книги / Основы построения телекоммуникационных систем и сетей
..pdfможет считываться с БЗУ, если БЗУ имеет очень большой объем. Коэффициент сжатия в этом случае Ксж= RKt/Rcp.
БЗУ вносит задержку при передаче информации, что имеет значение для некоторых видов сообщений, например для интерак тивного обмена информацией, видеоконференцсвязи и др.
При конечном размере емкости БЗУ всегда имеется некоторая вероятность его переполнения, что приводит к потере пакетов ин формации. Чтобы этого не было, используется устройство управ ления, которое по сигналам о степени заполнения БЗУ (длине оче реди в БЗУ) регулирует скорость потока информации от источника сообщения или от устройства сжатия, например уменьшает длину слов в пакетах, устраняя младшие разряды существенных выборок, или тактовую частоту формирования выборок сообщения, что в обоих случаях ухудшает точность (качество) передаваемых анало говых сообщений.
Пакетный канал связи при многоканальных сообщениях.
Пусть имеется некоторый стандартный канал связи, выделенный или магистральный с пропускной способностью R. Необходимо использовать его пропускную способность с наибольшей эффек тивностью.
Рассмотрим, например, организацию передачи сообщений от и компьютеров по каналу связи по схеме, показанной на рис Л.23. Компьютер № i создает поток двоичных символов с максимальной скоростью Rj. М ультиплексор М объединяет потоки двоичных символов от различных компьютеров в единый поток с большей текущей скоростью R(t) (рис. 1.24). Максимальная скорость посту
пления информации на входе БЗУ RM=
(=i
В общем текущем потоке символов R(t) существует некоторая средняя скорость передачи информации i?cp. Необходимо, чтобы
Рис. 1.23. Пакетный канал связи для передачи сообщений
от нескольких источников
E D _____П П _____ Q
t
Rn
EZH___ Q_D__ I I ,
t
J1
гРгпг ii. л
Puc.1.24. Пульсирующие потоки информации
на входе и выходе мультиплексора
Rcp<R. Желательно, чтобы Rcp была как можно ближе к R. Как и ра нее, максимально достижимый коэффициент сжатия KaK= RM/Rcp.
В схеме, показанной на рис.1.23, БЗУ может переполняться и должно быть предусмотрено устройство управления. При многих источниках сообщений для того, чтобы БЗУ не переполнялось и не происходила неконтролируемая потеря отдельных пакетов, сооб щениям от разных источников могут быть присвоены приоритеты. При переполнении БЗУ пакеты наименее приоритетных источни ков отбрасываются.
Подведем теперь некоторые итоги по влиянию характеристик трафика на архитектуру каналов связи и телекоммуникационных сетей.
1. Телефонные каналы связи должны предоставляться по тре бованию.
2.Магистральные телефонные линии связи с большим числом телефонных каналов в пучке имеют небольшие флюктуации тра фика и поэтому могут создаваться с закреплением каналов между двумя узлами связи, а на больших территориях - с закреплением каналов по расписанию. ВСС Российской Федерации создана на этих предпосылках и методе предоставления телефонного канала абоненту по требованию.
3.Компьютерные сети формируют пульсирующий трафик и поэтому создаются на принципах пакетной передачи.
4.Компьютерный трафик очень быстро растет и в ближайшем будущем будет превосходить телефонный трафик. Имея это в ви ду, интегральные цифровые сети связи для компьютерного, теле фонного и видеотрафика создаются на базе компьютерного трафи ка, т.е. на принципах пакетной передачи информации. Предпола гается, что перспективная интегральная сеть общего пользования
Узел сети Х.25 —это сборщик-разборщик пакетов. Он форми рует пакет после накопления 128 байт информации. В центре ком мутации пакетов (ЦКП) имеется таблица маршрутизации пакетов, и в зависимости от адреса пакета он направляется в транзитные ЦКП, а затем на соответствующий узел сети к абоненту. Имеются основные и альтернативные маршруты.
В каждом составном канале, абонентском и магистральном, производится обнаружение ошибок в каждом кадре и его повтор ная передача в случае наличия ошибок. После правильного приема кадра производится передача следующего кадра. Протокол Х.25 позволяет передавать компьютерную информацию с высокой дос товерностью по каналам ТЧ.
Недостатками сети Х.25 являются низкая скорость передачи информации и большие задержки при ее передаче.
Преимущество сети Х.25 —ее широчайшее распространение в мире. По структуре и охвату территорий сеть общего пользования Х.25 аналогична телефонной сети общего пользования.
П ак етн ы е сети и н тегральн ого обслуж ивания. Задержки при передаче информации, связанные с переспросом и повторени ем кадров при наличии в них ошибок, а также низкая скорость пе редачи информации не позволяют передавать телефонные сигналы по сети Х.25. Эта сеть является чисто компьютерной (электронная почта).
Пакетные сети следующих поколений создаются для передачи интегрального трафика — компьютерного, телефонного и факси мильного, а более перспективные высокоскоростные сети —и для видеотрафика и телевидения.
Пакетные сети интегрального обслуживания отличаются ти пами абонентских линий и магистральных каналов связи. Во всех случаях магистральная сеть создается на основе синхронных кана лов связи с соответствующей тактовой частотой передачи бит. Па кеты привязываются к этой тактовой частоте и другим синхрони зирующим сигналам, и передача информации классифицируется как передача пакетов по синхронной линии связи. М агистральная сеть создается на основе выделенных (не коммутируемых) каналов связи.
Протоколы пакетных сетей разрабатываются международны ми организациями под эгидой МСЭ. В настоящее время для пакет ных сетей существуют протоколы Frame Relay, A TM (Asynchronouse Transfer Mode), IP (Internet Protocol). Все эти протоколы структурно близки друг к другу и отличаются отдельными пара метрами (длина пакета, содержание заголовка пакета, методы соз дания приоритетов, обеспечения заданного качества передачи и др.).
П акетн ая сеть интегрального обслуж ивания на базе або нентского Т Ч к ан ал а с протоколом И34 и вы делен н ы х циф ро вы х к ан алов м аги стральн ой сети связи. Исторически на неко тором этапе развития телекоммуникаций сложилась ситуация, ко гда в дополнение к существующим телефонным сетям стали создаваться независимые пакетные чисто компьютерные сети, та кие как быстродействующие локальные вычислительные сети и низкоскоростные сети для соединения удаленных компьютеров, работающие в режиме электронной почты (сети типа Х 25). Есте ственно, возникла задача создания такой сети пакетной передачи сообщений, по которой можно было бы передавать не только ком пьютерную информацию, но и сигналы телефонии, видео и др. Создание таких интегральных высокоскоростных цифровых сетей пакетной передачи является одним из основных направлений раз вития телекоммуникационных систем.
Создание цифровых интегральных телекоммуникационных сетей идет в следующих четырех направлениях:
•использование существующих абонентских каналов ТЧ ВСС для передачи цифровой информации с повышенной скоростью и выделенных цифровых магистральных каналов ВСС;
•использование скрученной телефонной медной пары как в существующих абонентских каналах ВСС для организации цифро вых высокоскоростных абонентских каналов, так и в выделенных цифровых высокоскоростных каналах магистральной сети;
•создание и прокладка новых сверхскоростных абонентских каналов связи на базе ВОЛС с максимальным приближением ВОЛС к абоненту (ВОЛС до здания, офиса, розетки абонента) и подключением абонентских ВОЛС к волоконно-оптической сверх скоростной магистральной сети;
•использование радиотехнологий для создания высокоскоро стных абонентских линий связи.
Рассмотрим использование существующих абонентских кана лов ТЧ для передачи цифровой информации с повышенной скоро стью. Ранее основным модемом в канале ТЧ служил модем со ско ростью 2,4 кбит/с. В последние годы удалось создать новые высо коскоростные модемы для передачи цифровой информации по ТЧ каналу.
Новый модем, работающий по протоколу F.34, кратко назы ваемый модемом F.34, использует передачу по ТЧ каналу симво лов со скоростью 2,4 кбит/с, но теперь каждый символ несет 14 бит информации, что в итоге дает скорость передачи информации R = 2,4x14 = 33,6 кбит/с. Кроме того, в этом модеме предусмотре но обнаружение ошибок в кадре с повторной передачей неверно принятых кадров, что позволяет иметь абонентский канал ТЧ с ма
4 1 1 4 Рис. 1.26. Функциональная схема ТЧ канала с модемом К34
лой вероятностью ошибки на бит (порядка 1(Г7). Имея высококаче ственные магистральные каналы с малой вероятностью ошибки на бит, можно создать пакетную сеть связи, в которой не нужен кон троль ошибок в узлах магистральной сети, что приводит к резкому уменьшению задержки при передаче пакетов. Контроль ошибок и коррекцию ошибочных пакетов можно возложить на оконечное устройство абонента. В такого рода пакетных сетях связи исполь зуется протокол пакетной передачи Frame Relay.
Модемы К34 способны работать с устройствами сжатия тек стовой информации с типовым коэффициентом сжатия 4:1. Таким образом, по ТЧ каналу связи можно передавать потоки несжатой информации, поступающей со скоростью до 128 кбит/с. Функцио нальная схема такого канала связи показана на рис. 1.26.
Передача телефонного сигнала по цифровым сетям инте грального обслуживания имеет следующую важную особенность. В отличие от аналоговой в целом сети ВСС России, где телефон ный сигнал может многократно преобразовываться из аналоговой формы в цифровую и обратно с накоплением помех при каждом аналого-цифровом преобразовании, в цифровых сетях аналоговый сигнал один раз превращается в цифровой на передаче у абонента и один раз превращается в аналоговый в приемной аппаратуре у другого абонента. Поэтому в таких сетях допустима передача те лефонного сигнала не со скоростью 64 кбит/с, а с существенно меньшей скоростью. Современные речепреобразующие устройства позволяют передавать телефонный сигнал с высоким качеством со скоростями 16 и 9,6 кбит/с и с хорошим качеством со скоростями 4,8 и 2,4 кбит/с.
В абонентской линии речь и данные объединяются в мультип лексоре, который содержит речепреобразующие устройства. Дан ные могут предварительно подвергаться сжатию. Схема аппарату ры абонента показана на рис. 1.27.
Речь
32кбит/с
ММодем В канал ТЧ
К34
Данные—» /
Рис. 1.27. Схема аппаратуры абонента
Мультиплексор организует пакетный протокол передачи со общений, т.е. имеет в своем составе БЗУ и механизм управления входными потоками информации. На вход мультиплексора могут подаваться несколько речевых сигналов и данные. Предположим, что все эти каналы имеют скорость передачи информации 2,4 кбит/с. Можно набрать много таких каналов, чтобы суммарная скорость на входе модема V.34 составляла 32 кбит/с.
П акетн ая сеть и нтегрального обслуж ивания на базе або нентской телефонной скрученной п ары . Если взять абонент скую двухпроводную линию, отсоединить от нее аналоговую або нентскую аппаратуру и на обоих концах линии подключить циф ровую аппаратуру передачи-приема информации, то на такой двухпроводной линии можно организовать цифровые каналы свя зи с высокой скоростью, намного превышающей скорость моде ма К34.
Скорость передачи информации по двухпроводной линии за висит от ее длины и уменьшается с увеличением длины линии за счет более сильного затухания высокочастотных составляющих сигнала, что приводит к уменьшению полосы пропускания линии
исоответственно скорости передачи информации.
ВISDN предусмотрена дуплексная связь по двухпроводной линии со скоростью 144 кбит/с в обоих направлениях на дально стях до 5,5 км.
Внастоящее время создана новая технология высокоскорост ной передачи информации DSL {Digital Subscriber Loop {Line)) с
существенно более высокими скоростями передачи информации: симметричная цифровая абонентская линия SDSL {Symmetrical DSL) со скоростью передачи информации 2320 кбит/с, несиммет ричная цифровая абонентская линия ADSL {Asymmetrical DSL) со скоростью передачи информации от сети к абоненту 8 Мбит/с и от абонента в сеть 1,5 Мбит/с, высокоскоростная цифровая абонент ская линия VDSL {Very high bit rate DSL), работающая на скоростях до 50 Мбит/с на коротких линиях. В последнем случае предпола гается, что ВОЛС проведена до здания, а разводка внутри здания производится скрученной медной парой с технологией VDSL.
Таким образом, на основе существующих телефонных або нентских скрученных пар ВСС можно создавать цифровые сети интегрального обслуживания с фантастическими (с точки зрения старых технологий) характеристиками.
Г л а в а 2
ПЕРВИЧНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ
ИКАНАЛЫ СВЯЗИ ДЛЯ ИХ ПЕРЕДАЧИ
2.1.Векторные и спектральные представления
сигналов
В электросвязи и радиотехнике наиболее распространенными являются гармонические сигналы. Все процессы излучения и приема радиосигналов основаны на использовании гармонических сигналов. М атематически гармонический сигнал записывается в тригонометрической форме:
S(t) = U sin (со/ + ф) = U sin ср,
где ср = со/ + v|/.
Тригонометрическая функция является круговой и может быть изображена вращающимся вектором на плоскости (рис. 2.1).
Величина U sin ф есть проекция вектора на ось ординат; Ф = со/ + ф - функция времени, так что вектор сигнала вращается в плоскости с угловой скоростью со против часовой стрелки; со из меряется в радианах в секунду.
На рис. 2.2 показана развертка проекции вектора S(t) на ось ординат во времени, что графически описывает гармонический сигнал как функцию времени S(/) = U sin (со/ + ф).
Рис. 2.1. Представление гармони |
Рис. 2.2. Развертка во времени проекции |
ческого сигнала вектором на плос |
вектора гармонического сигнала на ось |
кости |
ординат |
Частоту гармонического сигнала также измеряют в герцах (числе периодов в одну секунду). Отсюда следует, что со = 2 п / где / —частота в герцах. Период гармонического колебания в секундах
T= l / f
Вдальнейшем для обозначения частоты для высокочастотных
колебаний будем использовать малые буквы со, / |
а для низкочас |
тотных колебаний —большие буквы Q и F. |
|
Рассмотрим векторное представление амплитудно-модулиро- |
|
ванного колебания: |
|
S(t) = £/( 1 + га cos Cit) sin (cat + у ) = |
|
= U sin (at + v|/) + - ^ - s in [(со - fi) t + \|/] + - ^ - s in |
[(<*> + Q) t + \j/]. |
Колебание S(t) состоит из трех гармонических колебаний и может быть представлено суммой трех векторов. Первый вектор, соответствующий колебанию U sin (cat + \у), изобразим на плоско сти условно неподвижным вектором с амплитудой (длиной), рав ной U (рис. 2.3). Второй вектор с амплитудой tnU/2 будет на этой же плоскости вращаться относительно конца первого вектора с угловой скоростью Q по часовой стрелке, а третий вектор с ампли тудой mU/2 будет вращаться относительно конца первого вектора с угловой скоростью Q против часовой стрелки. Эти два вращаю щихся вектора дадут результирующий вектор, совпадающий с на правлением первого неподвижного вектора.
Рис. 2.3. Векторное представление амплитудно-модулированного колебания и
его развертка по оси времени
Рис. 2.4. Кривая биений сигнала и помехи
Длина результирующего вектора, равная сумме трех векторов, даст амплитуду огибающей амплитудно-модулированного сигна ла. Величина т называется глубиной амплитудной модуляции сигнала. В приемнике амплитудно-модулированного сигнала оги бающая выделяется с помощью детектора огибающей (амплитуд ного детектора).
В качестве еще одного примера рассмотрим векторную диа грамму суммы полезного сигнала и гармонической помехи:
U(t) = Uс sin с у + U„ sin соп/.
Пусть амплитуда помехи Un в приемном устройстве больше амплитуды сигнала Uc. Векторная диаграмма суммы векторов сиг нала и помех представлена в левой части рис. 2.4, а в правой части рис. 2.4 показана форма суммарного сигнала как функция времени, построенная в виде развертки во времени результирующего век тора сигнала и помехи. Для каждого момента времени из вектор ной диаграммы определяется длина вектора суммарного колебания Uor - огибающая суммарного сигнала, которая откладывается в правой части рис. 2.4 по оси ординат для этого момента времени.
Из рис. 2.4 видно, что огибающая биений сигнала и помехи является несимметричной. Аналитически огибающую сигнала и помехи можно выразить следующим образом. Обозначим сос = = соп + Аоо, где Дсо - частота биений. Если принять вектор помехи на рис. 2.4 неподвижным, то вектор сигнала будет вращаться отно сительно конца вектора помехи с угловой частотой Дсо. Из вектор ной диаграммы получим
Uor = iJ(Uc cos Дсо/+ U„)2 + (Uc sin Дcat)2 =