Тема: «Сеть распределения программ звукового вещания

Областное государственное автономное
профессиональное образовательное учреждение
«Белгородский индустриальный колледж»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
По дисциплине: Основы телекоммуникаций
в рамках основной образовательной программы по специальности СПО
11.02.10 Радиосвязь, радиовещание и телевидение
подготовила
преподаватель профессионального цикла
Ангелина Владимировна Кобченко
г. Белгород
2015
1
СОДЕРЖАНИЕ:
1. Пояснительная записка.
2. Практическая работа № 1. «Маркировка кабелей связи».
3. Практическая работа № 2. «Системы передачи с частотным
мультиплексированием каналов».
4. Практическая работа № 3. «Цифровые системы передачи с временным
мультиплексированием».
5. Практическая работа № 4. «Преобразование аналогового сигнала в цифровой».
6. Практическая работа № 5. «Составление схем организации связи двух
абонентов».
7. Практическая работа № 6. «Сеть распределения программ звукового вещания».
8. Практическая работа № 7. «Сеть распределения программ телевизионного
вещания».
9. Практическая работа № 8. «Алгоритм многостанционного доступа».
10. Практическая работа № 9. «Интеллектуальные сети».
11. Практическая работа № 10. «Информационные сети».
12. Список используемой литературы.
2
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Практические занятия являются одним из важнейших элементов учебного
процесса. При проведении практических занятий преследуется три основные цели:
возможность убедиться в теоретических положениях; развитие творческого
мышления; пробудить любознательность и воображение студента.
Цель методических рекомендаций - оказание помощи студентам в
выполнении практических работ по дисциплине «Основы телекоммуникаций».
Для подготовки студентов к предстоящей трудовой деятельности важно
развить у них интеллектуальные умения – аналитические, проектировочные,
конструктивные, поэтому характер заданий на занятиях сформулирован таким
образом, чтобы студенты были поставлены перед необходимостью анализировать
процессы, состояния, явления, проектировать на основе анализа свою
деятельность, намечать конкретные пути решения той или иной практической
задачи.
Настоящие методические рекомендации содержат практические работы,
которые
позволят
студентам
овладеть
фундаментальными
знаниями,
профессиональными умениями и навыками деятельности по специальности,
опытом творческой и исследовательской деятельности, и направлены на
формирование следующих компетенций:
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей
профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые
методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их
эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и
нести за них ответственность.
ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для
эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и
личностного развития.
ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в
профессиональной деятельности.
ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами,
руководством, потребителями.
ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды
(подчиненных), результат выполнения заданий.
ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного
развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение
квалификации.
Тематика практических работ соответствует программе дисциплины
«Основы телекоммуникаций». Описание каждой практической работы содержит:
тему, цели работы, общие сведения, порядок выполнения работы. Для получения
дополнительной, более подробной информации по изучаемым вопросам, приведен
список рекомендуемой литературы.
3
В результате выполнения практических работ, предусмотренных программой
по данной специальности, студент должен
уметь:
– определять напряженности поля электромагнитных волн;
– составлять схемы внутризоновых и местных сетей фиксированной
телефонной связи;
– составлять общие схемы построения сетей подвижной связи;
– составлять и рассчитывать наземные сети звукового и телевизионного
вещания.
знать:
– классификацию и состав Единой сети электросвязи Российской
Федерации (ЕСЭ РФ);
– виды сетей связи и принципы их построения;
– физические процессы при излучении радиоволн и их распространение;
– виды проводных линий и радиолиний;
– принципы построения схем многоканальных систем передачи;
– виды и принципы построения сетей подвижной связи;
– принцип построения сетей звукового и телевизионного вещания;
– принцип построения и требования к сетям связи нового поколения.
4
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
Тема: «Маркировка кабелей связи»
Цель работы: Изучить типы, конструкцию кабелей связи; ознакомиться с
принципами маркировки кабелей.
Кабели типа Т имеют медные жилы диаметром 0,4; 0,5 и 0,7мм.
Воздушно-бумажная изоляция жил и может быть выполнена пористой бумажной
массой или трубчатой, состоящей из бумажной ленты, наложенной на
проволоку с перекрытием в 20— 30%.
Скрутка жил парная с шагом 70—250 мм (импортные кабели этого типа
могут иметь четверочную скрутку). В каждой скрученной паре изоляция одной
жилы должна быть белого (натурального) цвета, а другой жилы – красного или
синего цвета, либо иметь красную или синюю продольную полосу. Скрутка
сердечника может быть повивная или пучковая. Последняя применяется в кабелях
емкостью свыше 100 пар. При повивной скрутке сердечника в каждом повиве
имеется контрольная пара, отличающаяся по расцветке изоляции. Каждый повив
сердечника за исключением центрального и внешнего обмотан по спирали нитью из
хлопчатобумажной пряжи. Поверх сердечника накладывается поясная изоляция не
менее чем из двух лент телефонной бумаги толщиной 0,05мм при емкости
кабеля до 100 пар включительно и не менее чем из двух лент кабельной бумаги
толщиной 0,12мм при емкости свыше 100 пар.
Поверх поясной изоляции накладывается влагозащитная оболочка из
свинца радиальной толщины от 1,1 до 2,6мм.
В зависимости от конструкции защитных покровов выпускаются следующие
марки кабелей: ТГ, ТБ, ТБГ, ТК. Сопротивление изоляции каждой жилы по
отношению ко всем остальным жилам, соединенным со свинцовой оболочкой,
должно быть при температуре 20°С не менее 5000 МОм/км. Готовый кабель
должен выдерживать в течение 2 мин испытание напряжением 500В переменного
тока частотой 50Гц, прикладываемым между жилами, а также между жилами и
свинцовой оболочкой.
Кабели типа ТП имеют медные токопроводящие жилы диаметром 0,32;
0,4; 0,5 и 0,7мм. Изоляция токопроводящих жил — сплошная полиэтиленовая,
причем каждая жила в паре имеет свою расцветку. Скрутка жил парная или
четверочная (звездная). Скрутка сердечника может быть повивная или пучковая,
пучки состоят из 10, 50 и 100 пар или 5, 25, 50 четверок. Сердечник имеет поясную
изоляцию из пластиковых лент, поверх которых накладывается экран из
алюминиевых лент толщиной 0,1—0,2 мм, наложенных с перекрытием продольно
или спирально с экранной проволокой диаметром 0,5мм. Затем идет влагозащитная
оболочка, которая может быть полиэтиленовой или поливинилхлоридной. Емкость
кабелей (с жилами диаметром 0,4; 0,5; 0,7мм) от 5 до 500 пар с той же
градацией, что и для кабелей типа Т. Кабели ТП с жилами диаметром 0,32мм в
полиэтиленовой оболочке имеют парную скрутку жил и пучковую скрутку
сердечника. Кабель имеет следующие емкости: 10х2, 20х2, 30х2, 50х2, 100х2,
5
200х2, 300х2, 400х2, 500х2, 600х2, 1200х2, 2400х2. Строительные длины кабелей
ТП — от 200 до 350м. В большинстве случаев кабель употребляется без брони,
однако предусмотрен выпуск бронированного кабеля.
Кабели в пластмассовой оболочке подразделяются на следующие типы:
ТПП — с полиэтиленовой изоляцией в полиэтиленовой оболочке;
ТППБ — то же, бронированный стальными лентами с наружным джутовым
покровом;
ТППБГ — то же, бронированный стальными лентами с противокоррозийным
покровом;
ТППБШп — то же, бронированный стальными лентами с наружным
защитным шлангом из полиэтилена;
ТППэп — с полиэтиленовой изоляцией в алюмополиэтиленовой оболочке:
ТГШт — с полиэтиленовой изоляцией в полиэтиленовой оболочке с
самонесущим стальным тросом (емкость от 50 до 100 пар, жилы диаметром 0,5 и
0,7мм);
ТПВ — с полиэтиленовой изоляцией в поливинилхлоридной оболочке;
ТПВБ — то же, бронированный стальными лентами с наружным защитным
покровом.
Наиболее распространенным является кабель марки ТПП, который
применяется на любом участке городской телефонной сети, На магистральной
сети применяют кабели емкостью от 100 пар (50 четверок) и выше, на
распределительной сети — от 10 до 100 пар. Кабель ТПП прокладывается в
трубах телефонной канализации и по стенам зданий, кабель ТПВ рекомендуется
прокладывать в помещениях, так как поливинилхлоридная оболочка обладает
большей гигроскопичностью по сравнению с полиэтиленовой. Сопротивление
изоляции не менее 5000 МОм-км. Прокладка и монтаж кабеля производятся при
температуре не ниже — 10°. Испытательное напряжение в течение 2 мин частотой
50 Гц: между жилами рабочих пар 1000В, а между всеми жилами и экраном 500
В.
К а б е л и Т П С т с п о л и э т и л е н о в о й и з о л я ц и е й в стальной
оболочке имеют медные токопроводящие жилы диаметром 0,4; 0,5 и — 0,7мм.
Изоляция — сплошная полиэтиленовая, скрутка жил парная, скрутка сердечника
— пучковая. Поверх сердечника накладывается изоляция из полиэтилена, затем
экран из алюминиевой ленты толщиной 0,1—0,2мм и опять пластмассовая
изоляция из лент. Сверху располагается стальная гофрированная оболочка
толщиной 0,4 и 0,5мм (в соответствии с диаметром кабельного сердечника),
покрытая слоем битума толщиной 0,25мм и светостабилизированным
полиэтиленовым шлангом толщиной 2—3,4мм. Число пар в кабелях с
жилами диаметром 0,4мм составляет 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800,
900, 1000 и 1200, при диаметре токопроводящей жилы 0,5мм — 50, 100, 200, 300,
400, 500, 600, 700, 800 и при диаметре 0,7мм — 50, 100, 200, 300 и 400.
Строительная длина кабелей от 150 до 350м. Сопротивление изоляции не менее
5000 МОм-км; испытательное напряжение в течение 2 мин частотой 50 Гц — 1000
В. Пример маркировки: ТПСтШп-100х2хО,5.
6
Кабель ТСтШп имеет аналогичную емкость и конструкцию за
исключением того, что изоляция токопроводящих жил воздушно-бумажная, а
поясная изоляция выполнена из трех слоев кабельной бумаги. Пример
маркировки: ТСтШп-З00х2х0,5.
Кабели ТПСтШп и ТСтШп можно прокладывать непосредственно в грунт.
Применение алюминиевых оболочек в городских телефонных кабелях общего
назначения не дает технико-экономических преимуществ по сравнению со
стальными оболочками. При прокладке кабелей в грунте поверх влагозащитной
оболочки накладывается броня из двух плоских стальных лент, при этом марка
кабеля будет ТПАБп.
Одночетверочные кабели КСПП-1×4 имеют медные жилы диаметром
0,9 или 1,2мм, изолированные полиэтиленом толщиной 0,7—0,8мм. Поверх
изолированных жил накладывается поясная изоляция из полиэтилена толщиной
0,8±0,1мм и алюминиевый экран толщиной 0,1—0,15мм. Снаружи располагают
защитную полиэтиленовую оболочку толщиной 1,8±0,3мм. Изготовляются также
бронированные варианты этого кабеля: КСППБ-1×4 - бронированный стальными
лентами толщиной 0,1мм и КСППК-1×4 -бронированный круглыми стальными
проволоками диаметром 1,2мм.
Однопарные кабели имеют медные жилы диаметром 0,8; 1,0; 1,2мм
(ПРППМ) или алюминиевые жилы диаметром 1,6мм (ПРППА). Пара жил
изолирована полиэтиленом, поверх которого расположена полиэтиленовая
оболочка.
Рисунок 1.1
Рисунок 1.2
Рисунок 1.1 - Подвесной кабель сельской связи КСППС-4×4×0.9: 1 четверка; 2- поясная изоляция из полиэтилена; 3- алюминиевый экран; 4внешняя полиэтиленовая оболочка; 5- стальной трос.
Рисунок 1.2 - Однопарный кабель СТС и радиофикации типа ПРПП1×2×1,2: 1- жилы (медь, алюминий); 2- изоляция; 3- оболочка.
Междугородные симметричные кабели
С и м м е т р и ч н ы е м е ж д у г о р о д н ы е к а б е л и п р е д н а з начены для
строительства междугородных кабельных магистралей и линий зоновых сетей,
уплотняемых высокочастотной .аппаратурой.
7
Симметричные междугородные кабели имеют следующие модификации:
МКС - с кордельно-полистирольной изоляцией в свинцовой оболочке;
МКСА - то же, в алюминиевой оболочке;
МКССт — то же, в стальной оболочке;
МК - с кордельно-бумажной изоляцией в свинцовой оболочке.
Все кабели с кордельно-полистирольной изоляцией имеют идентичную
конструкцию сердечника, состоящего из одной, четырех и семи четверок, с жилами
диаметром 1,2 мм. Кабели с кордельно-бумажной изоляцией типа МК имеют
емкость 3×4, 4×4, 7×4, а также 13×2, 21×2 и 32×2. Кабели предназначены для
уплотнения 24- и 60-канальной аппаратурой.
Магистральные кабели МКС с кордельно -полистирольной изоляцией
в свинцовой оболочке выпускаются с числом высокочастотных четверок 1, 4 и 7.
Кроме того, кабели емкостью-4×4 могут иметь пять, а 7×4 шесть сигнальных жил.
Диаметр медных токопроводящих жил высокочастотных четверок — 1,2мм,
сигнальных жил — 0,9мм. В зависимости от конструкции защитных покровов
кабели маркируются:
МКСГ - в свинцовой оболочке, голый;.
МКСБ - бронированный стальными лентами;
МКСБв - бронированный стальными лентами, свинцовая оболочка защищена
поливинилхлоридным шлангом или лентами;
МКСК - в кругло проволочной броне;
МКСКв - бронированный круглыми проволоками, свинцовая оболочка
защищена поливинилхлоридным шлангом или лентами;
МКСБГ - бронированный стальными лентами с антикоррозионным
покровом из компаунда (без наружного джутового покрытия).
Первая пара каждой четверки состоят из жил красного и желтого цветов,
вторая пара — из жил синего и зеленого цветов (рис. 1.3). В центре четверок
имеется полистирольный кордель диаметром 1,1мм. Поверх кабельного
сердечника накладывается поясная изоляция из шести — восьми слоев кабельной
бумаги и свинцовая влагозащитная оболочка.
Кабели МКСА (рис. 1.4) с кордельно-полистирольной изоляцией в
алюминиевой оболочке имеют аналогичную конструкцию сердечника и емкость.
Поверх алюминиевой оболочки накладывается слой битумного компаунда и
полиэтиленовый шланг. В зависимости от рода защитных покровов кабели
маркируются:
МКСАШп - в алюминиевой оболочке и полиэтиленовом шланге;
МКСАБп - то же, с броней из стальных лент и наружным джутовым
покровом;
МКСАБпШп - то же, с броней из стальных лент и наружным
полиэтиленовым шлангом;
МКСБпГ - то же, с броней из стальных лент с противокоррозийным
наружным покрытием;
МКСАКпШп - то же, с броней из круглой проволоки и наружным
полиэтиленовым шлангом.
8
Кабели МКССт с кордельно-полистирольной изоляцией в стальной
гофрированной оболочке выпускаются емкостью 4×4 и 7×4. Поверх поясной
изоляции из четырех слоев кабельной бумаги наложен экран из алюминиевой
фольги толщиной 0,2мм. Под экраном проложена медная проволока диаметром
0,4мм для уменьшения его сопротивления, а поверх наложена пластмассовая
.или бумажная лента. Сердечник кабеля заключен в стальную гофрированную
оболочку со сварным продольным швом, толщина оболочки 0,4мм. Снаружи
располагается полиэтиленовый шланг толщиной 2,5мм. Строительная длина
кабеля 825м. Конструкция кабеля приведена на рис.1.5.
Рис.1.3 - Поперечное сечение кабеля
МКС-4×4×1.2
Рис.1.4 - Поперечное сечение кабеля
МКСА-4×4×1.2
Рисунок 1.5 - Кабель в стальной гофрированной оболочке:
1— шланг; 2 — подклеивающий слой; 3—стальная оболочка; 4 —
алюминиевый экран; 5 — поясная изоляция; 6 — жилы.
Определенное применение находят междугородные кабели с кордельнобумажной изоляцией в свинцовой оболочке, которые по роду защитных
покровов подразделяются на следующие типы:
МКГ— голый без брони
МКБ — бронированный стальными лентами;:
МКП — бронированный плоскими проволоками;
МКК — бронированный круглыми проволоками;.
МКБГ — бронированный стальными лентами с антикоррозийным
покрытием, без наружного джутового покрытия.
В зависимости от конструкции сердечника кабели могут быть: однородными,
состоящими из трех, четырех или семи высокочастотных четверок звездной скрутки
с медными токопроводящими жилами диаметром 1,2мм; комбинированными,
9
включающими помимо высокочастотных четверок экранированные пары с
токопроводящими жилами 1,4мм.
Комбинированные кабели с высокочастотными, низкочастотными и
экранированными элементами применяются для организации по одной и той же
линии магистральных, зоновых и служебных связей, а также для передачи
программ вещания. К ним относятся: 21-парный кабель емкостью 9×4 с тремя
экранированными парами, 32-парный кабель емкостью 14×4 с четырьмя
экранированными парами и 13-парный кабель емкостью 6×4 с одной
экранированной парой. Кроме того, кабели могут содержать сигнальные жилы
диаметром 0,9мм.
Токопроводящие жилы высокочастотных четверок диаметром 1,2мм
изолируются бумажным корделем диаметром 0,81мм и двумя лентами из кабельной
бумаги К-17. Строительная длина кабелей 850м.
Зоновые (внутриобластные) кабели
Для организации зоновой связи т. е. связи областного центра с районными,
применяются одночетверочные кабели с полиэтиленовой и кордельнополистирольной изоляцией, однокоаксиальные кабели ВКПАШп-2,1/9,7.
Известно несколько модификаций одночетверочных кабелей:
ЗКП-1×4 - с полиэтиленовой изоляцией и полиэтиленовой оболочкой;
ЗКВ-1×4 -с полиэтиленовой изоляцией и поливинилхлоридной оболочкой;
ЗКПАШп-1×4 — с полиэтиленовой изоляцией и алюминиевой оболочкой;
МКС-1×4-с кордельно-полистирольной изоляцией в свинцовой и
алюминиевой оболочках.
Зоновые кабели с полиэтиленовой изоляцией и пластиковой
оболочкой в зависимости от конструкции защитного покрова маркируются
следующим образом: ЗКП - в полиэтиленовой оболочке;
ЗКПБ - то же, с ленточной броней;
ЗКПК - то же, с круглопроволочной броней;
ЗКВ - в поливинилхлоридной оболочке;
ЗКВБ - то же, с ленточной броней;
ЗКВК. - то же, с круглопроволочной броней.
Сердечник кабелей состоит из одной высокочастотной четверки звездной
скрутки. Токопроводящие жилы - медные диаметром 3.2 мм. Изоляция - сплошной
полиэтилен радиальной толщины 1,1мм. Изолированные жилы скручены вокруг
полиэтиленового центрирующего корделя диаметром 1,8мм. Жилы первой пары
имеют цвета красный и желтый (натуральный), второй пары - синий и зеленый.
Поверх четверки заполнение из полиэтилена с бутилкаучуком, диаметр по
заполнению 11,4 мм. Поверх заполнения наложен экран из алюминиевых или
медных лент толщиной соответственно 0,15 и 0,10 мм. Между алюминиевыми
лентами размещены две медные луженые проволоки диаметром 0,3—0,5мм. Экран
покрыт слоем битумного компаунда, поверх которого накладывается оболочка из
полиэтилена в кабелях типа ЗКП и поливинилхлорида в кабелях 3КВ. Толщина
оболочки 2,2мм.
10
Кабель
З К П А - 4 ×4
с
полиэтиленовой
изоляцией
в
алюминиевой оболочке в зависимости от вида защитно го покрова
маркируется следующим образом:
ЗКПАШп - в алюминиевой оболочке;
ЗКПАБп — то же, с ленточной броней;
ЗКПАКпШп - то же, с круглопроволочной броней.
Кабель состоит из одной высокочастотной четверки звездной скрутки
(рис.3.6). Токопроводящие жилы — медные диаметром 1,2мм. Изоляция —
сплошной полиэтилен радиальной толщины 1,1мм. Жилы скручены вокруг
сердечника — корделя из полиэтилена диаметром 1,3мм. Поверх четверки
накладываются заполнение из полиэтилена и алюминиевая влагозащитная
оболочка толщиной 1,0мм. Снаружи накладываются слой битумного компаунда и
полиэтиленовый шланг радиальной толщины 2,5мм. Конструкция защитных
покровов аналогична кабелям ЗК с пластмассовой оболочкой.
Однокоаксиальный кабель ВКПАШп-2,1/9,7 предназначен для
организации зоновой связи.
Рассматриваемый кабель (рис. 1.7) имеет следующие модификации:
ВКПАШП — внутризоновый коаксиальный с пористо-полиэтиленовой
изоляцией с алюминиевым внешним проводником в полиэтиленовой оболочке;
ВКПАШшт — то же, с самонесущим встроенным тросом
ВКПАКШп — то же, с броней из круглых проволок в полиэтиленовом шланге.
Кабели типов ВКПАШл и ВКПАКШп служат для непосредственной
прокладки в земле (последний — через водоемы).
ВКПАШпт подвешивается на опорах воздушных линий связи, при этом
крепление к опоре производится посредством клемм-консолей
Рисунок 1.6
Рисунок 1.7
Рисунок 1.6 - Разрез кабеля типа ЗК: 1 — кордель — сердечник из
полиэтилена; 2 — медная жила; 3 — полиэтиленовая изоляция; 4 — заполнение;5
— алюминиевая оболочка (ЗКПА); 6 — экранные ленты (ЗКП,ЗКВ); 7 —
битумный состав; 8 — шланг; 9 — подушка; 10 — стальные ленты; 11 —
наружный покров.
11
Рисунок 1.7 - Кабели ВКПАШпТ (а) и ВКПАШпТ (б): 1 — трос; 2 — шланг;
3 — внешний проводник (алюминиевый); 4 — пористо-полиэтиленовая
изоляция; 5 — внутренний проводник (медь).
Оптический кабель
Основным элементом оптического кабеля является волоконный световод,
выполненный в виде тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы, по
которому осуществляется передача световой волны в диапазоне частот 1014 – 1015
Гц.
Волоконный световод, как правило, имеет двухслойную конструкцию и
состоит из сердечника и оболочки с разными оптическими характеристиками n1 и
n2. Необходимыми условиями для распространения волн в световодах являются
условия: диаметр световода соизмерим с длиной волны (λ≈d, λ<d), и n1 > n2.
Передача энергии происходит волноводным методом по закону
зигзагообразного отражения волны от границы раздела сред с различными
характеристиками.
Рисунок 1.8 - Процесс передачи сигнала по световоду
Волоконный световод, как правило, изготавливается из кварцевого стекла
SiO2. Изолируется полиэтиленовым покрытием.
Конструкция оптических кабелей (ОК) определяется назначением и
областью их применения. По назначению ОК классифицируются на 4 группы:
- междугородние (для передачи многоканальной информации на большие
расстояния);
- городской связи (соединительные кабели между городскими АТС на
расстояния);
- объектовые (для передачи информации внутри объекта)
- подводные (для осуществления связи через большие водные преграды).
В отдельную группу выделяются монтажные ОК, предназначенные для
внутри и межблочного монтажа аппаратуры.
Типы конструкции оптических кабелей можно подразделить на три группы:
- повивной скрутки (рис. 1.9);
- с фигурным сердечником (рис.1.10);
- ленточного типа (рис. 1.11).
Рисунок 1.9
Рисунок 1.10
Рисунок 1.11
12
Кабели первой группы имеют традиционную повивную скрутку сердечника.
Каждый последующий повив имеет на шесть волокон больше предыдущего.
Кабели второй группы имеют в центре фигурный пластмассовый сердечник
с пазами, в которых размещаются оптические волокна (модуль). Такие кабели
могут содержать 4, 6, 8, 10 волокон. Если необходим кабель большой емкости,
применяется несколько таких первичных модулей.
Кабель ленточного типа состоит из стопки плоских пластмассовых лент, в
которые вмонтировано определенное количество оптических волокон.
В ОК кроме оптических волокон, как правило, имеются следующие
составляющие элементы:
- силовые (упрочняющие) стержни, принимающие на себя продольную
нагрузку на разрыв;
- армирующие элементы, повышающие стойкость кабеля при механических
воздействиях;
- заполнители;
- наружные защитные оболочки, предохраняющие от проникновения влаги
и внешних механических воздействий.
13
3. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
Тема: «Системы передачи с частотным мультиплексированием
каналов»
Цель работы: Изучить структурную схему многоканальной системы
передачи с частотным разделением каналов.
В системе передачи с ЧМ в качестве переносчика сигнала используются
гармонические несущие колебания с различными частотами. В результате
преобразования (модуляции) первичный сигнал преобразуется в канальные
сигналы, и каждый канал будет размещаться в своей полосе частот. Интервал
между несущими частотами должен быть таким, чтобы полосы частот канальных
сигналов не перекрывались. Структурная схема представлена системы передачи с
ЧМ на рис.2.1
Рисунок 2.1 - Структурная схема многоканальной системы передачи с ЧМ
Исходные первичные сигналы Fc, частота которых составляет F1 … F2,
поступают на индивидуальные модуляторы каждого из N каналов, модулируют
несущие частоты Fнес1, Fнес2, ... FнесN, подаваемые с генераторного
оборудования. На выходе модуляторов образуются канальные сигналы - верхние
боковые (Fнес + Fс) и нижние боковые (Fнес – Fс) (рис. 2.2).
Рисунок 2.2 - Спектр модулированного сигнала
14
Полосовые фильтры ПФ1, ПФ2, … ПФN выделяют полезные канальные
сигналы своего канала (либо верхнюю, либо нижнюю боковую) и подавляют
неиспользованную боковую, соответствующие полосы частот f1 … f2, f3 … f4,
fL…fN . Выходы фильтров каждого ка-нала объединяются, и в устройстве
объединения УО формируется групповой высокочастотный многоканальный
сигнал, полоса которого равна f1 …fN. Для уменьшения переходных помех между
каналами вводится защитный интервал Δзащ. На рис. 2.3 приведен пример
формирования группового сигнала для 3-х канальной системы передачи: на вход
каждого из каналов подается разговорный сигнал в диапазоне 0,3 … 3,4 кГц, а на
модуляторы М1, М2, М3 - соответственно 108, 104,100 кГц. На выходе
модуляторов будут сформированы канальные сигналы в виде верхних и нижних
боковых. Далее фильтры выделяют нижние боковые (в 1-м канале – 104,6… 107,7
кГц, во 2-м канале – 100,6… 103,7 кГц, в 3-м канале - 96,6 … 99,7 кГц). Защитный
интервал между каналами равен 0,9 кГц. Следовательно, групповой сигнал будет
составлять 96,6 … 107,7 кГц (рис. 2.3).
Групповой сигнал f1 …fN в групповом передатчике преобразуется в
линейный сигнал Fл, затем усилителем передачи усиливается, так как модуляторы
и фильтры ослабляют сиг-налы каждого канала, а, следовательно, уменьшают
мощность сигнала. Каждому каналу в линейном спектре отводится свой
частотный диапазон.
На приемной станции групповой приемник ПРМ усиливает, корректирует и
преобразует линейный сигнал Fл в групповой f1 …fN. Фильтры ПФ1 … ПФN
выделяют канальные сигналы из группового, полосы пропускания фильтров ПФ1
… ПФN совпадают с полосами частот пропускания соответствующих фильтров на
передаче. Демодуляторы ДМ1 … ДМN преобразуют канальные сигналы в
исходные первичные сигнала Fc. Фильтры нижних частот выделяют первичный
исходный сигнал и подавляют высокочастотные гармонические составляющие,
появившиеся в процессе демодуляции.
Рисунок 2.3 – Формирование группового сигнала в СП с ЧМ
15
Совокупность модуляторов, демодуляторов, полосовых фильтров,
передатчиков, приемников, усилителей передачи и приема и ряда других устройств
образует оконечные станции передачи.
Задание
Преобразовать с помощью частотной модуляции спектр тональной частоты
при подаче несущих в два этапа; изобразить блок-схему системы передачи.
Исходные данные представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Исходные данные
Вариант
fН1 , кГц fН2 , кГц Вариант fН1 , кГц fН2 , кГц
Вариант
fН1 , кГц fН2 , кГц
1
100
524
11
140
484
21
72
440
2
104
520
12
144
476
22
68
436
3
108
516
13
148
472
23
64
432
4
112
512
14
152
468
24
60
428
5
116
508
15
156
464
25
56
424
6
120
504
16
160
460
26
52
420
7
124
500
17
166
456
27
48
416
8
128
496
18
84
452
28
44
412
9
132
492
19
80
448
29
40
408
10
136
488
20
76
444
30
36
404
16
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
Тема:
«Цифровые
мультиплексированием»
системы
передачи
с
временным
Цель работы: Изучить структурную схему многоканальной системы
передачи с частотным разделением каналов.
Иерархия и особенности цифровых систем передачи
Цифровые системы передачи (ЦСП) находят все более широкое
распространение на сетях связи. При этом наибольшее внимание уделяется
системам с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и временным разделением
каналов (ВРК). В настоящее время в нашей стране освоен серийный выпуск
аппаратуры ИКМ-15, ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и ИКМ-1920, аппаратуры
цифровой передачи сигналов звукового вещания (АЦВ) и кодово-импульсной
телеграфии (КИТ).
Интенсивное развитие ЦСП объясняется существенными достоинствами
этих систем по сравнению с аналоговыми системами передачи; высокой
помехоустойчивостью; слабой зависимостью качества передачи от длины линии
связи; стабильностью электрических параметров каналов связи; эффективностью
использования пропускной способности при передаче дискретных сообщений;
возможностью построения интегральной цифровой сети связи (ИЦСС); высокими
технико-экономическими показателями и др.
Представление информации в цифровой форме – в виде последовательности
импульсов с малым числом разрешенных уровней и детерминированной частотой
следования – позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих
импульсов, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи
информации. Малый удельный вес устройства обработки сигнала в аналоговой
форме и отсутствие влияния загрузки ЦСП в целом на параметры отдельного
канала позволяют существенно повысить стабильность электрических параметров
каналов. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме способствуют
реализации всего аппаратурного комплекса сети связи на чисто электронной
цифровой основе, т.е. обеспечивается построение интегральной цифровой сети
связи (ИЦСС). Широкое применение интегральных схем и высокая степень
унификации узлов позволяют повысить надежность, упростить производство и
эксплуатацию ЦСП.
Для выбора оптимального числа каналов и унификации требований к
системам цифровой связи возникла необходимость в разработке иерархии
цифровых систем передачи (по аналогии с иерархией стандартных частотных
групп в аналоговых системах с ЧРК). Цифровые системы передачи строятся по
иерархическому принципу, предусматривающему формирование групповых
цифровых потоков путем объединения сигналов систем передачи более низкого
уровня. Они должны обеспечить передачу всех видов аналоговой и дискретной
17
информации, взаимодействие с действующими системами передачи и коммутации,
простое объединение, разделение и транзит передаваемых сигналов и т. д.
В настоящее время ЦСП, разработанные в нашей стране, соответствуют так
называемой европейской иерархии (рис. 3.1), рекомендованной МККТТ.
Иерархия основывается на первичной ЦСП (ПЦСП) типа ИКМ-30 со
скоростью передачи группового сигнала 2048 кбит/с. В этих системах
осуществляется восьмиразрядное кодирование аналоговых телефонных сигналов
30 каналов ТЧ. Возможны и модификации ПЦСП (например, системы с дельтамодуляцией на 40 ... 60 телефонных каналов, системы, осуществляющие цифровую
передачу сигнала стандартной 12-канальной первичной группы частот, имеющей
исходный спектр 60 ... 102 кГц, и др.), но при этом скорость передачи группового
цифрового сигнала всегда сохраняется равной 2048 кбит/с.
Вторичные ЦСП (ВЦСП) имеют скорость передачи группового сигнала
8448 кбит/с и по принципу построения могут быть следующих видов:
— с объединением цифровых сигналов четырех ПЦСП (см. рис. 3.1), что
обеспечивает организацию 120 каналов ТЧ;
— с непосредственным кодированием 120 аналоговых телефонных сигналов;
— с кодированием сигнала стандартной 60-каналыюй вторичной группы частот,
имеющей исходный спектр 312 ... 552 кГц, и совместной передачей этого
сигнала с цифровым потоком одной ПЦСП, что обеспечивает организацию 90
каналов ТЧ.
Рисунок 3.1 - Иерархия цифровых систем передачи
Третичные ЦСП (ТЦСП), скорость группового потока которых равна 34 368
кбит/с, рассчитаны на объединение четырех цифровых сигналов ВЦСП. При этом
обеспечивается организация 480 каналов ТЧ. Разновидностью ТЦСП является
система, осуществляющая цифровую передачу сигнала стандартной 300-канальной
третичной группы частот, имеющей исходный спектр 812...2044 кГц.
18
Четверичные ЦСП (ЧЦСП), скорость группового потока которых 132 264
кбит/с, осуществляют объединение сигналов четырех ТЦСП, обеспечивая
организацию 1920 каналов ТЧ или канала телевизионного вещания.
Пятеричной ЦСП (ПтЦСП), в которой осуществляется объединение
четырех сигналов ЧЦСП, соответствует скорость группового сигнала 564 992
кбит/с.
Кроме указанных типов аппаратуры находят применение системы ИКМ-12
со скоростью передачи группового сигнала 704 кбит/с и более совершенная
аппаратура ИКМ-15, имеющая скорость передачи 1 024 кбит/с. Последнюю
систему часто называют субпервичной, так как путем объединения двух цифровых
потоков ИКМ-15 легко получить цифровой поток ПЦСП (1024  2 = 2 048 кбит/с).
Аппаратура ИКМ-30
Аппаратура ИКМ-30 предназначена для получения пучков соединительных
линий между городскими АТС, городскими и пригородными АТС, между АТС и
АМТС.
Аппаратура используется в качестве каналообразующей для ЦСП более
высоких порядков (например, ИКМ-120). Разработана также модификация этой
аппаратуры ИКМ-30С, предназначенная для организации соединительных линий
между сельскими АТС при использовании одночетверочных кабелей КСПП.
Аппаратура обеспечивает организацию 30 каналов ТЧ. Кроме того, при
использовании аппаратуры АЦВ в линейном тракте аппаратуры ИКМ-30 может
быть организовано четыре канала звукового вещания высшего класса, а при
использовании аппаратуры КИТ вместо одного телефонного канала возможна
организация восьми каналов передачи дискретной информации с пропускной
способностью 8 кбит/с каждый. В каждом из таких каналов возможна организация
15 телеграфных каналов.
В состав комплекса аппаратуры ИКМ-30 входят аналого-цифровое
оборудование (АЦО), оконечное оборудование линейного тракта (ОЛТ),
необслуживаемый регенерационный пункт (НРП) и комплект контрольноэксплуатационных устройств. Длина регенерационного участка (расстояние между
соседними НРП) в зависимости от типа кабеля составляет 1,5 ... 2,7 км, а общее
число последовательно включенных НРП не превышает 40. Максимальная длина
линейного тракта 60 ... 108 км. Дистанционное питание (ДП), необходимое для
работы линейных регенераторов (ЛР), устанавливаемых в НРП, подается по
системе «провод – провод» по искусственным цепям от оконечных станций или
обслуживаемого регенерационного пункта (ОРП).
В тракте передачи (рис. 3.2) аналоговый информационный сигнал (сигнал
ТЧ) и сигналы управления и взаимодействия (СУВ) от АТС поступают на вход
согласующего устройства (СУ), где СУВ преобразуются в импульсные
последовательности с частотой FСУВ = 500 Гц. Сигнал ТЧ поступает в передатчик
(Пер), где усиливается, ограничивается по частоте фильтром нижних частот и с
помощью
амплитудно-импульсных
модуляторов
преобразуется
в
последовательность отсчетов (дискретизируется по времени), т. е. формируется
индивидуальный АИМ сигнал.
19
Рисунок 3.2 - Структурная схема оконечной станции ИКМ-30. Тракт
передачи
Выходы всех передатчиков соединяются в одной точке, где образуется
групповой АИМ сигнал, соответствующий 30 каналам ТЧ, разделенным во
времени. Последнее обеспечивается тем, что модулируемые импульсные
последовательности, вырабатываемые в генераторном оборудовании (ГОпер) и
имеющие частоту, равную частоте дискретизации Fд = 8 кГц, сдвинуты по времени
друг относительно друга на величину, равную длительности одного канального
интервала. Затем групповой АИМ сигнал поступает в кодер (Код), где
осуществляется квантование сигнала по уровню и кодирование, т. е.
преобразование каждого АИМ-отсчета в восьмиразрядную двоичную комбинацию
соответствующей структуры. Так как число разрядов в кодовой комбинации m = 8,
а код двоичный, общее число возможных комбинаций различной структуры (с
различными взаимным расположением 1 и 0) будет равно 2 8 = 256. Работа кодера
осуществляется под управлением импульсной последовательности с тактовой
частотой Ft = 2048 кГц, формируемой в ГОпер.
В результате на выходе кодера будет сформирован 30-канальный цифровой
сигнал, который поступает на формирователь линейного сигнала (ФЛС), где
объединяется с импульсными последовательностями СУВ, с сигналами цикловой и
сверхцикловой синхронизации (ЦС и СЦС), а также с сигналами дискретной
20
информации (ДИ). Сигналы синхронизации формируются в блоке ФС, а сигналы
дискретной информации поступают на ФЛС после соответствующей обработки в
блоке ДИпер.
С выхода ФЛС групповой ИКМ сигнал поступает на преобразователь кода
передачи ПКпер, где однополярный двоичный сигнал преобразуется в биполярный
сигнал с чередованием полярностей импульсов (ЧПИ), более удобный для
передачи по линейному тракту. Этот сигнал через линейный трансформатор (ЛТр)
поступает в линию. Через среднюю точку ЛТр в линию подается ток
дистанционного питания ДП.
Рисунок 3.3 - Структурная схема оконечной станции ИКМ-30. Тракт приема
На приеме (рис. 3.3) групповой цифровой сигнал, поступающий из линии,
через ЛТр подается на станционный регенератор (СР), где восстанавливаются
основные параметры импульсов. Восстановленный биполярный ИКМ сигнал в
преобразователе кода приема (ПКпр) преобразуется в однополярный и поступает на
декодер (Дек). Последний преобразует m-разрядные канальные кодовые
комбинации в АИМ-отсчеты, т. е. на выходе декодера формируется групповой
АИМ сигнал. Затем в устройстве разделения (УР), которое представляет собой
временной коммутатор, происходит разделение группового АИМ сигнала между
соответствующими приемниками (Пр), т. е. на выходах УР формируются
соответствующие индивидуальные АИМ сигналы. Кроме того, УР выделяет
сигналы ДИ и СУВ, которые поступают на блоки ДИпр и СУ соответственно. В
приемнике с помощью ФНЧ из спектра индивидуального АИМ сигнала выделяется
полезный низкочастотный сигнал, т. е. сигнал ТЧ, который затем усиливается и
поступает на выход канала. Декодирование и разделение группового сигнала на
21
приеме обеспечивается генераторным оборудованием приема (ГОпр), которое
синхронизируется с ГОпер. Для этой цели в приемном оборудовании размещается
приемник синхросигнала (ПСС), который управляет работой ГО пр. Среднее время
восстановления циклового синхронизма 2 мс.
На рис. 3.4 представлены временные диаграммы, на которых показан вид
сигнала в различных точках оконечного оборудования системы (см. рис. 3.2, 3.3).
В НРП или ОРП осуществляется регенерация цифрового группового сигнала.
Процесс регенерации состоит в опознавании искаженных кодовых символов,
восстановлении в соответствии с опознанными символами формы, амплитуды,
временного положения импульсов (1) и пробелов (0) в регенерируемом сигнале и
передаче их на вход следующего регенерационного участка. На рис. 3.5
представлен вид сигнала на входе и выходе линейного регенератора.
В процессе регенерации в результате воздействия помех и вследствие
искажений передаваемого цифрового сигнала возможно принятие ошибочных
решений. При этом в регенераторе вместо символа 0 может быть сформирован
символ 1 или наоборот. Такие ошибки могут происходить, если истинное значение
принимаемого цифрового сигнала изменится более чем на Uпор = Um /2 (рис. 4.5),
где Uпор – пороговое напряжение, устанавливаемое в регенераторе, Um номинальная амплитуда импульсов на входе регенератора. Если же действующая
помеха не будет превышать Uпор, то ошибка не возникнет. Для качественной
передачи информации обычно требуется, чтобы вероятность ошибки р ош не
превышала 10-6 на всю магистраль, т. е. в среднем допускается ошибочный прием
одного из миллиона переданных символов. Соответственно требования к
вероятности ошибки отдельного регенератора существенно ужесточаются.
Рисунок 3.4 - Временные диаграммы работы аппаратуры ИКМ-30.
22
Цифровой групповой сигнал, формируемый в тракте передачи (см. рис. 3.2),
состоит из последовательно передаваемых сверхциклов, каждый из которых
содержит 16 циклов передачи Ц0 ... Ц15 (рис. 3.6). Период следования циклов
определяется частотой дискретизации: Тц = Тд = 1/(8·103) = 125 мкс. Таким
образом, длительность сверхцикла Тс.ц = 16 Тц = 2 мс.
Рисунок 3.5 - Цифровой сигнал на входе (а) и выходе (б) линейного
регенератора
Рисунок 3.6 - Временной спектр аппаратуры ИКМ-30
Каждый цикл передачи состоит из N = 32 канальных интервалов (КИ0 ...
КИ31): 30 канальных интервалов (КИ1 ... КИ15, КИ17 ... КИ31) предназначены для
передачи информации, соответствующей 30 каналам ТЧ, один (КИ0) – для
передачи сигнала цикловой синхронизации (ЦС), один (КИ16)—для передачи СУВ.
Каждый КИ состоит из восьми разрядов Р1 ... Р8 (m=8). При этом
длительность КИ Тки = Тц / 32 = 3,9 мкс, а длительность разряда Тр = Тки /8 ≈ 0,49
мкс. Частота следования символов в цикле передачи (тактовая частота линейного
23
сигнала) Ft = 1/Тр = 2048 кГц, что соответствует (при двоичном коде) скорости
передачи 2048 кбит/с.
Цикловой синхросигнал передается в КИО нечетных циклов на позициях Р2
... Р8 и имеет структуру 0011011. Позиция Р1 и КИО предназначена для передачи
дискретной информации (пропускная способность 8 кбит/с).
В КИ16 на позициях Р1, Р2 и Р5, Р6 передаются по два одноразрядных СУВ
(символы a и b) для каждого канала ТЧ. Передача СУВ осуществляется поочередно
в 15 циклах: в Ц1 – для каналов 1 и 16; в Ц2 – для каналов 2 и 17, а в Ц15 – для
каналов 15 и 30. В Ц0 на позициях Р1 ... Р4 в КИ16 передается сверхцикловой
синхросигнал, имеющий структуру 0000. С помощью СЦС на приемной станции
осуществляется правильное распределение СУВ по отдельным каналам.
24
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4
Тема: «Преобразование аналогового сигнала в цифровой»
Цель работы: Выяснить этапы преобразования аналогового сигнала в
цифровой сигнал. Научиться представлять уровень сигнала в виде двоичной
комбинации, производить мультиплексирование.
Принцип цифровой коммутации
Цифровые системы коммутации (ЦСК) характеризуется временным
разделением каналов (ВРК). На основании теоремы Котельникова, промежутки
времени, через которые осуществляется подключение к каждому телефонному
каналу, определяется по формуле:
t=1/Fg
где Fg - частота дискретизации.
Fg = 2 Fmax.
где Fmax - максимальная частота аналогового спектра.
Для каждого телефонного канала отводится ширина спектра 4 кГц, с учетом
отклонения и девиации. Поэтому Fg = 2.4 = 8 кГц = 8000 Гц.
Частота дискретизации 8 кГц указывает на то, что в течении 1 секунды к
каждому телефонному каналу осуществляется 8000 обращений, за которые
происходит выборка амплитуды аналогового сигнала.
При построении ЦСК в РФ используется стандартная первичная группа ИКМ
30/32, а для стран Европы и Америки ИКМ 24.
ИКМ30/32
30 - телефонных каналов, 1 канал (0) общий канал синхронизации, 1 канал
(16) общий канал сигнализации, по которому передаются сигналы СУВ между
ЦСК.
Канальные интервалы с1-го по 15-ый и с 17-го по 31-ый являются
телефонными каналами.
В ИКМ 30 используются циклы и сверхциклы. Образовано 16 циклов за
время подключения каждого цикла осуществляется выборка каждого
интервального канала.
T=1/Fg=1/8.103=125 мкс
Тц=16.Т = 16.125.10-6 = 2 мс - длительность 16-ти циклов (длительность сверх
цикловой синхронизации).
Длительность подключения каждого канального интервала:
Tku=T/nku=125/32=3,91 мкс
где nки - количество интервальных каналов.
За 3,91 мкс выбирается значение уровня аналогового сигнала и подвергается
АЦП, т.е. уровень сигнала преобразуется в восьмиразрядную кодовую комбинацию
(т.е. в 8 Бит = 1байт).
25
Рисунок 4.1 - Структура циклов ИКМ-30/32.
Длительность одного разряда (бита):
Tp=Tku/m=3,91/8=0,49 мкс
fсп.им.=1/Tp=1/0,49.10-6=204800Бит/c=2048кбит/c
Скорость передачи информации для одного канала:
fсл = fсл.и /N = 2048/32 = 64 кБит/сек.
Аналого-цифровое преобразование
1 этап - квантование (АИМ модуляция).
Аналоговый сигнал подвергается дискретизации по уровням и по времени. В
момент выборки t, 2t, 3t и т.д. значения уровней аналогового сигнала
представляются ближайшими целыми значениями квантованного сигнала. Этот
процесс называется АИМ модуляцией. Шаг квантования  может быть равен
любому целому числу.
Например, если шаг квантования  =1 и амплитуда сигнала в момент
выборки ровна 3,8 дБ, то квантованное значение будет равно (уровень
квантования) Uкв = 4 дБ.
Ошибка квантования ровна: Екв = Uс - Uкв = 3,8 . 4 = - 0,2 дБ. Если шаг
квантования равен 2 ( = 2) значения отсчетов 2, 4, 8 и т.д. Если уровень сигнала =
2,8 дБ, то квантованное значение Uкв = 2. Ошибка квантования Екв = 0,8 дБ. Т.о.
чем меньше шаг квантования, тем меньше ошибка квантования, тем точнее АИМ
модуляция.
2 этап - кодирование.
Значения уровней сигнала АИМ, квантованные значения (необходимо
представить в двоичной форме) подвергается преобразованию в цифровую форму,
т.е. квантованные значения уровней сигнала заменяются ИКМ сигналом.
Кодирование осуществляется (бинарным) двоичным кодом, первый импульс
"единица" (если Uс>0) и "ноль" (если Uс <0).
26
Рисунок 4.2 - Этапы аналого-цифрового преобразования
3 этап - преобразование в квазитроичный код НDВ 3.
Код НDВ3 является помехозащищенным, т.к. суммарная энергия полезного
сигнала приблизительно ровна 0. В коде НDВ 3 каждая последующая единица
изменяет свою полярность по сравнению с предыдущей. Этот код называют с
чередованием полярности импульсов.
В ИКМ 30 используется восьмибитная кодовая комбинация для кодирования
значения уровня сигнала. 1 бит определяет Uс > 0 - "1", или Uс< 0 - "0", а", а 7 бит
используется для кодирования амплитуды сигнала (модуля). Следовательно,
используется по 27 = 128 значений уровней сигнала. При кодировании сигнала
наиболее широко используются кодеры (декодеры) взвешивающего типа.
Эталонными значениями уровней сигнала являются значения 2n, n < 7:
26 25 24 23 22 21 20
64 32 16 8 4 2 1
Например: Значение уровней сигнала Uс = -106,5 дБ; Uкв = -107 дБ.
Екв = Uс - Uкв = 0,5 дБ.
Uс < 0 - "0" – первый импульс
-107 = 64 + 32 + 8 + 2 + 1
01101011
Задание
1. Представить уровень сигнала Uс1 и Uс2 в виде двоичной комбинации
(закодировать). Вычислить ошибку квантования.
27
2. Произвести мультиплексирование полученного двоичного кодированного
сигнала. Исходные данные представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Исходные данные
Вариант
Uс1, дБ
Uс 2, дБ
Вариант
Uс1, дБ
Uс 2, дБ
Вариант
Uс1, дБ
Uс 2, дБ
1
- 86,3
103,7
11
-116,3
90,9
21
- 110,9
89,4
2
- 104,2
99,8
12
- 97,4
108,2
22
- 89,3
105,8
3
- 115,2
94,9
13
-113,9
92,7
23
- 115,3
92,9
4
- 90,6
106,8
14
- 95, 1
102,9
24
- 87,1
102,7
5
- 115,7
93,9
15
- 107,9
90,1
25
- 114,8
88,6
6
- 94,8
108,3
16
- 87,3
103,5
26
- 83,5
109,3
7
- 101, 6
87,9
17
- 116,1
99,2
27
- 107,1
91,9
8
-93,7
109,2
18
- 91,5
87,4
28
- 93,6
104,1
9
-108, 8
37,3
19
-122,8
43,7
29
-113,1
85,3
10
-57,2
85,5
20
-56,2
67,4
30
-101,9
59,6
28
6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5
Тема: «Составление схем организации связи двух абонентов»
Цель работы: Научиться составлять схемы организации связи двух
абонентов при установлении местных, внутризоновых, междугородних соединений.
Принципы построения сетей
Городская телефонная сеть при пятизначной системе нумерации вида ахххх
сеть строится по принципу «каждая с каждой».
а – номер РАТС, а ≠ 0; 8.
хххх – внутристанционный номер абонента.
РАТС1
РАТС2
РАТС9
РАТС5
Рисунок 5.1 - Построение ГТС с пятизначной системой нумерации
При шестизначной нумерации номер имеет вид вида: авхххх
а – номер узлового района.
а ≠ 0; 8.
в – номер РАТС в узловом районе (нумерация РАТС двухзначная).
хххх – внутристанционный номер абонента.
УВС3
31
РАТС 21
УВС2
22
32
33
28
Рисунок 5.2 -Построение ГТС с шестизначной нумерацией
На ГТС, представленной на рисунке 5.2, соединение абонентов одного
района осуществляется через две РАТС, в которые включены абоненты.
Соединение абонентов разных районов осуществляется через две РАТС и узел
29
входящего сообщения (УВС). Территория города делится на узловые районы,
число которых не превышает восьми. В каждом узловом районе может быть
оборудовано до десяти РАТС. Районные АТС соединяются по принципу «каждая с
каждой», а с РАТС других районов
соединяются через УВС. На УВС
устанавливается одна ступень ГИ, обеспечивающая выбор направления к
определенной РАТС узла. В УВС включены входящие потоки нагрузки от РАТС
других узловых районов и исходящие потоки нагрузки из УВС к РАТС данного
узлового района.
Сельская телефонная сеть (СТС) предназначена для обеспечения
телефонной связью абонентов сельского административного района, включая
районный центр. Эта сеть предоставляет связь абонентам в пределах своего района
и выход на междугородную сеть страны. СТС строится по радиально-узловому
принципу.
АМТС
ОС
РАТС
УСП
УС
УС
ОС
УС
ОС
РАТС
ОС
ОС
ОС
Рисунок 5.3 - Построение СТС
СТС строится по двух или трех уровневому принципу.
В пределах ОС нумерация может быть сокращенной, но для выхода к другим
ОС, УС или ЦС, абонент должен набрать цифру «0». Абонент набирает
пятизначный номер.
При установлении внутристанционного соединения абонент 1 набирает
трехзначный номер абонента 2. Т.о. присутствует и открытая, и закрытая системы
нумерации. В настоящее время все СТС переходят только на закрытую систему
нумерации.
ОС может иметь емкость 50 – 200 номеров, устанавливается в небольших
населенных пунктах.
УС устанавливается в крупных населенных пунктах района, и имеют
емкость 500 – 2000 номеров.
ЦС устанавливается в районных центрах, если сеть нерайонированная. Если
сеть районного центра районирована,
то устанавливается узел сельской
пригородной связи (УСП), который коммутирует соединительные линии (с.л.)
между ОС и УС. Абонентские линии (а.л.) в УСП не включены, но возможно
установить ОС в одном помещении в УСП.
30
Емкость ОС и УС является емкостью ЦС, т.е. емкость ЦС образуется путем
наращивания емкости всех станций СТС.
Таблица 5.1 - Пример наращивания емкости ЦС
Наименование
станции
УС-9
УС-94, 95
ОС-91
ОС-92
ОС-93
Емкость
Нумерация
Резерв
4000
2000
200
200
200
96111-99000
94111-95000
91111-91200
92111-92200
93111-93200
90111-90000
91311-91000
92311-92000
93311-93000
Внутризоновая телефонная сеть предназначена для установления
соединений между абонентами различных районных центров или абонентов
районных центров с абонентами областного центра. Каждому абоненту
присваивается единый семизначный номер.
авххххх, где
ав – внутризоновый код;
ххххх – станционный номер абонента.
ав присваивается 100000 району города или сельской телефонной сети. Для
абонента областного центра не достающие до семи знаков цифры добирают «2».
Для сети г. Белгорода ав = 22, 23, 25; Шебекино - 48; Ивня - 43; Яковлевкий
р-н - 43; Валуйский р-н – 36.
Для выхода на внутризоновую сеть абонент набирает индекс «8», при этом
занимается заказная соединительная линия (з.с.л.) к АМТС. После получения
сигнала ОС он набирает цифру «2» - индекс внутризоновой связи, а затем авххххх.
АМТС
ЦС
УВС2
РАТС27
УС
ОС
ОС
ОС
УСП
ОС
РАТС24
ОС
УС
ОС
Рисунок 5.4 - Построение внутризоновых сетей
Все центральные и районные АТС связаны с АМТС заказносоединительными линиями зсл., а от АМТС через УВС к РАТС включены
соединительные линии междугородние слм. За с.л.м. закрепляются приборы
31
выделенного междугороднего шнура, имеющие право преимущественной связи по
сравнению с местными соединениями.
Междугородные телефонные сети предназначены для предоставления услуг
телефонной связи абонентам, расположенным в различных населенных пунктах, а
при замене оконечного оборудования – для передачи любого другого вида
информации (телеграфной, факсимильной, передачи данных, телевизионного
сообщения, организации локальных вычислительных сетей, сетей Internet, Ethernet,
сетей связи с подвижными объектами).
На междугородних сетях используется закрытая система нумерации. Если в
перспективе на ближайшие 50 лет емкость зоны нумерации не превысит 8000000
номеров, то данной зоне присваивается один трехзначный код вида АВС.
Например: Белгород 472
Курск 471
Если емкость сети превысит 8000000 номеров, то присваивается два и более
трехзначных кода.
Например: Москва 495, 499
Междугородние телефонные сети строятся по «радиально-узловому»
принципу. В наиболее крупных городах РФ устанавливают узлы автоматической
коммутации первого класса и соединяют их между собой по принципу «каждый с
каждым».
В городах с населением свыше 800000 человек устанавливают узлы
автоматической коммутации второго класса. Во всех областных центрах РФ
установлены АМТС. АМТС выполняет функции оконечных соединений.
УАК-I
УАК-I
УАК-I
УАК-II
АМТС
УАК-I
УАК-II
АМТС
Рисунок 5.5 - Построение междугородных сетей
Соединение между АМТС, не имеющими высокое тяготение друг к другу,
устанавливаются по обходным путям. Для каждого направления предусмотрено по
4, а в современных требованиях по 7 обходных путей через УАК. В
междугородних соединениях может участвовать не более четырех УАК, два из них
одного класса. В первую очередь по знакам
кода
АВС опробуются
наикротчайшие пути. Например: АМТС – УАК-II – АМТС
32
Прямые пути и обходные (короткие) характеризуются высоким
использованием каналов.
Все вызовы, не обслуженные на прямых и
обходных (коротких) путях, поступают на самый длинный путь –путь последнего
выбора
abcdef, который характеризуется высоким качеством обслуживания и
потери составляют 1%о . (1%0 – 0,1% = 0,001).
Задание
Составить схему установления соединения. Указать распределение номера
вызываемого абонента между станциями.
1. Абонент ОС одного района с абонентом ОС другого района одной зоны
нумерации.
2. Абонент ОС района с РАТС-53 областного центра одной зоны
нумерации.
3. Абонент ОС одного района с абонентом ОС другого района различных
зон нумерации.
4. Абонент ЦС района с абонентом РАТС-27 областного центра одной
зоны нумерации.
5. Абонент РАТС-34 областного центра с абонентом ОС одной зоны
нумерации.
6. Абонент ОС района с абонентом ЦС района различных систем
нумерации.
7. Абонент ОС района с абонентом РАТС-25 областного центра
различных зон нумерации.
8. Абонент РАТС-34 одного областного центра с абонентом РАТС-51
другого областного центра различных зон нумерации.
9. Абонент РАТС-59 областного центра с абонентом ОС района
различных зон нумерации.
10. Абонент ПС одной зоны нумерации с абонентом РАТС-31 областного
центра другой зоны нумерации.
11. Абонент ОС района одной зоны нумерации с абонентом ПС другой
зоны нумерации.
12. Абонент ОС одного района с абонентом ЦС другого района одной зоны
нумерации.
13. Абонент ЦС одного района с абонентом ОС другого района различных
зон нумерации.
14. Абонент ЦС одного района с абонентом РАТС-46 областного центра
различных зон нумерации.
15. Абонент РАТС-36 областного центра с абонентом ЦС одной зоны
нумерации.
16. Абонент РАТС-31 с абонентом РАТС-54 областного центра одной зоны
нумерации.
17. Абонент ОС района с абонентом РАТС-35 областного центра одной
зоны нумерации.
18. Абонент ОС одного района с абонентом ЦС различных зон нумерации
33
7. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6
Тема: «Сеть распределения программ звукового вещания»
Цель работы: Изучить структуру построения и состав оборудования сети
распределения программ звукового вещания.
Программой вещания называется совокупность вещательных передач,
распределяемых по выделенным каналам. Передача – совокупность различного
рода информации, передаваемой широким слоям населения.
Звуковым вещанием (ЗВ) называет передачу населению звуковых
вещательных программ, осуществляемую с помощью средств электрической
связи.
Организацией ЗВ занимаются
ведомства - телерадиовещательные
компании (ТРК) и Министерство РФ по связи и информатизации. ТРК занимается
вопросами подготовки и формирования программ ЗВ, определения суточного
объема вещания, последовательности передач во времени, выбора технических
средств для распределения и передачи сформированных программ слушателям.
Министерство РФ по связи и информатизации организует сеть каналов ЗВ и ТВ
на базе первичной сети связи РФ, сети радиопередающих средств и
проводного вещания.
Организация ЗВ и ТВ сводится к решению двух задач. Первая задача
сформировать вещательные программы, вторая - довести эти программы до
населения. Для этой цели в ТРК имеются радио дома, оборудование которых
позволяет обеспечить проведение вещательных программ с заданным
техническим качеством. Программы ЗВ к ТВ готовятся редакциями,
телевизионными
агентствами,
творческими
объединениями,
специализированными но типу передачи. Здесь осуществляются подбор
материалов для передачи, авторов
и
исполнителей,
режиссерские
и
репетиционные работы. В главных редакциях проводятся все работы до выпуска
программы. Отдел выпуска составляет расписание и организует передачу. Отдел
контроля следит за техническим качеством программ.
Система звукового вещания (ЗВ) представляет собой организационно
технический комплекс, обеспечивающий формирование и передачу звуковой
информации
общего
назначения
широкому
кругу
территориально
рассредоточенных абонентов (слушателей).
Система ЗВ построена таким образом, чтобы обеспечить повсеместное
распространение программ в удобное для слушателей время. В связи с этим вся
территория страны с востока на запад условно разделена на пять вещательных
зон – А, Б, В, Г, М. Каждая из зон имеет следующий сдвиг по времени
относительно московского, условно принятого за 0 ч: А - + 8 и + 9" Б - +6 и +7; В +4 и +5; Г- +2 и +3; М - 0 и +1ч. Программы «Радио-1» и «Радио России» имеют
четыре дубля, а «Маяк» и «Орфей» распределяются без сдвигов по времени.
34
Составные части системы звукового вещания (радиовещания)
Техническая база системы звукового вещания состоит из следующих
функциональных частей (трактов): формирования программ, первичного и
вторичного распределения программ,
приема программ (рис 5.1). Система
радиовещания (СРВ) – это многоуровневая совокупность радиопередающих и
радиоприемных устройств и линий связи, включающих среду распространения,
спутниковые средства непосредственного цифрового вещания, находящихся во
взаимосвязи и предоставляющие пользователю услуги.
В трактах формирования программ (ТФП) осуществляются процессы
подготовки и выпуска программ ЗВ, их тиражирование, коммутация
соединительных линий к трактам распределения программ, контроль параметров
качества, обеспечение надежности функционирования всего комплекса
оборудования. ТФП подразделяются на головной (Москва) и местные (областные
и краевые центры). Состав оборудования ТФП определяется числом и
объемами создаваемых программ ЗВ. Технические средства ТФП входят в состав
радиодомов.
Рисунок5.1 – Структурная схема СРВ
35
Радиодомом называется комплекс студий радиовещания и звукозаписи,
аппаратных, вспомогательных, технических, редакционных и репетиционных
помещений, предназначенных для подготовки, записи и передачи программ
вещания, а также трансляции программ из других городов. В студиях происходит
преобразование звуковых сигналов в электрические.
Таким образом, тракт формирования программ начинается на выходе
микрофона и заканчивается на выходе центральной аппаратной радиодома.
Доведение сформированных программ до слушателей осуществляется в два
этапа через тракт первичного и тракт вторичного распределения программ ЗВ.
Тракт первичного распределения программ ЗВ представляет собой
организационно-технический комплекс, в состав которого входят собственно сеть
распределения программ ЗВ, а также системы оперативно-технического
управления и обслуживания этой сети. Начинается тракт первичного
распределения
программ
на
выходе
центральной
коммутационнораспределительной аппаратной ЦКРА.
Электрические сигналы ЗВ могут
передаваться по соединительным линиям на местные радиовещательные
станции РВС и сети проводного вещания СПВ. При организации вещания на
другие города используются междугородные каналы ЗВ. Для этого с ЦКРА по
соединительным линиям электрические сигналы передаются на центральную
междугороднюю вещательную аппаратную ЦМВА и по междугородним каналам
звукового вещания МКЗВ передаются в республиканские и областные центры.
Образуются каналы МКЗВ с помощью кабельных (КЛС), волоконно-оптических
(ВОЛС)
линий связи через оконечные междугородные станции (ОМС),
радиоканалов (РК), радиорелейных (РРЛ) через оконечные и узловые станции
(ОРРС и УРРС) и спутниковых линий связи (СЛС) через земные станции ЗС и
искусственные спутники Земли (ИСЗ). Сеть строится по радиальному-узловому
принципу с учетом административной подчиненности территорий и делится на
магистральную, внутризоновую и местную.
Тракт вторичного распределения программ ЗВ объединяет две сети:
передающую радиовещания (РВ) и проводного вещания (ПВ).
Передающая сеть РВ представляет собой совокупность наземных
передающих радиовещательных станций (РВС) и систем проводного вещания.
РВС работают в диапазонах длинных и средних, коротких и метровых волн Для
внутреннего вещания используются диапазоны ДВ, СВ, MB и частично КВ, для
внешнего вещания - преимущественно KB и частично СВ. Расположение РВС по
территории и распределение частот, на которых они работают в каждом
диапазоне, осуществляются таким образом, чтобы обеспечить максимальный охват
населения страны многопрограммным вещанием с требуемым качеством.
В диапазоне километровых волн (ДВ - LW) работают РВС центрального и
республиканского вещания и ведут вещание на частотах 150 - 285 кГц. Зона
обслуживания РВС составляет 1500 - 2000 км. Диапазон гектометровых волн
(СВ - MW) используется для центрального, республиканского и областного
вещания. РВС работают в этом диапазоне на частотах 525 кГц -1,6 МГц, зона
обслуживания составляет 300 - 500 км.
36
Декаметровые волны (KB - SW) используются для передачи программ
центрального и республиканского радиовещания в отдаленные и труднодоступные
районы, а также для передачи специальных программ для населения других стран,
так как дальность действия РВС составляет тысячи километров. Частотный
диапазон для KB выделен от 3,2 МГц до 26,7 МГц. Зона обслуживания РВС в
метровом (УКВ - FM) диапазоне не превышает 50 - 60 км.
Поэтому метровые волны применяются для передачи программ
центрального, республиканского и областного вещания в частотном диапазоне 65,8
- 108 МГц.
В частотном диапазоне километровых волн можно организовать всего 15
каналов, в диапазонах гектометровых волн - 120, в метровом диапазоне всего 28
каналов. Для организации сети радиовещания, охватывающей всю страну,
каналов, получаемых в указанных диапазонах недостаточно, если за каждым
каналом закрепить всего одну РВС. В связи с этим разрешается работа
нескольких РВС по совмещенному каналу; один и тот же радиоканал используется
для работы нескольких РВС, передающих различные программы. Для уменьшения
взаимных помех эти РВС располагаются на значительном удалении друг от
друга. В диапазонах ДВ и СВ решить проблему дефицита частотных каналов
позволяет система синхронного вещания, предусматривающая работу в одном
частотном канале нескольких РВС, передающих одну и ту же программу.
Проводным вещанием
называется система, состоящая из комплекса
аппаратуры и сооружений, с помощью которых сигналы звукового вещания
распределяются по проводным сетям и поступают к слушателям. Этим
проводное вещание отличается от радиовещания, при котором сигналы
поступают на вход индивидуальных приемных устройств (радиоприемников) в
виде свободно распространяющихся электромагнитных волн.
Тракт приема программ ЗВ формируется парком вещательных приемников
РПМ, находящихся у населения и радиоприемников абонентов системы
спутникового вещания (Пм ССВ).
37
8. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7
Тема:
вещания»
«Сеть
распределения
программ
телевизионного
Цель работы: Изучить структуру построения и состав оборудования сети
распределения программ телевизионного вещания.
Программой вещания называется совокупность вещательных передач,
распределяемых по выделенным каналам. Передача – совокупность различного
рода информации, передаваемой широким слоям населения.
Телевизионное вещание (ТВ) обеспечивает передачу программ чернобелого и цветного телевидения для непосредственного приема населением.
Для ТВ вещания используются метровый и дециметровый диапазоны волн
электромагнитных
колебаний,
соответствующие
очень
высоким
и
ультравысоким частотам, которые для удобства называются ультракороткими
волнами, или УКВ.
Сигналы ТВ - программ передаются абонентам (телезрителям) в основном с
помощью наземной ТВ передающей сети, системы непосредственного ТВ
вещания (НТВ), использующей связанные искусственные спутники Земли (ИСЗ),
находящиеся на геостационарной орбите (ГСО) и системы кабельного телевидения
(СКТВ).
Наземная ТВ передающая сеть состоит из телецентров (ТЦ) и работающих
совместно с радиотелевизионными передающими станциями (РТПС), ТВ
ретрансляторов (TP) и технических средств передачи ТВ сигналов на большие
расстояния.
Телецентры (ТЦ) представляют собой комплексы радиотехнической
аппаратуры, помещений и служб, необходимых для создания ТВ программ. С
телецентров сформированные ТВ сигналы непосредственно передаются на
телевизионные радиопередающие станции (РТПС), где происходит формирование
радиочастотного сигнала и излучение радиоволн, несущих информацию об
изображении объекта, его звуковом сопровождении. Основным назначением ТВ
ретрансляторов (TP) является обеспечение более равномерного покрытия
густонаселенной территории ТВ вещанием. ТВ ретрансляторы используются вне
зоны уверенного приема основной мощности РТПС и внутри зоны в местах, в
которых по географическим причинам сигнал основной станции ослаблен и не
обеспечивает удовлетворительного качества приема. На TP устанавливаются
передатчики мощностью до 1 кВт и более 1 кВт.
Ретрансляция может осуществляться через спутниковые приемные антенны.
ТВ передающие станции и РТПС большой мощности имеют радиус действия
обычно 50 - 70 км, а ретрансляторы малой мощности - 10 - 20 км.
Распределение сигналов ТB - программ на большие расстояния по
территории России осуществляется с помощью разветвленной сети радиорелейных
линий (РРЛ), кабельных линий и спутниковых систем связи «Орбита», «Экран»,
«Москва».
38
Организовано ТВ вещание по зональному принципу. Первичная сеть ТВ
состоит из магистральных и внутризоновых каналов, выделенных для передачи
программ ТВ, а также междугородных аппаратных, в которых осуществляется
разветвление каналов или их переключение с целью резервирования. На базе
первичных каналов образуются вторичные.
Вся территория страны разбита на пять вещательных поясов. Передача
программ ТВ ведется с поочередным повторением передачи центральных
программ для каждой из пяти существующих зон со сдвигом во времени на 2
часа.
С целью классификации выделения для ТВ вещания, полоса частот
электромагнитных колебаний условно разбита на пять частотных диапазонов, в
которых может быть размещено 74 радиоканала:
1- й диапазон 48,5-66 МГц (радиоканалы 1 и 2);
2- й диапазон 76-100 МГц (радиоканалы 3-5);
3- й диапазон 174-230 МГц (радиоканалы 6-12);
4- й диапазон 470-582 МГц (радиоканалы 21-34);
5- й диапазон 582-960 МГц (радиоканалы 35-82).
Между вторым и третьим радиоканалами расположена полоса для УКВ с
ЧМ вещания, равная 7 МГц (66 - 73 МГц).
Системы спутникового телевидения получили новое развитие в
направлении создания недорогих установок индивидуального приема программ
спутникового телевидения. Трансляция программ телевидения через системы
спутникового телевизионного вещания (СТВ) оказалась экономически выгодной
для небольших территории. По ряду энергетических параметров подходящим
диапазоном частот является диапазон в области 12 ГГц: на этих частотах
сравнительно невелики потери в осадках (в Европе изменение затухания из-за
осадков не превышает 3,3 дБ в течение 99,9% времени, приемлемы размеры антенн
(диаметром 2 м) с узкой диаграммой направленности, разработана сравнительно
дешевая элементная база.
Для прямой трансляции телевизионных программ используют
геостационарные спутники. Спутники для передачи телевизионных программ
делятся на:
спутники дальней связи для телефонной связи, передачи информации и
передачи телевизионных программ;
спутники перераспределения телевизионных программ, например, на
кабельные сети;
спутники для передачи программ телевидения и радиовещания
непосредственно на индивидуальные приемники, ТВ - спутники: в английском
обозначении DBS (спутник прямого вещания), в немецком обозначении SDE
(спутник прямого приема).
На современном этапе развитие техники коллективного телевизионного
приема связано с созданием систем кабельного телевидения (СКТ), каждая из
которых может обслуживать до нескольких десятков тысяч абонентов.
Использование
таких
систем
позволяет
решать вопросы обеспечения
качественной доставки программ в районах со сложными условиями приема, а
39
также обеспечить передачу абонентам дополнительной информации телетекстовой информации, каналы спутникового вещания.
Системы коллективного телевизионного приема в зависимости от
объема охватываемых абонентов разделяют следующим образом:
ема (СКТП);
елевизионного приема (КСКТП);
При этом принимается, что СКТП рассчитаны на обслуживание абонентов
одного подъезда или здания, КСКТП - нескольких зданий, СКТ - большого жилого
массива. К отличительным особенностям СКТ следует отнести также техникоэкономическую целесообразность использования в них наряду с эфирным
приемом в стандартных каналах ТВ и радиовещания других видов программ
(спутниковых, локальных видеостудий и пр.). Следует отметить, что
необходимым условием успешного развития СКТ является выбор такой схемы
построения, при которой можно использовать в качестве низших звеньев
распределительных сетей линий КСКТП и СКТП без существенных переделок,
иначе реализация СКТ в районах со сложившейся застройкой связана с большими
дополнительными капитальными затратами.
Организация систем кабельного телевещания
Рассмотрим построение типовой системы кабельного телевидения. На
рис. 6.1 приняты следующие условные графические обозначения:
Рисунок 6.1 - Условные графические обозначения
Наличие отдельных антенн для каждого канала обусловлено различным
расположением передающих станций, исключение составляют 1-й, 4-й и 21-й
40
каналы, передающие антенны которых расположены на одной вышке; кроме
того, антенны метрового диапазона рассчитаны на прием 1-3 соседних каналов.
Сигнал, полученный с антенн, выравнивается (усиливается или ослабляется)
антенными усилителями для достижения уровня, достаточного для
обеспечения качественного приема программ (рис. 6.2).
Рисунок 6.2 - Структурная схема сети кабельного телевидения домовой
распределительной сети
Посредством канальных фильтров отсеиваются боковые каналы приема
и помехи.
Каналы, расположенные в дециметровом диапазоне, переносятся
посредством конверторов в свободные метровые каналы; занятыми являются 1-й и
4-й метровые каналы. Конверторы также обеспечивают стабилизацию уровня
сигнала. Сумматор производит сложение сигналов принимаемых программ для
дальнейшей передачи их по коаксиальному кабелю в магистраль СКТ.
Программы спутникового телевидения после преобразования ресивером и
конвертором также поступают в сумматор. С выхода сумматора сигналы вводятся
в линейный коаксиальный тракт, включающий коаксиальные кабели,
широкополосные линейные усилители и распределители мощности сигналов.
Следует
отметить
необходимость
хорошего согласования линейного
оборудования с кабелем во избежание потерь мощности сигнала. Поскольку
магистральные кабели подвержены влиянию температуры внешней среды (от -35°
до +40)°, магистральные усилители снабжены блоками автоматической
регулировки уровня, компенсирующими изменения затухания сигнала в кабеле.
41
Унифицированное телевизионное оборудование (УТО) для СКТП
используется в качестве составного элемента линейного тракта СКТ. В состав УТО
входят необходимый набор канальных усилителей (или комплект диапазонных
усилителей) метрового диапазона частот, конвертор и смеситель сигналов.
Канальный усилитель предназначен для усиления сигнала одного определенного
канала, т. о. существуют канальные усилители на 1-й,. 2-ой, 3-й и т.д. ТВ каналы
в УТО устанавливаются канальные усилители соответственно транслируемым в
данном здании ТВ - каналам. Диапазонные усилители перекрывают несколько
соседних каналов (табл. 6.1).
Таблица 6.1 – Частотный план телевизионного вещания
Наряду с описанными канальными усилителями используется более
поздние разработки - диапазонные усилители УТД-1,11 и УТД-111,
перекрывающие соответственно диапазоны 1-5 каналов (48.5-100 МГц) и 6-12
каналов (174-230 МГц). Наряду с описанными усилителями в состав УТО входит
дециметровый конвертор, включающий трехрезонаторный коаксиальный фильтр,
устройство сложения мощностей сигнала и гетеро дина, смесителя, гетеродина и
усилителя промежуточной частоты. Схема конвертора (и конструкция) позволяет
настраивать его на любые заданные сочетания каналов, за исключением
несовместимых.
В настоящее время в нашей стране осуществляется интенсивное внедрение
Концепции развития телерадиовещания в Российской Федерации на 2008 - 2015
годы,
основной
целью
которой
является
обеспечение
населения
многопрограммным
вещанием
с
гарантированным
предоставлением
общедоступных телевизионных каналов и радиоканалов заданного качества, что
позволит государству полнее реализовать конституционное право граждан на
получение информации, обеспечить полный переход на цифровые методы
42
передачи сигналов в сети телерадиовещания. Для достижения этих целей
междугородная сеть распределения программ звукового вещания полностью
перестраивается на использование техники цифровой передачи. Практически
аппаратура тракта первичного распределения программ и частично тракта
вторичного распределения программ во многих случаях уже цифровая. На очереди
изменение технологии формирование программ, т.е. создание цифровых
трактов формирования программ, а также внедрение цифровых
способов
доведения программ телерадиовещания
до абонентов. Эти меры позволят
улучшить качество звучания передаваемых
программ, а также получить
разнообразные звуковые эффекты, не всегда достигаемые при аналоговых методах
передачи, создать
условия развития новых видов телевизионной и
радиотрансляции, включая трансляцию мобильного и интернет-телевидения,
телеканалов
высокой
четкости
и
спутниковую
непосредственную
телерадиотрансляцию.
Ближайшее будущее большинства систем ТВ вещания заключается в
переходе на цифровые технологии. Первыми примерами цифровых систем
передачи ТВ сигналов явились спутниковые линии связи, в которых стал
использоваться стандарт сжатия спектра ТВ сигналов MPEG-2, позволяющий по
одному стандартному спутниковому каналу передавать несколько ТВ программ
при условии их приема в первую очередь головными станциями кабельного
телевидения.
Наконец, наметилась тенденция к внедрению наземного цифрового ТВ
вещания. Пионерами в данной области ТВ вещания являются США, где
Конгрессом принято решение о переходе на полностью цифровую систему
вещательного телевидения высокой четкости с прогрессивной разверткой на
1000 строк (в аналоговом ТВ используется развертка на 625 строк) с
уплотненным радиоканалом. Создатели новой системы считали, что она
должна стать единой мировой системой телевидения. Канада, Япония, а также
ряд европейских стран присоединились к этой системе. В России разработана
Федеральная программа о развитии телерадиовещания, которая рассчитана на
период с 2009 по 2015 год. В рамках программы построены наземные цифровые
сети, а также улучшена спутниковая инфраструктура. Введение в эксплуатацию
новой ТВ системы обеспечит значительное улучшение качества изображения и
звукового
сопровождения,
позволит
телевидению
эффективно
взаимодействовать с различными цифровыми системами связи и компьютерными
сетями. Такие системы позволят каждому абоненту связаться с другим абонентом в
любой точке земного шара в видеотелефонном режиме за счет выхода через
связной ИСЗ в единую всемирную теле сеть. СКТВ нового поколения - это в
большинстве случаев волоконно-оптические системы на 500 и более
интерактивных каналов с использованием цифровых методов передачи и сжатия
спектра сигналов.
43
9. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8
Тема: «Алгоритм многостанционного доступа»
Цель работы: Ознакомится с принципами составления алгоритма поиска
абонентов сети связи с подвижными объектами.
Общие сведения
В многоканальных системах связи с подвижными абонентами их соединение
автоматизировано и осуществляется передачей по радиоканалу специальных
сигналов управления. Основная задача, решаемая системой управления, состоит в
распределении канального ресурса базовой станции с помощью принятого
алгоритма организации соединений.
Канальный ресурс базовой станции - это имеющаяся в ее распоряжении
совокупность канальных элементов, обеспечивающих процесс организации
соединений, в зависимости от способа разделения канального ресурса. Такими
канальными элементами могут быть, например, частотный канал, временное окно,
индивидуальный код.
Рассмотрим структуру алгоритмов привязки подвижных абонентов методом
радиодоступа к базовым станциям сети, считая канальным элементом частотный
канал.
Исследуемая система состоит из одной базовой С-канальной станции и
группы из N подвижных С-канальных абонентских радиостанций (ПА). Каналы
базовой станции представляют собой полнодоступный пучок (подвижные
радиостанции не закреплены за свободными каналами и могут получать для связи
любой из С каналов связи). Передача сигналов управления в таких системах может
осуществляться как по специально выделенным из имеющегося канального
ресурса каналам, так и по каналам, совмещающим функции канала управления и
канала связи.
Рассмотрим алгоритмы многостанционного радиодоступа при различных
типах каналов управления (КУ).
Главной особенностью алгоритмов привязки подвижных абонентов к
базовым станциями при использовании совмещенных каналов управления является
то,что каналами управления могут быть все свободные от связи каналы, т. е. канал
может выполнять функции канала связи и канала управления.
Использование сигналов управления при организации соединений между
подвижным абонентом и базовой станцией, с одной стороны, позваляет
упорядочить процесс предоставление абоненту канала связи, а с другой, создает
дополнительную нагрузку на системы связи, что увеличивает количество отказов в
обслуживании.
Качественную оценку эффективности рассмотреных выше алгоритмов
доступа можно привести путем оценки вероятностно – временных характеристик,
обеспечиваемых, тем или иных алгоритмом.
Отказ в обслуживании при организации соединений методом радиодоступа
при использовании выделенных каналов управления (фиксированный канал
44
управления), когда в локальной системе “базовая станция – подвижный абонент”
имеется один фиксированный канал управления и с-1 рабочих каналов связи,
определяется вероятностью суммой двух совместных независимых событий: Р ЗКУвероятностью отказов в обслуживании из-за занятости канала управления и РОСКО –
вероятностью отказа в обслуживании из-за отсутствия свободных каналов связи.
Рассматривая в отдельности работу канала управления и информационных
(трафиковых) каналов и интерпритируя их как одноканальную (типа М/М/1) и с-1
канальную (типа М/М/m) системы массового обслуживания, с помощью формулы
потерь Эрланга (В – формул Эрланга), можно получить выражение для РЗКУ и
РОСКО. Формула потерь Эрланга выведена в предположении, что интенсивность
поступления вызовов не зависит от числа занятых линий. В действительности же
по мере роста числа занятых линий уменьшается число свободных абонентов, а
значит и интенсивность поступления вызовов. Этим можно пренебречь, если число
абонентов N столь велико, что уменьшение его на величину с практически не
влияет на интенсивность вызовов.
Аналогичен подход к определению вероятностно-временных характеристик
обслуживания при использовании алгоритма доступа с выделенным каналом
управления (без его фиксирования на конкретном канале). Вероятность отказа
абоненту в обслуживании при организации соединений такого рода вычислений
при условии, что в данной системе все с каналов могут быть трафиковыми.
Отказ абоненту в обслуживании при организации соединений с
использованием алгоритма доступа, имеющего совмещенные каналы управления ,
происходит в том случае, если после анализа состояния всех каналов системы они
оказались занятыми.
Результаты оценки эффективности алгоритмов радиодоступа позволяют
сделать следующие выводы.
1. Алгоритм привязки ПА при использовании выделенных фиксированных
каналов управления обладает:
o простотой собственно алгоритма и его технической реализации;
o низкими аппаратурными затратами (отсутствие дополнительных
устройств, например устройств поиска канала управления и свободных
каналов связи);
o возможностью организации приоритетного обслуживания, например
предоставления свободного канала связи , прерывания информационного
обмена между абонентами низшего приоритета и т. д.
К недостаткам алгоритма можно отнести:
Более низкие, чем при использовании алгоритмов с совмещенными каналами
управления, вероятностные характеристики обслуживания;
Высокую нагрузку на канал управления (ощутима вероятность так
называемых многократных соединений);
Необходимость повторного использования канала управления для передачи
номера свободного канала связи в случае вызова со стороны подвижного объекта.
2. Алгоритм доступа ПА при использовании выделенных нефиксированных
каналов управления позволяет несколько улучшить вероятностные характеристики
45
обслуживания подвижного абонента, что достигается усложнением собственного
алгоритма и применением АПСВК.
3. Алгоритм радиодоступа при использовании совмещенных каналов
управления имеет:
o высокие
вероятностно-временные
характеристики
обслуживания
подвижного абонента;
o распределенную нагрузку на канал управления при организации
соединений, изменяющуюся пропорционально изменению количества
свободных каналов (вероятность многократных соединений мала);
o возможность быстрого предоставления канала связи , обусловленную
алгоритмом доступа.
Однако для данного алгоритма проблематична организация приоритетного
обслуживания абонентов, имеющих различный статус.
Структурная схема стандарта GSM.
Стандарт GSM определяет сеть подвижной связи общего пользования,
работающей в диапазоне 900 МГц и построенную по модульному принципу.
Система GSM состоит из 3 основных подсистем:

Подсистемы базовых станций (BSS);

Сетевая подсистема (NSS);

Системы обеспечения и технического обслуживания сети (OSS).
1. BSS состоит из базовой приемопередающей станции (BTS) и контроллера
базовой станции (BSC). Вся территория разделяется на соты, каждая из которых
контролируется одной базовой приемопередающей станцией. BTS обеспечивает
радио интерфейс между мобильными станциями и контроллером BSC. Контроллер
управляет работой нескольких BTS. Он представляет собой коммутационную
систему для сигнализации и осуществления процедуры перехода подвижных
абонентов из одной соты в другую.
Рисунок 8.1 - Структура системы стандарта GSM
46
2. NSS управляет распределением вызовов, процессом тарификации и
сопряжением с телефонной сетью общего пользования. Сетевая подсистема
выполняет 5 основных функций:
- Коммутационного центра подвижной службы (MSC);
- Базового регистра местонахождения (HLR);
- Регистра временных данных местонахождения (VLR);
- Центра аутентификации (опознания) (AUC);
- Регистра идентификации оборудования (EIR).
MSC является центром коммутации одного района. Он осуществляет
коммутацию каналов, сигнализацию, адресацию, межсетевой интерфейс, управляет
переходом подвижных абонентов из одной сотовой ячейки в другую, а также
фиксирует всю информацию о тарификации вызовов, сделанных с его территории
и пересылает ее в эксплуатационный центр (ОМС).
HLR представляет собой первичную базу данных по подвижным абонентам.
Он содержит информацию двух типов:
1. Статическую информацию, которую можно сравнивать с данными об
абоненте на обычной АТС. Также она содержит HLR за которым закреплена
данная мобильная станция и данные о видах заказанных услуг.
2. Динамическую информацию, которая содержит сведения о том, где в
данный момент расположена мобильная станция. Таким образом, сеть может
определить место нахождения абонента для осуществления вызова.
VLR представляет собой базу данных, в которую заносится для хранения
информация о передвижении абонентов.
AUC проверяет, исходит ли вызов от зарегистрированного абонента сети.
EIR предоставляет информацию, относящуюся к абонентскому
оборудованию:

Оборудование санкционировано для стыковки с системой GSM;

Оборудование не является украденным;

Оборудование не отмечено как временно неработающее.
3. OSS является автономной системой, которая собирает информацию со
всей сети и анализирует ее. OSS состоит из 2 центров:
o Эксплуатационный центр (ОМС), который осуществляет сбор, обработку,
анализ и архивацию информации по трафику в сети, а также техническое
обслуживание.
Центр управления сетью (NMC) управляет конфигурацией сети,
осуществляет контроль за работой всей сети GSM, оценивает качество
предоставляемых услуг.
Алгоритм поиска подвижного абонента в ССПО
Анализ существующих методов поиска подвижных абонентов в сетях
мобильной связи с децентрализованным управлением показывает, что быстрой
приспосабливаемостью к изменяющейся обстановке и сравнительной простой
реализации характеризуются волновые алгоритмы поиска блуждающего абонента.
Сущность волнового (поискового) метода выбора маршрута, который относится к
47
группе методов децентрализованной маршрутизации без учета информации о сети ,
заключается в следующем.
При поступлении на контроллер БС заявки на передачу по сети передаются
три волны сигналов : поисковая , ответная и заключительная. Поисковая волна
передается посредством лавинной процедуры от источника по всем исходящим
направлениям для поиска кратчайшего пути. Ответная волна сигналов , которая
служит для маркировки маршрута, посылается получателем после принятия
поискового сигнала и транслирует всем БС сети .Заключительная волна сигналов
посылается исходным BSC (MSC) после получения им ответного сигнала.
Волновые алгоритмы поиска имеют следующие особенности:
Маршрутизация основана на текущей топологии сети, что немаловажно для
сетей с заведомо неизвестной структурой, и отсутствует необходимость
отслеживания динамики изменения положения подвижного абонента в сети;
Каждая базовая станция, включающая в самом общем случае станцию
радиодоступа и контроллер (BSC) ведет список только местных абонентов,
необходимости в ведении списка всех абонентов нет;
Отсутствие таблиц маршрутизации (нет надобности в их обновлении)
обусловливает снижение общей нагрузки в сети;
Оценка вероятности нахождения подвижного абонента в процессе поиска
показывает , что алгоритм лавинной маршрутизации инвариантен к перемещениям
абонента , а значение этой вероятности не зависит от эволюций подвижного
абонента по сети и определяется ее размером и заданным количеством
переприемов (ретрансляций);
Процесс установления маршрута к корреспонденту-получателю сообщения
состоит из двух фаз поиска абонента, которому адресовано сообщение, и
непосредственно передачи сообщения получателю по определенному на первой
фазе маршруту ;
Поскольку поиск абонента и установление маршрута к нему выполняются в
реальном масштабе времени, может иметь место существенная задержка времени
установления тракта между вызывающим и вызываемым абонентами. Эта задержка
в общем случае, зависит от нагрузки в сети, ее топологии, подвижности
терминалов (абонентских радиостанций ) и надежности каналов связи;
Большая избыточность сигналов управления установления маршрута
приводит к значительным задержкам в сети и падению ее пропускной способности,
поскольку требуется передавать значительное число сообщений по каналам
управления сигналов поиска подвижного абонента и сигналов ответа на поиск (чем
динамичнее процесс перемещения ПО , тем избыточней общий трафик сети);
С целью адекватного определения местоположения ПА и фиксации номера
транзита волновые алгоритмы предполагают использование на БС номеров
переподчинения (ретрансляций). Большой номер переподчинения дает большее
количество сигналов поиска подвижного абонента и сигналов ответа на поиск ; с
другой стороны , малый номер означает, что пункты назначения , расположенные
на удалении , превышающем число переприемов ,не будут достигнуты.
Опишем обычный сеанс связи между парой подвижный абонентов.
Предположим , что абонент А инициализирует связь с абонентом Б. Алгоритм
48
организации соединения и прокладки маршрута между ними состоит в следующем.
Изначально абонент А должен быть зарегистрирован на базовой станции , в зоне
обслуживания которой он находится . это достигается посылкой абонентом А
номера идентификации и персонального номера-пароля по одному из имеющихся
каналов управления . Пароль препятствует несанкционированному доступу в сеть .
Абонент А посылает сообщение-запрос своей БС (БС1) на установление тракта
обмена информацией между абонентами А и Б. Это сообщение-запрос содержит
номера идентификации обоих абонентов. При получении на БС1 сообщениязапроса происходит сверка номера идентификации абонента Б со списком местных
абонентов, также зарегистрированных на БС1. Если абонент Б оказывается
местным ,то БС1назначает тракт связи между абонентами А и Б через БС1. Если же
абонент Б не зарегистрирован на БС1, то БС1 посылает запросы на нахождение
маршрута соседним базовым станциям (RFR). Каждая из БС (например,БС2),
получив RFR, проверяет свой список местных абонентов. Если абонент Б не
зарегистрирован и в этой зоне, БС2 посылает RFR (дубликат исходного RFR) далее
соседним БС. В конечном счете один из RFR поступит на БСN, где действительно
зарегистрирован абонент Б. БСN пошлет сообщение об установлении маршрута
той БС, от которой был получен RFR. После этого начнется процедура
установления тракта связи. Каждая БС, которая получает сообщение об
установлении тракта связи, продвигает его далее к БС, от которой ею был получен
RFR. Наконец, сообщение об установлении тракта поступает к БС1 и тракт связи
оказывается установленным.
После обмена информацией абоненты А и Б посылают сообщение о
рассоединении своим БС, которые могут предоставить высвободившийся тракт
другим абонентам. Чтобы избежать генерации избыточного количества RFR, в
структуре данного сообщения закладывается номер текущей ретрансляции RFR
(номер переподчинения), который уменьшается на единицу при каждом
продвижении RFR. Когда номер ретрансляции становится равным 0, RFR
отбрасывается.
Таким образом, суть лавинной маршрутизации состоит в поиске
подвижного абонента в сети и установлении маршрута к нему на основе передачи
специальных сигналов поиска и ответа на поиск при достижении абонентаполучателя. Вид аналитической модели при оценке эффективности лавинной
маршрутизации определяется размером сети m, возможным количеством
ретрансляции сообщения h и их соотношением и практически не зависит от
возможных перемещений искомого абонента.
Используя модели сети можно с принятым выше допущениями определить
вероятность РF достижения сообщением абонента получателя (вероятность
получения абонентом переданного сообщения), как отношение количества БС в
сети связи, достижимым при данной стратегии маршрутизации, к общему
количеству БС в сети. Обозначим рh-количество БС, достижимых от БС- источника
сообщения при определенном числе переприемов h (ретрансляций сообщения от
данной БС к следующей).
49
Принципы передачи речевой информации в цифровых системах мобильной
связи
При разработке речевого кодека для мобильных систем радиосвязи должны
быть выполнены следующие основные требования:
o Высокое качество речи;
o Низкая скорость передачи речи, обеспечивающая возможность
эффективного канального кодирования и результирующую скорость
передачи в канале связи;
o Малая задержка сообщения в процессе преобразования речи;
o Устойчивость к ошибкам в канале передачи;
o Возможность работы в широком динамическом диапазоне входных
воздействий как сигнала, так и шума;
o Большой динамический диапазон выходных сигналов;
o Незначительное снижение качества речи при каскадном соединении
кодеков;
o Прозрачность для сигналов данных;
o Прямое сопряжение со смежными устройствами терминалов;
o Простота технической реализации;
o Малое энергопотребление;
o Низкая стоимость.
Такой большой перечень требований обусловлен , во-первых, особенностями
распространения радиосигнала в различных (город, пригород, свободное
пространство), при ведении связи на различных расстояниях, при перемещении
одного или одновременно нескольких абонентов . Во-вторых, тем ,что системы
мобильной радиосвязи требуют интеграции современных алгоритмов коммутации,
модуляции, кодирования речи и др.
Вышеуказанные требования к разработке кодера во многом определяются
используемым в нем алгоритмом преобразования речи (ее сжатия и кодирования).
Основным требованием к алгоритму кодирования является качество
восстановленной речи. Под качеством речи понимают, во-первых, ее
разборчивость, во-вторых, узнаваемость. Качество речи во многом определяет
степень выполнения одного из требований к связи – достоверность передачи
информации.
Для систем подвижной связи важным является выполнение требований по
степени сжатия речевого сигнала. Степень сжатия речевого сигнала находится в
прямом противоречии с качеством речи. Поэтому требования к качеству речи и
степени сжатия речевого сигнала при выборе алгоритма кодирования должны
выполняться совместно. Для различных классов алгоритмов кодирования при
одинаковом снижении скорости кодирования может наблюдаться разная степень
ухудшения качества речи и на некоторых минимальных скоростях
«распознаваемость» абонента уже не будет обеспечиваться. Следует учитывать,
что зависимость качества речи от скорости передачи не линейна, причем характер
нелинейности тоже определяется скоростью.
Следующим немаловажным требованием, непосредственно связанным с
обеспечением качества речи, является ограниченное время задержки сигнала.
50
Такая задержка возникает при анализе и синтезе речи и включает:
алгоритмическую (буферизация речи для анализа) и вычислительную (время,
необходимое для обработки хранимых образцов речи) задержку.
В целях устранения задержки алгоритм кодирования может быть разработан
таким образом, что передача будет начинаться до момента окончания обработки
речи в анализируемом фрагменте. Так, например , в системе GSM кодер начинает
передачу параметров речи, как только они становятся доступными . однако
обеспечение малой задержки затрудняет решение задачи минимизации эха , что
вызывает необходимость использования дополнительных эхокомпенсаторов.
Для систем подвижной связи, функционирующих в сложной помеховой
обстановке, характерна высокая вероятность ошибки приема. Для предотвращения
неправильного восстановления параметров речи, к которому приводят ошибки ,
необходим их контроль . С этой целью в кодеках радиосистем требуется
отслеживать искажения каждого речевого параметра. Во многих кодеках это
необходимо делать для последовательности бит каждого параметра, т. е. защищать
такую последовательность от искажений различными способами (например,
увеличивать скорости кодирования источника, использовать эффективные
помехоустойчивые коды и др.) незащищенные от искажения последовательности
речевых параметров проверяются на ошибках для их идентификации и устранения.
Для систем подвижной связи очень важны стоимостные и энергетические
характеристики алгоритмов кодирования. Разработка сложных алгоритмов для
повышения качества речи влечет за собой повышение вычислительных затрат и,
следовательно , стоимости кодека. Одним из методов уменьшения вычислительных
затрат является использование функции прерывистой передачи. В некоторых
случаях допускается применение цифровых процессов обработки сигналов
высокой стоимости, однако их количество должно быть ограничено.
Рассмотрим методы цифрового представления речи к которым относятся :
Прямое аналого-цифровое преобразование (или импульсно-кодовая
модуляция, ИКМ);
Эффективное кодирование речи (ЭКР). Здесь можно выделить кодеры
формы, вокодеры и кодеры, реализующие алгоритмы анализа через синтез.
Кроме того, существует многополосные кодирование с ортогональным
преобразованием и с выявлением избыточности предсказания.
Прямое аналого-цифровое преобразование является низкоэффективным,
имеющим малую скорость кодирования высококачественным методом
кодирования. Кодеки , построенные на базе данного метода (ИКМ- кодеки),
работают на скоростях не ниже 32кбит/с. При этом полоса входного аналогового
сигнала ограничена диапазоном 0,3…3,4 кГц. Для повышения качества
преобразования она может быть расширена до 6кГц, что соответствует скорости
передачи 88 кбит/с при частоте дискретизации 12 кГц (дальнейшее расширение
полосы не приводит к повышению качества представления речи).
ИКМ-кодеки имеют наихудшие показатели помехоустойчивости. Они могут
потерять работоспособность , даже если вероятность ошибки равна 10 -5 , что
соответствует параметрам канала среднего класса. Системы с ИКМ работают
только в области нечувствительности к ошибкам в канале, но и в этом случае
51
вводятся специальные меры для устранения последствий возникновения
одиночных ошибок. При использовании алгоритма ИКМ со скоростью передачи 64
кбит/с кодек имеет максимальную область нечувствительности к ошибкам в канале
при высоком качестве восстановления. Поэтому данный алгоритм рекомендован
для большинства систем цифровой передачи речи в качестве метода
предварительного аналого-цифрового преобразования.
Эффективное кодирование иногда называют сжатием речи. Для
эффективного цифрового преобразования речи были разработаны вокодеры.
Основываясь на выбранной модели речеобразования, вокодер с помощью
алгоритма передачи анализирует параметры речевого сигнала, который поступает
по каналу связи в приемник ; приемный алгоритм позволяет проводить синтез
сигнала . Осциллограммы исходного и синтезированного сигнала не совпадают , и
речь может носить «искусственный» характер.
Значительные результаты в области эффективного кодирования речи
достигнуты на базе общего подхода «кодирования с предсказанием». Большая
часть стандартизированных Международным союзом электросвязи алгоритмов
кодирования относится именно к этому направлению.
Первыми были разработаны методы дельта-модуляции (ДМ). Скорость
передачи при дельта-модуляции соответствует частоте дискретизации
(одноразрядное квантование); при скорости 40…30кбит/с ДМ обеспечивает более
высокое качество восстановления, чем ИКМ. Дельта-модуляция обладает
наилучшими параметрами помехоустойчивости среди методов кодирования.
Системы, основанные на ДМ, не теряют работоспособности при возникновении
одиночных ошибок и их пакетов (серий) малой длительности.
Еще один класс кодеров формы – методы дифференциальной (разности)
ИКМ (ДИКМ). Их классификационными признаками считаются наличие блока
линейного предсказания авторегрессионных последовательностей (предсказатели)
и использование многоуровневого (больше двух уровней) квантования. Блок
линейного предсказания может состоять из двух частей – долговременного и
кратковременного предсказателей. В канале передается разность истинного и
предсказанного значений сигнала (сигнал-остаток, он же –погрешность
предсказания). Системы с ДИКМ обеспечивают такое качество восстановления
сигнала, которое сопоставимо с представляемым ИКМ, и на порядок более
высокую помехоустойчивость. Однако, в отличие от систем с ДМ, они теряют
работоспособность при вероятности одиночной ошибки, составляющей около 5*
10-3, и передаче пакетов ошибок малой длительности.
Кодеры, реализующие алгоритмы анализа через синтез, сохраняют форму
речевого сигнала. В этих кодерах используются алгоритмы сжатия, основанные на
оценке параметров модели речеобразования, которые прежде применялись
исключительно в вокодерах.
Все описанные методы предполагают передачу большого количества
параметров речевого сигнала и эквивалента сигнала-остатка (используемого
разностной ИКМ), которые квантуются с разной точностью. Прежде оценка
признака тон/шум считалась отличительной чертой вокодера, теперь же она
52
осуществляется и в кодерах анализа через синтез, что стирает границы между
кодерами формы и вокодерами.
Можно создать такую структуру системы передачи, в которой кодер
источника и кодер канала синтезированы совместно, хотя конструктивно
разделены, а приемник объединяет декодер источника и декодер канала. Данная
структура позволяет динамически управлять кодированием источника, учитывая
как влияние качества канала, так и особенности речевого сигнала. Такие методы
используются в помехоустойчивых квантователях, учитывающих в алгоритме
синтеза вероятность ошибки в канале, возможно также использование
гребенчатого, или многомодового, кодирования. Многомодовым называется
комбинированный кодер источника и канала, который позволяет варьировать (в
зависимости от качества канала) число бит, отводимых на помехоустойчивое
кодирование, кодирование передаваемых параметров и кодирования сигнала
остатка. Передатчик состоит из гребенки, и вырабатывает моду определенной
конфигурации. Все моды пропускаются через встроенный имитатор канала, после
чего принимается решение о передаче какой-либо из них. Приемник универсален и
позволяет декодировать любую моду, распознавая ее по неявно встроенным
индивидуальным признакам. Основной проблемой является синтез алгоритма
приема (как правило, он строится на основе алгоритмов максимального
правдоподобия). Значительную сложность представляет создание алгоритма
решающего устройства и имитатора канала связи. В основном применяется
имитатор двоичного симметричного канала связи. В основном применяется
имитатор двоичного симметричного канала, а решающее устройство реализуется
на основе оценки среднеквадратической ошибки.
Выбор кодека для мобильной систем радиосвязи осуществляется только из
двух классов :кодеков формы сигнала и гибридных кодеков. Это связано с высоким
качеством речи таких кодеков. Кодеки формы сигналов обеспечивают кодирование
огибающей сигнала, гибридные кодеки- кодирования некоторых основных
параметров речи.
Современные системы мобильной связи характеризуются жесткими
ограничениями на выделяемую ширину полосы частот для одного канала. По этой
причине для них требуется низкоскоростные кодеки, использующие эффективные
алгоритмы сжатия передаваемых речевых сигналов. Поэтому алгоритмы Log-PCM
и ADPCM,будучи наиболее эффективными с точки зрения использования спектра
явились базовой основой для разработки алгоритмов сжатия и кодирования речи,
применяемых в современных системах мобильной связи. Общая классификация
алгоритмов, реализуемых в кодеках систем мобильной связи.
53
10. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9
Тема: «Интеллектуальные сети»
Цель работы: Изучить назначение, структуру построения и состав
оборудования интеллектуальной сети.
Интеллектуальные сети связи (ИСС) – это сеть связи, позволяющая
предоставлять дополнительные телекоммуникационные услуги, в том числе,
управляемые абонентом.
Услуга связи, которая позволяет все вызовы, поступающие от
Пользователей на логические номера ИСС, обрабатывать по заранее
определенному алгоритму (профилю услуги), который формируется поставщиком
услуг ИСС для каждого конкретного Абонента.
Услуги ИСС - технологическое решение, которое позволяет не просто
соединять двух абонентов, а создавать персональные сценарии обработки
телефонных вызовов, оптимизируя как телекоммуникационную инфраструктуру
заказчика, так и процессы его взаимодействия с клиентами.
ИСС позволяют абонентам:

оптимизировать взаимодействие с целевыми группами,

оптимизировать процесс приема звонков от абонентов в минимально
короткие сроки,

организовать по-новому управление офисом,

открыть новые направления бизнеса и получить при этом
дополнительный доход,

добиваться успехов в бизнесе,

организовывать эффективную работу с клиентами
Абонентами услуг ИСС являются:
Юридические лица – компании,
которым необходимо организовать
оперативный сбор или предоставление информации по телефону в автоматическом
или полуавтоматическом режиме, или обеспечить клиентов другими
дополнительными услугами, а также организации, имеющие разветвленную сеть
филиалов в ПФО.

Консультационные компании

Рекламные и маркетинговые агентства

Телерадиокомпании

Аналитические компании, проводящие опросы

Компании, предоставляющие услуги по телефону
Область применения:

Создание автоматизированной справочной службы,

Создание службы поддержки клиентов (Call-center),

Проведение массовых телефонных опросов с участием телевидения
(телеголосование),

Предоставление интерактивных и платных телефонных услуг,
54
Продажа товаров и услуг по телефону.
Рассмотрим подробнее по видам услуг ИСС:
VOT (Televoting) – Телеголосование
Услуга позволяет проводить сеансы «голосования по телефону». Подсчет
количества голосов проводится средствами ИСС. Результаты опроса
предоставляются Абоненту по окончании периода голосования или в режиме
реального времени. Выбор вариантов ответа при голосовании производится
пользователями путем вызова на определенный логический номер ИСС. Для
различных вариантов ответа назначаются разные логические номера ИСС, также
возможно назначение одного номера с последующим выбором пользователем
варианта ответа (с использованием тонального набора).
Услуга может использоваться для проведения конкурсов, викторин,
розыгрышей призов, опросов общественного мнения и т.д. с использованием
телефонной сети. Средствами сети производится подсчет числа звонков,
поступивших на каждый номер, и предоставление результатов проводящей опрос
компании.
Сегмент потребителей - компании, проводящие опросы, исследования,
конкурсы:
- телерадиокомпании и др. СМИ
- маркетинговые агентства
- политические партии
- аналитические компании, проводящие социологические исследования
Область применения:

массовые опросы,

голосования,

конкурсы с розыгрышами призов,

телемарафоны,

анализ общественного мнения,

мероприятия на телевидении, радио или в печати, в которых ожидается
большое количество телефонных звонков.
Плюсы от применения услуги:

Возможность определить рейтинг своей популярности.

Возможность проводить телевикторины и конкурсы с розыгрышами
призов.

Организация опрос теле- и радио-аудитории с целью выяснения
общественного мнения по тому или иному вопросу.

Проведение маркетинговых и статистических исследований.

Получение дополнительных средств, за счет предоставления
пользователям
возможности
участвовать
в голосовании
(конкурсах)
за дополнительную оплату
FPH (бесплатный телефон) является одним из эффективных инструментов
цивилизованного рынка, предлагая практически неограниченные возможности
в области рекламы и маркетинга, позволяя компаниям поддерживать связь
со своими зарубежными сотрудниками, клиентами и партнерами. Услуга позволяет
Абоненту принимать на единый номер и оплачивать вызовы Пользователей и

55
предоставляет пользователю услуги возможность бесплатного доступа к услуге по
единому номеру.
Сегмент потребителей - компании, предоставляющие информацию о
товарах или услугах своим клиентам по телефону в автоматическом или
полуавтоматическом режиме, а также организации, имеющие разветвленную сеть
филиалов в ПФО.
К данной категории пользователей относятся:
- торговые и сервисные компании;
- диспетчерские службы;
- рекламные службы;
- информационные службы;
- службы экстренной помощи.
Область применения:

прямые продажи товаров,

«горячие линии»,

различные виды бронирование (авто, гостиницы, билеты на транспорт
на концерты, спектакли и т.п.),
Плюсы от применения услуги:

Возможность сделать звонок за счет фирмы, рекламирующей этот
номер.

Единый, легко запоминающийся номер для рекламы товаров или услуг
в различных регионах Поволжья.

Отсутствие необходимости срочно менять свои координаты в рекламе
при проведении разовых маркетинговых и рекламных акций, а также при переезде
в другой офис.

Распределение входящих звонков в зависимости от графика работы
подразделений компании как по часам, так и по дням.

Учет и статистика всех звонков. Регулярный статистический анализ
звонков, поступивших на бесплатный номер, что позволяет определить конкретный
регион, город или район, где проявляется наибольший спрос на услуги или товары
компании.
UAN (универсальный номер) – услуга обеспечивает доступ к терминалам
абонента, размещенным в разных районах или зонах, путем набора одного и того
же универсального номера. Вызывающий абонент может связаться по телефону с
нужной ему организацией, где бы она не находилась и получить нужную
информацию. Услуга позволяет Абоненту принимать вызовы пользователей на
единый универсальный номер. Данная услуга может быть востребована
организациями, имеющими распределенную структуру офисов, абонентами,
принимающими вызовы на разные телефонные номера в зависимости от дня
недели и времени суток и т.д.
Став владельцем UAN абонент получает:
- единый многоканальный телефонный номер;
- автоматическое обслуживание (удержание вызовов, поиск свободного
номера)
- статистика по всем поступившим звонкам;
56
Сегмент потребителей - компании, активно меняющие местоположение и
пользующиеся как фиксированной, так и мобильной связью, а также организации,
имеющие разветвленную сеть филиалов в ПФО.
К данной категории пользователей относятся:
- службы доставки товаров
- диспетчерские службы
- сети магазинов
- ремонтно-технические службы
Плюсы от применения услуги:

экономия затрат за счет оптимизации маршрута соединения;

постоянный номер, который не нужно менять при переезде в другой
офис

возможность организации распределенной структуры физического
местоположения абонента;

улучшение информационной поддержки клиента,

усиление эффекта от рекламных мероприятий

оптимизация работы с партнерами
PRM – вызов с дополнительной оплатой. Услуга позволяет абоненту
предоставлять
пользователям
справочно-информационные
услуги
за
дополнительную плату. Пользователю начисляется плата как за полученную связь,
так и за дополнительную информацию, предоставляемую ее владельцем –
абонентом услуги. Вызов с дополнительной оплатой является высокоэффективным
методом предоставления информационных,
справочно-консультационных,
развлекательных услуг.
Сегмент потребителей - компании, оказывающие различные платные
услуги по телефону.
- консультационные фирмы (юридические, медицинские, психологические,
экономические и пр.консультации)
- информационные услуги (погода, гороскопы, биржевые сводки, новости,
объявления о продаже и покупке жилья, прием объявлений и др.)
- прием заказов (доставка продуктов и товаров, заказы услуг (такси) с
предоплатой и т.д.)
- услуги развлечения (службы знакомств, досуг для взрослых, сказки на
ночь детям)
Плюсы от применения услуги:

Возможность организовать обслуживание телефонных вызовов по
единому многоканальному номеру без дополнительного оборудования и новых
линий связи.

Возможность создания специальных сценариев по обслуживанию
вызова.

Предоставление различных услуг по телефону за плату.
Возможность развития новых направлений бизнеса.
Виды кодов интеллектуальных сетей:

8-0-0 — оплата звонка производится тем, кому вы звоните

8-0-3 — код для телеголосования
57



8-0-4 — код универсального номера доступа
8-0-5 — звонки по предоплате (необходима карта предоплаты)
8-0-9 — звонки за доп.плату (платит тот, кто является инициатором
звонка)
SS7
Современные интеллектуальные сети строятся на рекомендациях
Международного союза электросвязи (ITU-T) Signaling System N7 (SS7), первая
версия которых была принята в 1992 г. В настоящее время SS7 широко внедряется
во всем мире, в том числе и в России (под названием ОКС N7).
SS7 определяет все основные компоненты интеллектуальной сети и
протоколы их взаимодействия, которые, по замыслу их разработчиков:
- не зависят от вида услуг,
- от структуры сети,
- от производителя оборудования.
В SS7 используется сеть передачи данных на основе коммутации пакетов,
логически независимая от обычной сети для разговорных каналов. Узлы этой сети
называются SP (signaling point, «пункты сигнализации»), а соединяющие их
линии – SL (signaling link, «сигнальные звенья»). Для повышения надежности
применяется дублирование оборудования, а между любыми двумя SP должно
существовать как минимум два независимых маршрута по несовпадающим
цепочкам SL.
Различают следующие типы узлов в сети SS7 (рис. 1.34):
 Транзитный пункт сигнализации STP (signaling transfer point). Это
элемент сети, обеспечивающий маршрутизацию пакетов между остальными узлами
по SL.
 Узел коммутации услуг SSP (service switching point). Это АТС,
управляемая программно.
 Интеллектуальная периферия IP (intelligent peripheral). SSP отвечает
только за коммутацию голосовых каналов, а IP реализует интерактивный диалог с
абонентом: проигрывание голосовых инструкций (промптов), прием ответных
тонов DTMF, набираемых абонентом на телефонной клавиатуре или даже
распознавание речи. IP может быть встроена в SSP, либо реализована отдельным
оборудованием.
 Узел управления услугами SCP (service control point). Это компьютерное
оборудование, на котором исполняется программа, реализующая логику услуги.
SCP может находится за тысячи километров от управляемых им узлов SSP и IP, передавая им команды через сеть, либо находится в непосредственной близости,
будучи связанными с ними через высокоскоростной канал связи. Последний
случай называется AD (adjunct). Функции SSP и SCP могут быть совмещены в
одном узле – SSCP (service switching and control point).
 Узел хранения данных для услуг SDP (service data point). Это база
данных, которую совместно используют другие узлы сети для реализации услуг.
Например, в базе данных могут храниться счёта абонентов, таблицы маршрутизации для сервиса 800 и т. д.
58
 Узел управления услугами SMP (service management point). Это
операторская консоль, через которую можно управлять параметрами и
конфигурацией сервиса во время его эксплуатации.
 Узел создания услуг SCEP (service creation environment point). Это
компьютер, содержащий среду создания услуг SCE (service creation environment) –
программные средства конструирования, модификации и тестирования услуг до
начала их эксплуатации. Сервисы конструируются как комбинации из
стандартизованного набора универсальных сервис-блоков SIB (service-independent
block).
Рисунок 9.1 - Структура интеллектуальной сети
SS7
содержит
набор
протоколов
для
взаимодействия
узлов
интеллектуальной сети. Базовые протоколы, реализующие транспортную среду,
называются MTP (Message Transfer Part) и SCCP (Signaling Connection Control Part).
На их основе работает протокол для управления голосовыми соединениями
(звонками) – ISUP (ISDN user part), а также протокол для удалённого вызова
программных процедур –TCAP (Transaction Capabilities Application Part). Через эти
протоколы узлы SCP (компьютеры) удалённо управляют узлами SSP (АТС) и их
«интеллектуальной периферией», а также взаимодействуют SDP (базами данных).
Протоколы взаимодействия между SCP, SMP и SCEP пока не определены, поэтому
разработчики реализуют их самостоятельно на основе TCP/IP или X.25.
На основе SS7 можно реализовывать такую сетевую услугу, как роуминг в
мобильных сетях. Например, сотовые сети стандарта GSM базируются на
подсистемах MAP (Mobile Application Part), работающей поверх TCAP,
и BSSAP (Base Station System Management Application Part) – частях стандарта SS7.
59
11. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10
Тема: «Информационные сети»
Цель работы: Изучить назначение, структуру построения и состав
оборудования интеллектуальной сети.
Информационные сети — это сети, предназначенные для обработки,
хранения и передачи данных. На сегодняшний день трудно представить работу
современного офиса без локальной вычислительной сети (ЛВС, LAN – Local Area
Network). Без информационно-вычислительной сети сейчас не обходится ни одно
предприятие. Локальная информационно-вычислительная сеть представляет собой
логически разделенную на структурные подсистемы кабельную систему здания
или группы зданий, которая включает в себя кабельную локальную сеть, активное
сетевое оборудование, серверы и рабочие станции.
Функциональное назначение локальной информационно-вычислительной
сети — создание единого информационного пространства организации.
ЛВС обеспечивает:

Высокоскоростную многоуровневую коммутацию;

Контроль и разграничение доступа к сетевым ресурсам;

Доступ к локальным сетевым устройствам (принтеры, сканеры...);

Доступ к сети Интернет.
Ресурсы сети – это данные, приложения и периферийные устройства, такие,
как диск, принтер, модем и т. д. В такой системе любое из подключенных
устройств может использовать сеть для передачи или получения информации.
Преимущества, получаемые после объединения отдельных ПК в сеть: возрастает
мобильность и оперативность работы. В сети можно организовать доступ всех
пользователей к единому информационному ресурсу (например, базе данных),
расположенному на одном компьютере. Обработка централизованных
информационных ресурсов на разных ПК называется распределенной обработкой
данных, снижаются затраты на аппаратное обеспечение в расчете на одного
пользователя. Это достигается за счет совместного использования дискового
пространства, дорогих высококачественных внешних устройств (лазерных
принтеров, сканеров, плоттеров). Повышается системы в целом, поскольку при
поломке одного устройства исполнение его функций может взять на себя другое.
Снижаются затраты на программное обеспечение (ПО). Совместное
использование дискового пространства позволяет разместить сетевые версии ПО
на диске одного компьютера, что, кроме значительной экономии места на диске
позволяет снизить затраты на ПО. В этом случае на локальных компьютерах
дисковая подсистема вообще может отсутствовать.
Упрощается обслуживание, резервное копирование и снижает затраты на
поддержание целостности ПО.
По виду конфигурации компьютерных сетей можно выделить следующие:
Локальные вычислительные сети (ЛВС) – несколько компьютеров
объединены в сеть и расположены на незначительном расстоянии друг от друга (в
60
пределах комнаты или здания). В таких сетях не требуется специальных устройств
для передачи данных на расстояние.
Глобальные вычислительные сети (ГВС) используют для передачи
данных общедоступные каналы для передачи данных (телефонные линии, модемы
и др.).
Часто
выделяют корпоративные вычислительные
сети
–
это
компьютерные сети в рамках одного предприятия, которые характеризуются
удаленностью расположения ПЭВМ в сети и, как следствие, наличием скоростных
каналов и использованием общедоступных каналов для связи.
Иерархия компьютерных сетей может быть представлена в следующем
виде:
Рисунок 10.1 – Структура информационный сети
Способ
объединения
компьютеров
в
сети
между
собой
называют топологией. Под топологией понимают описание физических
соединений в ЛВС (или логических связей между узлами), указывающее, какие
пары узлов могут связываться между собой.
Узел - точка сети, в которой обслуживается пользователь или присоединен
коммуникационный канал. Термин узел иногда используется вместо термина
рабочая станция.
Топология сети обуславливает её характеристики. Выбор той или иной
топологии влияет на:
состав необходимого сетевого оборудования;
характеристики сетевого оборудования;
возможности расширения сети;
способ управления сетью.
Классическими топологиями ЛВС являются «кольцо», «шина», «звезда» и
«дерево».
Кольцо - топология ЛВС, в которой каждая рабочая станция соединена с
двумя другими рабочими станциями, образуя петлю (кольцо).
Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном
направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя
сообщения к следующему ПК. При этом данные передаются от одного компьютера
к другому как бы по эстафете (рис. 1.2). Сеть данной топологии имеет хорошо
предсказуемое время отклика, определяемое числом рабочих станций
Шина - топология ЛВС, к которой все рабочие станции присоединены к
единому кабелю. К оконечным контактам кабеля присоединяется оконечная
61
нагрузка (терминатор) - электрическая схема, подавляющая нежелательные
отражения сигнала.
В такой топологии все станции прослушивают все сообщения в кабеле.
Рабочая станция отбирает адресованные ей сообщения, пользуясь адресной
информацией, содержащейся в сообщении. До последнего времени шинная
топология, как наиболее простая, являлась наиболее распространенной.
Звезда. Недостатков, присущих топологиям “шина” и “звезда”, лишено
соединение компонентов ЛВС по топологии типа “звезда”. В этом случае
компьютеры
объединяются
посредством
специального
устройства,
называемого концентратором (hub - хаб). Таким образом, топология «звезда»
предполагает присоединение рабочих станций в единой точке (рис. 1.4).
Концентраторы (многопортовые повторители), пришедшие на смену
«общему» кабелю, создали более гибкую и удобную основу для создания ЛВС.
Концентратор работает как повторитель, передавая сигнал, поступивший на один
из портов, без изменения на остальные порты. Следовательно, каждый компьютер
«слышит» весь график в сети, как если бы это была «широковещательная» сеть с
общим кабелем. Все разъемные соединения оказываются сосредоточенными в
одном месте, упрощая тем самым подключение дополнительных узлов в сеть.
Среди концентраторов выделяются активные и пассивные.
1. Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как
это
делают
репитеры
(повторители
сигналов).
Иногда
их
называют многопортовымирепитерами – они имеют от 8 до 16 портов для
подключения компьютеров.
2. Некоторые типы концентраторов являются пассивными, например
монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя
сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные
концентраторы не надо подключать к источнику питания.
3. Гибридными называются концентраторы, к которым можно подключать
кабели различных типов. Сети, построенные на концентраторах, легко расширить,
если подключить дополнительные концентраторы.
Использование концентраторов дает ряд преимуществ. Разрыв кабеля в сети
с обычной топологией «линейная шина» приведет к «падению» всей сети. Между
тем разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только
данного сегмента. Остальные сегменты останутся работоспособными.
Топология «звезда» обеспечивает высокую надежность, большую
мобильность, сокращает время простоя в, значительно уменьшает время поиска
неисправностей в системе. Выход из строя любого соединения приведет к отказу
только одного устройства, не оказывая никакого влияния на работу остальной сети.
Топология “дерево” является более сложной реализацией топологии
“звезды”. В топологии “дерево” петли не допускаются. То есть между любыми
двумя узлами существует только один маршрут.
Для создания топологии “дерево” необходимо, чтобы концентраторы имели
возможность каскадирования, то есть подключения к концентратору верхнего
уровня концентраторов нижнего. Для этого концентратор должен иметь два вида
портов:
62
порт связи “вниз” (LAN downlik port) - используется для
подключения устройств к сети. Подобные порты требуются для включения в сеть
всех конечных узлов и концентраторов более низких уровней.
порт связи “вверх” (LAN upling port) -предназначен для
каскадирования концентраторов, с его помощью подключается концентратор
низкого уровня к концентратору высокого уровня. Обычно допускается до трех
уровней каскадирования.
Каскадирование концентраторов позволяет увеличить расстояние между
крайними узлами сети и общее количество узлов (каждый из
концентраторов имеет ограниченное число портов 4, 8, 12, 16, 24, 48).
Однако концентраторы не решают проблему увеличения полосы
пропускания сети - с ростом количества компьютеров в сети увеличивается и
количество пакетов информации, что ведет к росту коллизий (наложений пакетов
один на другой) и соответственно к замедлению работы в сети в целом.
Коллизия - ситуация, когда две рабочие станции пытаются одновременно
использовать передающую среду (кабель). Электрические сигналы накладываются
друг на друга, и оба сообщения теряются. Поэтому оба участника коллизии
вынуждены передать сообщения заново. В большинстве систем предусмотрена
встроенная задержка повторной передачи, обеспечивающая отсутствие повторения
коллизии.
Рисунок 10.2 – Топология локальной сети
Комбинированные топологии
В настоящее время часто используются топологии, которые комбинируют
компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца.
63
Звезда-шина (star-bus) – это комбинация топологий «шина» и «звезда».
Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией «звезда» объединяются
при помощи магистральной линейной шины (рис. 10.3).
Рисунок 10.3 – Топология локальной сети «шина-звезда»
В этом случае выход из строя одного компьютера не оказывает никакого
влияния на сеть – остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с
другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой остановку
подключенных к нему компьютеров и концентраторов.
Звезда-кольцо (star-ring) кажется несколько похожей на звезду-шину. И в
той, и в другой топологии компьютеры подключены к концентратору, который
фактически и формирует кольцо или шину. Отличие в том, что концентраторы в
звезде-шине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце на
основе главного концентратора они образуют звезду (рис. 10.4).
Рисунок 10.4 – Топология локальной сети «звезда-кольцо»
Одноранговые сети являются наиболее простыми и предназначены для
небольших рабочих групп. С их помощью пользователи нескольких компьютеров
могут использовать общие диски, принтеры и другие устройства, передавать друг
другу сообщения и выполнять другие коллективные операции.
В одноранговой сети все компьютеры равноправны. Каждый компьютер
функционирует и как клиент, и как сервер. Все пользователи самостоятельно
решают, какие данные сделать общедоступными по сети.
Одноранговые сети называют также рабочими группами. Рабочая группа –
небольшой коллектив, поэтому в одноранговых сетях бывает обычно не более 10
компьютеров.
64
Компьютеры одноранговой сети являются компьютерами одинакового типа
и
работают
под
управлением
одной
операционной
системы.
Иногда одноранговую сеть называют сетью равноправных компьютеров. В этом
случае любой компьютер ЛВС может выполнять одновременно функции сервера,
т.е. предоставлять ресурсы совместного доступа и функции клиента ЛВС получать доступ к ресурсам других компьютеров ЛВС. Таким образом, функции
управления сетью передаются от одной станции к другой.
Одноранговые сети обычно дешевле сетей на основе сервера, но требуют
более мощных компьютеров.
Чтобы установить одноранговую сеть не требуется дополнительного
программного обеспечения. Например, в Windows NT, Windows 95, 98, 2000
встроена поддержка одноранговой сети.
Основные характеристики одноранговых сетей:
1. Администрирование. Системный администратор, как правило, не
выделяется, и каждый пользователь сам администрирует свой компьютер.
2. Наличие разделяемых ресурсов.
3. Требования к серверу. В одноранговой сети каждый пользователь
должен большую часть своих вычислительных ресурсов предоставлять локальному
пользователю и подключать дополнительные вычислительные ресурсы для
поддержки доступа к ресурсам удалённого пользователя (обращающегося к
серверу по сети).
4. Уровень
защиты.
Централизованно
управлять
защитой
в одноранговой сети очень сложно, т. к. каждый пользователь устанавливает её
сам, и ресурсы могут находиться на разных компьютерах.
5. Подготовка пользователя. Поскольку в одноранговой сети каждый
компьютер функционирует и как клиент, и как сервер, пользователи должны
обладать достаточно высоким уровнем подготовки.
Целесообразность применения:

количество пользователей не превышает 10 человек;

пользователи расположены компактно;

вопросы защиты данных не критичны;

в обозримом будущем не ожидается значительного расширения сети.
В многоранговых ЛВС [1] для хранения разделяемых данных и программ,
использования ресурсов совместного доступа используются выделенные
компьютеры - серверы.
Сервер - некоторое обслуживающее устройство, которое в ЛВС выполняет
роль управляющего центра и концентратора данных. Под сервером
понимаетсякомбинация аппаратных и программных средств, которая служит
для управления сетевыми ресурсами общего доступа.
Выделенный сервер – сервер, который функционирует только как сервер
(исключая функции клиента или рабочей станции).
Для управления сетью, обеспечения необходимой производительности
дисков, надежности системы и защиты информации от несанкционированного
доступа на серверах многоранговых сетей применяют специальное системное ПО 65
сетевая операционная система (Novel NetWare, Windows NT Server, Unix и др.).
Преимущества сетей на основе сервера:
1. Администрирование и управление доступом к данным осуществляется
централизованно.
2. Разделяемые
ресурсы,
как
правило,
также
расположены
централизованно, что облегчает их поиск и поддержку.
3. Требования к серверу высокие, так как он во многом определяет
эффективность работы сети.
4. Защита. Проблемами безопасности занимается один администратор. Он
формирует политику безопасности и применяет её в отношении каждого
пользователя сети.
5. Подготовка
пользователей не
критична
(при
хорошем
администрировании).
Кроме этого при использовании сетей на основе сервера легче
организовывать резервное копирование данных. Поскольку информация хранится
централизованно, нетрудно обеспечить её резервное копирование. Так как
компьютер пользователя не выполняет функций сервера, требования к его
характеристикам зависят от потребностей самого пользователя. Сети на основе
сервера способны поддерживать тысячи пользователей.
Комбинированные сети
Существуют комбинированные типы сети, совмещающие преимущества
обеих типов сетей. В таких сетях могут функционировать оба типа операционных
систем
(ОС).
ОС
для
сетей
на
основе
сервера,
например Microsoft Windows NT Server отвечают за совместное использование
основных приложений и данных. На компьютерах-клиентах могут
выполняться Windows NT Workstation или Windows 95, 98, 2000, которые будут
управлять доступом к ресурсам выделенного сервера и в то же время
предоставлять в совместное пользование свои жёсткие диски, а по мере
необходимости разрешить доступ к своим данным.
Серверы в локальных сетях
Основой локальной вычислительной сети с центральным управлением
является выделенный компьютер, называемый сервером. Сервер ЛВС отвечает за
коммуникацию всех других компьютеров сети, а также предоставляет им доступ к
ресурсам общего пользования: дисковому пространству, принтерам, межсетевому
интерфейсу и т.д. Таким образом, можно выделить две основные функции сервера:
1. управление компонентами ЛВС;
2. организация доступа к ресурсам общего пользования.
В рамках одной ЛВС может использоваться несколько выделенных
серверов. По своему функциональному назначению различают несколько типов
серверов:

файловый сервер;

сервер печати;

сервер приложений;

сервер базы данных;

коммуникационный сервер и т.д.
66
Файловый сервер - компьютер, который выполняет функции управления
ЛВС, отвечает за коммуникационные связи, хранит файлы, разделяемые в ЛВС, и
предоставляет доступ к совместно используемому дисковому пространству.
Сервер печати (Принт - серверы) - компьютер, программа или
специальное устройство, обеспечивающее доступ станциям сети к центральному
разделяемому принтеру. Запросы на печать поступают от каждой рабочей станции
к серверу печати, который разделяет их на индивидуальные задания принтеру,
создает очередь печати. Задания обычно обрабатываются в порядке их
поступления. В функции сервера печати входит также управление принтером.
Коммуникационный сервер (сервер удаленного доступа) позволяет
работать с различными протоколами (правилами передачи информации в сети) и
позволяет станциям разделять модем или узел связи с большой ЭВМ. Это дает
возможность получить информацию, хранящуюся в сети, практически с любого
места, где есть телефон, модем и компьютер.
Серверы приложений. На серверах приложений выполняются прикладные
части клиент - серверных приложений, а также находятся данные, доступные
клиентам. Если в файл-сервере файл или данные целиком копируются на
компьютер пользователя, то в сервере приложения на запрашивающий компьютер
пересылаются только результаты запроса.
Почтовые серверы управляют передачей электронных сообщений между
пользователями сети.
Факс серверы управляют потоком входящих и исходящих факсимильных
сообщений через один или несколько факс-модемов.
Один выделенный компьютер в сети может одновременно выполнять
функции файл-сервера, сервера печати, приложений и т.д.
Протоколы (protocols) – это набор правил и процедур, регулирующих
порядок осуществления некоторой связи. Протоколы – это правила и технические
процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть
общаться друг с другом.
Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна быть разбита
на ряд последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои правила
и процедуры, или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очередность в
выполнении определенных действий.
Кроме того, эти действия (шаги) должны быть выполнены в одной и той же
последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе
действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере - получатель
снизу вверх.
Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет
следующие действия:
1. разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами, с
которыми может работать протокол;
2. добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютерполучатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему;
3. подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и
далее – по сетевому кабелю.
67
Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же
действия, только в обратном порядке:
1. принимает пакеты данных из сетевого кабеля;
2. через плату сетевого адаптера передает пакеты в компьютер;
3. удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную
компьютером-отправителем;
4. копирует данные из пакетов в буфер – для их объединения в исходный
блок данных;
5. передает приложению этот блок данных в том формате, который оно
использует.
И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо
выполнять каждое действие одинаковым способом, с тем, чтобы пришедшие, по
сети данные совпадали с отправленными.
Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на
пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и
для правки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не
сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.
Несколько протоколов, предназначенных для совместной работы, образуют
стек протоколов. Каждый из протоколов в стеке работает на своем уровне модели
взаимодействия открытых систем. Поскольку сетевые функции распределены по
уровням модели открытых систем, то и каждый из протоколов в стеке
осуществляет свои функциональные задачи на различных уровнях стека протокола.
В совокупности протоколы дают полную характеристику функциям и
возможностям стека. Передача данных по сети с технической точки зрения должна
быть разбита на ряд последовательных шагов (этапов), каждому из которых
соответствуют свои правила и процедуры (протоколы).
Таким образом, сохраняется строгая очередь в выполнении определенных
действий. Все действия по передаче и приемке данных должны быть выполнены в
строго определенной последовательности на каждом из компьютеров в сети.
Протоколы, которые поддерживают связь между сетями по нескольким
маршрутам, называются маршрутизируемыми.
Распространенные протоколы
Среди множества протоколов наиболее популярны следующие:

TCP/IР;

NetBEUI;

X.25;

Xerox Network System (XNS™);

IPX/SPX и NWLink;

АРРС;

Aplle Talk;

набор протоколов OSI;

DECnet.
TCP/IP
Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) – промышленный
стандарт наборов протоколов, которые обеспечивают связь в гетерогенной
68
(неоднородной) среде, т.е. обеспечивают совместимость между компьютерами
разных типов. Совместимость – одно из основных преимуществ TCP/IP, поэтому
большинство ЛВС поддерживает его. Кроме того, TCP/IP предоставляет доступ к
ресурсам Интернета, а также является маршрутизируемым протоколом, что
необходимо для сетей масштаба предприятия. Поскольку TCP/IP поддерживает
маршрутизацию, он обычно используется в качестве межсетевого протокола. Благо
своей популярности TCP/IP стал стандартом для межсетевого взаимодействия.
К другим специально созданным для набора TCP/IP протоколам относятся:

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – электронная почта;

FTP (File Transfer Protocol) – обмен файлами между компьютерами,
поддерживающими TCP/IP;

SNMP (Simple Network Management Protocol) – управление сетью.
Данный стек протоколов реализует связь между разнородными системами в
локальных, корпоративных и глобальных сетях. Первоначально был создан для
систем на базе ОС UNIX и позднее был внедрен практически во всех
существующих ОС. Данный протокол является достаточно ресурсоемким (требует
большого объема ОП) и сравнительно медленным.
Для идентификации узла в сети данный протокол использует IP–адрес и
маску, состоящих из 4 однобайтных чисел, разделенных точкой. При этом старшая
частьIP–адреса является адресом подсети (локальной сети). Младшая часть адреса
– номер узла (адресом хоста). Для определения адреса подсети и хоста
используется маска подсети, составляющаяся аналогично IP–адресу.
Пример: 62.76.166.116 – IP адрес; 255.255.255.0 – маска подсети. Три
старших числа являются адресом подсети, младшее – адрес узла. Маска в
двоичном представлении имеет вид:
11111111.11111111.11111111.00000000,
причем
в
маске
всегда
первые биты равны 1, а последние 0. Те биты, которые равны 1, определяют адрес
подсети, а те, которые равны 0, – адрес компьютера в локальной сети (хоста). В
данном случае в локальной сети может быть максимум 254 узла (и два служебных
адреса) 116 – номер (адрес) компьютера в локальной сети. 62.76.166 – адрес
локальной подсети в Интернет.
IPX/SPX
IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) - стек
протоколов, реализованный фирмой Novell для своих сетей. По сравнению
с TCP/IP – протоколом работает быстрее и менее ресурсоемкий. Применяется как
основной протокол в локальных и корпоративных сетях. Может использоваться
совместно с TCP/IPили другими. Существует реализация данного стека протоколов
фирмы Microsoft, называемая NWLink. Это транспортный маршрутизируемый
протокол.
Для адресации использует физические MAC–адреса сетевого адаптера в
качестве младшего разряда и целочисленный адрес подсети в качестве старшего
адреса.
Старшая часть идентифицирует сегмент сети (подсеть), к которой эта
рабочая станция принадлежит. Младшая часть идентифицирует конкретный узел и
является MAC–адресом сетевого адаптера. 000FA5.0FA561B12001
69
NetBEUI
NetBEUI– расширенный интерфейс NetBIOS (Network Basic Input/Output
System –сетевая базовая система ввода/вывода). Это простейший протокол,
разработанный Microsoft. Основные преимущества – небольшой размер, высокая и
эффективная скорость работы. Предназначен для работы в небольших сетях.
Входит в состав стандартной поставки всех операционных систем и сетевых
продуктов фирмы Microsoft. Благодаря небольшому размеру и высокой скорости
работы используется для MS DOS-клиентов. Недостаток – отсутствие
маршрутизации.
Маршрутизация в сетях
Сеть Internet с ее протоколами изначально задумывалась как протяженная
(WAN - Wide Area Network), состоящая из большого количества машин,
соединенных с помощью разных сред обмена данными (как локальных сетей, так и
глобальных соединений). Теоретически в Internet могут напрямую работать друг с
другом около четырех миллиардов машин (2^32 за вычетом некоторых
специальных номеров), а через Proxy-серверы и того больше.
В силу этих причин Internet - сегментированная сеть. Сегментом является
либо прозрачный участок широковещательной (Ethernet) или маркерной (Arcnet,
TokenRing) сети, либо соединение точка-точка (модемное).
Введем используемые в дальнейшем термины и обозначения.
Маршрутизация - это технология, позволяющая доставить информацию в
пункт назначения, передавая ее от одного маршрутизатора до другого. Далее на
примерах описывается, как настроить IP-маршрутизаторы для того, чтобы они
правильно передавали друг другу пакеты.
P-номер - четырехбайтное число, записываемое либо в шестнадцатеричном
виде типа 0xC0A80E05, либо в десятичном виде, где байты разделены точками
типа 192.168.14.5 (в качестве примера в обоих случаях использовался один и тот
же номер). В дальнейших примерах используется вторая нотация.
Маска - тоже четырехбайтное число, но все старшие биты, начиная с
некоторого, всегда установлены в единицу, а все младшие - в ноль. Примеры:
255.255.255.0 - маска сети класса C на 256 номеров; 255.255.255.192 - маска
маленькой сети на 64 номера (192=256-64). Если надо указать сочетание номера и
маски, используется запись
номер/число_установленных_битов_в_маске – так, сочетание номера
X.Y.Z.W и маски 255.255.255.0 будет записано в виде X.Y.Z.W/24.
Из указанного сочетанием адреса и маски количества адресов два являются
выделенными. Номером сети называют число, получаемое из номера интерфейса
применением побитовой операции AND с маской, т.е. в номере интерфейса
обнуляются биты на тех местах, на которых стоят нулевые биты в маске. Номер
сети не может быть присвоен никому конкретно. Номер (IP-номер OR NOT маска),
являющийся последним номером в сети, предназначен для broadcasting
(широковещательных) сообщений, которые доставляются всем машинам сегмента
сети. Соответственно, при выделении группы адресов в сеть два адреса становятся
недоступны.
70
Следует помнить, что IP-номер присваивается не компьютеру, а интерфейсу
(сетевому выходу либо последовательному порту). В принципе, можно дать
нескольким интерфейсам один номер; можно также присвоить несколько адресов
одному интерфейсу.
В сегменте сети все машины имеют IP-номера с одинаковым номером сети
и одинаковой маской. В одной локальной сети можно совместить две и больше
разных IP-сетей, они даже могут знать друг о друге и нормально общаться, но это
все-таки будут две разные сети.
Принято следующее деление в зависимости от значения старшего байта IPномера:
0..127 - сети класса A по 2^24 адресов с маской 0xFF000000;
128..191 - сети класса B по 2^16 адресов с маской 0xFFFF0000;
192..223 - сети класса C по 2^8 адресов с маской 0xFFFFFF00;
224..239 - сети класса D для multicast (групповой) рассылки; остальные пока
зарезервированы.
Возможно разбить сеть на две или больше подсетей с любыми масками, но
организациям, как правило, выделяют адреса блоками, соответствующими классам
A, B и C - это связано с системой DNS, позволяющей узнать доменное имя машины
по ее IP-номеру. Сеть класса A с номером 127 - loopback, т.е. предназначена для
общения компьютера с собой. IP-номер 127.0.0.1 обозначается "localhost" и
каждым компьютером рассматривается как "я сам".
71
12. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бройдо В. Л., Ильина О. П. Б88 Вычислительные системы, сети и
телекоммуникации: Учебник для вузов. 4-е изд. — СПб.: Питер, 2011.
2. Битнер В. И., Михайлова Ц. Ц. Сети нового поколения – NGN. Учебное
пособие для вузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2011.
3. Каганов В. И., Битюков В. К. Основы радиоэлектроники и связи:
Учебное пособие для вузов. – 2 изд., стереотип. – М: Горячая линия–Телеком, 2012.
4. Направляющие системы электросвязи: Учебник для вузов. В 2-х томах.
Том 1 — Теория передачи и влияния / В. А. Андреев, Э. Л. Портнов, Л. Н.
Кочановский; Под редакцией В. А. Андреева. — 7-е изд., перераб. и доп. — М.:
Горячая линия—Телеком, 2011.
5. Сети связи следующего поколения / Гулевич Д. С. - M.: Национальный
Открытый Университет "ИНТУИТ", 2016.
6. Сотовые системы связи / Берлин А.Н. - M.: Национальный Открытый
Университет "ИНТУИТ", 2015.
7. Телекоммуникационные сети и устройства / Берлин А.Н. - M.:
Национальный Открытый Университет "ИНТУИТ", 2015.
72