Основы построения инфокоммуникационных

Основы построения инфокоммуникационных

Систем и сетей (ОПИКС и С)

1.1 Основные понятия и определения

 

Рис. 1 - Обобщенная структурная схема системы электросвязи

Транзитные (телекоммуникационные) узлы - ТУ

Рис. 2 - Телекоммуникационная сеть

Сети с коммутацией каналов → используют коммутаторы

Сети с коммутацией пакетов→ используютмаршрутизаторы

Единая сеть электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ)

Мультиплексирование каналов

 

Рис. 3 - Мультиплексирование каналов в линии связи

Многоканальные системы передачи (МСП):

- с частотным разделением каналов (системы ЧРК) – АСП;

- с временным разделением каналов (системы ВРК);

- со спектральным уплотнением по длине волны (WaveDivisionMultiplexing – WDM).

Рис. 4 – Структурная схема N-канальной СП

 

Первичные сигналы - С1(t), С2(t)... Сn1(t)

Канальные сигналы - U1(t), U2(t)…Un(t)

Групповой сигнал - U∑ (t) = Ui(t)

Сигнал, поступающий на вход приемной части МТС -

Первичные сигналы на выходе каналов -

КТЧ: Δ F_{с КТЧ} = 0, 3 … 3, 4 кГц

АСП → Δ F _КТЧ≈ 4 кГц

ЦСП → F_д = 8 кГц → m = 8 → ОЦК → F_ОЦК = 64 кГц

PDH- PlesiochronousDigitalHierarchy(ПЦИ)

32 ОЦК → 64 х 32 = 2048 кГц(кбит/сек) → ПЦП → Е1

4Е1→ Е2

4Е2→ Е3...

Иерархия скоростей передачи PDH

Потоки	ОЦК	Е1	Е2	Е3	Е4
Скорость, кбит/с
Кол-во рабочих каналов

 

Е2 = (4·Е1 + 256) кбит/с

 

SDH- SуnchronousDigitalHierarchy

STM - SуnchronousTransportModule

Иерархия скоростей передачи SDH

Потоки	STM-1	STM-4	STM-16	STM-64	STM-256
Скорость, Мбит/с	155, 520	622, 080	2488, 32	9953, 38	39813, 52
Кол-во потоков Е1
Кол-во раб.каналов

 

STM-1 → STM-4 → STM-16 → STM-64...

Технология спектрального уплотнения по длине волны - WDM

Технология плотного спектрального уплотнения DenseWDM – DWDM

 

Параметры и характеристики первичных сигналов

1. Эффективно передаваемая полоса частотсигнала:

 

F_с = F_мин ... F_макс, (Гц)

2. Ширина полосы частот, занимаемая сигналом:

 

∆ F_с = F_макс-F_мин, (Гц)

3. Динамический диапазон сигнала:

, (дБ)

Пик-фактор

, (дБ)

5. Пик-фактор в безразмерных величинах:

Взаимосвязь между динамическим диапазоном и пикфактором сигнала

где - коэффициент сигнала

6. Защищенностьсигнала:

, (дБ)

Объем сигнала

V_c =T_cD_cDF_с (с ∙ дБ ∙ Гц)

 

8.Количество информации в сигнале или производительность источника сигнала:

, бит/с

1.4 Первичные сигналы

1) Телефонный сигнал

Диапазон частот - Fтлф = 0, 3...3, 4 кГц.

Ширина диапазона - ∆ Fтлф = 3, 1 кГц.

Средняя мощность телефонного сигнала - Wср = 88 мкВт.

Коэффициент активности телефонного сигнала - Какт.тлф = 0, 25...0, 35.

С учетом коэффициента активности -Wср = 32 мкВт.

Средний уровень- рср.тлф = -15дБ.

Максимальная мощность сигнала - Wmax =2220мкВт.

Динамический диапазон сигнала - Dтлф=35...40 дБ.

Пик-фактор речевого сигнала -

Количество информации - Iтлф = 8000 бит/c.

 

2) Сигнал звукового вещания

Диапазон частот - Fвещ = 15... 20000Гц.

Ширина диапазона - ∆ Fвещ≈ 20 кГц.

Диапазон частот КВ 1-го класса - Fвещ1кл = 0, 5... 10кГц.

Диапазон частот КВ высшего класса (стерио) - Fвещст = 0, 3... 15кГц.

Средняя мощность телефонного сигнала - Wсрвещ = 923 мкВт.

Динамический диапазон сигнала - Dвещ= 100 дБ.

Ограниченный динамический диапазон сигнала - Dвещ= 40...50 дБ.

Количество информации - Iвещ = 180кбит/c.

3) Факсимильный сигнал

Скорости развертки – 732Гц, 1100Гц или 1465Гц.

Динамический диапазон сигнала - Dфакс= 25 дБ.

Пик-фактор речевого сигнала -

Количество информации - Iфакс = 11, 7 кбит/c.

 

 

4) Телевизионный сигнал

Диапазон частот - Fтв = 0...6 МГц.

Ширина диапазона - ∆ Fтв = 6 МГц.

Динамический диапазон сигнала - Dтв=40 дБ.

Пик-фактор речевого сигнала -

Количество информации - Iтв = 80 Мбит/c.

 

 

5) Телеграфные сигналы и сигналы передачи данных

Рис. 5 – Временные диаграммы импульсных сигналов:

а) однополярные; б) двухполярные

 

 

Рис. 6 – Спектральная плотность видеоимпульса

 

 

1.5 Каналы передачи, их классификация

 

Параметры каналов

1) Эффективно передаваемая полоса частот -DF_к;

2) Время, в течение которого канал предоставлен для передачи сигналов - Т_к;

3) Динамический диапазон:

,

где W_кмакс – максимальная неискаженная мощность, которая может быть передана по каналу;

W_кмин – минимальная мощность сигнала, при которой обеспечивается необходимая защищенность от помех.

Условие безъискаженной передачи:

.

4) Емкость канала:

V_к = D_к× F_к× T_к.

V_к³ V_с.

5) Защищенность от помех:

,

где W_п – мощность помех в канале.

6) Пропускная способность канала:

,

где W_ср – средняя мощность сигнала, передаваемого по каналу сигнала.

 

1.6 Канал тональной частоты

 

Рис. 7 - Канал передачи как четырехполюсник

 

Обозначения:

- 1-1 и 2-2 - входные и выходные зажимы соответственно;

- I_вхи I_вых–входной и выходной токи;

- U_вхи U_вых –входное и выходное напряжения;

- Z_вхи Z_вых –входное и выходное сопротивления (как правило, величины чисто активные и равные, т.е. Z_вх = R_вх= Z_вых = R_вых);

- K = U_вых / U_вх–коэффициент передачи по напряжению;

-р_вхир_вых– входной и выходной уровни напряжения или мощности сигналов.

Типовой аналоговый канал передачи с полосой частот 300…3400 Гц называется каналом тональной частоты – КТЧ.

р_вх= - 13 дБм; р_вых = + 4 дБм.

Рис. – Односторонний канал передачи

 

Рис. Двусторонний канал передачи

 

Рабочее затухание канала:

,

где р_вхи р_вых – уровни на входе и выходе канала;

- а_r – затухание i-го четырехполюсника, составляющего канал передачи;

- S_j- усиление j-го четырехполюсника, составляющего канал передачи.

Остаточное затухание(ОЗ):

,

где f0 - измерительная частота, f_о = 1020 Гц.

а_{ост2х пр} = 0 – (-7) = 7 дБ.

а_{ост4х пр} = -13 – 4 = - 17 дБ.

 

КТЧ вносит усиление равное 17 дБ.

 

Квантование по уровню

Рис. 25 – Квантование АИМ-отсчетов по уровню

 

Ошибка квантования:

Мощность шума:

Wкв= .

 

 

Помехозащищенность сигнала от шумов квантования:

Аз шкв = Рс – Ршкв.

 

Если ∆ =const:

Разрядность кода:

 

 

Рис. 26- неравномерная шкала квантования

 

Мощность шума квантования:

Wшквi= ,

WSшкв = .

Защищенность от шумов квантования выравнивается:

Рис. 27 – АХ компрессора и экспандера

 

Рис.28 – Применение компрессора и экспандера

 

Работу компандера оценивают коэффициентами:

,

.

Коэффициент компандирования:

 

Кодирование

 

Натуральный код

 

 

Рис. 29 –Шкала кодера, использующего натуральный код

 

Число разрешенных к передаче уровней:

.

Разрядность кода:

,

где C – целое значение ³ loq₂L

 

Кодовая комбинация:

N =

где m – разрядность кода;

аi - символ разряда (аi =0 или 1).

Пример

Uкв1=5В

Uкв2=-5В

D=1В

Uогр = ±6В.

 

Рис. 30 – Пример кодирования с использованием натурального кода

 

Решение:

, .

 

Уровни: N1 =11иN2 =1.

N1 = 1∙ 2 +0∙ 2 +1∙ 2 +1∙ 2 =11.

 

Разряд
Символ

 

Кодовая комбинация: 1011.

Рис. 31 – Вид кодовой комбинации для Uкв1=5В

 

N2 = 0∙ 2 +0∙ 2 +0∙ 2 +1∙ 2 =1.

 

Разряд
Символ

 

Кодовая комбинация: 0001.

Рис. 32 – Вид кодовой комбинации для Uкв2= -5В

Симметричный код

Рис. 33 - Шкала кодера, использующего симметричный код

 

Разрядность кода:

,

m = Ц {loq₂L}+1,

где «1» - знаковый разряд.

Кодовая комбинация:

N = a₁ + ,

где а1 – знаковый символ.

Для рассматриваемого примераN1 =+5; N2=-5.

Решение:

,

m = 1+{loq₂6}=1+3 =4.

Разрядность кода не изменилась.

Рис. 34 - Пример кодирования с использованиемсимметричного кода

 

Для первого отсчета - N1 =-5.

N1 == 1+1∙ 2 +0∙ 2 +1∙ 2 = +5.

Разряд
Символ

 

Кодовая комбинация: 1101.

Рис. 35 - Вид кодовой комбинации для Uкв1=5В

 

Для второго отсчета: N2 =+5.

N2 == 0+1∙ 2 +0∙ 2 +1∙ 2 = -5.

 

Разряд
Символ

 

Кодовая комбинация: 0101.

Рис. 36 - Вид кодовой комбинации для Uкв2= -5В

 

Цифровое компандирование

 

 

Рис.29 – Шкала квантования для импульсов положительной полярности кодера с цифровымкомпандированием

 

 

 

Таблица эталонных напряжений

N сегмента	Шаг квант. внутри сегментаDi	Код сегмента	Нижняя граница сегмента	Эталонные напряжения в пределах одного сегмента
	D		0D	8D 4D 2DD
	D		16D	8D 4D 2DD
	2D		32D	16D 8D 4D 2D
	4D		64D	32D 16D 8D 4D
	8D		128D	64D 32D 16D 8D
	16D		256D	128D 64D 32D 16D
	32D		512D	256D 128D 64D 32D
	64D		1024D	512D 256D 128D 64D

Uкв = Uнг + а_i·D_i·2^4-к

Пример

UАИМ=+353D.

Амплитуда квантованного отсчета:

Uкв = 256D + 0·128D+1·64D+1·32D+0·16D = 352D.

Структура кодовой комбинации:

Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 Р8

1 1 0 1 0 1 1 0

Ошибка квантования для этого отсчета равна:

= +353D - 352D = 1D.

Число разрешенных к передаче уровней:

16²= 256.

Порог ограничения такого кодера:

Uогр = 1024D + 512D+ 256D+128D+64D = 1984D.

 

Рис.30 – Порядок кодирования номера сегмента (красным отмечено кодирование номера сегмента для отсчета, рассмотренного в примере)

 

Пример

UАИМ = +362∆.

1 такт.

UАИМ= +362∆ > 0∆ → К → 0 → «1» на 1-ом выходе ЦР.

2 такт.

UАИМ = +362∆ > 128∆ → К → 0 → «1» на 2-ом выходе ЦР.

3 такт.

UАИМ=+362∆ < 512∆ → К → 1 → на 3-ом выходе ЦР формируется «0».

4 такт.

UАИМ = +362∆ > 256∆ → К → 0 → «1» на 4-ом выходе ЦР.

5 такт.

UАИМ=+362∆ < (256∆ +128∆ )→ К → 1→ на 5-ом выходе ЦР «1» формируется « 0 ».

6 такт.

UАИМ=+362∆ > (256∆ +64∆ ) → К → 0 → « 1 » на 5-ом выходе ЦР.

7 такт.

UАИМ=+362∆ > (256∆ +64∆ +32∆ ) → К → 0 → « 1 » на 7-ом выходе ЦР.

8 такт.

UАИМ = +362∆ < (256∆ +64∆ +32∆ +16∆ ) → К → 1 → на 8-ом выходе ЦР формируется « 0 ».

Величина квантованного отсчета:

Uкв= 256∆ +64∆ +32∆ = 352∆.

Вид кодовой комбинации:

Р1	Р2	Р3	Р4	Р5	Р6	Р7	Р8

Ошибка квантования:

ξ = UАИМ - Uкв = 362∆ - 352∆ = 10∆ > (∆ /2 = 8∆ ).

Декодер ИКМ

Рис.32 – Структурная схема декодера ИКМ

 

Пример: задана комбинация 11010110.

Uкв = 256∆ + 64∆ + 32∆ + 8∆ = 360∆.

ξ кв = UАИМ -Uкв = 362∆ - 360∆ = 2< (∆ /2 = 8∆ ).

 

Цикл передачи системы с ИКМ

Рис. 33 – Стриктура цикла

 

Число канальных интервалов:

Nки = Nктч + Nси,

где Nктч – число КИ, где размещены кодовые группы КТЧ;

Nси– число КИ, где размещена служебная информация.

Канальный интервал:

.

Частота следования циклов:

F_ц= = fд.

Частота следования канальных интервалов:

fки = fд (Nктч+Nси).

Тактовая частота цифрового потока:

fт = fд∙ m ∙ (Nктч+ Nси).

Например

Определим тактовую частоту цифрового потока системы передачи ИКМ-30, для которой:

- fд= 8 кГц;

- m = 8;

- Nктч = 30;

-Nси = 2.

fт = 8· 8 · (30+2) = 2048 кбит/с → 2М → Е1.

 

Системы синхронизации ЦСП

Цикловая синхронизация (ЦС)

Рис. 34 – Приемник синхросигнала

 

Рис. 35 – Поиск синхросигнала

 

 

Тактовая синхронизация (ТС)

 

Рис. 37 – Временная и спектральная диаграмма ИКМ - сигнала

 

 

Рис.38 - Устройство тактовой синхронизации (УТС)

 

С ИКМ

 

Рис.39 - Структурная схема оконечной станции ЦСП с ИКМ

 

На рис.39 обозначено:

УВУ – устройство временного уплотнения

f_д, f_к, f_т– частота дискретизации, частота следования канальных интервалов (каналов), тактовая частота

СУ – согласующее устройство

СС – синхросигнал

ПК – преобразователь кода (преобразует станционный код в линейный)

ЛР – линейный регенератор

ВТЧ – выделитель тактовой частоты

Пер СС – передатчик СС

ПрСС – приёмник СС

Рис. 40 – Преобразование отсчетов АИМ-1 в отсчеты АИМ-II

Цифровой линейный тракт

 

Рис. 44 – Структура ЦЛТ

Нормирование помех в ЦЛТ

Рис. 49 – Искажения сигнала вследствие ошибки регенерации

 

При:

- F_д = 8 кГц;

- в 1 минуту по каналу будет передано 4, 8· 10⁵ кодовых комбинаций или 10⁶ символов 1 и 2 разрядов.

Вероятность появления ошибки для линейного тракта должна удовлетворять условию:

Р_ошдоп ≤ 1/10⁶ = 10^-6.

Для цифрового сигнала телевидения допустимая вероятность появления ошибки:

Р_ошдоп ≤ 0, 5· 10^-6.

 

Основы построения инфокоммуникационных

Систем и сетей (ОПИКС и С)

1.1 Основные понятия и определения

 

Рис. 1 - Обобщенная структурная схема системы электросвязи

Транзитные (телекоммуникационные) узлы - ТУ

Рис. 2 - Телекоммуникационная сеть

Сети с коммутацией каналов → используют коммутаторы

Сети с коммутацией пакетов→ используютмаршрутизаторы

123Следующая ⇒

Поделиться: