Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

..pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
13.16 Mб
Скачать

может 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) = 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 =