КАТЕГОРИИ:


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

Тема 6. Принципи за изграждане на многоканални предавателни системи




Лекция 6

Раздел 6.1. Обобщена блокова схема на многоканалната предавателна система

Многоканалната предавателна система (наричана по-долу "преносна система") представлява съвкупност от технически средства, осигуряващи едновременно и независимо предаване на подобни или хетерогенни съобщения от N източници към N приемници чрез една комуникационна връзка (физическа среда за разпространение на телекомуникациите). Обобщена блокова схема на N- каналната предавателна система (SP) е показана на Фигура 6.1.

Първичните сигнали С i (t) , чийто спектър на време и честота на съществуване могат частично или напълно да се припокриват, се предават към предавателната част на предавателната система, където те се преобразуват в канални сигнали S i (t), като се използват устройства Mj .

C 1 (t) S 1 (t) S ' 1 (t) C 1 (t)

C 2 (t) S 2 (t) S ' 2 (t) C 2 (t)

S (t) S ' (t)

C N (t) S N (t) S ' N (t) C N (t)

Фигура 6. 1 - Обобщена блокова диаграма на многоканална предавателна система

Процесът на преобразуване на първичен сигнал в канал решава два проблема: първо, всеки канален сигнал S i (t) е надарен с набор от физически характеристики, които го отличават от другите сигнали на канала; тези признаци или параметри се наричат разделяне ;

на второ място, е необходимо да се образуват канални сигнали, така че да съдържат предавани съобщения, т.е. информация за формата на първичните сигнали на входовете на каналите.

Многоканален или групов сигнал S (t) се получава чрез комбиниране на канални сигнали в комбинираното устройство О. По-специално, групов сигнал може да бъде получен чрез сумиране на каналните сигнали, т.е.

, (6.1)

Предавателните системи, където груповият сигнал представлява сумата от каналните сигнали, се наричат добавки.

Предавателните системи, в които се използват други операции за формиране на групов сигнал, се наричат комбинационни. Съвременните многоканални телекомуникационни системи са предимно добавки.

Преминаването на групов сигнал по комуникационната линия (разпространяваща среда) е придружено от смущения и изкривявания, поради което при входа на приемащата част на предавателната система ще имаме сигнал S (t).

Разделянето на груповия сигнал в отделни канални сигнали се извършва чрез разделяне на устройствата Φi (филтриращи устройства) въз основа на характеристиките на разделяне, с които са разпределени първичните сигнали в предаването. На изхода на устройствата Φi получаваме канален сигнал S (i) , който се различава от каналния сигнал S i (t) от наличието на смущения и изкривявания, причинени от преминаването на каналния сигнал през елементите на оборудването на предавателните системи и носителя за разпространение.

Разделителните устройства f могат да бъдат линейни и нелинейни. Предавателната система се нарича линейна или предавателна система с линейно разделяне на сигналите, ако decoupler е линейна мрежа с две портове с постоянни или променливи параметри. Ако разделящите устройства представляват нелинейни квадруполи, тогава тези предавателни системи се наричат нелинейни. По същество се използват предавателни системи с линейно разделяне на каналите (сигнали).



След разделянето, каналните сигнали се изпращат на устройствата D i , където каналните сигнали S k (i) се преобразуват в първични сигнали C i i (t) , които се различават от първичните сигнали за предаване чрез наличие на смущения и изкривявания, въведени от елементите на оборудването на предавателни системи и комуникационни линии Разпределение).

При разработването и изучаването на многоканалните предавателни системи обикновено са известни свойствата на първичните сигнали, броят на каналите и характеристиките на комуникационните линии - разпространение и интерференция.

Теорията за изграждане на многоканални телекомуникационни системи трябва да посочва класа на каналните сигнали, които дават основната възможност за тяхното разделяне и да определят изискванията към устройствата за генериране на канални сигнали и тяхното разделяне, като се гарантира минималната разлика между първичните сигнали за C (t) и приемащата C (t). Трябва да се посочат и начините за техническа реализация на устройствата за формиране на канални сигнали М, тяхната комбинация О и разделяне.

В многоканалните предавателни системи, в допълнение към външните смущения, възникват специфични смущения поради несъвършеното функциониране на устройствата за разделяне на канали. Тази намеса се появява като взаимно преходни ефекти между каналите. Трябва да посочите начини за намаляване на тези ефекти до приемливи стойности.

Трансмисионните системи трябва да осигуряват не само високото качество на предаване на сигнала, но и необходимата надеждност. Същевременно комуникационният обхват може да достигне много хиляди километри. Важна задача на технологията на многоканалните предавателни системи е и постигането на висока икономическа ефективност, която, както беше посочено по-горе, се оценява от разходите за изграждане и експлоатация на 1 км канал за предаване. В тази връзка може да бъде зададена задачата за изграждане на многоканални предавателни системи, които да минимизират тези показатели.

Следователно основните задачи на технологията на многоканалните предавателни системи се свеждат до създаването на системи, които осигуряват определен брой канали, необходимото качество на предаване, надеждност, ефективност и обхват на комуникация.

Съвременните многоканални предавателни системи се състоят от следните основни части (фиг.6.2): ​​оборудване за създаване на канали (CCW), интерфейсно оборудване (OS), оборудване за линейно трасе (OLT), унифицирано генерационно оборудване (UGO) и сервизно оборудване.


Фиг. 6.2 - Унифицирано оборудване на многоканални предавателни системи

Оборудването за формиране на канал за конкретен тип преносна система е унифицирано и има за цел да създаде типични канали с характеристики, които отговарят на определени стандарти.

Оборудването за линейна пътека е част от предавателна система, в която сигналите от всички канали се комбинират в сигнал от многоканална група, параметрите на които съвпадат с параметрите на предаване на разпространяващата среда и се нарича такъв линеен сигнал . Оборудването на линейния път включва устройства, инсталирани на крайни станции, комуникационна линия и оборудване на междинни станции (точки за усилване или регенерация).

Интерфейсното оборудване е специфично за всяка предавателна система, осигурява координация на канално-образуващото оборудване с линейно трасето.

Предавателната система включва също така унифицирано генерационно оборудване, което произвежда електрически сигнали, необходими за генериране на канални сигнали, и спомагателни сигнали, които осигуряват висококачествено функциониране на цялото оборудване на предавателните системи.

Сервизното оборудване осигурява автоматизация на процесите за поддръжка на каналите и пътищата на преносната система.

Най-скъпата част от многоканалната предавателна система е канално-образуващото оборудване, което прилага различни методи за разделяне на каналните сигнали.

Раздел 6.2. Методи за разделяне на сигнала на канала

Методите за формиране на канални сигнали и тяхното разделяне могат да се разделят на най-прости, когато първичните сигнали се предават без каквито и да било трансформации в оригиналния честотен диапазон и методи, основаващи се на допълнителната трансформация на първичните сигнали в канални, при наличието на определени отличителни черти.

Най-простите методи за разделяне на каналните сигнали . Най-простият метод за разделяне на каналните сигнали е балансираният мостов метод, фиг. 7.3.


Фиг. 6.3. Схемата за разделяне на каналите по метода на балансирания мост

Ако съпротивлението на жиците на физичната верига Z n1 = Z n2 = Zn , тогава когато Z 1 = Z 2 = Z 3 = Z 4 = Z 0 , тогава диаграмата на фиг. 6.3 образува балансиран мост с радиални съпротивления Z 0 и Z 0 + Z p . В такава схема разликата в потенциала, създадена от източника на сигнала на IC 1 между точките а, b и a ¢ , b ¢ е нула и следователно сигналът С1 (t) от източника на IC 1 не влияе на сигналния приемник PS 2 ; С2 (t) сигналът от източника на IC2 не засяга приемника на сигнал PS 1 , тъй като разликата в потенциала, създадена от източника на сигнала на IC2 между точките c и cў, е нула. По този начин с идеалното равновесие на моста може да се използва двужична физическа верига (комуникационна линия) за организиране на два независими канала, осигуряващи предаване на съобщения от източника на IC 1 към приемника PS 1 и от източника на IC 2 към приемника PS 2 . Веригата в този пример е трипроводна: ролята на третия проводник е "наземна".

Разбира се, ако Z n1 1 Z n2 , тогава равновесието на моста може да бъде постигнато чрез подходяща селекция на съпротивленията Z 1 ... Z 4 . На практика, обаче, не е възможно да се постигне идеално балансиране на моста и следователно взаимната намеса между каналите.

Допълнителните вериги, образувани чрез метода на балансирания мост, се наричат изкуствени или фантомни. Изкуствените вериги се използват за предаване на отдалечени токове на тока, съвместно окабеляване и телефония и за прехвърляне на допълнителни телефонни разговори (по-специално за офис комуникации).

Изкуствените вериги на базата на диференциални трансформатори, известни като схеми Пикард, са намерили най-голяма полза. Ако има две двупроводни вериги с помощта на диференциални трансформатори (DT 1 ... DT 3 ), може да се организира изкуствена или фантомна телефонна схема, Фиг. 8.

Двупроводните вериги, използвани за устройството на изкуствена верига, в този случай се наричат ​​основни вериги. Телеграфните устройства могат да се включват в точки А-А на диференциални трансформатори на изкуствена верига, т.е. Телеграфните сигнали могат да бъдат насложени върху изкуствена телефонна верига.


Фиг. 6.4 - Електрическа схема на изкуствен телефон

Разделянето на сигналите по метода на балансирания мост има значителен недостатък: при използването на този метод е възможно да се получат не повече от две или три допълнителни връзки на една физическа верига. Изкуствените вериги се използват като спомагателни, заедно с по-напредналите методи за разделяне на каналните сигнали.

Принципи на линейно разделяне на сигналите. Първичните сигнали с i (t ), пристигащи на входовете на каналите на предавателната система, могат едновременно да съществуват в един и същи или припокриващи се спектри на честота. Както е показано на фигура 7.1, в устройствата M i се формират сигнали на канала s i (t), които се различават една от друга . Трансформацията на първичния сигнал c i (t) в каналния сигнал s i (t ) може, в обща форма, да бъде описан от израза

s i (t) = M i [c i (t)], (6.2)

където M i е операторът, осъществяващ преобразуването на i- ти първи сигнал в i- ти канален сигнал. По принцип преобразуването на M i се извършва чрез модулиране със сигнал c i (t) на някакъв сигнал y i (t) , наречен носител . Както е известно, модулационният процес може да бъде представен като умножение на модулиращия сигнал с i (t) от носителя yi (t) . Ако приемем, че сигналът с i (t) е бавно променяща се функция на времето с i , което остава постоянно през периода на носителя y i (t), тогава процесът на формиране на i-та може да бъде написан като

s (t) = c i y i (t) . (6.3)

Обмислете допълнителна линейна N- канална предавателна система, в която се получава груповият сигнал S (t) чрез сумиране на каналните сигнали s k (t) (6.1) , т.е. , (6.4)

Сепараторите Φ i представляват линейни квадруполи, чието действие е описано от линейния оператор Φ i . Действието на разделяне и преобразуване на сигнали при приемането може да бъде описано от израза

, (6.5)

В допълнителните линейни многоканални предавателни системи, операторът за разделяне Φ i е линеен и следователно (7.5) може да бъде представен като

, (6.6)

Условието за разделяне на сигналите (6.5), като се вземе предвид (6.6), може да бъде написано, както следва:

(6.7)

Експресията (6.7) показва, че използвайки линейния оператор Φi на i-тия канал, откъм сигнала на групата се извлича само i-тият канален сигнал s i (t) и няма да има сигнали, предавани от други канали на изхода на i-тия канал. След това, използвайки устройството D i (Фиг.6.1), сигналът от i -канала се превръща в i -ти първи сигнал с i (t) .

За каналните сигнали за удовлетворяване на условието за разделяне (6.7) те трябва да бъдат линейно независими. Каналните сигнали, като функции на времето s 1 (t) = c 1 y 1 (t), s 2 (t) = c 2 y 2 (t) ... s N (t) ако е невъзможно да се изберат такива числени коефициенти с 1 , с 2, ... с N , не равен на нула, за който

с 1 y 1 (t) + c 2 y 2 (t) +. , . + c N y N (t) С 0 . (6.8)

В действителност, коефициентите с 1 , с 2 ,. , , с N характеризира амплитудата на първичните сигнали, която, както е позволено по-горе, може да се счита за постоянна за периода на превозвача y i (t) . Ако каналните сигнали с i y i (t) са линейно зависими, тогава за някои стойности на коефициентите с i можете да получите S (t) = c 1 y 1 (t) + c 2 y 2 (t) +. , , + c N y N 0 0 . Освен това F i [S (t)] = F i [0] = 0 , т.е. условията за разделяне (6.7) не са изпълнени. Идентичността (6.8) е възможна само със с 1 = с 2 =. , , с N = 0.

Следователно, за да се получат линейно независими канални сигнали, е необходимо да се използват линейно независими носители y i (t) , тъй като каналните сигнали са модулирани носители.

Може да се покаже, че например следните последователности от функции принадлежат към линейно независими:

или ,

ако е 0 , a 1 ,. , ., N - реални числа.

За функциите на формата y 1 (t) = 1; y 2 (t) = cos 2 wt; y 3 (t) = sin 2 wt, имаме y 1 (t) + y 2 (t) + y 3 (t) = - 1 + cos 2 wt + sin 2 wt = 0 , което означава, че те са линейно зависими. Линейно разделяне на функции от този тип е невъзможно и следователно те не могат да се използват като носители за формиране на канални сигнали.

В общия случай, критерият за линейната независимост на функциите y 1 (t). , .y N (t), определена за интервала 0Ј t Ј T , се дава от теоремата на Грам, която се формулира както следва:

За да функционира y 1 (t), y 2 (t),. , , , y N (t) са линейно независими, необходимо и достатъчно е детерминанта на матрицата za a i jz3, чиито елементи се определят от зависимостта

(6.9)

По този начин, условието за линейна независимост на функциите y i (t) може да бъде написано в следната форма:

, (6.10)

където G [] се нарича Грам детерминанта.

От набор от функции, отговарящи на условието (6.10), се отличава класа на ортогоналните функции. Функциите y i (t) (i = 0, 1, 2, ..., N) се наричат ортогонални с тегло p (t) на интервала 0..Т, ако отговарят на следните условия:

(6.11)

където p (t) е някаква фиксирана не отрицателна функция, която не зависи от индексите i и j и е равна за повечето ортогонални функции; k j 2 е постоянна стойност пропорционална на средната квадратична стойност или средната мощност на j -тия сигнал. За определен клас ортогонални функции тегловната функция е p (t) = 1 .

Има много класове функции, които отговарят на условието за ортогоналност. Ортогоналните функции на времето са периодични последователности на импулси, които не се припокриват във времето. Въз основа на такива носители се изграждат многоканални предавателни системи с канали за разделяне по време (SP с WRC), базирани на различни видове импулсна модулация.

Класът на ортогоналните сигнали включва канални сигнали с неприпокриващи се честотни спектри. В такива предавателни системи каналните сигнали са ортогонални в честотния домейн, т.е. те задоволяват връзката

(6.12)

Въз основа на такива канални сигнали се изграждат предавателни системи с канали за разделяне на честотата (SP с FRC).

От всичко това следва, че обобщената блокова диаграма на линейната добавка многоканална предавателна система може да бъде представена в следната форма, Фиг.6.5.

Фиг.14.1 - Класификация на мрежи за данни

Мрежата може да се намира в ограничено пространство, например в отделна сграда в класната стая. В този случай той се нарича локална мрежа (LAN) (локална мрежа - LAN). Основните технологии на локалните мрежи, които понастоящем се използват, са Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet. Други логически технологии (Token Ring, 100VG-AnyLAN, FDDI и др.) Рядко се използват.

Комбинацията от няколко локални мрежи се нарича комбинирана или глобална мрежа (интернет, интернет). Комбинираната мрежа може да включва подмрежи от различни технологии. Големите фирми (корпорации) създават свои собствени мрежи (интранет), които използват технологиите както на глобалните, така и на локалните мрежи.

Комбинация от потребители, разположени в широк географски район, например в различни градове, за споделяне на информация, се осъществява чрез глобална компютърна мрежа - WAN (Wide Area Network).

Глобалните мрежи за данни са изградени въз основа на различни мрежови технологии. Той използва:

- цифрови специализирани линии или връзки, които са постоянни (постоянни специализирани връзки) или се отдават под наем (наети линии под наем). Цифровите наети линии включват технологии за пулсохиронна цифрова йерархия (PDH) и синхронна цифрова йерархия (SDH);

- цифрови мрежи от услуги с интегрална комутируема комутация (Цифрова мрежа за интегрирани услуги - ISDN);

- цифрови абонатни линии (Digital Subscriber Line - DSL);

- аналогови специализирани линии, използващи модеми;

- аналогови комутируеми мрежи (комутируеми), т.е. аналогова централа.

- мрежи, комутирани с пакети:

- технологични мрежи X.25; Рамково реле; ATM - режим на асинхронно прехвърляне;

- мрежи за IP технологии.

Най-продуктивните технологии са PDH, SDH. Например скоростта на предаване на технологията PDH варира от 2 Mbps до 139 Mbps; Технологията SDH - от 155 Mbit / s до 10 Gbit / s и по-висока. Основната хардуерна технология на PDH, SDH са мултиплексорите (MUX).

В зависимост от изискванията в глобалните компютърни мрежи могат да се използват технологиите на виртуалните канали, използвани в X.25, Frame Relay, ATM мрежи. Технологията X.25 използва ненадеждни аналогови комуникационни линии и следователно се характеризира с ниска скорост на предаване на данни (до 48 kbps). Тази технология обаче се използва до момента, например в ATM мрежи.

Технологията Frame Relay осигурява по-висока скорост на предаване на данни до 2-4 Mbit / s в сравнение с X.25. Но комуникационните линии трябва да бъдат по-надеждни от X.25.

Най-високата скорост на пренос на данни (155 или 620 Mbit / s) се осигурява от мрежите за УВД. Развитието на тези мрежи обаче е ограничено от високите им разходи.

Компромисно решение за скоростта на трансфер на цени и данни се предоставя от IP мрежите, които понастоящем са най-широко използвани.

Виртуалните частни мрежи ( VPN ) се формират в обществена мрежа, например в интернет (фиг. 14.2).

Фигура 14.2 - Виртуална частна мрежа

Освен това сигурността и надеждността на VPN връзката се осигурява на нивото на частните мрежи. Използвайки VPN, служителите на компанията могат да получат сигурен отдалечен достъп до корпоративната мрежа на компанията чрез интернет. Обикновено се създава връзка от точка до точка между отдалечените потребители и корпоративната мрежа.

Има три вида VPN:

1. Виртуални частни мрежи за отдалечен достъп ( Access VPNs ) осигуряват отдалечен достъп за мобилни потребители и малки офиси до мрежата на компанията.

2. Интранет VPNs използват специализирани връзки за свързване на регионални и отдалечени офиси с вътрешната мрежа чрез споделена инфраструктура. Интранет VPN се различават от тези на Extranet VPN, тъй като позволяват достъп само до служители.

3. ВРТ от Extranet свързват бизнес партньорите с вътрешната мрежа чрез споделена инфраструктура. Extranet VPN позволява достъп до потребители извън предприятието. Сигурността на достъпа се осигурява чрез пароли, идентификатори и др.

Раздел 14.2. Принципи на изграждане на комутационни системи

Под превключвателя се затваря, отваря и превключва електрически вериги. Превключването се осъществява на превключващи възли. В телекомуникационните мрежи чрез превключване на абонатите устройствата са взаимосвързани с предаване (получаване) информация. Абонатните устройства в някои случаи се наричат ​​мрежови терминали. Превключването се извършва в комутируемите възли (CU), които са част от телекомуникационната мрежа.

Абонатните мрежови устройства са свързани с абонатните линии KU (AL). KU, разположени на територията на един град (селище), са свързани чрез свързващи линии (SL). Ако превключвателните възли са разположени в различни градове, комуникационните линии, които ги свързват, се наричат дълги разстояния или вътрешни зони .

Превключващият възел, в който са свързани абонатните линии, се нарича станция за превключване или просто станция . В някои случаи абонатните линии се включват в подстанции (PS). Лицето, което използва абонатното устройство за предаване и получаване на информация, се нарича абонат . За да прехвърлите информация от едно абонатно устройство в друга мрежа, трябва да установите връзка между тези устройства чрез съответните възли и комуникационни линии. За осъществяване на връзката комутационното оборудване е инсталирано на превключващите възли.

Комбинацията от съоръжения за линии и станции, предназначени за свързване на устройства на крайните потребители, се нарича път на свързване . Броят превключващи възли между свързаните абонатни устройства зависи от мрежовата структура и посоката на връзката.

За да се осъществи необходимата връзка, комутационният възел и абонатната единица обменят управляващите сигнали .

При KU връзката може да бъде установена за времето, необходимо за предаване на едно съобщение (например един телефонен разговор) или за дълго време, превишаващо времето за предаване на едно съобщение. Превключването на първия тип се нарича оперативно , а второто - кръстосано (дългосрочно) .