Для большинства из 100 лет прошедшего столетия подключение телефона абонента к телефонной станции (или «локальный участок линии связи», «последняя миля») осуществлялось медным проводом (витая пара), скрытым в подземных коллекторах или протянутым по воздуху.

Длительное время используемая полоса пропускания не превосходила 3 кГц, что ограничивалось аналоговыми оконечными устройствами. Однако витая пара по своей сути способна к намного более высоким полосам пропускания и по коротким расстояниям может нести видеосигнал или широкополосные данные. Новые технологии (ISDN и ADSL) были разработаны, чтобы обеспечить более высокую производительность на существующей инфраструктуре.

Кроме того, в 1990 годы. кабельные компании вложили значительные капиталы в альтернативные каналы подключения к домам. Здесь использовались как технологии витой пары, так и волоконно-оптические и коаксиальные кабели. В большинстве случаев эти кабельные сети были проведены, чтобы обеспечить трансляцию телевидения. Однако создавшиеся коммуникационные возможности, их высокая полоса пропускания могут эксплуатироваться также чтобы организовать другие формы цифровых услуг.

ISDN

Цифровая сеть с предоставлением комплексных услуг (Integrated Services Digital Network - ISDN) могла быть расценена как лучшая слишком долго сохраняемая тайна компьютерного сетевого мира. ISDN длительное время была скрыта от пользователей телефонных сетей (Public Switched Telephone Network - PSTN), поскольку она обеспечивает только связь между телефонными станциями , а абонент со станцией по-прежнему соединялся по аналоговому каналу.

ISDN была первоначально доступна в двух версиях:

• Базовая скорость (Basic Rate ISDN - BRI), которая также известна как ISDN-2. BRI предназначена для домашнего пользователя или мелкого бизнеса, состоит из двух «каналов В» (64 Кбит/с) для передачи данных и одного скрытого «канала D» (16 Кбит/с) для информации управления. Два канала по 64 Кбит/с могут использоваться отдельно или соединяться вместе, чтобы образовать канал 128 Кбит/с.
• Первичная скорость (Primary Rate ISDN - PRI) или ISDN-30. PRI состоит из 30 «каналов В» (может быть установлено минимум шесть) по 64 Кбит/с плюс «канал D» на 64 Кбит/с для данных управления. В-каналы могут объединяться в единственный канал на 1.92 Мбит/с.

Цифровые абонентские линии

xDSL - групповое название для разнообразия технологии цифровой абонентской линии (Digital Subscriber Line - DSL), разработанных, чтобы предложить телефонным компаниям путь в бизнес кабельного телевидения. Это не новая идея: компания Bell Communications Research Inc разработала первую цифровую абонентскую линию еще в 1987 году, чтобы организовать поставку «видео по заказу» и интерактивное телевидение по проводной связи. В то время распространение подобных технологий было затруднено из-за недостатков стандартов всей промышленности.

Технологии xDSL предлагают скорости входящей передачи (загрузки) до 52 Мбит/с и исходящей (разгрузки) - от 64 Кбит/с до 2 Мбит/с и более и имеют ряд модификаций:

• асимметричная линия (ADSL);
• высокая битовая скорость (HDSL);
• одиночная линия (SDSL);
• очень высокая скорость передачи данных (HDSL).

Практика показывает, что линии ADSL (Асимметричная Цифровая абонентская линия) наиболее перспективны для бытового применения.

ADSL

Технология ADSL подобна ISDN: обе требуют, чтобы проводные телефонные линии были свободны, и могут использоваться только на ограниченном расстоянии от местной телефонной компании. В большинстве случаев ADSL может работать по соединениям типа витой пары, не нарушая существующие телефонные подключения, что означает, что местные телефонные компании не должны проводить специальные линии, чтобы обеспечить обслуживание ADSL.

ADSL использует тот факт, что поскольку голосовая связь не занимает полную полосу пропускания, доступную от стандартной витой пары, то можно организовать высокоскоростную передачу данных в то же самое время. С этой целью ADSL разбивает максимальную полосу пропускания проводного подключения в 1 МГц на каналы по 4 кГц, из которых один канал используется для простой телефонной системы (обычная телефонная сеть - Plain Old Telephone System - POTS) - голосовая связь, факсимильные и аналоговые модемные данные. Другие 256 доступных каналов используются для параллельной цифровой связи. Связь асимметрична: 192 канала по 4 кГц используются для передачи входящей информации и только 64 - для исходящей.

ADSL может рассматриваться как преобразования последовательной строки цифровых данных в параллельную строку, таким образом увеличивая пропускную способность. Методика модуляции известна как дискретная многочастотная (Discrete Multitone - DMT), кодирование и декодирование выполняется соответственно тем же самым способом, как и обычным модемом.

Когда обслуживание сначала стало коммерчески доступным, единственным оборудованием, которое должны были использовать подписчики ADSL, был специальный модем. Аппарат имеет три выхода: разъем к стенному гнезду и затем к телефонной станции; стандартное RJ11 телефонное гнездо для обслуживания аналогового телефона; и соединитель витой пары Ethernet, который подключает модем ADSL к ПЭВМ.

На стороне пользователя модем ADSL собирает высокочастотные цифровые данные и транслирует их для передачи на персональный компьютер или в сеть. На стороне телефонной службы мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (Digital Subscriber Line Access Multiplexer - DSLAM) подключает пользователя ADSL к высокоскоростному , агрегируя входящие линии ADSL в единственное подключение для передачи голоса или данных. Телефонные сигналы направляются на коммутируемую телефонную сеть, а цифровые - в Интернет через высокоскоростную магистраль (стекловолокно, асинхронную передачу данных или цифровую абонентскую линию).

192 канала по 4 кГц обеспечивают максимальную полосу пропускания 8 Мбит/с. Тот факт, что услуги ADSL ограничены пределом в 2 Мбит/с, объясняется искусственным сужением полосы и тем, что фактические уровни работы зависят от ряда внешних факторов. Они включают длину проводки, количество проводов датчика, «висящие пары» и взаимные помехи. Ослабление сигнала увеличивается с длиной линии и частотой и уменьшается с увеличением диаметра проводов. «Висящая пара» - незамкнутая проводная пара, которая находится параллельно основной проводной паре, например, каждое неиспользованное телефонное гнездо представляет собой «висящую пару».

Если игнорировать влияние «висящих пар», производительность ADSL может быть представлена данными, приведенными в соответствующей таблице.

Производительность ASDL связи

В 1999 года по предложениям Intel, Microsoft , Compaq и других производителей оборудования была разработана спецификация, которая была принята Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union - ITU) как универсальный индустриальный стандарт ADSL, известный как G.922.2 или G.lite. Стандарт предполагает, что пользователи могут делать обычные голосовые телефонные звонки одновременно с передачей цифровых данных. Вносятся некоторые ограничения на скорость - 1.5 Мбит/с по приему данных и 400 Кбит/с по передаче.

ADSL2

В июле 2002 года Международный союз электросвязи закончил два новых стандарта асимметричной цифровой абонентской линии, определяемых как G992.3 и G992.4 для асимметричной цифровой абонентской линии (известных в дальнейшем как ADSL2).

Новый стандарт был спроектирован, чтобы улучшить быстродействие и дальность асимметричной цифровой абонентской линии, достигая лучшей эффективности на длинных линиях в условиях узкополосной интерференции. Скорость ADSL2 для входящего и выходящего информационных потоков достигает соответственно 12 и 1 Мбит/с, в зависимости от дальности связи и других обстоятельств.

Повышение эффективности достигалось за счет следующих факторов:

• улучшенная технология модуляции - сочетание четырехмерной треллис-модуляции (на 16 состояний) и 1-битовой квадратурной амплитудной модуляции (QAM), что дает, в частности, повышение устойчивости по отношению к помехам со стороны AM радиовещания;
• использование переменного количества служебных битов (которые в ADSL постоянно занимают полосу в 32 Кбит/с) - от 4 до 32 Кбит/с;
• более эффективное кодирование (на основе метода Рида - Соломона, Reed-Solomon code).

ADSL2+

В январе 2003 года ITU вводит стандарт G992.5 (ADSL2+) - рекомендация удваивает ширину полосы входящего информационного потока, таким образом, увеличивая скорость передачи данных на телефонных линиях короче, чем приблизительно 1.5 км.

В то время как стандарты ADSL2 определяют диапазон частот входящего информационного потока в 1.1 МГц и 552 кГц соответственно, ADSL2+ увеличивает эту частоту до 2.2 МГц. Результат - существенное увеличение скоростей передачи данных нисходящего информационного потока на более коротких телефонных линиях.

ADSL2+ также позволяет уменьшить взаимные помехи. Это может быть особенно полезным, когда линии асимметричной цифровой абонентской линии как от центральной станции, так и от удаленного терминала находятся в одной связке, поскольку они приближаются к домам клиентов. Взаимные помехи могут значительно вредить скоростям передачи данных на линии.

ADSL2+ может исправить эту проблему путем использования частот ниже 1.1 МГц от центральной станции до удаленного терминала, и частот между 1.1 и 2.2 МГц от удаленного терминала до абонентского пункта. Это устранит большинство переходных помех между службами и сохранит скорости передачи данных на линии от центральной станции.Другие технологии xDSL

Таблица характеристик технологий xSDL

Тип сети	Скорость связи, Мбит/с		Расстояние, км
	Исходящий поток	Входящий поток
RDSL	128 Кбит/с 1	600 Кбит/с 7	3.5 5.5
HDSL	2.048		4.0
SDSL	1.544-2.048		3.0
VDSL 1	1.6-2.3	12.96 25.82 51.84	1.5 1.0 0.3

RADSL

В 2001 года была введена спецификация адаптивной скорости передачи (Rate Adaptive Digital Subscriber Line - RADSL), в которой предусмотрена коррекция скорости передачи согласно длине и качеству местной линии. Ранее подписчики должны были располагаться в пределах 3.5 км от местной телефонной станции, чтобы можно было подключить ADSL. Для RADSL дальность расширена до 5.5 км, а шумовые допуски увеличились от 41 до 55 дБ.

HDSL

Технология HDSL симметрична, означая, что обеспечивается одна и та же полоса пропускания для выходного и входного потоков данных. Здесь используется проводка с 2-3 и более витыми парами в кабеле. Хотя типичная дальность (3 км) ниже, чем для ADSL, но могут быть установлены повторители сигнала несущей, что позволяет удлинить связь на 1 - 1.5 километра.

SDSL

Технология аналогична HDSL, но с двумя исключениями: используется единственная проводная пара и максимальная длина ограничена 3 км.

VDSL

Это самая быстрая технология цифровой абонентской линии. Скорость входного потока 13-52 Мбит/с, а выходного - 1.6-2.3 Мбит/с по единственной проводной паре. Однако максимальная дистанция связи составляет только 300-1500 м и оборудование ADSL и VDSL несовместимы, хотя и используются сходные алгоритмы сжатия и технологии модуляции.

Кабельные модемы. Кабель-модемы предлагают перспективу быстрого доступа к Интернет, используя существующие широкополосные сети кабельного телевидения. Технология соответствует, скорее, домашним, нежели офисным применениям, так как обычно жилые кварталы более охвачены кабельной связью.

Типичные устройства, изготовленные, например, такими продавцами, как Bay Networks или Motorola, - внешние модули, присоединяемые к клиентским ПЭВМ через интерфейсы Ethernet, USB или FireWire. В большинстве случаев кабельному модему пользователя назначается единственный IP адрес, но могут быть либо поставлены дополнительные адреса IP для нескольких компьютеров, либо несколько персональных компьютеров могут совместно эксплуатировать единственный адрес IP, используя proxy сервер. Кабельный модем использует один или два канала телевидения на 6 МГц.

Поскольку сеть кабельного телевидения имеет шинную топологию, каждый кабельный модем в окрестности совместно использует доступ к единственной коаксиальной кабельной магистрали.

Кабель имеет ряд практических недостатков по сравнению с хDSL: не все дома снабжены кабельным телевидением, а некоторые - не будут никогда; кроме того, для многих пользователей, которые подсоединены, все же более вероятно размещение персональных компьютеров поблизости от телефонного гнезда, нежели у телевизора или кабельного ввода. Однако для многих домашних пользователей кабель дает перспективу быстрого доступа к Интернет по доступной цене. Теоретически возможны скорости до 30 Мбит/с. Практически кабельные компании устанавливают скорости исходящего потока в 512 Кбайт/с, а входящего - 128 Кбайт/с.

Широкополосная спутниковая связь

Поскольку максимальная дистанция, поддерживаемая xDSL, - от 3.5 до 5.5 км, она оказывается недоступной для многих сельских районов. В теории спутниковая связь может достигать почти любых точек, и спутниковая широкополосная передача становится все более и более выполнимым решением для тех, для кого ADSL и кабельная связь недостижимы.

Существенным преимуществом спутниковых систем связи по сравнению с пейджинговой и сотовой является отсутствие ограничений по привязке к конкретной местности Земли. Ожидается, что в начале XXI в. площадь зон обслуживания сотовых систем приблизится к 15 % площади земной поверхности.

В обозримом будущем системы персональной спутниковой связи способны дополнить системы сотовой связи там, где она невозможна или недостаточно эффективна при передаче информации: в морских акваториях, в районах с малой плотностью населения, в местах разрывов наземной инфраструктуры коммуникаций.

Организация спутниковых систем

В соответствии с международными соглашениями для спутниковых систем связи выделены полосы частот, соответствующие установленным диапазонам.

Таблица диапазонов частот спутниковых систем связи

Современные спутники используют узкоапертурную технологию передачи VSAT (Very Small Aperure Terminals). Такие терминалы используют антенны диаметром 1 м и выходную мощность около 1 Вт. При этом канал к спутнику имеет пропускную способность 19.2 Кбит/с, а со спутника - более 512 Кбит/с. Непосредственно такие терминалы не могут работать друг с другом, но через телекоммуникационный спутник. Для решения этой проблемы используются промежуточные наземные антенны с большим усилением, что, правда, увеличивает задержку.

GSM

В 1982 года Европейская конференция почтовой и электросвязи (Conference of European Posts and Telecommunications - CEPT) сформировала Рабочую группу по проблемам мобильной телефонии (Groupe Special Mobile - GSM), чтобы она разработала общеевропейский стандарт в данной области.

Было принято решение, что системы мобильной телефонии будут разрабатываться на базе цифровой связи, и «GSM» впоследствии стало акронимом для Глобальной Системы Мобильных коммуникаций. В 1989 года ответственность за спецификации GSM перешла от СЕРТ к европейскому Институту Стандартов Телесвязи (European Telecommunications Standards Institute - ETSI). Спецификации GSM (Стадия 1) были изданы в следующем году, но коммерческое использование системы не начиналось до середины 1991 года В 1995 года спецификации Стадии 2 расширили охват на сельские районы, и к концу этого же года около 120 сетей действовали приблизительно в 70 годаографических областях.

В сети GSM выделяются четыре главных компонента:

• мобильная станция (телефон, «трубка»), которой пользуется абонент;
• базовая станция, которая осуществляет радиосвязь с мобильной станцией;
• сеть и подсистема переключения, главная часть которой - центр переключения мобильных услуг, который исполняет переключение запросов между мобильным телефоном и другими стационарными или мобильными пользователями сети так же, как управление мобильными услугами типа установления аутентичности;
• система операционной поддержки, которая наблюдает за надлежащим действием и настройками сети.

Международный Союз Телесвязи (International Telecommunication Union - ITU), который (среди других функций) координирует международное распределение радиоспектра, разместил полосы 890-915 МГц для «восходящего сигнала» (мобильная станция к базе) и 935-960 МГц для «нисходящего» (база к мобильной станции) для мобильных сетей в Европе.

Метод, выбранный GSM, - комбинация FDMA и TDMA. FDMA осуществляет разделение частот полной полосы пропускания в 25 МГц на 124 несущих частоты полосы пропускания по 200 кГц. Одна или более несущих частот отводятся на каждую базовую станцию. Каждая из этих несущих частот, используя схему TDMA, после этого разделяется на восемь временных интервалов. Один интервал времени используется для передачи мобильным телефоном и другой - для приема. Они разнесены во времени так, чтобы мобильная станция не могла одновременно получать и передавать данные (что упрощает электронику).

Система GSM, используемая с переносным персональным компьютером, обеспечивает всестороннее решение проблемы коммуникации в движении. Пропускная способность факса в 9600 бод, наряду со специальными возможностями, подобными международному роумингу и Службе коротких сообщений (Short Message Service - SMS), позволяет мобильным пользователям легко и надежно соединяться при перемещении из страны в страну. Эти способности передачи данных не являются автоматическими - провайдер GSM должен поддерживать эти функциональные возможности для мобильных пользователей. Услугами передачи данных могут быть:

• исходящая передача (Mobile Originated - МО) подразумевает, что пользователи могут посылать данные, находясь в отдаленном месте, используя сеть GSM;
• входящая передача (Mobile Terminated - МТ) - пользователи могут получать данные, факсы или сообщения SMS на ноутбук, используя сеть GSM.

Системы 2G, доступные с конца 1999 года для передачи голоса или данных, занимали единственный временной интервал TDMA, предлагая скорость передачи 9.6 кбод.

Последующее введение Высокоскоростных переключаемых сетей передачи данных (High Speed Circuit Switched Data - HSCSD), которые требовали расширения стандарта GSM, чтобы ввести новый протокол радиосвязи, позволило использовать все восемь интервалов TDMA и увеличить скорость до 76.8 кбод.

WiMAX

Хотя широкополосный доступ к данным был доступен уже в течение некоторого времени, в конце 2002 года в США к нему были подсоединены только 17 процентов пользователей.

Предложенная в это время технология глобального микроволнового доступа (Worldwide Interoperability of Microwave Access - WiMAX) стандарта IEEE 802.16 представляет собой решение проблемы «последней мили» для доступа широких масс пользователей к быстрому Интернет.

Беспроводной широкополосный доступ организован наподобие сотовой связи, используя базовые станции, каждая из которых охватывает радиус в несколько километров. Антенны баз могут размещаться на высоких зданиях, либо на других сооружениях (хотя бы на водонапорных башнях). Принимающее устройство пользователя, подобное спутниковому ТВ-приемнику, через Ethernet-кабель либо через связь 802.11 посылает данные прямо на персональный компьютер, либо в локальную сеть.

Первоначальный стандарт 802.16 предусматривал использование частот 10-66 ГГц, обеспечивавших связь только в пределах прямой видимости, а по версии 802.16а (январь 2003 года), - на частотах от 2 до 11 ГГц, этого не требующих.

Пока что неясно, какая из конкурирующих технологий (HSDPA и WiMAX) одержит верх в конечном счете. В ранних стадиях ожидается, что HSDPA сосредоточится на мобильной голосовой связи и передаче данных на основе платформ сотовой связи, a WiMAX - на поставке данных по широкополосной сети на предприятия и в загородные районы. В конечном счете эти технологии пересекутся, поскольку HSDPA повышает скорости передачи, a WiMAX - мобильность связи.

IEEE 802.11

Спецификации 802.11 была выпущена в 1997 году как стандарт для беспроводных локальных сетей (WLAN). Эта исходная версия предусматривала скорости передачи данных 1 и 2 Мбит/с и набор основных методов передачи сигналов и других услуг. Невысокие скорости передачи данных не удовлетворяли современным требованиям и осенью 1999 года был выпущен вариант IEEE 802.11b стандарта (также известный как «высокоскоростной 802.11») для передачи до 11 Мбит/с.

Стандарт 802.11 определяет две составные части оборудования - беспроводная «станция» (обычно персональные компьютеры, оборудованный беспроводной сетевой интерфейсной платой) и «пункт доступа» (access point - АР), который действует как мост между беспроводными и проводными сетями. Пункт доступа включает приемопередатчик, сетевой интерфейс (типа IEEE 802.3) и программную часть, обеспечивающую соединение по стандарту 802.1d. Пункт доступа действует как базовая станция (база) для беспроводной сети, осуществляя доступ беспроводных станций к проводной сети. Беспроводными конечными станциями могут быть платы 802.11 PC Card, сетевые интерфейсы PCI, ISA или встроенные некомпьютерные клиенты (например, мобильный телефон, поддерживающий стандарт 802.11).

Стандарт 802.11 определяет два режима работы: инфраструктурный (infrastructure mode) и специальный (ad hoc mode). В инфраструктурном режиме беспроводная сеть состоит из одного или более пунктов доступа, связанных с проводной сетевой инфраструктурой и набором беспроводных конечных станций. Эту конфигурацию называют основным сервисным набором (Basic Service Set - BSS). Расширенный сервисный набор (Extended Service Set - ESS) - набор двух или больше BSS, образующих отдельную подсеть. Так как большинство корпоративных WLAN требуют доступа к проводной локальной сети для обслуживания (файловые серверы, принтеры, связи с Интернет), они работают в режиме инфраструктуры.

Специальный режим, также называемый одноранговым режимом (peer-to-peer mode) или независимым основным сервисным набором (Independent Basic Service Set - IBSS), - просто совокупность беспроводных станций 802.11, которые связываются непосредственно друг с другом, не используя пункт доступа или любое подключение к проводным сетям. Этот режим полезен для быстрой и легкой установки беспроводной сети там, где беспроводная инфраструктура не существует или не требуется для услуг типа гостиничного номера, центра переговоров или аэропорта, или там, где доступ к проводной сети запрещен.

Три физических уровня, первоначально определенные в 802.11, включали два метода, базирующихся на радиосвязи с разделением спектра, и нечеткую инфракрасную спецификацию. Стандарты на основе радио работают в пределах полосы ISM на 2.4 ГГц. Эти частоты признаны такими агентствами, как FCC (США), ETSI (Европа) и МКК (Япония) для нелицензируемых радиоопераций. Поэтому изделия, выполненные по 802.11, не требуют лицензирования пользователя или специального обучения. Методы разделения спектра в дополнение к удовлетворению регулирующих требований увеличивают надежность и производительность и позволяют многим независимым изделиям совместно использовать спектр без необходимости координации и с минимальными взаимными помехами.

Исходный стандарт 802.11 определяет скорости радиоволновой передачи данных 1 и 2 Мбит/с, используя два различных и взаимно несовместимых метода передачи с разделением спектра для физического уровня:

• разделение переключением частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS). Станции передачи и приема синхронно переключаются с канала на канал в предопределенной псевдослучайной последовательности. Заранее спланированная последовательность переключения известна только станциям передачи и получения. В США и Европе IEEE 802.11 определяет 79 каналов и 78 различных последовательностей переключения. Если в канале возникают ошибки или высок уровень шума, данные просто передаются повторно, когда приемопередатчик переключается на чистый канал;
• разделение в прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS). Каждый бит, который должен быть передан, кодируется в блок с избыточным кодом, называемым чипом, и закодированные биты передаются одновременно по всей частотной полосе. Код деления на чипы, используемый в передаче, известен только станциям приема и передачи, что затрудняет злонамеренное прерывание передачи или декодирование. Избыточное кодирование позволяет также восстановить поврежденные данные без повторной передачи (код с коррекцией ошибок). DSSS используется в сетях 802.11b.

IEEE 802.11a

Если 802.11b размещается в полосе 2.4 ГГц, то стандарт 802.11а был разработан, чтобы работать в диапазоне 5 ГГц «Нелицензируемая национальная информационная инфраструктура» (Unlicensed National Information Infrastructure). Кроме того, в отличие от 802.11b 802.11а использует полностью отличную схему кодирования - ортогональное мультиплексирование с разделением частот (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing - COFDM) для беспроводного использования внутри помещения.

COFDM расщепляет одну высокоскоростную несущую частоту на несколько поднесущих более малого быстродействия, которые передаются параллельно. Высокоскоростная несущая шириной 20 МГц разделена на 52 подканала, каждый приблизительно по 300 кГц. COFDM использует 48 из этих подканалов для данных, а остающиеся четыре - для исправления ошибок. COFDM поставляет более высокие скорости передачи данных и высокую степень восстановления благодаря схеме кодирования и исправлению ошибки. Метод обеспечивает скорости передачи в 5.12 и 24 Мбит/с.

Беспроводные локальные сети (WLAN) общего доступа (Public Wi-Fi access). Несмотря на то что протокол IEEE 802.11b был рассчитан на то, чтобы поддерживать Ethernet-подобные беспроводные сети в рамках помещения (здания), в начале 2000 года было обнаружено, что если установить приемопередатчик (точку доступа, Access Point - АР) на высокой мачте (от 15 до 50 м) и использовать специальные наружные маршрутизаторы и мосты протокола 802.11b, то можно расширить беспроводную сеть от здания к зданию и таким образом расширить охват (до 500-1000 м).

США взяли на себя инициативу в создании сетей WLAN общего доступа (известных как «Wi-Fi hot spots», или «Wi-Fi»), и к 2001 года их было в США уже больше 5000, или приблизительно 80 % мирового общего количества. Первыми пользователями являлись университеты, компании типа Starbucks (сеть кофейных лавок, которая снабдила в США 650 кафе доступом Wi-Fi) и множество гостиниц. В 2002 года количество Wi-Fi возросло, охватывая такие объекты, как аэропорты, отели и офисные здания.

Успех Wi-Fi представляет проблему для индустрии мобильной телефонии. Многие провайдеры сотовой связи сделали огромные в ЗG-технологии GSM, предполагая, что это будет технология, которая навсегда решит проблемы доступа к Интернет для мобильных пользователей. Однако поскольку WLAN имеет полосу пропускания, достаточно хорошую для видеотелевизионного качества, что может помешать провайдеру мобильных услуг, не отягощенному обязательствами перед 3G, перейти на эту технологию?

Позиция, занятая европейскими компаниями, разрабатывающими беспроводные технологии и инфраструктуру, проста - технологии 3G и WLAN дополняют друг друга: изготовители сотового телефона включают доступ по Wi-Fi в новые модели и разрабатывают модули, которые без затруднений переключают обычный телефон GSM к Wi-Fi в зависимости от того, какой канал связи обеспечивает лучший сигнал.

IEEE 802.11n

Потребность в беспроводных LAN испытала феноменальный рост после ратификации IEEEa 802.11а летом 1999 года Появилось множество пользователей, подключающих ноутбуки к сетям на работе и к Интернет дома так же, как и в магазинах, кафе, аэропортах, гостиницах и других местах, обеспеченных доступом к Wi-Fi. Тем временем, однако, выпуск единиц Wi-Fi оборудования существенно вырос - до 100 млн модулей в 2005 году, сравнительно с менее чем 10 млн в 2001 году Поэтому существующие сетевые инфраструктуры Wi-Fi начали испытывать перегрузку.

Эта ситуация предвиделась, и IEEE (2003 года) принял предложения рабочей группы 802.11 TGn о поправках к стандартам 802.11, предполагающих приблизительно 4-кратное повышение производительности WLAN по сравнению с потоком 802.11a/g.

Спецификация проекта 802.11n отличается от предшественников тем, что предусматривает разнообразие дополнительных режимов и конфигураций для различных скоростей передачи данных. Это дает возможность стандарту обеспечить базовые параметры для всех 802.11n-устройств, разрешая изготовителям охватывать широкий спектр различных приложений и цен на оборудование. Максимальная скорость, допускаемая 802.11n, - до 600 Мбит/с, однако, если аппаратные средства WLAN не поддерживают каждую опцию, они могут быть совместимы со стандартом.

Один из наиболее широко известных компонентов спецификации известен как многократный вход-выход (Multiple Input Multiple Output - MIMO). MIMO использует методику, известную как пространственное мультиплексирование (space-division multiplexing). Передающее устройство WLAN фактически разбивает поток данных на части, названные пространственными потоками, и передает каждый из них через отдельные антенны к соответствующим антеннам-приемникам. Стандарт 802.11n предусматривает до четырех пространственных потоков, даже при том, что совместимые аппаратные средства не обязаны это поддерживать.

Удвоение числа пространственных потоков фактически удваивает скорость данных. Другой дополнительный режим в 802.11n также увеличивает скорость, удваивая ширину канала связи WLAN от 20 до 40 МГц.

Вообще говоря, 802.11n предусматривает 576 возможных конфигураций потока данных. Для сравнения, 802.11g обеспечивает 12 возможных потоков данных, а 802.11а и 802.11b определяют восемь и четыре, соответственно. Таблица демонстрирует характеристики различных версий спецификации 802.11.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Введение
• 1.7 Линии связи ВОСП
• 2.1 Структурная схема зональной системы связи ИКМ - 120
• 5. Расчет основных параметров линейного тракта
• 5.1 Структурная схема оптического линейного тракта
• 5.2 Ретрансляторы
• 5.3 Выбор оптического кабеля и оптических модулей и расчет длины участка регенерации
• 6. Пропускная способность, вероятность возникновения ошибки
• 7. Проектирование и расчет ФНЧ
• 8 Экологичность и безопасность проекта
• 9. Техническое обоснование проекта
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложения

Введение

Жизнь современного общества немыслима без широко разветвлённых систем передачи информации (СПИ). Без них не смогли бы нормально функционировать ни его промышленность, ни сельское хозяйство, ни, тем более, транспорт.

С развитием рыночных отношений в России резко увеличилась потребность предприятий и организаций в услугах различного рода средств связи. Появление новых категорий экономических субъектов (фирм, компаний, корпораций), с одной стороны, и ликвидация старой монолитной структуры управления народным хозяйством страны (Госплана, управлений, министерств и ведомств), с другой, в условиях рыночной конкуренции привели к росту значимости обладания нужной информацией в нужном месте и в нужное время. В результате успешная экономическая деятельность большинства предприятий и организаций стала напрямую зависеть от степени их оснащенности вычислительной техникой (ВТ) и средствами оперативного доступа к информации, рассредоточенной по многим банкам данных как внутри самой страны, так и за ее пределами.

Дальнейшее развитие экономики страны и всех сторон деятельности нашего общества немыслимо без широчайшего внедрения автоматизированных систем управления (АСУ), важнейшей частью которых является система связи (СС) для обмена информацией, а также устройства её хранения и обработки. Современные СС гарантируют не только быструю обработку и высокую надежность передачи информации, но и обеспечивают выполнение этих требований наиболее экономным образом.

Совокупность источника сообщений, передатчика, линии связи (ЛС), приемника и получателя сообщений образует систему связи (СС). В такой системе информация от передатчика к приемнику передается через определенную направляющую физическую среду (через коаксиальный или оптический кабель, либо через радиорелейную или воздушную линию передач) с помощью специальных технических устройств. Относительно высокая стоимость линейных сооружений и кабеля обуславливает необходимость их эффективного, т.е. многократного, использования, что в настоящее время реализуется с помощью многоканальных систем связи (МКСС) - систем передачи информации и данных. Последние обеспечивают высококачественную передачу по одной физической ЛС большого числа как однородных, так и разнородных сигналов электросвязи (телефонных и видеотелефонных, телеграфных и факсимильных, а также измерительных сигналов) практически на любые расстояния.

Основными задачами, решаемыми при создании таких СС, являются увеличение их дальности связи и числа каналов при одновременном обеспечении высококачественной передачи информации и данных. Использование методов многоканальной электросвязи при построении МКСС позволяет организовать большое число одновременно действующих каналов связи (КС), работающих практически независимо один от другого. В настоящее время основным таким каналом является канал тональной частоты (ТЧ), причем все остальные типы КС образуются путем объединения их в группы того или иного числа каналов ТЧ. В инженерной практике известны несколько способов формирования таких каналов (трактов) СС, зависящих от вида направляющей физической среды, энергетических и спектральных характеристик передаваемого сигнала.

В настоящее время в цифровых системах передачи информации (ЦСПИ) широко используются частотное (ЧРК) и временное разделение каналов (ВРК). В таких системах связи аналоговые сигналы, передаваемые в линию связи, с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП) преобразуются в цифровую последовательность двоичных импульсов. В точке приёма эта последовательность импульсов с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) преобразуется в исходные аналоговые сигналы.

многоканальная цифровая система связь

Возможность передачи в едином цифровом формате любых по форме сигналов предопределяет универсальность использования цифрового линейного тракта и высокую помехоустойчивость ЦСПИ, поскольку в них для увеличения дальности связииспользуют регенераторы импульсов, состоящие из решающих пороговых устройств. Благодаря этому регенераторы при значении отношения "сигнал-шум" больше двух () потенциально способны восстановить форму и временные положения искажённых в линии связи сигналов.

Кроме того, ЦСПИ позволяют широко использовать в своей структуре современную дискретную и цифровую элементную базу, включая вычислительную технику и микропроцессоры, что значительно увеличивает их надёжность и уменьшает габариты обслуживаемой аппаратуры связи. Цифровые методы передачи данных позволяют применять и цифровые методы коммутации сообщений, что способствует созданию принципиально новой интегрированной цифровой системы связи (ИЦСС), которая способна без применения устройств АЦП и ЦАП без искажений ответвлять и передавать транзитом большие цифровые и информационные потоки.

Среди таких ИЦСС наиболее перспективными и современными являются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), которые по сравнению с другими СС, работающими по электрическому кабелю, обладают рядом существенных преимуществ, основными из которых являются:

Широкая полоса пропускания, позволяющая реализовать нужное число каналов в одном волоконно-оптическом тракте;

Возможность предоставления абоненту наряду с телефонной связью ряд других дополнительных услуг (телевидение, телефакс, широкополосное радиовещание и пр.);

Высокая защищенность кабеля от электромагнитных помех;

Малое затухание сигнала в тракте (в дБ/км);

Возможность увеличения длины регенерационного участка и, как результат, уменьшение числа необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП);

Значительная экономия цветных металлов и потенциально низкая стоимость волоконно-оптического кабеля;

Большой срок его эксплуатации.

В настоящее время практически на всех городских автоматических телефонных станциях (АТС) активно внедряются ВОЛС.

1. Анализ технического задания

1.1 Основные технические требования

Задачей данной бакалаврской работы является разработка многоканальной цифровой системы связи (ЦСС), к которой предъявлены следующие основные технические требования:

вид передаваемого сообщения - стандартный телефонный сигнал с полосой (0,3 ч 3,4) КГц;

количество каналов - 120;

вид первичной модуляции - импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).

вид уплотнения - временное разделение каналов (ВРК);

тип линии связи - волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС);

максимальная дальность действия - 200 км.

Учет всех требований в совокупности и каждого в отдельности показывает, создание такой системы является сложной задачей.

1.2 Иерархия цифровых систем связи

При построении многоканальных ЦСС используется временное, частотное и кодовое уплотнение, поэтому эти системы условно именуются как ВРК-ИКМ, ЧРК-ИКМ и адресные цифровые системы связи (АЦСС), соответственно. Наиболее широкое применение, особенно в гражданских цифровых системах связи, нашло временное уплотнение каналов и импульсно-кодовая модуляция, т.е. системы типа ВРК-ИКМ, при построении которых, так же как и в случае аналоговых многоканальных систем связи (АМКСС), используется принцип иерархии со следующими градациями, регламентируемыми документами МККТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии) и МККР (Международный консультативный комитет по радиосвязи) по скорости передачи (в настоящее время МККТТ и МККР интегрированы в Международный союз электросвязи (МЭС)):

- первичный цифровой канал - 2048 Кбит/с, что соответствует первичной ЦСП информации и данных с числом каналов равным 30 (ИКМ-30);

- вторичный цифровой канал - 8448 Кбит/с, что соответствует вторичной ЦСП информации и данных с числом каналов равным 120 (ИКМ-120);

- третичный цифровой канал - 34368 Кбит/с, что соответствует третичной ЦСП информации и данных с числом каналов равным 480 (ИКМ-480);

- четвертичный цифровой канал - 139264 Кбит/с, что соответствует четвертичной ЦСП информации и данных с числом каналов равным 1920 (ИКМ-1920) и т.д.

Рисунок 1.1 - Иерархический принцип построения цифровых систем передачи информации и данных

Согласно этому принципу ЦСС более высокого уровня иерархии реализуется путем объединения с помощью дополнительной аппаратуры четырех ЦСС более низкого уровня иерархии (см. рисунок 1.1). Дополнительная аппаратура по определенным алгоритмам осуществляет объединение четырех входных цифровых потоков (информации и данных) в суммарный поток со скоростью передачи примерно в четыре раза большей скорости составленных цифровых потоков.

При таком принципе построения цифровых систем связи учитываются следующие требования:

возможность передачи всех видов аналоговых и дискретных сигналов;

обеспечение как синхронного, так и асинхронного объединения, разделения и транзита цифровых потоков (информации и данных) и сигналов в цифровом виде;

выбор стандартизированных скоростей передачи цифровых потоков (информации и данных) с учетом возможности использования цифровых и аналоговых систем связи.

В качестве базовой ЦСС МККТТ и МККР рекомендует использовать систему ИКМ-30 (ИКМ-30/32), которая строится по классической многоканальной структурной схеме и состоит из 30 основных и 2 вспомогательных каналов связи. У этой системы коэффициент кратности объединения цифровых потоков (информации и данных) выбран равным 4, поскольку в основе техники ИКМ лежит двоичная система исчисления.

Первичная (базовая) ЦСП ИКМ-30 предназначена для работы в городских и сельских сетях связи и обеспечивает организацию 30 каналов ТЧ. Скорость передачи группового цифрового потока (информации и данных) составляет 2048 Кбит/с. Система работает с кабелями марки Т и ТП и может быть использована в качестве каналообразующей для ЦСП более высокого уровня иерархии (второго и выше). В более ранних разработках эта система имела 24 канала связи (ИКМ-24).

Вторичная ЦСП ИКМ-120 предназначена для работы в местных и зональных сетях связи и обеспечивает организацию 120 каналов ТЧ. В ней возможна совместная передача в цифровом виде одной стандартной вторичной группы, исходный спектр которой равен 312.552 КГц, и одного первичного цифрового потока. Скорость передачи группового цифрового потока (информации и данных) составляет 8448 Кбит/с. Этот поток организуется путем объединения четырех первичных потоков со скоростями передачи равными 2048 Кбит/с. Система работает с симметричными междугородными и волоконно-оптическими кабелями, с радиорелейными и спутниковыми линиями связи.

Третичная ЦСП ИКМ-480 предназначена для работы в зональных и магистральных сетях связи и обеспечивает организацию 480 каналов ТЧ. Скорость передачи группового цифрового потока (информации и данных) составляет 34368 Кбит/с. Этот поток организуется путем объединения четырех вторичных потоков со скоростями передачи равными 8448 Кбит/с. Система работает с волоконно-оптическими кабелями и кабелями марки МКТ-4, с радиорелейным и спутниковыми линиями связи.

Четверичная ЦСП ИКМ-1920 предназначена для работы в зональных и магистральных сетях связи и обеспечивает организацию 1920 каналов ТЧ. В ней возможна совместная передача в цифровом виде одного телевизионного сигнала и одного третичного цифрового потока. Скорость передачи группового цифрового потока (информации и данных) составляет 139264 Кбит/с. Этот поток организуется путем объединения четырех третичных потоков со скоростями передачи равными 34368 Кбит/с. Система работает с кабелями марки КМ-4 и волоконно-оптическим линиями связи.

Существует также и субпервичная ЦСП на 15 каналов связи (ИКМ-15). Она предназначена для работы в сельских сетях связи и обеспечивает организацию 15 каналов ТЧ. Скорость передачи группового цифрового потока составляет 1024 Кбит/с. Система работает с кабелями марки КСПП.

Две субпервичные системы ИКМ-15 с помощью аппаратуры "Зона-15" образуют ЦСП с числом каналов равным 30. Скорость передачи группового цифрового потока при этом составляет 2048 Кбит/с. Этот поток организуется путем объединения двух потоков со скоростями передачи равными 1024 Кбит/с. Система работает с кабелями марки КСПП.

В североамериканских странах (США и Канада) в качестве основной (низовой) ЦСП используется система ИКМ-24 со скоростью передачи группового цифрового потока равной 1544 Кбит/с.

Разрабатываемая система является легко интегрируемой в современные сети СЦИ (синхронной цифровой иерархии). Для этого необходимо после системы 1-ого уровня иерархии ставить оборудование СЦИ, в частности это синхронные мультиплексоры.

1.3 Основные виды первичной цифровой модуляции

На практике различают три основных вида первичной цифровой модуляции:

импулъсно-кодовую модуляцию (ИКМ);

разностную ИКМ, т.е. ИКМ с предсказанием, частным случаем которой является дифференциальная ИКМ (ДИКМ);

дельта-модуляцию (ДМ).

Во всех перечисленных видах цифровой модуляции используются три основных преобразования сигналов:

дискретизация,

квантование,

кодирование.

ИКМ является наиболее распространенным видом модуляции. ИКМ с предсказанием отличается тем, что квантуется не мгновенное значение сигнала сообщения a (t ), а разность между его действительным значением в момент дискретизации a (t i ) и предсказанным значением a np (t i ). При этом предполагается, что при корреляции двух его соседних отсчетов (на практике это имеет место) их разность a (t i ) оказывается меньше, чем истинное значение передаваемого сигнала a (t ). Это свойство позволяет повысить скорость передачи сообщения a (t ) при заданной верности его приема или повысить "верность" этого сообщения при заданной скорости его передачи.

При ДИКМ в качестве предсказанного значения берется значение предшествующего отсчета a (t i -1 ) передаваемого сигнала a (t ). Алгоритм формирования ДИКМ очень прост, что обусловило его широкое использование среди других методов ИКМ с предсказанием.

ДМ представляет собой такую разновидность ИКМ с предсказанием, когда за один тактовый интервал кодируется и передается только знак приращения a (t i ). При этом шаг дискретизации по времени выбирается таким образом, чтобы значение разности между двумя его соседними отсчетами a (t i ) не превышало шага квантования:

если разность a (t i ) > 0, то кодирующее устройство формирует логическую "1",

если разность a (t i ) < 0, то оно формирует логический "0".

Получаемая таким образом последовательность называется дельта-кодом.

Сам метод ИКМ так же можно рассматривать как кодирование с предсказанием, при котором предсказанное значение принимается равным нулю. Системам связи с предсказанием свойственна "перегрузка по крутизне", при которой разность между отсчетами a (t i ) превышает диапазон шкалы квантования. При ДМ эта разность a (t i ) превышает шаг квантования. Единство методов цифровой модуляции позволяет анализировать их с общих позиции и преобразовывать цифровые сигналы из одной формы в другую.

В нашем случае по условию технического задания в проектируемой цифровой системе передачи (ЦСП) информации и данных использована импульсно-кодовая модуляция, которая на практике осуществляется следующим образом: сначала исходный аналоговый (телефонный) сигнал дискретизируется во времени, т.е. модулируется амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ). Электрическая принципиальная схема формирования сигналов АИМ приведена на рисунке 1.2 Схема строится на основе микросхем отечественного производства серии КР590КН2. Потом этот продискретизированный сигнал квантуется по уровню его отсчетных значений. Затем эти квантованные значения кодируются. Обычно квантование и кодирование производится в одном функциональном узле, называемом кодером.

1.4 Вид передаваемого сообщения

Для передачи непрерывных сообщений можно воспользоваться дискретным каналом. При этом необходимо преобразовать непрерывное сообщение в цифровой сигнал, т.е. в последовательность символов, сохранив содержащуюся в сообщении существенную часть информации. Импульсно-кодовая модуляция является наиболее распространенным методом цифрового преобразования аналоговых сигналов. Она осуществляется путем временной дискретизации аналоговых сигналов с последующим квантованием и кодированием.

Рисунок 1.2 - Схема формирования АИМ-сигналов.

Для организации каналов ТЧ (тональной частоты), f в составляет 3400 Гц. Тогда, в соответствии с теоремой Котельникова, частоту f д нужно выбирать не менее 6800 Гц. Для упрощения фильтра, ограничивающего спектр аналогового сигнала перед дискретизацией, а также фильтра, выделяющего спектр исходного сигнала, f д выбирается несколько большей, чем 2f в . Для канала ТЧ нормализовано значение f д = 8000 Гц.

Передача сигналов с малыми и большими уровнями (Р с / Р кв const , где Р с - мощность передаваемого сигнала, а Р кв - мощность искажений квантования) осуществляется при увеличении шага квантования с увеличением уровня сигнала, т.е. при неравномерном (нелинейном) квантовании. Естественно, что число уровней квантования, а следовательно, и соответствующее им число разрядов двоичного кода при этом уменьшаются.

1.5 Передающие оптические модули

Источники света волоконно-оптических систем передачи должны обладать большой выходной мощностью, допускать возможность разнообразных типов модуляции света, иметь малые габариты и стоимость, большой срок службы, КПД и обеспечить возможность ввода излучения в оптическое волокно с максимальной эффективностью. Для ВОСП потенциально пригодны твердотельные лазеры, в которых активным материалом служит иттрий-алюминиевый гранат, активированный ионами ниодима с оптической накачкой (например СИД), у которого основной лазерный переход сопровождается излучением с длиной волны 1,064 мкм. Узкая диаграмма направленности и способность работать в одномодовом режиме с низким уровнем шума являются плюсами данного типа источников. Однако большие габариты, малый КПД, потребность во внешнем устройстве накачки являются основными причинами, по которым этот источник не используется в современных ВОСП. Практически во всех волоконно-оптических системах передачи, рассчитанных на широкое применение, в качестве источников излучения сейчас используются полупроводниковые светоизлучающие диоды и лазеры. Для них характерны в первую очередь малые габариты, что позволяет выполнять передающие оптические модули в интегральном исполнении. Кроме того, для полупроводниковых источников света характерны невысокая стоимость и простота обеспечения модуляции.

Первое поколение передатчиков сигналов по оптическому волокну было внедрено в 1975 году. Основу передатчика составлял светоизлучающий диод, работающий на длине волны 0,85 мкм в многомодовом режиме. В течение последующих трех лет появилось второе поколение - одномодовые передатчики, работающие на длине волны 1,3 мкм. В 1982 году родилось третье поколение передатчиков диодные лазеры, работающие на длине волны 1,55 мкм. Исследования продолжались, и вот появилось четвертое поколение оптических передатчиков, давшее начало когерентным системам связи - то есть системам, в которых информация передается модуляцией частоты или фазы излучения. Такие системы связи обеспечивают гораздо большую дальность распространения сигналов по оптическому волокну. Специалисты фирмы NTT построили безрегенераторную когерентную ВОЛС STM-16 на скорость передачи 2,48832 Гбит/с протяженностью в 300 км, а в лабораториях NTT в начале 1990 года ученые впервые создали систему связи с применением оптических усилителей на скорость 2,5 Гбит/с на расстояние 2223 км.

Внешний вид и схема подключения передающего модуля МПД-4, предназначенного для преобразования импульсов напряжения интегральных схем в импульсы оптического излучения и передачи цифровой информации по световодным линиям связи со скоростью до 140 Мбит/с приведена на рисунке 1.3 и рисунке 1.4.

Рисунок 1.3 - Внешний вид МПД-4

Рисунок 1.4 - Схема подключения МПД-4

1.6 Приемные оптические модули

Функция детектора волоконно-оптических систем передачи сводится к преобразованию входного оптического сигнала, который затем, как правило, подвергается усилению и обработке схемами фотоприемника. Предназначенный для этой цели фотодетектор должен воспроизводить форму принимаемого оптического сигнала, не внося дополнительного шума, то есть обладать требуемой широкополосностью, динамическим диапазоном и чувствительностью. Кроме того, Ф.Д. должен иметь малые размеры (но достаточные для надежного соединения с оптическим волокном), большой срок службы и быть не чувствительным к изменениям параметров внешней среды. Существующие фотодетекторы далеко не полно удовлетворяют перечисленным требованиям. Наиболее подходящими среди них для применения в волоконно-оптических системах передачи являются полупроводниковые p-i-n фотодиоды и лавинные фотодиоды (ЛФД). Они имеют малые размеры и достаточно хорошо стыкуются с волоконными световодами. Достоинством ЛФД является высокая чувствительность (может в 100 раз превышать чувствительность p-i-n фотодиода), что позволяет использовать их в детекторах слабых оптических сигналов. Однако, при использовании лавинных фотодиодов нужна жесткая стабилизация напряжения источника питания и температурная стабилизация, поскольку коэффициент лавинного умножения, а следовательно фототок и чувствительность ЛФД, сильно зависит от напряжения и температуры. Тем не менее, лавинные фотодиоды успешно применяются в ряде современных ВОСП, таких как ИКМ-120/5, ИКМ-480/5, "Соната".

1.7 Линии связи ВОСП

Оптический кабель (ОК) предназначен для передачи информации, содержащейся в модулированных электромагнитных колебаниях оптического диапазона. В настоящее время используется диапазон длин волн от 0,8 до 1,6 мкм, соответствующий ближним инфракрасным волнам. В будущем возможно расширение рабочего диапазона в область дальних инфракрасных волн с длинами волн от 5 до 10 мкм. Оптический кабель содержит один или несколько световодов. Световод - это направляющая система для электромагнитных волн оптического диапазона. Практическое значение имеют только волоконные световоды, изготовленные из высоко прозрачного диэлектрика: стекла или полимера. Для концентрации поля волны вблизи оси световода используется явление преломления и полного отражения в волокне с показателем преломления, уменьшающимся от оси к периферии плавно либо скачками. Световод состоит из оптического волокна и покрытия. Оптическое волокно (ОВ) из стекла изготавливается обычно с внешним диаметром 100-150 мкм. Оптическое волокно состоит из сердечника с показателем преломления n l и оболочки с показателем преломления n 2 , причем n l >n 2 . Спецификой ОВ является их высокая чувствительность к внешним механическим воздействиям. Кварцевое оптическое имеет малый температурный коэффициент расширения, высокий модуль упругости и низкий предел упругого растяжения; при относительном удлинении 0,5-1,5% оно ломается. Обрыв волокна происходит в сечении, наиболее ослабленном микротрещинами, возникающими на его поверхности. Механические характеристики оптического волокна, поступающего на кабельное производство, столь же важны и подлежат такой же тщательной проверке, как и оптические его параметры.

Передача света по любому световоду может осуществляться в двух режимах: одномодовом и многомодовом. Одномодовым называется такой режим, при котором распространяется только одна основная мода.

Различают световоды со ступенчатым профилем, у которых показатель преломления сердцевины n 1 одинаков по всему поперечному сечению, и градиентные - с плавным профилем, у которых n 1 уменьшается от центра к периферии

Фазовая и групповая скорости каждой моды в световоде зависят от частоты, то есть световод является дисперсной системой. Вызванная этим волноводная дисперсия является одной из причин искажения передаваемого сигнала. Различие групповых скоростей различных мод в многомодовом режиме называется модовой дисперсией. Она является весьма существенной причиной искажения сигнала, поскольку он переносится по частям многими модами. В одномодовом режиме отсутствует модовая дисперсия, и сигнал искажается значительно меньше, чем в многомодовом, однако в многомодовый световод можно ввести большую мощность. Оптические волокна имеют очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0,22 дБ/км на длине волны 1,55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов.

2. Структурная схема цифровой системы связи

2.1 Структурная схема зональной системы связи ИКМ-120

Исходя из данных в техническом задании, в качестве каналообразующей аппаратуры можно выбрать типовое цифровое оборудование вторичного временного группообразования системы ИКМ-120. Эта система предназначена для работы в местных и зональных сетях связи и обеспечивает организацию 120 каналов ТЧ. Заданную волоконно-оптическую систему передачи можно построить на базе стандартной системы ИКМ заменой аппаратуры электрического линейного тракта на аппаратуру оптического линейного тракта.

В настоящее время существует большое количество цифровых многоканальных систем передачи информации обладающих большой помехоустойчивостью, возможностью регенерации сигналов, что существенно уменьшает накопление помех и искажений и позволяет применять в аппаратуре элементы современной микроэлектроники.

В состав аппаратуры ИКМ - 120 входят (рисунок 2.1):

- аналого-цифровое оборудование формирования стандартных первичных цифровых потоков АЦО, которое обеспечивает преобразование информации передаваемой по каналам тональной частоты (ТЧ) в цифровой поток, передаваемый со скоростью 2,048 Мбит/с;

- оборудование вторичного временного группообразования ВВГ, которое обеспечивает формирование цифровых потоков, соответствующих 120 каналам ТЧ, со скоростью передачи 8,448 Мбит/с;

- оконечное оборудование линейного тракта ОЛТ, которое в своем составе содержит необслуживаемые регенерационные пункты (НРП).

Передающее (ПД) и приемное (ПР) устройство предназначено для преобразования сигналов на стыке между аппаратурой вторичного временного группообразования и линейным световодным трактом, компенсации затухания участка кабельной линии, организации телеконтроля и служебной связи.

Групповой поток со скоростью 8448 кбит/с формируется из четырех первичных потоков, имеющих скорость 2048 кбит/с. Если использовать основной вариант работы на 120 каналов ТЧ, то эти первичные потоки могут быть организованы на оборудовании АЦО, применяемом на ИКМ - 30. Разработана специальная стойка для установки в ЛАЦ междугородных телефонных станций - стойка аналогого-цифрового каналообразования САЦК - 1. Она предназначена для размещения четырех комплектов аппаратуры каналообразующей унифицированной АКУ - 30 с источниками вторичного электропитания и комплекта сервисного оборудования. Комплект АКУ - 30 предназначен для организации 30 телефонных каналов, а также организации абонентского доступа к двум цифровым каналам с пропускной способностью 64 кбит/с. Ввод цифровой информации синхронный. Структура построения временного цикла аналогична стандартному первичному цифровому потоку 2048 кбит/с.

Рисунок 2.1 - Схема организации связи системы передачи ИКМ - 120

2.2 Оборудование вторичного временного группообразования

Оборудование ВВГ находится на стойке СВВГ, где может размещаться до восьми комплектов ВВГ и панель обслуживания ПО-В. Панель обслуживания обеспечивает общестоечную сигнализацию, индикацию вида аварии, организацию канала служебной связи в групповом цифровом потоке, стабилизацию питающих напряжений. Совместно с блоками контроля и сигнализации, контроля достоверности, входящих в комплект ВВГ, и блоками ПО-В организуется система автоматического контроля и аварийной сигнализации, которой предназначена для обнаружения неисправности и контроля состояния узлов аппаратуры в процессе ее эксплуатации. Сигнализация СВВГ извещает о нарушении цикловой синхронизации, пропадании цифрового потока в трактах передачи и приема, пропадании трактовой частоты 8448 кГц, снижении верности передачи, выходе из строя приемной части оборудования линейного тракта, пропадании любого внешнего или внутреннего питающего напряжения. Оборудование ВВГ обеспечивает: объединение четырех потоков со скоростью 2048 кбит/с в цифровой поток со скоростью 8448 кбит/с и наоборот, организацию четырех каналов дискретной информации со скоростью по 8 кбит/с, организацию одного канала служебной связи с использованием дельта-модуляции со скоростью модуляции 32 кбит/с. Объединение первичных цифровых потоков основано на принципе двустороннего согласования скоростей и двухкомандном управлении. Как было показано ранее, максимальная частота согласования скоростей 120 Гц, а частота следования циклов 8 кГц, т.е. выше примерно в 67 раз. С учетом этого, когда согласование скоростей отсутствует, на тех же позициях в одном из каждых двух циклов передается информация о промежуточном значении временного интервала между сигналами записи и считывания, а в других циклах передача сигналов извещения об аварии и вызова по служебной связи.

Передача информации о промежуточном значении временного интервала между сигналами записи и считывания позволяет обнаружить ошибку в передаче команд согласования скоростей. В приемнике команд согласования скоростей ИКМ-120 память хранит информацию четырех предыдущих значений промежуточного состояния временного интервала между сигналами записи и считывания. В этом случае искажение команды согласования скоростей произойдет при искажении четырех передаваемых подряд значений промежуточного состояния скоростей.

В оборудовании ВВГ предусмотрено три режима работы: асинхронный, синхронный, синхронно синфазный. Первые два режима используются при передаче цифровых потоков, сформированных оборудованием АЦО-30, а третий при передаче потоков, сформированных в АЦО-ЧД-60, который в данном проекте не рассматривается. Перевод оборудования ВВГ на синхронный режим работы осуществляется блокировкой приемника команд согласования скоростей. При синхронном и синфазном режимах всеми блоками асинхронного сопряжения передачи управляет один блок БАСпер и всеми блоками асинхронного сопряжения приема один блок БАСпр.

В состав оборудования ВВГ (рисунок 2.2) входят блоки: генераторного оборудования ГО-В, задающего генератора ГЗ-В, асинхронного сопряжения БАСпер, асинхронного сопряжения приема БАСпр, вторичного стыка передачи ВСпер, вторичного стыка приема ВСпр, приемника синхросигнала ПС, контроля и сигнализации КС, контроля достоверности КД. На схеме также показано устройство дискретной информации (ДИпер, ДИпр), информация от которых поступает прямо в ВСпер и выделяется из ПС.

В тракте передачи четыре первичных цифровых потока в линейном коде поступают на входы своих блоков БАСпер, где происходит преобразование линейного кода в однополярный, запись входного сигнала с частотой 2048 кГц в ЗУ и считывание с частотой 2112 кГц, которая является кратной тактовой частоте 8448 кГц. В БАСпер производится также согласование скоростной записи и считывание.

Рисунок 2.2 - Структурная схема оборудования передачи ВВГ

Сигналы от четырех блоков БАСпер поступают в блок ВСпер для формирования группового сигнала, в который вводится на соответствующие временные позиции синхросигнал, импульсы дискретной информации и другие служебные сигналы. В блоке ВСпер однополярный код преобразуется в линейный (КВП-3 или ЧПИ). Далее групповой сигнал поступает на выход оборудования ВВГ. На приеме групповой сигнал поступает в блок ВСпр, где происходит преобразование линейного кода в простой однополярный. Затем сигнал поступает в блок ПС, который обеспечивает правильное разделение группового сигнала на четыре цифровых потока, непрерывный контроль синхронизма и восстановления его при нарушении, выделение импульсов дискретной информации и других служебных сигналов. Система дискретной синхронизации - адаптивная, коэффициент накопления по выходу из синхронизма равен четырем, коэффициент накопления по входу в синхронизм равен двум. Среднее время вхождения в синхронизм 0,75 мс. Такое время вхождения в синхронизм позволяет избежать нарушения синхронизма в объединяемых первичных цифровых потоках. Четыре цифровых потока, разложенных блоком ПС, поступают в четыре блока БАСпр. Блок БАСпр предназначен для восстановления первоначальной скорости передаваемого потока с помощью записи информационного потока в запоминающее устройство и считывания его с тактовой частотой 2048 кГц. Эта частота вырабатывается генератором с фазовой автоподстройкой. Генераторное оборудование осуществляет управление работой функциональных узлов аппаратуры передающего и приемного трактов. Генераторное оборудование тракта передачи состоит из блоков ГЗ-В и ГО-В. Частота задающего генератора 8448 кГц, стабильность, режимы его работы: внутренней синхронизации, внешней синхронизации, внешнего запуска. Тактовая частота поступает из ГЗ-В в блок ВСпер, где происходит ее деление на четыре. Полученная частота 2112 кГц подается в блок ГО-В, формирующий управление последовательности для тракта передачи. В приемном тракте деление частоты 8448 кГц, полученной от ВТЧ, на четыре происходит в блоке ПС. Полученная частота 2112 кГц поступает в блок ГО-В, формирующий управляющие последовательности для тракта приема. Построение ГО-В тракта передач аналогично построению ГО-В тракта приема. Блок КС формирует сигнал "Авария" при нарушении работы блоков ВСпер, ВСпр, ГЗ-В, ПС, БАСпер, БАСпр, питания.

3. Функциональная схема приемопередающей аппаратуры

Функциональная схема приемопередающей аппаратуры показана на рисунке 3.1.

Исходные сигналы U 1 (t), U 2 (t),.,U 30 (t) от 1,2,.,30 абонентов через ФНЧ поступают на канальные амплитудно-импульсные модуляторы, функцию которых выполняют электронные ключи К. С помощью модуляторов осуществляется дискретизация передаваемых сигналов во времени. Сигналы с выходов модуляторов объединяются в групповой АИМ сигнал (Гр. АИМ). Управляют работой модуляторов канальные импульсные последовательности, поступающие от ГО передачи (П ГО). При этом импульсы подаются на модуляторы каналов поочередно (со сдвигом по времени), что и обеспечивает правильное формирование группового АИМ сигнала. Длительность каждого импульса в этих последовательностях составляет примерно 125/230 2,08 мкс, определяет длительность одного отсчета АИМ импульса канала, а период следования составляет 125 мкс. Групповой АИМ сигнал поступает на компрессор КМ, квантователь КВ, а потом на кодирующее устройство - кодер КД.

Сигналы управления и взаимодействия (СУВ), передаваемые по телефонным каналам для управления приборами АТС, поступают в передатчик П СУВ, где они дискретизируются с помощью импульсных последовательностей, формируемых в П ГО, и объединяются. В результате формируется групповой сигнал Гр. СУВ.

В устройстве объединения (УО) кодовые группы каналов с выхода кодера, т.е. групповой ИКМ сигнал, кодированные сигналы СУВ и кодовая группа синхросигнала от передатчика синхросигнала (Пер. СС) объединяются, образуя циклы и сверхциклы. Соответствующими управляющими импульсами от П ГО в УО обеспечивается правильный порядок следования циклов в сверхцикле и кодовых групп в цикле передачи. Принципы построения временной диаграммы цикла и сверхцикла рассмотрим позже.

Скорость передачи группового ИКМ сигнала определяется тактовой частотой системы: f T = mN 0 f д где N 0 - общее число канальных интервалов в цикле, включая канальные интервалы для передачи СУВ, СС и других служебных сигналов. Необходимая скорость и последовательность работы передающих устройств СП обеспечиваются устройствами ГО.

Сформированный ИКМ сигнал представляет собой набор однополярных двоичных символов, импульсы которых всегда имеют только одну, например положительную, полярность. При передаче по линии такой сигнал подвержен значительным искажениям и затуханию. Поэтому перед передачей в линию однополярный ИКМ сигнал преобразуется в биполярный, удобный для передачи по линейному тракту. Это происходит в преобразователе кода передачи (ПК пер).

В процессе передачи по линии ИКМ сигнал периодически восстанавливается (регенерируется) с помощью линейных регенераторов.

На приемной станции ИКМ сигнал восстанавливается стационарным регенератором (PC) и поступает в преобразователь кода приема (ПК пр), где биполярный сигнал вновь преобразуется в однополярный. Устройство выделения тактовой частоты (ВТЧ) выделяет из этого сигнала тактовую частоту, которая используется для работы ГО. Этим обеспечивается синхронная и синфазная работа П ГО и Пр ГО, причем правильное декодирование и распределение сигналов по соответствующим телефонным каналам и каналам передачи СУВ обеспечиваются приемником синхросигналов (Пр. СС). Устройство разделения (УР) разделяет кодовые группы телефонных каналов и каналов СУВ. Приемник групповых сигналов управления и взаимодействия (Пр. СУВ), управляемый импульсными последовательностями, поступающими от Пр ГО, распределяет СУВ по своим каналам, а декодер ДК преобразует групповой ИКМ сигнал в групповой АИМ сигнал. После чего групповой АИМ сигнал, проходя через экспандер Э, подвергается операции обратной квантованию. Канальные импульсные последовательности, поступающие от Пр ГО, поочередно открывают временные селекторы (ВС), роль которых выполняют ключи К, каналов, обеспечивая выделение отсчётов каждого из каналов из группового АИМ сигнала. Восстановление исходного (непрерывного) сигнала из последовательности его АИМ отсчётов производится с помощью ФНЧ.

Передача сигналов в обратном направлении осуществляется аналогично.

Рисунок 3.1 - Функциональная схема приемопередающей аппаратуры первого уровня иерархии (АЦО-30)

4. Требования к основным функциональным узлам

4.1 Амплитудно-импульсные модуляторы и временные селекторы

Амплитудно-импульсные модуляторы ЦСП осуществляют дискретизацию аналоговых сигналов в тракте передачи, а временные селекторы (ВС) распределяют на приёме импульсы группового АИМ сигнала. В качестве таких устройств применяются быстродействующие электронные ключи, управляемые импульсным напряжением.

Параметры модуляторов и временных селекторов во многом определяют параметры СП в целом и оказывают большое влияние на уровне шумов.

Проникновение импульсного управляющего напряжения или остатка на выход модулятора приводит к смещению произвольным образом амплитуды импульса АИМ сигнала на входе кодера и увеличению погрешности при выполнения операции квантования и кодирования, что вызывает возрастание шумов в канале.

Увеличению шумов в канале способствует также проникновение с ВС на вход ФНЧ тракта приёма остатков управляющих импульсов. Мощность остатков управляющих импульсов не должна превышать 0,001 пикового значения мощности сигнала. Это достигается применением балансовых схем модуляторов и ВС. Требования к балансировке ВС могут быть несколько снижены, так как затухание ФНЧ-3,4 в тракте приема на частоте 8 кГц достаточно велико.

К амплитудно-импульсным модуляторам и временным селекторам предъявляют весьма высокие требования по быстродействию и линейности амплитудной характеристики в широком диапазоне частот и входных сигналов. От их быстродействия зависит уровень переходной помехи между каналами, а от линейности амплитудной характеристики - нелинейных искажений. Если учесть, что к модуляторам и ВС предъявляются практически одинаковые требования, становится понятным, что они не отличаются по схемной реализации.

4.2 Кодирующие и декодирующие устройства

В цифровых СП с ИКМ применяются кодеры и декодеры (кодеки) с нелинейной шкалой квантования, т.к. при равномерном квантовании, для получения требуемой защищенности от шумов квантования при передачи речевых сигналов, кодирование должно производится при достаточно большом числе разрядов кода, тогда, с увеличением числа разрядов кода, уменьшается длительность импульсов в кодовой группе, соответственно расширяется спектр сигнала ИКМ. Еще один недостаток равномерного квантования заключается в том, что относительное значение ошибки квантования велико для слабых сигналов и уменьшается с увеличением уровня сигналов. Для устранения этих недостатков применяется неравномерное квантование, при этом шкала квантования нелинейная.

В СП с ИКМ применяются сегментные амплитудные характеристики. Они представляют собой кусочно-ломаную аппроксимацию плавных характеристик, при которой изменение крутизны происходит дискретными ступенями. Наибольшее распространение получила сегментная характеристика типа А-87,6/13, где аппроксимация логарифмической характеристики компрессирования производится по так называемому А-закону, соответствующему выражениям:

Здесь А = 87,6 - коэффициент компрессии, а сама характеристика строится из 13 сегментов. Четыре центральных сегмента (два в положительной и два в отрицательной областях) объединяются в один центральный сегмент, поэтому общее число сегментов на двухполярной характеристике равно 13.

Каждый сегмент начинается с определенного эталона называемого основным. Шаг квантования внутри каждого сегмента равномерный и содержит 16 уровней квантования, а при переходе от одного к другому сегменту изменяется в два раза, начиная с центрального сегмента.

Рассматривая данную характеристику можно сразу оценить ее эффективность т.е. видно, что 112 уровней из 128 используются для квантования сигналов, амплитуда которых не превышает половины максимальной, 64 уровня - для квантования сигналов, амплитуда которых не превышает 6,2% максимальной, что улучшает показатель относительной ошибки квантования для слабых сигналов.

При декодировании осуществляется обратное цифро-аналоговое преобразование. Характеристика экспандирования нелинейного декодера должна быть обратной характеристике компрессии нелинейного кодера.

4.3 Генераторное оборудование

Генераторное оборудование ЦСП вырабатывает определенный набор импульсных последовательностей, которые используются для управления функциональными узлами аппаратуры и синхронизации соответствующих узлов, оконечных и промежуточных станций, а также определяют порядок и скорость обработки сигналов в трактах передачи и приема. Структурная схема ГО во многом зависит от принципов формирования группового ИКМ сигнала и места конкретной системы в типовой иерархии ЦСП. Структурная схема ГО первичной ЦСП приведена в приложении.

Основными функциональными блоками генераторного оборудования ЦСП являются задающие генераторы и распределители генераторного оборудования.

К задающим генераторам ЦСП не предъявляются такие высокие требования по стабильности частоты и форме выходного сигнала, как к ЗГ аналоговых СП. В тоже время они должны иметь возможность перестраивать частоту в определённых пределах. Выполнение противоречивых требований обеспечения стабильности частоты ЗГ (в режиме автогенератора) и реализации определённой перестройки учитывается при выборе соответствующей схемы ЗГ. В соответствии с рекомендациями МККТТ относительная нестабильность частоты ЗГ должна быть не хуже 10 5 , поэтому в ЗГ используется кварцевая стабилизация частоты. В низкоскоростных ЦСП с целью упрощения схемы ЗГ не применяют перестраиваемые автогенераторы.

Распределители генераторного оборудования ЦСП предназначены для формирования определённого числа импульсных последовательностей с одинаковыми частотой следования и длительностью импульсов, причём импульсы разных последовательностей должны быть сдвинуты относительно друг друга на определённый интервал времени.

4.4 Устройства тактовой синхронизации

Устройства тактовой синхронизации (УТС) обеспечивают синхронную работу ГО приемной и передающей части ЦСП, а также устройств регенерации. Только в этом случае ГОпр будет вырабатывать управляющие сигналы, совпадающие по частоте и времени с импульсными последовательностями, поступающими в оконечную станцию ЦСП из линейного тракта, обеспечивая тем самым правильное распределение принимаемых импульсов по канальным интервалам и циклам и соответственно правильное декодирование кодовых комбинаций. Следовательно, основная задача УТС - исключить или сделать минимальным расхождение частот ГО передачи и приема.

К устройствам тактовой синхронизации ЦСП предъявляются следующие требования:

высокая точность подстройки и фазы управляющего сигнала ЗГ приемной части;

малое время вхождения в синхронизм;

сохранение состояния синхронизма при кратковременных перерывах связи.

4.5 Устройства цикловой синхронизации

Система цикловой синхронизации предназначена для восстановления и удержания состояния циклового синхронизма между передающей и приемной частями ЦСП. Она включает в себя передатчик и приемник синхросигнала (СС). Передатчик формирует в передающей части кодовую группу определенной структуры, расположенную в начале цикла передачи. В приемнике осуществляется опознавание кодовых групп, структура которых совпадает со структурой СС, и вырабатывается информация о принадлежности опознанных кодовых групп передаваемому СС. При обнаружении циклового СС производится фазирование ГО приемной части.

Необходимо, чтобы восстановление состояния синхронизма происходило как можно быстрее, а затем удерживалось как можно дольше. Противоречивость этих требований заключается в том, что высокая помехоустойчивость системы цикловой синхронизации (определяемая длительностью удержания состояния синхронизма) достигается включением накопительных устройств, которые замедляют процесс восстановления синхронизма. Следовательно, чем выше помехоустойчивость системы цикловой синхронизации, тем дольше длится процесс восстановления синхронизма. Поэтому в системах синхронизации выбирается минимальная емкость накопительных устройств, обеспечивающая требуемую помехоустойчивость.

Таким образом к системам цикловой синхронизации предъявляются следующие требования:

время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимально возможным;

число разрядов синхросигнала в цикле передачи при заданном времени восстановления синхронизма должно быть минимально возможным;

приемник синхросигнала должен обладать достаточной помехоустойчивостью для большого времени между сбоями синхронизма.

4.6 Диаграммы цикла и сверхцикла

Линейный сигнал системы строится на основе сверхциклов, циклов, канальных и тактовых интервалов (рисунок 4.1). Сверхцикл передачи (СЦ) представляет собой интервал времени, за который передается информация всех сигнальных каналов (каналов СУВ) и каналов аварийной сигнализации. Длительность сверхцикла в системе ИКМ-30 Т сц = 2,0 мс . Сверхцикл состоит из 16 циклов передачи. В течение цикла, длительность которого равна интервалу дискретизации Т ц =Т д =125 мкс , передаются восьмиразрядные кодовые комбинации 30 каналов ТЧ, кодовые комбинации двух сигнальных каналов или сигнал сверхцикловой синхронизации СЦС (либо сигнал потери сверхциклового синхронизма), сигнал цикловой синхронизации ЦС (либо сигнал потери цикловой синхронизации), сигнал дискретной информации.

Цикл передачи соответствует Рекомендации МККТТ G.732 и состоит из 32 канальных интервалов КИ0. КИ31 с длительностью Т ки =3,91 мкс .

Рисунок 4.1 - Структура линейного сигнала ИКМ-30

Канальные интервалы КИ1. КИ15 и КИ17. КИ31 предназначены для передачи информации каналов ТЧ. Каждый канальный интервал состоит из восьми разрядов Р1. Р8, Т р =488 нс . Частота следования циклов передачи равна частоте дискретизации f ц = f д =8 кГц , частота следования канальных интервалов f ки = 8 32 = 256 кГц , а частота следования символов (разрядов) в цикле, или тактовая частота f т =8 32 8 = 2048 кГц . Т.к. в каждом разряде передается 1 бит информации, скорость передачи информации в цифровом потоке линейного сигнала V и = 2048 кбит/с , а частота следования сверхциклов f сц = f ц /16 = 8/16 = 0,5 кГц .

Подобные документы

Методические рекомендации для выполнения анализа и оптимизации цифровой системы связи. Структурная схема цифровой системы связи. Определение параметров АЦП и ЦАП. Выбор вида модуляции, помехоустойчивого кода и расчет характеристик качества передачи.

курсовая работа , добавлен 22.08.2010


Особенности волоконно-оптических систем передачи. Выбор структурной схемы цифровой ВОСП. Разработка оконечной станции системы связи, АИМ-модуляторов. Принципы построения кодирующих и декодирующих устройств. Расчёт основных параметров линейного тракта.

дипломная работа , добавлен 20.10.2011


Общая характеристика оптоволоконных систем связи. Измерение уровней оптической мощности и затухания. Системы автоматического мониторинга. Оборудование кабельного линейного тракта. Модернизация волоконно-оптической сети. Схема оборудования электросвязи.

дипломная работа , добавлен 23.12.2011


Выбор трассы прокладки волоконно-оптической линии связи. Расчет необходимого числа каналов. Определение числа оптических волокон в оптическом кабеле, выбор его типа и параметров. Структурная схема организации связи. Составление сметы на строительство.

курсовая работа , добавлен 16.07.2013


Конструкция волоконно-оптической кабелей связи. Использование системы передачи ИКМ-30. Технические характеристики ОКЗ-С-8(3,0)Сп-48(2). Расчет длины регенерационного участка. Проектирование первичной сети связи на железной дороге с использованием ВОЛС.

курсовая работа , добавлен 22.10.2014


Общая характеристика волоконно-оптической связи, ее свойства и области применения. Проектирование кабельной волоконно-оптической линии передач (ВОЛП) способом подвески на опорах высоковольтной линии передачи. Организация управления данной сетью связи.

курсовая работа , добавлен 23.01.2011


Цифровые волоконно-оптические системы связи, понятие, структура. Основные принципы цифровой системы передачи данных. Процессы, происходящие в оптическом волокне, и их влияние на скорость и дальность передачи информации. Контроль PMD.

курсовая работа , добавлен 28.08.2007


Преимущества оптических систем передачи перед системами передачи, работающими по металлическому кабелю. Конструкция оптических кабелей связи. Технические характеристики ОКМС-А-6/2(2,0)Сп-12(2)/4(2). Строительство волоконно-оптической линии связи.

курсовая работа , добавлен 21.10.2014


Основные особенности трассы волоконно-оптических систем. Разработка аппаратуры синхронной цифровой иерархии. Расчёт необходимого числа каналов и выбор системы передачи. Выбор типа оптического кабеля и методы его прокладки. Надёжность линий связи.

дипломная работа , добавлен 06.01.2015


Обоснование необходимости строительства волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Расчет и распределение нагрузки между пунктами сети. Синхронизация цифровых систем связи. Система мониторинга целостности ВОЛС. Порядок строительства и эксплуатации ВОЛС.

Цель работы: знакомство с функциональными основными узлами цифровой системы связи для передачи как дискретных, так и аналоговых сигналов. Преобразование сигналов в отдельных блоках системы связи с разными видами модуляции и кодирования. Демонстрация помехоустойчивости системы связи.

Краткие сведения из теории

В настоящее время во всём мире развивается цифровая форма передачи сигналов: цифровая телефония, цифровое кабельное телевидение, цифровые системы коммутации и системы передачи, цифровые сети связи. Качество цифровой связи значительно выше, чем аналоговой, так как цифровые сигналы гораздо более помехоустойчивы: нет накопления шумов, легко обрабатываются, цифровые сигналы можно "сжимать", что позволяет в одной полосе частот организовать больше каналов с высокой скоростью передачи и отличным качеством.

Целью данной лабораторной работы является изучение возможностей, а также изучение достоинств и недостатков цифровых систем связи. В соответствии с этой целью поставлены следующие задачи: - исследовать основные принципы цифровой системы передачи данных; - раскрыть понятие и структуру цифровой системы связи; - изучить особенности построения цифровых систем передачи.

Системы передачи информации

Под информацией понимают совокупность сведений, о каких–либо событиях, явлениях или предметах. Для передачи или хранения информации используются различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) информацию в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова и фразы в человеческой речи, жесты и рисунки, форма колебаний, математические знаки и т. п.

Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением . Так, при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющих собой последовательность отдельных знаков – букв и цифр. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающий не только содержание, но и интонацию, тембр, ритм и иные свойства речи. При передаче движущихся изображении в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения. Передача сообщений, т.е. информации, осуществляется с помощью какого – либо материального носителя (бумаги, магнитной ленты и т. п.) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока и т. п.).

Физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение, называется сигналом . Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение. Сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров физического носителя по закону передаваемых сообщений. Этот процесс (изменения параметров носителя) принято называть модуляцией .

Основными характеристиками сигнала являются длительность сигнала T c , его динамический диапазон D c и ширина спектра F c . Длительность сигнала T c является естественным его параметром, определяющим интервал времени, в пределах которого сигнал существует. Динамический диапазон - это отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Он выражается обычно в децибелах. Ширина спектра сигнала F c – этот параметр дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Спектр сигнала, в принципе, может быть неограниченным. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала. Можно также ввести более общую и наглядную характеристику – объем сигнала:

Vc=T c D c F c (1.1.)

Объем сигнала Vc дает общее представление о возможностях сигнала как переносчика сообщений, т.е. чем больше объем сигнала, тем большее количество информации можно поместить в этот сигнал и тем труднее такой сигнал передать по каналу связи.

Источник

сообщений

Рисунок 1.1 Упрощенная схема системы связи

Цифровой системой передач (ЦСП) называется комплекс технических средств, предназначенный для образования типовых цифровых каналов и трактов и линейного тракта, обеспечивающего передачу цифровых сигналов электросвязи.

Цифровым сигналом электросвязи или просто цифровым сигналом , называется сигнал электросвязи, параметры которого характеризуются конечным множеством возможных дискретных значений и описываются функцией дискретного времени. Переход от одного возможного значения к другому происходит скачкообразно в строго определенные моменты времени, интервалы между которыми равны или кратны выбранному единичному интервалу времени – периоду дискретизации Тд.

Цифровая связь

Цифровая связь - область техники , связанная с передачей цифровых данных на расстояние.

В настоящее время цифровая связь повсеместно используется также и для передачи аналоговых (непрерывных по уровню и времени, например речь, изображение) сигналов, которые для этой цели оцифровываются (дискретизируются). Такое преобразование всегда связано с потерями, т.е. аналоговый сигнал представляется в цифровом виде с некоторой неточностью.

Современные системы цифровой связи используют кабельные (в том числе волоконно-оптические), спутниковые, радиорелейные и другие линии и каналы связи, в том числе и аналоговые.

Линия связи «точка-точка»

Линия связи

Оборудование, осуществляющее формирование данных из пользовательской информации, а также представление данных в виде, понятном пользователю, называется терминальным оборудованием (ООД, оконечное оборудование данных) . Оборудование, преобразующее данные в форму пригодную для передачи по линии связи и осуществляющее обратное преобразование, называется оконечным оборудованием линии связи (АКД, аппаратура канала данных) . Терминальным оборудованием может служить компьютер , оконечным оборудованием обычно служит модем .

Передача сигнала осуществляется символами . Каждый символ представляет собой определённое состояние сигнала в линии, множество таких состояний конечно. Таким образом, символ передаёт некоторое количество информации, обычно один или несколько бит.

Число передаваемых символов в единицу времени называется скоростью манипуляции или символьной скоростью (baud rate). Она измеряется в бодах (1 бод = 1 символ в секунду). Количество информации, передаваемое в единицу времени, называется скоростью передачи информации и измеряется в битах в секунду . Существует распространённое заблуждение, что бит в секунду и бод - это одно и то же, но это верно, только если каждый символ передаёт только один бит, что бывает не очень часто.

Преобразование данных в форму пригодную для передачи по линии/каналу связи называется модуляцией .

Технологии цифровой связи

Следующие технологии находят применение в цифровой связи:

Кодирование источника информации

Сжатие данных

Шифрование данных

Помехоустойчивое кодирование

Любая система связи подвержена воздействию шумов и особенностей линий и каналов связи (и как следствие возникновению искажений), которые могут привести к неправильному приёму сигнала. Для борьбы с возникающими при этом ошибками в сигнал вводится специальным образом сконструированная избыточность, что позволяет принимающей стороне обнаружить, а в некоторых случаях и исправить определённое число ошибок. Существует большое количество помехоустойчивых (ПУ) кодов, различающихся избыточностью, обнаруживающей и исправляющей способностью.

Основные классы помехоустойчивых кодов:

• Блочные коды , преобразующие фиксированные блоки информации длиной k символов (эти символы могут отличаться от используемых при модуляции) в блоки длиной n символов. При этом декодирование каждого блока производится отдельно и независимо от других. Примеры блочных кодов: коды Хемминга , коды БЧХ , коды Рида-Соломона .

• Свёрточные коды работают с непрерывным потоком данных, кодируя их при помощи регистров сдвига с линейной обратной связью. Декодирование свёрточных кодов производится, как правило, с помощью алгоритма Витерби .

Модуляция

См. также

Литература

• Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital Communications: Fundamentals and Applications. - 2 изд. - М .: «Вильямс», 2007. - С. 1104. - ISBN 0-13-084788-7
• Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д. Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 2000. ISBN 5-256-01434-X
• Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 2000. ISBN 5-256-01444-7
• Василенко Г.О., Милютин Е.Р. Расчет показателей качества и готовности цифровых линий связи. - СПб.: Изд-во "Линк", 2007. - 192 с.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Цифровая связь" в других словарях:

Передача информации в дискретной форме (цифровом виде). Однако, дискретные сообщения могут передаваться аналоговыми каналами и наоборот. В настоящее время цифровая связь вытесняет аналоговую (происходит цифровизация), поскольку аналоговые сигналы … Словарь бизнес-терминов

цифровая связь - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN digital communication …

цифровая связь по световоду - skaitmeninis šviesolaidinis ryšys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. fiber optic digital communication vok. faseroptische numerische Kommunikation, f; Lichtfaser Digitalübertragung, f rus. цифровая связь по световоду, f pranc.… … Automatikos terminų žodynas

ИП «Велком» Год основания 1999 Тип Унитарное предприятие Девиз компании И завтра будет твоим (белор … Википедия

персональная цифровая связь - (МСЭ Т Q.1741). Тематики электросвязь, основные понятия EN personal digital communicationPDC … Справочник технического переводчика

Связь в технике передача информации (сигналов) на расстояние. Содержание 1 История 2 Типы связи 3 Сигнал … Википедия

См. ЦИФРОВАЯ СВЯЗЬ Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 … Словарь бизнес-терминов

- (ЦОС, DSP англ. digital signal processing) преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. Любой непрерывный (аналоговый) сигнал может быть подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню (оцифровке), то… … Википедия

Цифровая физика, в физике и космологии, совокупность теоретических взглядов, проистекающих из допущения, что Вселенная по сути описывается информацией и, следовательно, является вычислимой. Из данных предположений следует то, что… … Википедия

цифровая усовершенствованная беспроводная связь - Общеевропейский стандарт беспроводного доступа, который был одобрен ETSI в 1995. Стандарт DECT описывает технологию организации микросотовых сетей для зон с высокой плотностью абонентов (порядка 100 тыс. абонентов/кв.км). Одно из важных… … Справочник технического переводчика

Книги

• Цифровая схемотехника и архитектура компьютера , Харрис Д.М.. Это дополнительный тираж книги с добавленным Предметным указателем, напечатанный черным и синим цветом как оригинальное американское издание! Также в новом издании исправлены неточности,…

Аналоговые системы радиосвязи были популярны на протяжении долгих лет. Сегодня же они постепенно «уходят» с рынка, а их место занимают системы цифровой радиосвязи.

Почему цифровая связь «вытеснила» аналоговую :

• На многих предприятиях возникла потребность в расширении возможностей сети
• Современным объектам потребовалось универсальное решение в плане организации системы связи
• Абоненты, помимо отправки обычных голосовых сообщений, нуждались в передаче данных, и более высоких скоростях радиосистем

Именно цифровая радиосвязь смогла решить все эти проблемы. Заменив старые аналоговые радиоустройства в сети на цифровые, можно мгновенно повысить производительность сети, расширить ее функционал, и предостеречь себя от многих проблем в будущем.

Двухсторонняя аналоговая связь на многих объектах уже давно заменена цифровой. Давайте рассмотрим основные принципы работы этих систем и преимущества.

Как работает цифровая радиосвязь

Цифровая радиосвязь – система радиоустройств, которая преобразовывает голос человека в определенный цифровой формат, после чего обрабатывает эти данные и отправляет их на приемник.

В случае, когда данные поступают на приемник из интернета или другого устройства сразу в цифровом виде, то преобразование не происходит. Эта информация будет сразу обработана и отправлена в радио-эфир.

Чтобы обеспечить максимальную надежность такой связи и высшее качество голоса, необходимо применять разные протоколы отправки информации, которые работают вместе с различными алгоритмами обработки ошибок.

Работает цифровая связь в УКВ-диапазоне. Сегодня в мире есть несколько принятых стандартов цифровой связи – , APCO и другие.

Системы цифровой радиосвязи:

Система цифровой радиосвязи – «мощная» совокупность устройств для решения универсальных задач в плане связи. К примеру, DMR (Digital Mobile Radio). Этот стандарт разработан специально для стран Европы.

В его основе лежит протокол TDMA (2-интервальный). А на основе протокола TDMA уже разработана масса других стандартов связи, которые давно стали популярными по всему миру. TETRA и GSM – лишь некоторые из них.

Системы цифровой радиосвязи на базе TDMA имеют массу преимуществ, среди которых: небольшая цена оборудования, длительный эксплуатационный срок аккумуляторов, «открытость» для модернизации и т.д.

А, если затронуть цифровую связь в общем, то она отличается:

• Повышенным качеством передачи голосовых данных
• Сниженным уровнем помех на линии
• Обширной зоной покрытия (без потери качества голоса и сигнала на предельных расстояниях)
• Эффективность в плане использования частотного диапазона (каналы делятся на так называемые слоты, скорость передачи информации – повышенная, реализован пакетный режим и многое другое)
• Большие возможности в области шифрования данных
• Быстрая организация системы цифровой радиосети

Есть вопросы по цифровой радиосвязи? – наши эксперты с радостью ответят на них! Звоните в офис нашей Компании по номеру, указанному выше.