защитными частотными интервалами и занимают (с учётом этих интервалов) полосу 4 кгц. Кроме передачи сигналов речи, каналы ТЧ используются также в факсимильной связи, низкоскоростной передаче данных (от 600 до 9600 бит/сек ) и некоторых других видах Э. Учитывая большой удельный вес каналов ТЧ в сетях Э., их принимают за основу при создании как широкополосных (> 4 кгц ), так и узкополосных (кгц) каналов. Например, в радиовещании применяется канал с полосой, втрое (иногда вчетверо) превышающей полосу канала ТЧ; для высокоскоростной передачи данных между ЭВМ, передачи изображений газетных полос и др. употребляются каналы, в 12, 60 и даже 300 раз более широкие; сигналы программ телевизионного вещания передаются через каналы с полосой, в 1600 раз превышающей полосу канала ТЧ (что составляет примерно 6 Мгц ). На базе канала ТЧ (посредством его т. н. вторичного уплотнения) создаются каналы для телеграфирования с полосами пропускания 80, 160 или 320 гц, со скоростями передачи (соответственно) 50, 100 или 200 бит/сек . Линии радиорелейной связи позволяют создать 300, 720, 1920 каналов ТЧ (в каждой паре высокочастотных стволов); линии связи через ИСЗ - от 400 до 1000 и более (в каждой паре стволов). Проводные линии связи, используемые в системах передачи с частотным разделением каналов, характеризуются следующим числом каналов ТЧ: симметричные кабели 60 (в расчёте на две пары проводов); коаксиальные кабели - 1920, 3600 или 10 800 (на каждую пару коаксиальных трубок). Возможно создание систем с ещё большим числом каналов.

С целью увеличения дальности связи посредством уменьшения влияния шумов (накапливаемых по мере прохождения сигнала в линии) в проводных системах передачи с частотным разделением каналов используют усилители, общие для всех сигналов, передаваемых в каждом линейном тракте, и включаемые на определённом расстоянии друг от друга. Расстояние между усилителями зависит от числа каналов: для мощных проводных систем (10 800 каналов) оно составляет 1,5 км, для маломощных (60 каналов) - 18 км. В системах радиорелейной связи сооружают ретрансляционные станции в среднем на расстоянии 50 км одна от другой.

Наряду с системами передачи с частотным разделением каналов с 70-х гг. 20 в. началось внедрение систем, в которых каналы разделяются во времени на основе методов импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), дельта-модуляции и др. При ИКМ каждый из передаваемых аналоговых сигналов преобразуется в последовательность импульсов, образующих определённые кодовые группы (см. Код , Кодирование). Для этого в сигнале через заданные промежутки времени (равные половине периода, соответствующего максимальной частоте изменения сигнала) вырезаются узкие импульсы (рис. 2 , а). Число, характеризующее высоту каждого вырезанного импульса, передаётся 8-значным кодом за время, не превышающее протяжённость (ширину) импульса (рис. 2 , б). В промежутках времени между передачей кодовых групп данного сообщения линия свободна и может быть использована для передачи кодовых групп других сообщений. На приёмном конце линии производится обратное преобразование кодовых комбинаций в последовательность импульсов различной высоты (рис. 2 , в), из которых с определённой степенью точности может быть восстановлен исходный аналоговый сигнал (рис. 2 , г). При дельта-модуляции аналоговый сигнал сначала преобразуется в ступенчатую функцию (рис. 3 , а), причём кол-во ступенек на период, соответствующий максимальной частоте изменения сигнала, в различных системах составляет 8-16. Передаваемая в линию последовательность импульсов отображает ход ступенчатой функции в изменении знака производной сигнала: возрастающие участки аналоговой функции (характеризующиеся положительной производной) отображаются положительными импульсами, спадающие участки (с отрицательной производной) - отрицательными (рис. 3 , б). В промежутках между этими импульсами располагаются импульсы, образованные от других сигналов. При приёме импульсы каждого сигнала выделяются и интегрируются, в результате с заданной степенью точности восстанавливается исходный аналоговый сигнал (рис. 3 , в).

Каналы ИКМ и дельта-модуляции (без оконечных аналого-цифровых преобразующих устройств) - дискретные и часто используются непосредственно для передачи дискретных сигналов. Основным достоинством систем с временным разделением каналов является отсутствие накопления шумов в линии; искажение формы сигналов при их прохождении устраняется с помощью регенераторов, устанавливаемых на определённом расстоянии друг от друга (аналогично усилителям в системах с частотным разделением). Однако в системах с временным разделением существует шум «квантования», возникающий при преобразовании аналогового сигнала в последовательность кодовых чисел, характеризующих этот сигнал лишь с точностью до единицы. Шум «квантования», в отличие от обычного шума, не накапливается по мере прохождения сигнала в линии.

К сер. 70-х гг. разработаны системы с ИКМ на 30, 120 и 480 каналов; находятся в стадии разработки системы на несколько тыс. каналов. Развитие систем передачи с разделением каналов во времени стимулируется тем, что в них широко используют элементы и узлы ЭВМ, и это в конечном счёте приводит к удешевлению таких систем как в проводной связи, так и радиосвязи. Весьма перспективны импульсные системы передачи на основе находящихся в стадии разработки волноводных и световодных линий связи (число каналов ТЧ может достигать 10 5 в волноводной трубе диаметром примерно 60 мм или в паре стеклянных световодных нитей диаметром 30-70 мкм ).

Системы коммутационных устройств. Применяемые в Э. системы коммутационных устройств бывают двух типов: узлы и станции коммутации каналов (КК), позволяющие при конечном числе каналов создавать временное прямое соединение через канал связи любого источника с любым приёмником (после окончания переговоров соединение разрывается, а освободившийся канал используется для организации другого соединения); узлы и станции коммутации сообщений (КС), используемые в Э. тех видов, в которых допустима задержка (накопление) передаваемых сообщений во времени. Задержка бывает необходима при невозможности их немедленной передачи вызываемому абоненту из-за отсутствия в данный момент свободного канала либо занятости вызываемой абонентской установки. Узлы и станции КК, применяемые в Э. наиболее массовых видов - телефонной и телеграфной, - представляют собой телефонные станции (См. Телефонная станция) или телеграфные станции (См. Телеграфная станция), а также телефонные или телеграфные узлы связи (См. Связь), размещаемые в определённых пунктах телефонной сети (См. Телефонная сеть) или телеграфной сети (См. Телеграфная сеть). Станции и узлы КК различаются в зависимости от выполняемых ими функций и их расположения в сети. Например, в телефонной сети существуют такие автоматические телефонные станции (АТС), как сельские, городские, междугородные, а также различные коммутационные узлы: узлы автоматической коммутации, узлы входящих и исходящих сообщений и другие. Характерной особенностью узлов является то, что они связывают между собой различные АТС. Любая современная станция или узел КК содержит комплекс управляющих устройств, построенных на базе электромеханических или электронных приборов, и коммутационных устройств, которые под воздействием сигналов управления осуществляют соединение или разъединение соответствующих каналов (рис. 4 ). В наиболее распространённых (1978) системах КК устройства управления строятся на основе электромеханического Реле , а коммутационные устройства - на основе многократных координатных соединителей (См. Многократный координатный соединитель). Такие станции и узлы называются координатными.

Системы КС используются преимущественно в телеграфной связи и при передаче данных. Дополнительно к управляющим и коммутирующим устройствам в системах КС имеются устройства для накопления передаваемых сигналов. В процессе прохождения сигналов от передатчика к приемнику в системах КС осуществляются такие технологические операции с накапливаемыми сообщениями, как изменение порядка их следования к абонентам (с учётом возможных приоритетов, т. е. преимущественного права на передачу), приём сообщений по каналу одного типа (характеризующемуся одной скоростью передачи), а передача - по каналу другого типа (с др. скоростью) и ряд дополнительных операций в соответствии с заданным алгоритмом работы. В некоторых случаях могут создаваться комбинированные узлы КС и КК, позволяющие обеспечить наиболее благоприятные режимы передачи сообщений и использования сетей Э.

Для развития современных коммутационных станций и узлов характерны тенденции использования в коммутационных устройствах быстродействующих миниатюрных герметизированных контактов (например, Геркон ов) для реализации соединений, а для управления процессами соединений - специализированных ЭВМ. Коммутационные станции и узлы такого типа получили название квазиэлектронных. Введение ЭВМ позволяет предоставлять абонентам дополнительные услуги: возможность применения сокращённого (с меньшим кол-вом знаков) набора номеров наиболее часто вызываемых абонентов; установку аппаратов на «ожидание», если номер вызываемого абонента занят; переключение соединения с одного аппарата на другой и т. д. С внедрением систем передачи с временным разделением каналов намечается возможность перехода к чисто электронным (без механических контактов) станциям и узлам коммутации. В таких системах коммутируются непосредственно дискретные каналы (без преобразования дискретных сигналов в аналоговые). В результате происходит объединение (интеграция) процессов передачи и коммутации, что служит предпосылкой к созиданию интегральной сети связи, в которой сообщения всех видов передаются и коммутируются едиными методами. В СССР Э. развивается в рамках разработанной и планомерно внедряемой Единой автоматизированной сети связи (ЕЛСС). ЕАСС представляет собой комплекс технических средств связи, взаимодействующих посредством использования общей - «первичной» - сети каналов, на основе которой с помощью коммутационных станций и узлов и оконечных аппаратов создаются различные «вторичные» сети, обеспечивающие организацию Э. всех видов.

Лит.: Чистяков Н. И., Хлытчиев С. М., Малочинский О. М., Радиосвязь и вещание, 2 изд., М., 1968; Многоканальная связь, под ред. И. А. Аболица, М., 1971; Автоматическая коммутация и телефония, под ред. Г. Б. Метельского, ч. 1-2, М., 1968-69; Емельянов Г. А., Шварцман В. О., Передача дискретной информации и основы телеграфии, М., 1973; Румпф К. Г., Барабаны, телефон, транзисторы, пер. с нем., М., 1974; Лившиц Б. С., Мамонтова Н. П., Развитие систем автоматической коммутации каналов, М., 1976: Давыдов Г. Б., Рогинекий В. Н., Толчан А. Я., Сети электросвязи, М., 1977; Давыдов Г. Б., Электросвязь и научно-технический прогресс, М., 1978.

Г. Б. Давыдов.

II Электросвя́зь («Электросвя́зь»,)

ежемесячный научно-технический журнал, орган министерства связи СССР и научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А. С. Попова. Издаётся в Москве с 1933 (до 1938 выходил под названием «Научно-технический сборник по электросвязи»). Основные вопросы, освещаемые в журнале: радиосвязь, телефония, телеграфия и фототелеграфия, передача данных, телевидение, радиовещание, проводное вещание; многоканальная связь; автоматическая коммутация; аппаратура и оборудование систем связи; вопросы теории распространения электромагнитных колебаний, теории электрических цепей, теории информации и др. Тираж (1978) около 10 тыс. экз.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Основу теории и техники электросвязи составляет передача на расстояние различного рода сообщений (информации). Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо предметах, событиях, процессах чьей-либо деятельности и т.д. Форма представления информации называется сообщением . Это может быть речь или музыка, рукописный или машинописный текст, чертежи, рисунки, телевизионное изображение.

Для передачи по каналам связи каждое сообщение преобразуется в электрический сигнал. Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое сообщение (физический носитель сообщения). Физическая величина изменением, которой обеспечивается отображение сообщений, называется информационным или представляющим параметром сигнала.

Перенос сообщений из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Система электросвязи (телекоммуникационная система) – комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сообщений от источника к получателю на расстояние (рисунок 1.1).

Система электросвязи в целом решает две задачи:

1) доставка сообщений – функции системы электросвязи;

2) формирование и распознавание сообщений – функции оконечного оборудования.

Трактом передачи называют совокупность приборов и линий, обеспечивающих передачу сообщений между пользователями.

Канал передачи (связи) – часть тракта передачи между двумя любыми точками. В канал передачи не входят оконечные устройства.

Рисунок 1.1 – Структурная схема системы электросвязи (телекоммуникационной системы)

Принцип передачи сигналов электросвязи показан на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Принцип передачи сигналов электросвязи

На входе и на выходе тракта передачи сообщений включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Данные устройства называются первичными преобразователями и сформированные ими сигналы также называются первичными . Например, при передаче речи первичным преобразователем является микрофон, при передаче изображения – электронно-лучевая трубка, при передаче телеграммы – передающая часть телеграфного аппарата.

Источник сообщения формирует сообщение a (t ) , которое преобразуется в электрический сигнал s (t ) . В системе электросвязи происходят вторичные преобразования сигналов и они транспортируются в форме, отличной от первоначальной.

Сеть электросвязи (телекоммуникационная сеть) - совокупность линий (каналов) связи коммутационных станций, оконечных устройств, на определенной территории, обеспечивающая передачу и распределение сообщений (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Обобщенная структурная схема сети электросвязи (телекоммуникационной сети)

На входе и на выходе сети связи включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Оконечные устройства соединяются с коммутационной станцией абонентскими линиями. Коммутационные станции между собой связаны соединительными линиями. Коммутационные станции осуществляют соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу.

В общем виде, сообщение, передаваемое от источника к получателю состоит из двух частей: адресной и информационной. По содержимому адресной части коммутационная станция определяет направление связи и осуществляет выбор конкретного получателя сообщения. Информационная часть содержит само сообщение.

Совокупность процедур и процессов, в результате выполнения которых обеспечивается передача сообщений, называется сеансом связи , а набор правил в соответствии, с которыми организуется сеанс связи, называется протоколом .

Понятие и виды электросвязь

1. Современные виды электросвязи

Все виды электросвязи можно условно разделить на четыре группы передачи:

· звуковых сообщений

· неподвижных оптических сообщений;

· подвижных оптических изображений;

· сообщений между ЭВМ.

· передачи сообщений, только при развитии IP - телефонии.

Телеграфная связь и передача данных служат для передачи дискретных сообщений в виде текстов (телеграмм) и цифровых данных соответственно. Причем передача данных обеспечивает более скоростную и качественную передачу сообщений.

Факсимильная связь и ее разновидность (передача газетных полос) обеспечивают передачу оптических сообщений в виде неподвижных изображений (в том числе и цветных).

Телефонная связь и системы звукового вещания предназначены для передачи звуковых сообщений. Телефонная связь обеспечивает ведение переговоров между людьми (абонентами), а звуковое вещание -- одностороннюю и высококачественную передачу звуковых сообщений (радиопрограмм), предназначенных одновременно для многих слушателей.

Телевизионное вещание и видеотелефонная связь обеспечивают одновременную передачу оптических и звуковых сообщений. При этом телевидение обеспечивает одностороннюю передачу массовых сообщений, а видеотелефонная связь -- двустороннюю передачу индивидуальных сообщений, позволяя вести переговоры, при которых собеседники видят друг друга. Этот вид электросвязи получил широкое распространение, из-за относительно высокой стоимости Каждый вид электросвязи реализуется с помощью определенной системы, обеспечивающей передачу на расстояние конкретных сообщений. Поэтому в электросвязи существуют системы: телефонной, телеграфной, факсимильной, видеотелефонной связи, передачи газет, передачи данных, а также звукового и телевизионного вещания. Состав и схемы этих систем определяются характером и видом передаваемых сообщений.

Телефонные, телеграфные, видеотелефонные системы и системы передачи данных обеспечивают одновременную двухстороннюю передачу сообщений между абонентами, то есть позволяют вести переговоры. Для этого каждый абонент должен иметь как передатчик, так и приемник, связанные между собой двумя каналами связи, один из которых обеспечивает передачу сигналов в одном направлении, а другой в другом (обратном) направлении.

Системы звукового и телевизионного вещания, а также передачи газет обеспечивают одностороннюю передачу сообщений, предназначенных одновременно для большого числа абонентов. Каждый слушатель или группа слушателей, находящиеся у одного приемника, пользуется "своей" системой связи, состоящей из передатчика, канала связи и приемника. При этом передатчик является общим элементом одновременно для многих систем. Общее число систем соответствует числу приемников.

История развития пожарной автоматики

На смену морально и технически устаревшим пожарным извещателям АТИМ, АТП, ДТЛ, ДИ-1, КИ-1, РИД-1, ИДФ-1, ИДФ-1М, ПОСТ-1 и приемно-контрольного оборудования СКПУ-1, СДПУ-1, ППКУ-1М, ТОЛЮ/100...

Многоканальная система передачи информации

Необходимо отметить, что для рассматриваемой СПДИ выполняются необходимые условия функционирования многоканальной системы электросвязи, а именно и. Целесообразно запас рассматриваемого канала связи по пропускной способности Ск>Iс =1...

Модернизация телефонной сети в сельской местности Республики Казахстан

Модернизируемая сельская сеть предполагает: использование цифровых АТС большей, чем в настоящее время, емкости в сочетании с необслуживаемыми абонентскими выносами. Современные сети строятся с использованием удаленных концентраторов...

Основы инфокоммуникационных технологий

Электросвязь -- передача информации с помощью электрических сигналов по проводам, волоконно-оптическому кабелю или радиоволн. Принцип электросвязи основан на преобразовании сигналов сообщения (звук...

Понятие и виды электросвязь

Системы для передачи непрерывных сообщений. Системы телефонной связи предназначены для передачи на расстояние звуковых (акустических) сообщений, создаваемых голосовыми связками и воспринимаемых органом слуха (ухом) человека...

Понятие и виды электросвязь

Витая пара является самой дешёвой и распространённой средой передачи данных. Она состоит из двух изолированных медных проводов, свитых друг с другом. Витая пара широко используется внутри зданий для объединения компьютеров в локальные сети...

Понятие и виды электросвязь

Классификация решений профессиональной мобильной радиосвязи (ПМР) определяется различием потребностей заказчиков, а также их отраслевой спецификой. Как и вся коммуникационная инфраструктура предприятия...

Разработка компонентов инфраструктуры сервисного обслуживания встроенной памяти гибкой автоматизированной системы на кристалле

В настоящее время значительная часть подобных конфигурируемых проектов разрабатывается в виде печатной платы как комбинация микросхем программируемой и жесткой логики, аналоговых блоков, микроконтроллеров...

Расчет экономической эффективности внедрения новых служб

Современные лазерные гироскопы

Современный лазерный гироскоп представляет собой сложную оптико-электронную систему, основным элементом которой является КОКГ. Конструкция лазерного гироскопа выполняется в виде монолитного блока из высококачественного кварца или ситалла...

Стандартизация оборудования в области радиосвязи

Организацией, обеспечивающей стандартизацию оборудования связи в глобальном масштабе при ООН, является Международный союз электросвязи (МСЭ)...

Эксплуатация трассовых радиолокаторов и радиолокационных комплексов

Главная > Лекция

Тема 1. Введение. Общие сведения о системах электросвязи

ЛЕКЦИЯ 1 СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

1.1 Основные понятия и определения теории электросвязи. 1.2 Классификация систем электросвязи. 1.3 Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем. 1.1 Основные понятия и определения теории связи В дисциплине “ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ” изучаются основные закономерности и методы передачи информации по каналам связи; рассматриваются способы математического представления сообщений, сигналов и помех, методы формирования сигналов и их преобразования в каналах связи, вопросы анализа помехоустойчивости и пропускной способности систем связи, оптимального приема сообщений и оптимизации систем связи. Экономические преобразования в обществе, творческая дея-тельность человека, поведение живых существ, действие любых ав-томатических устройств неразрывно связаны с хранением, перера-боткой и передачей информации. Слово “информация” в переводе с латинского означает осведомление о чем-либо, сведения, а в своем наиболее раннем употреблении это понятие означает знание челове-ком тех или иных явлений природы и общества. Однако такое тол-кование понятия “информация” не может служить его строгим опре-делением. Существуют различные определения этого понятия. В на-иболее общем философском определении под информацией понимают специфическую форму связи материальных систем, имеющую в своей основе отражение, как объективное свойство материи. В техническом смысле под информацией понимаются сведения о каком-либо событии или предмете, поступающие к получателю в ре-зультате его взаимодействия с окружающей средой. Информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки вычислительными устройствами или уже обработанная ими называется данными . Под сообщением понимается форма представления информации (например, текст, речь, изображение, цифровые данные и т.д.). Множество возможных сообщений с их вероятностными характеристи-ками называется ансамблем сообщений . Во многих практических слу-чаях (телеграфия, системы передачи данных и т.д.) это множество конечно. Выбор сообщений из ансамбля осуществляет источник сооб-щений . Сигналом называется физический процесс, однозначно отображающий передаваемое сообщение. С информационной точки зрения сигналы подразделяются на детерминированные и случайные. По виду временной функции сигналы подразделяютсяна непрерывные и дискретные, . К непрерывным (аналоговым) сигналам относятся такие, которые могут принимать в некотором интервале любые уровни. Если сигнал принимает только дискретные значения, то он называется дискретным . Если эти уровни можно обозначить цифрами, то такой сигнал называется цифровым . Детерминированными сигналами называются такие, изменение которых во времени можно полностью заранее определить. Если же заранее предсказать изменение сигнала во времени нельзя, то сигнал называется случайным .

Рис. 1.1 Примеры сигналов

Сигнал характеризуется такими параметрами, как длительность (Т с ), ширина спектра F c и динамический диапазон (D c ). Ширина спектра характеризует скорость изменения сигнала в интервале его существования. Динамический диапазон определяется отношением наибольшей мгновенной мощности сигнала к минимальной. Более общей характеристикой сигнала является его объем V c =T c F c D c . Чем больше объем сигнала, тем больше информации можно передать. . По виду передаваемого сообщения а) телефонный (речь) б) телеграфный (текст), в) фототелеграфный (неподвижное изображение), г) передача данных, д) сигнал звукового вещания е) телевизионный. - Телефонный сигнал формируется микрофоном.
Гц рекомендуемый канал МККТТ: 0,3…3,4 кГц.
=25…35 дБ. - Телеграфный сигнал
Скорость передачи:
[Бод],
Бод. Полоса частот
[Гц]. - Передача данных Как телеграфный сигнал, отличается только скорость передачи. Бод. - Фототелеграфный сигнал используется для передачи неподвижных изображений
(оборот/минута). Гц. - Сигнал звукового вещания =35…40 дБ, =65 дБ для симфонического оркестра,
кГц. - Телевизионный сигнал =40 дБ,
МГц. Процесс превращения сообщения в сигнал в передающем устройстве может состоять из следующих трех операций: преоб-разования, кодирования и модуляции . Эти три операции могут быть независимыми либо совмещенными. Преобразованием называется перевод неэлектрических величин, определяющих передаваемое сообщение, в первичный электрический сигнал. Так, в телефонии эту функцию выполняет микрофон, преобразующий звуковые волны в электрические колебания. В большинстве случаев сигнал является низкочастотным колебанием, непригодным для непосредственной передачи. Кодирование – это преобразование сообщения в определен-ные сочетания элементарных дискретных символов, называемых кодовыми комбинациями или словами. Целью кодирования, как правило, является согласование источника сообщений с каналами связи, обеспечивающее либо максимально возможную скорость передачи информации, либо заданную помехоустойчивость. Согла-сование осуществляется с учетом статистических свойств источ-ника сообщений и характера воздействия помех. Коды – это системы соответствий между сообщениями и комбина-циями символов (дискретных сигналов), при помощи которых эти сообщения могут быть зафиксированы, переданы на расстояние или использованы для дальнейшей обработки. Символы, из которых фор-мируются кодовые комбинации, называют элементами кода . Число различающихся между собой элементов называют основанием кода . Так, элементами двоичного кода ( ) являются символы “1” и “0”. Число N различных кодовых комбинаций называют объемом или мощностью кода . Число элементов (n ), образующих кодовую комбинацию, называют значимостью кода . Коды, кодовые комбинации которых состоят из одинакового чис-ла элементов равной длительности, называют равномерными . Мощ-ность такого кода составляет
. В системах передачи дан-ных и телеуправления используются преимущественно равномерные коды. В таких кодах границы между кодовыми комбинациями обычно определяют подсчетом числа элементов. Модуляцией называют изменение параметра сигнала в соответ-ствии с передаваемым сообщением. Модуляцию дискретными сигнала-ми называют манипуляцией . Параметрами, подлежащими модуляции, могут быть амплитуда, частота и фаза. Возможны и комбинированные методы модуляции, при которых модулируются два или несколько параметров сигнала. От вида модуляции в значительной мере зави-сят помехоустойчивость и пропускная способность системы связи. Устройство, предназначен-ное для кодирования сигнала, называется кодером . Устройство, ре-шающее обратную задачу – декодером . Совокупность кодера и деко-дера называют кодеком . Полученными при кодировании символами обычно осуществляют модуляцию сигнала. Устройства, осуществляющие модуляцию и демодуляцию сигнала называют модемом . Структурная схема канала передачи дискретных сигналов изображена на рис. 1.2.
а)
б)

Рис. 1.2. Структурная схема канала передачи а) симплексная связь, б) дуплексная связь

Совокупность модулятора, демодулятора и канала связи называют дискретным каналом . Совокупность кодека, модема и канала связи называют каналом передачи данных . При передаче дискретных сообщений каждый элемент кода (кодо-вый символ) отображают отрезком сигнала длительностью , назы-ваемым единичным элементом. Для пояснения особенностей различ-ных видов модуляции рассмотрим приведенные на рис.1.3 эпюры модулированных двоичных сигналов при передаче сообщения 101100. Если в качестве переносчика используется постоянный ток, то модуляция может быть осуществлена изменением величины тока (рис.1.3,а) либо его направления (рис.1.3,б) (кодово-импульсная модуляция КИМ или ИКМ). Наибольшее применение нашли в настоящее время цифровые системы связи, в которых элементы сигнала пред-ставляют собой ограниченные на конечном отрезке времени (от 0 до ) гармонические колебания; такие системы связи и сигна-лы называют простыми.
В системах передачи данных широко исполь-зуются простые двоичные системы с амплитудной, частотной или фазовой манипуляцией. При амплитудной манипуляции (рис.1.3,в) передаче “1” соот-ветствует наличие единичного элемента переменного тока длительностью
, передаче “0” – пауза (КИМ-AM), т.е. При частотной модуляции (рис.1.3,г) (КИМ-ЧМ) При фазовой модуляции (рис.1.3,д) (КИМ-ФМ) При использовании в качестве переносчика периодической последовательности импульсов различают амплитудно-импульсную модуляцию – АИМ; широтно-импульсную модуляцию – ШИМ; фазо-импульсную модуляцию – ФИМ; частотно-импульсную модуляцию – ЧИМ (рис.1.3,е,ж,з,и). Границы между передаваемыми единичными элементами (моменты изменения полярности, амплитуды, частоты или фазы переносчика) называются значащими моментами . Количество единичных элементов, передаваемых за 1 с, называется скоростью модуляции и определяется по формуле . За единицу ее из-мерения принят Бод – скорость, соответствующая одному единично-му элементу в секунду. Для систем, использующих коды с основанием , скорость передачи данных определяют по формуле
Кроме сигналов, несущих для получателя информацию, в среде распространения присутствуют посторонние электромагнитные процессы. Помехи мо-гут возникнуть как в среде, используемой для распространения сигнала, так на-зываемые, внешние помехи, так и в электрических цепях, выполняющих преоб-разование сигнала, так называемые, внутренние помехи. Они могут иметь са-мые различные формы протекания во времени (гладкие, импульсные) и, в том числе, очень близкие к формам полезных сигналов. Таким образом, вместе с полезным сигналом в приемнике действуют помехи, интенсивность которых может оказаться соизмеримой с сигналом, в результате чего сигналы оказыва-ются частично или полностью замаскированными. Каналом связи называют совокупность линейных, коммутирующих и других технических средcтв, обеспечивающих независимую передачу сигналов между двумя абонентами по общей линии связи. Классификация каналов связи приведена на рис. 1.4. Линия связи представляет собой физическую среду (пара проводов кабеля, волновод, область пространства), в которой распространяется сигнал. Линии связи, как правило, много канальные. Каналы связи можно характеризовать, как и сигнал такими параметрами, как время передачи (Т к ), полосой пропускания (F к ) и динамическим диапазоном (D к ) . Обобщенной характеристикой канала является его объем V к = T к F к D к . Необходимым условием неискаженной передачи сигнала является V c < V к . Обычно сигнал соглашается с каналом по всем трем параметрам

Т с ≤ Т к ; F c ≤ F к ; D c ≤ D к .

Каналы связи подразделяются на симплексные и дуплексные. Симплексные каналы обеспечивают передачу в одном направлении, дуплексные – в обоих. Системой связи называют совокупность узлов, станций и линий связи, соединенных в определенном порядке, соответствующем организации управления объектами характеру выполняемых задач. В простейшей одно канальной системе это совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю. Система связи включает в себя первичную и вторичную сети. Первичная сеть представляет совокупность сетевых узлов, станций и соединяющих линий связи. На узловых станциях организуются каналы связи и групповые тракты, а также осуществляется транзитное соединение канала. Вторичные сети используют каналы связи, формируемые первичной сетью. Сетью связи называют совокупность узлов (центров) коммутации, соединенных линиями связи, вместе с алгоритмами и программами обмена информацией и управления. Различают базовую и абонентскую (терминальную) сети. Базовая сеть включает узлы коммутации и соединяющие их магистральные линии. Транспортная сеть, обеспечивающая объединение всех сетевых средств, выполняет функцию передачи сигналов. Абонентская сеть обеспечивает подключение абонентов к ресурсам базовой сети. Часть сети, которая соединяет между собой каналы разных зоновых сетей на всей территории страны, составляет магистральную первичную сеть . 1.2 Классификация систем электросвязи
Системы электросвязи классифицируются по назначению, по типу применяемого сигнала, по способу осуществления соединения, по степени интеграции решаемых задач и по способу обмена информацией. По назначению различают сети телефонной, телеграфной, факсимильной связи, сети передачи данных и телетекса. Па типу применяемого сигнала системы связи подразделяются на аналоговые и цифровые. В аналоговых сетях используется непрерывный сигнал. Особенностью его является то, что два сигналы могут отличаться один от другого как угодно мало. В цифровых сетях используется сигнал, который состоит из различных элементов. Такими элементами являются 1 и 0. Единица обычно обозначается импульсом или отрезком гармонического колебания с определенной амплитудой. Нуль обозначается отсутствием переданного напряжения. Совокупность 1 и 0 составляет сообщение - кодовую комбинацию. По способу осуществления соединения системы подразделяются на сети с коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. В сетях с коммутацией каналов соединения абонентов осуществляется по типу автоматической телефонной станции. Основной их недостаток -- это большое время вхождения в связь из-за занятости каналов или вызываемого абонента. Обмен информацией в сетях с коммутацией сообщений осуществляется по типу передачи телеграмм. Отправитель составляет текст сообщения, указывает адрес, категорию срочности и секретности и это сообщение записывается в запоминающее устройство (ЗУ). При освобождении канала сообщение автоматически передается на следующий промежуточный узел или непосредственно абоненту. На промежуточном узле сообщения также записывается в ЗУ и при освобождении следующего участка передается дальше. Преимуществом таких сетей является отсутствие отказа в приеме сообщения. Недостаток заключается в сравнительно большом времени задержки сообщения за счет его сохранения в ЗУ. Поэтому такие сети не используют для передачи информации, которая требует доставки в реальном времени. В сетях с коммутацией пакетов обмен информацией осуществляется также как в сетях с коммутацией сообщений. Однако сообщение делится на короткие пакеты, которые быстро находят себе маршрут к адресату. В результате время задержки пакетов будет меньшим. По степени интеграции решаемых задач различают интегральные цифровые сети и цифровые сети интегрального обслуживания. В цифровых интегральных сетях интеграция осуществляется на уровне технических устройств. Одно устройство решает несколько задач. Например, решает задачу уплотнения канала и коммутации. В цифровых сетях интегрального обслуживания интеграция осуществляется на уровне служб. Сигналы телефонии, телетекса, передачи данных и другие передаются цифровым способом с помощью одних и тех же устройств. В таких сетях отсутствует разделение на первичные и вторичные сети. По способу обмена информацией сети подразделяются на синхронные, асинхронные и плезиохронные. В синхронных сетях генераторы управляющих сигналов на конечных и промежуточных пунктах постоянно синхронизированы независимо от того передается информация или нет. В асинхронных сетях синхронизация осуществляется только на время приема сообщения. Плезиохронный метод функционирования допускает отсутствие постоянного подстраивания местных генераторов. Прием сообщений обеспечивается за счет применения высокостабильных местных генераторов с автоподстройкой под сигналы единой частоты через довольно продолжительные интервалы времени. Сеть телефонной связи предназначена для передачи на расстояние речевых (акустических) сообщений Сеть телеграфной связи предназначена для двусторонней передачи дискретных сообщений (телеграмм). Сети передачи данных предназначены для обмена информацией между ЭВМ как и телеграфные сети используют дискретные сигналы. В отличие от телеграфии в сетях передачи данных обеспечивается большая скорость и качество передачи сообщений. Гарантируется заданная вероятность доставки при любой практически необходимой скорости передачи сообщений. Это достигается благодаря использованию дополнительных устройств повышения качества передачи сообщений, которые конструктивно объединяются с передатчиками и приемниками систем передачи данных, образовывая приемо-передающие устройства, которые называются аппаратурами передачи данных (АПД). Сеть факсимильной связи предназначена для передачи не только содержания, но и внешнего вида самого документа. Оконечное устройство факсимильных сетей представляет собой цифровой факсимильный аппарат, который работает по телефонной сети со скоростями 2,4-4,8 кбит/с или по сетям передачи данных со скоростями 4,8; 9,6; и 48 кбит/с. В нем осуществляется статистическое кодирование информации с коэффициентом сжатия около 8, что позволяет передавать страницу текста за 2 мин при скорости 2,4 кбит/с и соответственно за 30 с при скорости 9,6 кбит/с. Телетекс – это буквенно-цифровая система передачи деловой корреспонденции, которая построена по абонентскому принципу. Основная идея телетекса - объединение всех возможностей современной печатной машинки с передачей сообщений при условии сохранения содержания и формы текста. Эта система немного напоминает телекс (абонентский телеграф), но отличается от нее большим набором знаков (256 за счет 8- элементного кода), большей скоростью передачи (2400 бит/с), высокой достоверностью, возможностью редактировать подготовленную к передаче документацию и другие дополнительные особенности. Передача информации в системе телетекс осуществляется по телефонным сетям. Важной особенностью и принципиальным преимуществом телетекса сравнительно с телексом является отсутствие необходимости в дополнительной работе на клавиатуре во время передачи текста. Это преимущество достигается благодаря тому, что подготовленный на оконечном устройстве текст, запоминается в его оперативном запоминающем устройстве, откуда информация передается по каналу связи. Принятое сообщение может быть воспроизведено на экране дисплея или отпечатано. Система телетекс имеет много общего с системой передачи данных, а именно: цифровой метод передачи, скорость передачи 2,4 кбит/с, применяемые методы повышения борьбы с ошибками и управление соединением. Расхождение между этими системами состоят в том, что в телетексе используется разговорный язык, передачи данных - формализованные языки. На базе сетей телетекса и факса создаются службы электронной почты , т.е. службы передачи письменной корреспонденции по сетям электросвязи, которые обеспечивают получение “твердой копии” оригинала. Раздельное использование приведенных выше вторичных сетей сдерживает развитие систем телекоммуникаций. Внедрение цифровых сетей разрешает на единой цифровой основе обеспечить передачу сигналов разных служб, т.е. организовывать цифровую сеть интегрального обслуживания. Под цифровой сетью интегрального обслуживания понимают совокупность архітектурно-технологічних методов и аппаратно-программных средств доставки информации территориальное изъятым пользователям, которые разрешают на цифровой основе предоставлять пользователям разные услуги. Эта сеть разрешает передавать телефонные, телеграфные и другие сигналы с помощью одного универсального терминала. Этот терминал должен содержать телефон, дисплей и клавиатуру для набора текста. Абонент такой сети может наблюдать на дисплее за изображением и разговаривать с другим абонентом по телефону. Подробнее цифровые сети интегрального обслуживания будут описаны дальше. 1.3 C емиуровневая модель взаимодействия открытых систем Телекоммуникационные сети состоят из большого количества разного оборудования и программ: операционных систем и модулей применения. Разнообразные требования к телекоммуникационным сетям, привели к разнообразию сетевого оборудования и программ. Оборудования отличается не только по основным, а и по вспомогательными функциям. Непрерывно увеличивается количество видов сервиса, который предоставляется пользователям. Разнообразие увеличивается также за счет того, что много устройств и программ состоит из разных наборов, составных частей. Кроме того, в мире есть очень много фирм, которые занимаются разработкой и изготовлением телекоммуникационного оборудования и программного обеспечения. Это в свою очередь приводит к разнообразию технических решений. В современном мире телекоммуникационные системы, как правило, не являются замкнутыми системами: взаимодействуют локальные сети в середине фирм и между фирмами; индивидуальные пользователи обмениваются информацией на территории городов, районов, областей, государства, земного шара. Все это требует совместимости оборудования, телекоммуникационных сетей на разных уровнях. Все разработчики и производители поняли, что возможность легкого взаимодействия с оборудованием других конкурирующих фирм повышает ценность изделий, так как их можно использовать большим количеством работающих сетей. Совместимость обеспечивается только тогда, когда все производители реализуют одинаковые стандарты. Стандарты телекоммуникационных систем делятся на: международные; национальные; специальных комитетов и объединений; отдельных больших фирм. Рассмотрим в этом подразделе только некоторые из них. Телекоммуникационные системы - это довольно сложные системы как по своей структуре, так и по функциям, которые они выполняют. Сети телекоммуникаций могут охватывать как отдельный офис, так и весь земной шар. Организация взаимодействий между устройствами в сети является сложной задачей. Как известно, для решения сложных задач используется универсальный прием - декомпозиция одной сложной задачи на несколько, более простых - модулей. При декомпозиции часто используют многоуровневый подход. В этом случае множество модулей разбивают на уровни. Уровни образовывают иерархию, т.е. существует вышележащий и нижележащий уровни. Множество модулей, которые составляют каждый уровень, сформировано таким образом, при котором для выполнения своих задач они обращаются с запросами только к модулям, которые непосредственно граничат с нижележащим уровнем. С другой стороны, результаты работы всех модулей, которые принадлежат какому-то уровню, могут быть переданные только модулям соседнего вишележащего уровня. При приведенном способе декомпозиции нужно четко определить функции каждого уровня, а также так называемого интерфейса между уровнями. Интерфейс – это набор функций, взаимодействия соседних уровней. Оборудование, которое расположено в узлах сети, может быть представлено в виде описанной многоуровневой модели. Процедура взаимодействия пары узлов сети может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары одинаковых уровней оборудования этих узлов. Правила, которые определяют последовательность и структуру (формат) сообщений, которыми обмениваются компоненты сети, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколом . Протоколы определяют правила взаимодействия одного уровня в разных узлах, а интерфейс - модулей соседних уровней выше и нижчележащих в одном узле. Полный набор протоколов всех уровней, которые достаточны для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком телекоммуникационных протоколов . Протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы низших уровней реализуются аппаратными средствами в комбинации с программными, и чем выше уровень, тем больше часть программных средств. Протоколы высших уровней - это, как правило, чисто программные протоколы. Протоколы разных уровней независимые. А это означает, что протокол любого уровня может быть изменен независимо от протокола второго уровня. Протоколов взаимодействия систем телекоммуникаций можно придумать множество, но тогда разные системы не будут открытыми к взаимодействию. Стыковка их будет сложной задачей. Единый выход – это стандартизация модели взаимодействия систем телекоммуникаций. В начале 80-х годов несколько международных организаций - разработали так называемую модель взаимодействия открытых систем (ВОС) (Open System Interconnection, OSI). В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовий, транспортный, сетевой, канальный и физический (рис. 1.6). Например, телекоммуникационная система должна передать текст определенного объема (говорят текстовый файл) из пункта В. Передача текстовых файлов - это прикладная задача. Абонент обращается с запросом к прикладному уровню. На основе этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартной формы - формата. Оно состоит из заголовка “7” и поля данных - полезной информации (рис. 1.6). Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладного уровня оборудования адресата, чтобы сообщить его, какую работу необходимо выполнить.

Например, заголовок должен иметь информацию о местонахождении файла и об операции, которую необходимо с ним выполнить. Поле данных может быть пустым, или содержать информацию, которую необходимо записать в файл, отправленный из пункта В. После отправки в пустом файле, например, останется имя (код) того, кто его передал. После формирования сообщения прикладной уровень направляет его представительному уровню. Протокол представительного уровня на основе информации, которая содержится в заголовке прикладного уровня, выполняет определенные действия и прибавляет к сообщению собственную служебную информацию - заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня оборудования получателя. Полученное, сообщение передается сеансовому уровню и т.д. В конце концов, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который передает его по каналу связи оборудованию получателя. Когда сообщение поступает на оборудование получателя информации, оно принимается на физическом уровне и последовательно перемещается вверх от уровня к уровню, каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, потом изымает его и передает сообщение высшему уровню. В модели OSI различают два вида протоколов: протоколы с установлением соединения и протоколы без установления соединения. В первом случае перед обменом данными отправитель и получатель сначала должны установить соединение и выбрать некоторые параметры протокола, которые будут использованы при обмене данными. После завершения обмена данными отправитель и получатель должны разорвать соединение. Во втором случае отправитель передает сообщение без любых предыдущих действий. Рассмотрим основные функции, которые выполняются на каждом из семи уровней модели OSI. На физическом уровне обеспечивается интерфейс между оборудованием и физической средой – каналом связи, и выполняются функции управления потоком импульсов. На физическом уровне выполняются такие основные функции: обеспечение физического стыка - вид соединения оборудования с каналом связи, назначение контактов; передача сигналов по сети; усиление или регенерация сигналов для обмена между сетью и оборудованием; преобразование сигналов, модуляция, демодуляция. Канальный уровень выполняет основную функцию - обеспечение доступа к сети. Кроме управления доступом к среде передачи на канальном уровне реализуются механизмы обнаружения и коррекции ошибок. Для этого формируются кодовые комбинации, которые называются кадрами. В начале и конце кадра размещают специальную последовательность бит для его выделения. Канальный уровень не только обнаруживает ошибки, но и исправляет их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Следует отметить, что в некоторых протоколах функция исправления ошибок отсутствует. Сетевой уровень выполняет функции управления потоком кадров маршрутизации. Сообщение сетевого уровня называются пакетами. Транспортный уровень обеспечивает транспортирование данных верхних уровней с требуемой надежностью. В модели ВОС определено пять классов обеспечения надежности транспортирования пакетов, которые называют классами сервиса транспортного уровня. Например, если качество каналов связи высокое, то используется облегченный класс сервиса без многократных проверок, предоставление подтверждений в получении пакетов и др., когда средства низших уровней очень ненадежные, то нужно использовать сервис с максимумом средств для выявления и исправление ошибок. Как правило все протоколы, начиная с транспортного и выше, реализуются программными средствами. Они являются компонентами сетевых операционных систем. Сеансовий уровень обеспечивает управление диалогом, он фиксирует, какая из сторон в данный момент активная, а также предоставляет средства синхронизации. Средства синхронизации позволяют вставлять закодированные символы контрольных точек. В случае отказа есть возможность возвратиться к последнему контрольному пункту, а не начинать передачу с начала сеанса. Сеансовий уровень не всегда используется. Представительный уровень программно выполняет функцию представления данных для прикладного уровня. На этом уровне может быть организовано шифрование и дешифровка данных. Это обеспечит секретность обмена данными для всех прикладных служб. Прикладной уровень – это уровень применения телекоммуникационной системы. Например, разветвленная сеть учета и обслуживание клиентов по оплате услуг электросвязи в почтовых отделениях, или пунктах предоставления сервисных услуг. Для реализации этих задач разработано специальное программное обеспечение. Служб прикладного уровня очень много. Для прикладного уровня единицей данных являются сообщения. Из всех семи уровней, первые три нижние уровни - физический, канальный и сетевой тесно связаны с технической реализацией сетей и их оборудованием. Поэтому переход к новой телекоммуникационной технологии, как правило, связан с полной заменой этих протоколов. Протоколы верхних трех уровней - сеансовий, представительный и прикладной мало зависят от технических особенностей построения сети. Эти уровни зависят от применений. Транспортный уровень является промежуточным между двумя группами уровней. Следует отметить, что стандартизированная модель OSI является одной из важнейших моделей телекоммуникационных систем. Однако, может быть и много других моделей таких систем. Главным преимуществом системы OSI является ее открытость. Это означает, что можно строить сети с аппаратными и программными средствами разных производителей, если они используют одинаковые стандарты протоколов.

Перенос сигнала из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Электрический сигнал является, по сути, формой представления сообщения для передачи его системой электросвязи. Выбор электрических сигналов для переноса сообщений на расстояние обусловлен их высокой скоростью распространения (около 300 км/мс).

Источник сообщения (рис.6.1) формирует сообщение а(t), которое с помощью специальных устройств преобразуется в электрический сигнал s(t). При передаче речи такое преобразование выполняет микрофон, при передаче изображения – ЭЛТ, при передаче телеграммы – передающая часть телеграфного аппарата.

Прежде чем рассматривать собственно методы модуляции в системах связи, рассмотрим основные способы представления сигналов электросвязи, принятые для описания методов модуляции.

Чтобы передать сигнал в системе электросвязи, нужно воспользоваться каким-либо переносчиком . В качестве переносчика естественно использовать те материальные объекты, которые имеют свойство перемещаться в пространстве, например, электромагнитное поле в проводах (проводная связь ), в открытом пространстве (радиосвязь), световой луч (оптическая связь). Таким образом, в пункте передачи (рис.6.1) первичный сигнал s(t) необходимо преобразовать в сигнал v(t), удобный для его передачи по соответствующей среде распространения. В пункте приема выполняется обратное преобразование. В отдельных случаях (н/р, когда средой распространения является пара физических проводов, как в ГТС) указанное преобразование сигнала может отсутствовать.

Доставленный в пункт приема сигнал должен быть снова преобразован в сообщение (например, с помощью телефона или громкоговорителя при передаче речи, электронно-лучевой трубки при передаче изображения, приемной части телеграфного аппарата при передаче телеграммы) и затем передан получателю.

Передача информации всегда сопровождается неизбежным действием помех и искажений. Это приводит к тому, что сигнал на выходе системы электросвязи и принятое сообщение могут в какой-то мере отличаться от сигнала на входе s(t) и переданного сообщения a(t). Степень соответствия принятого сообщения переданному называют верностью передачи информации.

Для различных сообщений качество их передачи оценивается по-разному. Принятое телефонное сообщение должно быть достаточно разборчивым, абонент должен быть узнаваемым. Для телевизионного сообщения существует стандарт (хорошо известная всем телезрителям таблица на экране телевизора), по которому оце­нивается качество принятого изображения.

Количественной оценкой верности передачи дискретных сообщений служит отношение числа ошибочно принятых элементов сообщения к числу переданных элементов – частность ошибок (или коэффициент ошибок).

Для решения проблемы амплитуду высокочастотного несущего сигнала изменяют (модулируют) в соответствии с изменением низкочастотного голосового сигнала (рис.1). При этом спектр результирующего сигнала попадает в нужный высокочастотный диапазон. Такой тип модуляции наз-ся амплитудной модуляцией (Amplitude Modulation, AM).

Амплитудная модуляция (AM) - вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

При АМ, огибающая амплитуд несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом передаваемого сообщения. Частота и фаза несущего колебания при этом не меняется. Одним из основных параметров АМ, является коэфициент модуляции(M). Коэффициент модуляции - это отношение разности между максимальным и минимальным значениями амплитуд модулированного сигнала к сумме этих значений(%).

Проще говоря, этот коэффициент показывает, насколько сильно значение амплитуда несущего колебания в данный момент отклоняется от среднего значения. При коэффициенте модуляции больше 1, возникает эффект перемодуляции, в результате чего происходит искажение сигнала.

В качестве информационного параметра используют не только амплитуду несущего синусоидального сигнала, но частоту. В этих случаях мы имеем дело с частотной модуляцией (Frequency Modulation, FM).

При передаче дискретной информации посредством модуляции единицы и нули кодируются изменением амплитуды, частоты или фазы несущего синусоидального сигнала. В случае, когда модулированные сигналы передают дискретную информацию, вместо термина «модуляция» иногда исп-ся термин «манипуляция»: амплитудная манипуляция (Amplitude Shift Keying, ASK), частотная манипуляция (Frequency Shift Keying, FSK), фазовая манипуляция (Phase Shift Keying, PSK).

Пожалуй, самый известный пример применения модуляции при передаче дискретной информации - это передача компьютерных данных по телефонным каналам. Типичная амплитудно-частотная характеристика стандартного ТЧ, представлена на рис. 1. его полоса пропускания равна 3100 Гц. Такая узкая полоса пропускания вполне достаточна для качественной передачи голоса, однако она недостаточно широка для передачи компьютерных данных в виде прямоугольных импульсов. Решение проблемы было найдено благодаря аналоговой модуляции. Устройство, которое выполняет функцию модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и обратную функцию демодуляции на приемной стороне, носит название модема (модулятор-демодулятор).

Рис. 1. Амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты

На рис. 2 показаны различные типы модуляции, применяемые при передаче дискретной инф-и. Исходная последовательность битов передаваемой инф-и приведена на диаграмме, представленной на рис. 2, а.

Рис. 2. Различные типы модуляции

При АМ для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля - другой (рис. 2, б). Этот способ редко исп-ся в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции - фазовой модуляцией.

При ЧМ значения нуля и единицы исходных данных передаются синусоидами с различной частотой - f 0 и f 1 (рис. 2, в). Этот способ модуляции не требует сложных схем и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 и 1200 бит/с. При исп-и только двух частот за один такт передается один бит информации, поэтому такой способ называется двоичной частотной манипуляцией (Binary FSK, BFSK). Могут также исп-ся четыре различные частоты для кодирования двух битов инф-и в одном такте, такой способ носит название 4уровневой частотной манипуляции (four-level FSK). Применяется также название многоуровневая частотная манипуляция (Multilevel FSK, MFSK).

При ФМ значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но различной фазы, например 0 и 180° или 0,90,180 и 270° (рис. 2, г). В первом случае такая модуляция носит название двоичной фазовой манипуляции (Binary PSK, BPSK), а во втором - квадратурной фазовой манипуляции (Quadrature PSK, QPSK).

Под мультиплексированием (уплотнением) понимается объединение нескольких меньших по емкости входных каналов связи в один канал большой емкости для его передачи по одному выходному каналу связи. Такой канал часто называют агрегатным, а трафик агрегированным (объединенным) или групповым.

Существуют два метода мультиплексирования:

Мультиплексирование с частотным разделением каналов - ЧРК (частотное мультиплексирование или уплотнение);

Мультиплексирование с временным разделением каналов (ВРК).

При ЧРК полоса частоты выходного сигнала делится на некоторое число полос (подканалов), соответствующей по ширине основной полосе стандартного телефонного канала – 4 кГц.

Групповой тракт – это комплекс технических средств, предназначенный для передачи сигналов электросвязи нормализованного числа каналов ТЧ или ОЦК в полосе частот или со скоростью передачи, соответствующей данному групповому тракту. Групповой тракт, параметры и структура которого соответствуют принятым нормам, называют типовым.

Сетевые тракты могут предоставляться только при условии наличия у них типового каналообразующего оборудования. В общем случае потребителю предоставляются широкополосные каналы, оборудованные на базе соответствующих сетевых трактов.

Современные СП позволяют кроме стандартных каналов ТЧ организовать каналы с более высокой пропускной способностью. Увеличение пропускной способности достигается расширением ЭППЧ, причем широкополосные каналы образуются объединением нескольких каналов ТЧ.

В настоящее время АСП предусматривают образование следующих широкополосных каналов:

Предгруппового канала с полосой частот 12..24 кГц взамен трех каналов ТЧ;

Первичного канала 60..108 кГц взамен 12 каналов ТЧ;

Вторичного канала 312..552 кГц взамен 60 каналов ТЧ;

Третичного канала 812..2044 кГц взамен 300 каналов ТЧ.

Кроме перечисленных каналов в системах передачи формируются каналы вещания и телевидения (со звуковым вещанием).

В зависимости от полосы частот первичных сигналов, которые нужно передать, выбирается тот или иной широкополосный канал.

В ЦСП не предусмотрено спец.оборудование для организации сетевых трактов. Групповой цифровой поток, сформированный на данной ступени иерархии, направляется либо на следующую ступень временного объединения потоков, либо на оборудование линейного тракта. Точки соединения оборудования двух смежных ступеней иерархии называют сетевыми стыками (СС). Параметры СС являются типовыми.

Аппаратура цифровых плезиохронных систем передачи (ЦСП PDH) – европейский стандарт, обеспечивает создание типовых цифровых каналов передачи со следующими градациями скоростей, кбит/с:

Основной цифровой канал (ОЦК) – 64;

Субпервичный цифровой канал (СЦК) – 480;

Первичный тракт – 2048;

Вторичный тракт – 8448;

Третичный тракт – 34368;

Четверичный тракт – 139264.

На базе данных цифровых каналов и трактов должны образовываться следующие типовые аналоговые каналы и тракты:

Канал ТЧ (на базе ОЦК);

Канал звукового вещания (на базе СЦК);

Канал ТВ со звуковым сопровождением (на базе трех третичных ЦГТ).

В сетевых стыках должна осуществляться передача не только информационных (ИС), но и тактовых (ТС) сигналов, обеспечивающих тактовую синхронизацию регенераторов и приемного генераторного оборудования оконечных станций. Имеющиеся в составе цифровых потоков служебные символы (цикловой и сверхцикловой синхронизации) обеспечивают доступ к составляющим цифровых потоков низших ступеней иерархии. Исключение составляет ОЦК, в котором таких символов нет. По этой причине в него вводят октетный сигнал (ОС), позволяющий разделять восьмиразрядные кодовые группы. Таким образом, в СС ОЦК осуществляется обмен не только ИС и ТС, но и ОС.

В американской системе PDH предусмотрены следующие градации скоростей (уровней иерархии), кбит/с:

Основной цифровой канал (ОЦК) -64;

Первый уровень – 1544;

Второй уровень – 6312;

Третий уровень – 44736.

Чтобы создать единую цифровую сеть и удовлетворить как американским требованиям, так и европейским, предусматривающим передачу сигнала на скорости 139,268 Мбит/с, был определен основной иерархический уровень новой структуры синхронного мультиплексирования, равный 155, 520 Мбит/с, что является результатом умножения в три раза скорости 51,84 Мбит/с (51,84х3=155,520).

Все уровни мультиплексирования в синхронных цифровых системах (SDH) являются положительными целыми кратными числами этого базового сигнала SТM-1 (синхронный базовый модуль-1) .

Таким образом, была выработана единая всемирная концепция, касающаяся передачи сигналов данных со скоростью 155 Мбит/с. Это означает, что все предыдущие PDH сигналы должны быть включены в базовый сигнал SDH при помощи процедуры, называемой «Mapping» (размещение).