Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тема 6. Принципы построения многоканальных систем передачи




Лекция 6

Раздел 6.1. Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи

Многоканальной системой передачи (в дальнейшем просто системой передачи) называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу однотипных или разнотипных сообщений от N источников к N получателям по одной линии связи (физической среде распространения сигналов электросвязи). Обобщенная структурная схема N – канальной системы передачи (СП) приведена на рис.6.1.

Первичные сигналы Сi(t), время существования и спектры частот которых могут частично или полностью перекрываться, поступают в передающую часть системы передачи, где с помощью устройств Мi преобразуются в канальные сигналы Si(t).

С1(t) S1(t) S 1 (t) C ў 1 (t)

С2(t) S2(t) S 2(t) C ў 2 (t)

 

S (t) S (t)

 

CN (t) SN (t) S’N (t) C ў N (t)

 

Рис.6. 1 - Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи

Процесс преобразования первичного сигнала в канальный решает две задачи: во-первых, каждый канальный сигнал Si(t) наделяется совокупностью физических признаков, отличающих его от остальных канальных сигналов; эти признаки или параметры называются разделительными;

во-вторых, необходимо сформировать канальные сигналы так, чтобы в них содержались передаваемые сообщения, т.е. сведения о форме первичных сигналов, поступающих на входы каналов.

Многоканальный или групповой сигнал S(t) получается объединением канальных сигналов в устройстве объединения О. В частности групповой сигнал можно получить суммированием канальных сигналов, т.е.

. (6.1)

Системы передачи, где групповой сигнал представляет сумму канальных сигналов, называются аддитивными.

Системы передачи, в которых при формировании группового сигнала применяются другие операции, носят название комбинационных. Современные многоканальные телекоммуникационные системы в основном являются аддитивными.

Прохождение группового сигнала по линии связи (среде распространения) сопровождается помехами и искажениями, следовательно, на входе приемной части системы передачи будем иметь сигнал S(t).

Разделение группового сигнала на отдельные канальные сигналы осуществляется разделяющими устройствами Фi (фильтрующими устройствами) на основе тех разделительных признаков, которыми первичные сигналы были наделены на передаче. На выходе устройств Фi получаем канальный сигнал Sўi(t), отличающегося от канального сигнала Si(t) наличием помех и искажений, обусловленных прохождением канального сигнала по элементам оборудования систем передачи и среды распространения (линии связи).

Разделяющие устройства Фi могут быть линейными и нелинейными. Система передачи называется линейной, или системой передачи с линейным разделением сигналов, если развязывающие устройства являются линейными четырехполюсниками с постоянными или переменными параметрами. Если разделяющие устройства представляют нелинейные четырехполюсники, то такие системы передачи называются нелинейными. В основном применяются системы передачи с линейным разделением каналов (сигналов).

После разделения канальные сигналы поступают на устройства Дi, где осуществляется преобразование канальных сигналов i(t) в первичные сигналы i(t), отличающиеся от первичных сигналов на передачи наличием помех и искажений, вносимых элементами оборудования систем передачи и линий связи (среды распространения).

При разработке и исследовании многоканальных систем передачи обычно известны свойства первичных сигналов, число каналов и характеристики линий связи-среды распространения и помех.

Теория построения многоканальных телекоммуникационных систем должна указать класс канальных сигналов, обеспечивающих принципиальную возможность их разделения, и определить требования к устройствам формирования канальных сигналов и их разделения, обеспечивающих минимальное различие между первичными сигналами на передачи С(t) и приеме Cў (t). Должны быть также указаны пути технической реализации устройств формирования канальных сигналов М, их объединения О и разделения.

В многоканальных системах передачи, кроме внешних помех, возникают специфические помехи, обусловленные неидеальностью функционирования устройств разделения канальных сигналов. Эти помехи проявляются как взаимные переходные влияния между каналами. Необходимо указать пути снижения этих влияний до допустимых значений.

Системы передачи должны обеспечивать не только высокое качество передачи сигналов, но и ее необходимую надежность. При этом дальность связи может достигать многих тысяч километров. Важной задачей техники многоканальных систем передачи является также достижение высокой экономической эффективности, которая, как указывалось выше, оценивается стоимостью строительства и эксплуатации 1 км канала передачи. В связи с этим может быть поставлена задача построения многоканальных систем передачи, минимизирующих эти показатели.

Следовательно, основные задачи техники многоканальных систем передачи сводятся к созданию систем, обеспечивающих заданное число каналов, требуемые качество передачи, надежность, эффективность и дальность связи.

Современные многоканальные системы передачи состоят из следующих основных частей (рис.6.2): каналообразующего оборудования (КОО), оборудования сопряжения (ОС), Оборудования линейного тракта (ОЛТ), унифицированного генераторного оборудования (УГО) и сервисного оборудования (СО).

 
 

 


 

Рис. 6.2 - Унифицированное оборудование многоканальных систем передачи

Каналообразующее оборудование для конкретного типа систем передачи является унифицированным и предназначено для создания типовых каналов с характеристиками, соответствующими определенным нормам.

Оборудование линейного тракта является частью системы передачи, в которой сигналы всех каналов объединены в групповой-многоканальный сигнал, параметры которого согласованы с параметрами передачи среды распространения, и называется такой сигнала линейным. Оборудование линейного тракта включает в себя устройства, устанавливаемые на оконечных станциях, линию связи и оборудование промежуточных станций (усилительные или регенерационные пункты).

Оборудование сопряжения является специфическим для каждой системы передачи, оно обеспечивает согласование каналообразующего оборудования с оборудованием линейного тракта.

В состав системы передачи входит также унифицированное генераторное оборудование, вырабатывающие электрические сигналы, необходимые для формирования канальных сигналов, и вспомогательные сигналы, обеспечивающие качественное функционирование всего оборудования систем передачи.

Сервисное оборудование обеспечивает автоматизацию процессов технического обслуживания каналов и трактов систем передачи.

Самой дорогостоящей частью многоканальной системы передачи является каналообразующее оборудование, реализующее различные методы разделения канальных сигналов.

 

Раздел 6.2. Методы разделения канальных сигналов

Методы формирования канальных сигналов и их разделения можно разделить на простейшие, когда первичные сигналы передаются без каких – либо преобразований в исходном диапазоне частот, и методы, основанные на дополнительном преобразовании первичных сигналов в канальные с наделением их определенными отличительными признаками.

Простейшие методы разделения канальных сигналов. Наиболее простым методом разделения канальных сигналов является метод уравновешенного моста, рис. 7.3.

 
 

 

 


 

Рис. 6.3. Схема разделения каналов методом уравновешенного моста

Если сопротивления проводов физической цепи Zп1 = Zп2= Zп, то при Z1= Z2= Z3= Z4= Z0, то схема рис. 6.3 образует уравновешенный мост с сопротивлениями плеч Z0 и Z0 + Zп. В такой схеме разность потенциалов, создаваемая источником сигнала ИС1 между точками а, б и а¢ў, б¢ў равна нулю и, следовательно, сигнал С1(t) от источника ИС1 не воздействует на приемник сигнала ПС2; сигнал С2(t) от источника ИС2 не воздействует на приемник сигнала ПС1, так как разность потенциалов, создаваемая источником сигнала ИС2 между точками с и сў, равна нулю. Таким образом, при идеальной уравновешенности моста двухпроводную физическую цепь (линию связи) можно использовать для организации двух независимых каналов, обеспечивающих передачу сообщений от источника ИС1 к приемнику ПС1 и от источника ИС2 к приемнику ПС2. Цепь в данном примере является трехпроводной: роль третьего провода выполняет “земля”.

Разумеется, если Zп1 ¹ Zп2, то равновесия моста можно добиться соответствующим подбором сопротивлений Z1…Z4. Однако на практике не удается достичь идеального уравновешивания моста и поэтому между каналами возникают взаимные помехи.

Дополнительные цепи, образованные методом уравновешенного моста, называются искусственными или фантомными. Искусственные цепи используются для передачи токов дистанционного питания, совместного телеграфирования и телефонирования, передачи дополнительных телефонных разговоров (в частности, для служебной связи).

Наибольшее применение нашли искусственные цепи на основе дифференциальных трансформаторов, известные как схемы Пикара. При наличии двух двухпроводных цепей с помощью дифференциальных трансформаторов (ДТ1… ДТ3) может быть организована искусственная или фантомная телефонная цепь, рис.7. 8.

Двухпроводные цепи, используемые для устройства искусственной цепи, в этом случае называются основными цепями. В точках А-А дифференциальных трансформаторов искусственной цепи могут быть включены телеграфные аппараты, т.е. на искусственную телефонную цепь может наложена цепь передачи телеграфных сигналов.

 

 
 

 

 


Рис. 6.4- Схема искусственной телефонной цепи

Разделение сигналов по методу уравновешенного моста имеет существенный недостаток: при помощи этого метода удается получить не более двух-трех дополнительных связей на одной физической цепи. Искусственные цепи применяют как вспомогательные, совместно с более совершенными методами разделения канальных сигналов.

Принципы линейного разделения сигналов. Первичные сигналы сi (t), поступающие на входы каналов системы передачи, могут одновременно существовать в одинаковых или перекрывающихся спектрах частот. Как следует из рис.7.1, в устройствах Мi осуществляется формирование отличающихся друг от друга канальных сигналов si(t). Преобразование первичного сигнала ci(t) в канальный сигнал si(t) можно, в общем виде, описать выражением

si (t) = Mi [ ci(t)], (6.2)

где М i – оператор, осуществляющий преобразование i -го первичного сигнала в i -тый канальный сигнал. Как правило, преобразование М i осуществляется путем модуляции сигналом сi(t) некоторого сигнала yi (t), называемого переносчиком. Как известно, процесс модуляции можно представить как умножение модулирующего сигнала сi(t) на переносчик yi(t). Если принять, что сигнал сi(t) представляет собой медленно меняющуюся функцию времени сi, остающейся постоянной на периоде переносчика yi(t), то процесс формирования i –го можно записать в виде

si (t) = ci yi (t). (6.3)

Рассмотрим аддитивную линейную N –канальную систему передачи, в которой групповой сигнал S(t) получается суммированием канальных сигналов sk(t) (6.1), т.е. . (6.4)

Разделяющие устройства Фi представляют линейные четырехполюсники, действие которых описывается линейным оператором Фi. Операцию разделения и преобразования сигналов на приеме можно описать выражением

. (6.5)

В аддитивных линейных многоканальных системах передачи оператор разделения Фi является линейным и поэтому (7.5) можно представить в виде

. (6.6)

Условие разделения сигналов (6.5) с учетом (6.6) можно записать следующим образом:

(6.7)

Выражение (6.7) показывает, что с помощью линейного оператора Фi i-го канала из группового сигнала выделяется только i-ый канальный сигнал si(t) и что на выходе i-го канала сигналов, передающихся по другим каналам не будет. Затем с помощью устройства Дi (рис.6.1) i -ый канальный сигнал преобразуется в i -ый первичный сигнал сi (t).

Чтобы канальные сигналы удовлетворяли условию разделения (6.7), они должны быть линейно независимыми. Канальные сигналы, как функции времени, s1(t)=c1y1(t), s2(t)=c2y2(t)… sN(t)=cN(t) будут линейно независимыми, если нельзя подобрать такие числовые коэффициенты с1, с2,…сN, не равные нулю, для которых

с1y1(t) + c2 y2(t) +...+ cN yN(t) є 0. (6.8)

 

Действительно, коэффициенты с1, с2,... сN характеризуют амплитуду первичных сигналов которую, как допускалось выше, можно считать постоянной на периоде переносчика yi(t). Если канальные сiyi(t) сигналы линейно зависимы, то при некоторых значения коэффициентов сi можно получить S(t) = c1y1(t) + c2y2(t) +... + cNyN є 0. При этом Фi [ S(t) ] = Фi [ 0 ] = 0, т.е. условия разделения (6.7) не выполняется. Тождество (6.8) возможно лишь при с12=... сN=0.

Следовательно, для получения линейно независимых канальных сигналов необходимо использовать линейно независимые переносчики yi (t), так как канальные сигналы представляют собой модулированные переносчики.

Можно показать, что к линейно независимым относятся, например, следующие последовательности функций:

или ,

если a0, a1,..., aN – вещественные числа.

Для функций вида y1(t) = 1; y2(t) = cos2wt; y3(t) = sin2wt имеем y1(t) +y2(t) +y3(t) = – 1 + cos2wt + sin2wt = 0, что означает их линейную зависимость. Линейное разделение функций такого вида невозможно, и их, следовательно, нельзя использовать в качестве переносчиков для формирования канальных сигналов.

В общем случае критерий линейной независимости функций y1(t)...yN(t), определенных на интервале 0Ј t Ј T, дается теоремой Грама, которая формулируется следующим образом:

Для того чтобы функции y1(t), y2(t),..., yN(t) были линейно независимыми, необходимо и достаточно, чтобы был отличен от нуля определитель матрицы зз ai j зз, элементы которой определены соотношением

 

(6.9)

Таким образом, условие линейной независимости функций yi(t) можно записать в следующей форме:

, (6.10)

где G [ ] называется определителем Грамма.

Из множества функций, удовлетворяющих условию (6.10), выделяется класс ортогональных функций. Функции yi(t) (i = 0, 1, 2,..., N) называются ортогональными с весом p(t) на интервале 0..Т, если они удовлетворяют следующим условиям:

(6.11)

где p(t) – некоторая фиксированная неотрицательная функция, не зависящая от индексов i и j и для большинства ортогональных функций равна; kj2 постоянная величина, пропорциональная среднеквадратичному значению или средней мощности j -го сигнала. Для некоторого класса ортогональных функций весовая функция p(t)=1.

Известно много классов функций, удовлетворяющих условию ортогональности. К ортогональным функциям времени относятся периодические последовательности импульсов, не перекрывающиеся во времени. На основе таких переносчиков строятся многоканальные системы передачи с временным разделением каналов (СП с ВРК), основанные на различных видах импульсной модуляции.

К классу ортогональных сигналов относятся и канальные сигналы с неперекрывающимися частотными спектрами. В таких системах передачи канальные сигналы являются ортогональными в частотной области, т.е. они удовлетворяют соотношению

(6.12)

На основе таких канальных сигналов строятся системы передачи с частотным разделением каналов (СП с ЧРК).

Из всего сказанного следует, что обобщенную структурную схему линейной аддитивной многоканальной системы передачи можно представить в следующем виде, рис.6.5.

 

 

 

Рис.14.1 - Классификация сетей передачи данных

Сеть может размещаться на ограниченном пространстве, например, в отдельном здании, в аудитории. При этом она называется локальной вычислительной сетью - ЛВС (Local Area Network - LAN). Основными технологиями локальных вычислительных сетей, которые применяются в настоящее время, являются Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Другие технологии ЛВС (Token Ring, 100VG-AnyLAN, FDDI и др.) используются редко.

Совокупность нескольких локальных сетей называют составной или глобальной сетью (internetwork, internet). В составную сеть могут входить подсети (subnet) различных технологий. Крупные фирмы (корпорации) создают свои собственные сети (intranet), которые используют технологии как глобальных, так и локальных сетей.

Объединение пользователей, расположенных на широком географическом пространстве, например, в разных городах, для совместного использования информационных данных, производится с помощью глобальных вычислительных сетей – ГВС (Wide Area Network - WAN).

Глобальные сети передачи данных строят на основе различных сетевых технологий. При этом используются:

- цифровые выделенные линии или соединения, которые бывают постоянные (permanent dedicated connections) или арендуемые (leased dedicated lines). Цифровые выделенные линии включают технологии плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy - PDH) и синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH);

- цифровые сети интегральных служб с коммутацией каналов (Integrated Services Digital Network – ISDN);

- цифровые абонентские линии (Digital Subscriber Line - DSL);

- аналоговые выделенные линии с применением модемов;

- аналоговые сети с коммутацией каналов (dialup), т.е. аналоговые АТС.

- сети с коммутацией пакетов:

- сети технологии X.25; сети трансляции кадров Frame Relay; ATM – Asynchronous Transfer Mode;

- сети технологии IP.

Наиболее производительными являются технологии PDH, SDH. Например, скорость передачи данных технологии PDH составляет от 2 Мбит/с до 139 Мбит/с; технологии SDH – от 155 Мбит/с до 10 Гбит/с и выше. Основными аппаратными средствами технологии PDH, SDH являются мультиплексоры (MUX).

В зависимости от предъявляемых требований в глобальных вычислительных сетях могут использоваться технологии виртуальных каналов, применяемых в сетях X.25, Frame Relay, ATM. Технология X.25 использует ненадежные аналоговые линии связи, поэтому характеризуется низкой скоростью передачи данных (до 48 кбит/с). Однако данная технология применяется до настоящего времени, например, в сетях банкоматов.

Технология Frame Relay обеспечивает более высокую по сравнению с Х.25 скорость передачи данных до 2 – 4 Мбит/с. Но линии связи должны быть более надежными по сравнению с Х.25.

Наибольшую скорость передачи данных (155 или 620 Мбит/c) обеспечивают сети АТМ. Однако развитие этих сетей сдерживает их высокая стоимость.

Компромиссное решение по цене и скорости передачи данных предоставляют IP сети, получившие в настоящее время наиболее широкое распространение.

Виртуальные частные сети (Virtual private network - VPN) формируются внутри общественной сети, например, Интернета (рис.14.2).

Рис.14.2 - Виртуальная частная сеть

Причем, безопасность и надежность связи VPN обеспечивается на уровне частных сетей. Используя VPN, сотрудники фирмы могут получить безопасный дистанционный доступ к корпоративной сети компании через Интернет. Обычно между удаленными пользователями и сетью предприятия устанавливается связь точка – точка (point-to-point).

Существует три типа VPNs:

1. Виртуальные частные сети удаленного доступа (Access VPNs) обеспечивают удаленный доступ мобильным пользователям и малым офисам к сети компании.

2. Виртуальные частные сети интранет (Intranet VPNs) использует выделенные связи (dedicated connections), чтобы соединить региональные и удаленные офисы с внутренней сетью по разделяемой инфраструктуре. Сети Intranet VPNs отличаются от Extranet VPNs в том, что позволяют доступ только служащим предприятия.

3. Сети экстранет (Extranet VPNs) соединяет деловых партнеров с внутренней сетью по разделяемой инфраструктуре. Extranet VPNs позволяют доступ пользователям вне предприятия. Безопасность доступа обеспечивается через пароли, идентификаторы и т.д.

Раздел 14.2. Принципы построения систем коммутации

Под коммутацией понимается замыкание, размыкание и переключение электрических цепей. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах. На сетях электросвязи посредством коммутации абонентские устройства соединяются между собой для передачи (приема) информации. Абонентские устройства в некоторых случаях называют оконечными устройствами сети. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах (КУ), являющихся составными частями сети электросвязи.

Абонентские устройства сети соединяются с КУ абонентскими линиями (АЛ). КУ, находящиеся на территории одного города (населенного пункта), соединяются соединительными линиями (СЛ). Если коммутационные узлы находятся в разных городах, то линии связи, соединяющие их, называются междугородными или внутризоновыми.

Коммутационный узел, в который включаются абонентские линии, называется коммутационной станцией или просто станцией. В некоторых случаях абонентские линии включаются в подстанции (ПС). Лицо, пользующееся абонентским устройством для передачи и приема информации, называется абонентом. Для передачи информации от одного абонентского устройства сети к другому требуется установить соединение между этими устройствами через соответствующие узлы и линии связи. Для осуществления соединения на коммутационных узлах устанавливается коммутационная аппаратура.

Совокупность линейных и станционных средств, предназначенных для соединения оконечных абонентских устройств, называется соединительным трактом. Число коммутационных узлов между соединяемыми абонентскими устройствами зависит от структуры сети и направления соединения.

Для осуществления требуемого соединения коммутационный узел и абонентское устройство обмениваются управляющими сигналами.

На КУ соединение может устанавливаться на время, необходимое для передачи одного сообщения (например, одного телефонного разговора), или на длительное время, превышающее время передачи одного сообщения. Коммутация первого вида называется оперативной, а второго - кроссовой (долговременной).




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-10-17; Просмотров: 3517; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.067 сек.