2014-02-17
4267
Основные понятия и определения. Классификация систем электросвязи.
Введение. Основные понятия и определения
Предисловие
Современные телекоммуникационные системы и сети представляют сложный комплекс разнообразных технических средств, обеспечивающих передачу различных сообщений на любые расстояния с заданными параметрами качества. Основу телекоммуникационных систем составляют многоканальные системы передачи по электрическим, волоконно-оптическим кабелям и радиолиниям, предназначенные для формирования типовых каналов и трактов. На основе систем передачи строится телекоммуникационная сеть страны, реализуемая в виде комплексов технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и частных сетей электросвязи на территории России, охваченная общим централизованным управлением и называемая Взаимоувязанной сетью связи Российской Федерации (ВСС РФ). Взаимоувязанная сеть связи как информационная транспортная среда кроме сетей передачи привычных сообщений позволяет создать:
|
|
|
· цифровую сеть связи с интеграцией служб, обеспечивающих полностью цифровые соединения между оконечными устройствами (терминалами) для предоставления абонентам широкого спектра услуг по передаче телефонных и нетелефонных сообщений, доступ к которым осуществляется через ограниченный набор стандартизированных многофункциональных интерфейсов;
· интеллектуальную сеть, которая может предоставить абонентам расширенный набор услуг в заданное время в заданном месте, например, установление телефонного соединения с оплатой за счет вызываемого абонента, вызов по кредитной карте, общение по сокращенному набору номера, телеголосование и др.;
· сотовые мобильные сети связи, предоставляющие абоненту, находящемуся в движении, возможность получить услуги связи в любом месте;
· широкополосные цифровые сети с интеграцией услуг со скоростью обмена информацией свыше 140 Мбит/с;
· высокоскоростные сети на основе транспортирования информации с помощью технологии асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode - ATM) и др.
Под информацией понимается совокупность сведений о событиях, явлениях, процессах, понятиях и фактах, предметах и лицах независимо от формы представления.
Телекоммуникационные системы - это комплекс технических средств, обеспечивающих электрическую связь (электросвязь) определенного типа.
Связь (communication) - обмен информацией или пересылка информации с помощью средств, функционирующих в соответствии с согласованными правилами (называемыми в конкретных условиях протоколами).
Электросвязь (telecommunication) - передача или прием знаков, сигналов, текстов, изображений, звуков по проводной, оптической или другим электромагнитным системам.
|
|
|
Это определение может быть выражено в такой форме: электросвязь - это передача и прием сообщений с помощью сигналов электросвязи по проводной, радио, оптической или другим средам распространения.
Сообщение - форма представления информации для передачи ее от источника информации к потребителю.
Применительно к сфере телекоммуникаций сообщение - это информация, передаваемая с помощью электромагнитных сигналов средствами электросвязи. Примеры сообщений: текст телеграммы, речь, музыка, фототелеграмма-факс, телевизионное изображение, данные с выхода вычислительных машин, команды в системах телеуправления и телеконтроля и др.
Сигнал - материальный носитель или физический процесс, отражающий (несущий) передаваемое сообщение.
Классификация сигналов может быть самой разнообразной, но особый интерес представляют электрические сигналы, называемые сигналами электросвязи и представляющие электрические напряжения или токи, изменение параметров которых во времени отражает передаваемое сообщение.
К электрическим сигналам относятся: телефонные, телеграфные, факсимильные сигналы, сигналы передачи данных, сигналы телевизионного и звукового вещания, сигналы телеконтроля и телеуправления.
С понятием телекоммуникационные системы тесно связано понятие телекоммуникационные сети, представляющие совокупность пунктов, узлов и линий (каналов, трактов) их соединяющих.
Телекоммуникационные сети электросвязи – это сети по перемещению информации, т.е. информационных сигналов и того, что с ними связано.
Информационные сети – это сети, построенные на основе телекоммуникационных сетей, но в них имеется ещё обработка информации, т.е. её хранение, тарификация и др. действия, связанные с обработкой информации. Информационные сети (сети электросвязи) – сети, в которых услуги может формировать сам абонент.
Телекоммуникационные системы и телекоммуникационные сети, взаимодействуя друг с другом, образуют систему электросвязи - комплекс технических средств, обеспечивающих электросвязь определенного вида.
Классификация систем электросвязи весьма разнообразна, но в основном определяется видами передаваемых сообщений, средой распространения электрических сигналов и способами распределения информации: коммутируемые или некоммутируемые сети передачи сообщений.
Классификация систем электросвязи по видам передаваемых сообщений и среды распространения.
Телекоммуникационные системы и сети представляют совокупность технических средств, осуществляющих следующие операции при передаче сообщения от источника к получателю:
ü преобразование сообщения, поступающего от источника сообщения (ИС) в сигнал электросвязи;
ü преобразование сигналов электросвязи в форму, удобную для передачи и приёма получателем сообщения (ПС);
ü сопряжение сигналов электросвязи с каналами передачи и станциями коммутации (СК), установленных в оконечных пунктах (ОП) или узлах связи (УС).
Обобщенная структурная схема взаимодействия телекоммуникационных систем и сетей выглядит следующим образом:
Взаимодействие телекоммуникационных систем и сетей
В структурной схеме приняты следующие обозначения:
ИС - источник сообщения (информации);
ПР1 – преобразователь сообщения в электрический сигнал, называемый первичным электрическим сигналом (в дальнейшем просто «первичный сигнал»)
СК - станция коммутации, представляющая совокупность коммутационной и управляющей аппаратуры, обеспечивающей установление различного вида соединений (местные, междугородные, международные, входящие, исходящие и транзитные) и реализующей определенный метод коммутации (коммутация каналов, коммутация сообщений или коммутация пакетов);
|
|
|
ОС1 - оборудование сопряжения, осуществляющее преобразование первичных сигналов в линейные электрические сигналы, физические характеристики которых согласуются с параметрами передачи среды распространения - CP;
ОС-1 - оборудование сопряжения, осуществляющее преобразование линейных электрических сигналов в исходные первичные сигналы;
ПР-1 – преобразователь первичного сигнала в сообщение;
ПС - получатель сообщения.
Комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу первичного сигнала в определенной полосе частот или с определенной скоростью передачи между сетевыми станциями или сетевыми узлами, называется каналом передачи.
Линейные сигналы при прохождении по среде распространения испытывают ослабление (затухание), подвергаются различного рода искажениям и помехам. Для устранения влияния этих факторов на качество передачи сигналов, через определенные расстояния в зависимости от вида системы передачи устанавливаются усилители, регенераторы или ретрансляторы, которые вместе со средой распространения образуют линейный тракт системы передачи.
Сигналы, используемые для передачи сообщений, представляют собой электрические мощность, напряжение или ток, изменяющиеся во времени. Характер изменений мгновенных значений напряжения или тока сигналов однозначно соответствует передаваемым сообщениям.
Значения напряжений (токов) сигналов и помех в различных точках каналов и трактов передачи имеют величины от пиковольт (пикоампер) до десятков вольт (ампер). Мощности токов, с которыми приходится встречаться при расчетах и измерениях, имеют величины от долей пиковатта до целых ватт. Чтобы облегчить измерения и расчеты величин, значения которых размещаются в широком диапазоне (он шире диапазона длин от миллиметра до миллионов километров), и чтобы при сравнении результатов измерений или расчетов операции умножения и деления заменить соответственно сложением или вычитанием, вместо величин мощности, напряжения и тока, выраженных в ваттах, вольтах и амперах (или их долях), используют логарифмы отношения этих величин к условным величинам, принятым за отсчетные.
|
|
|
Относительные единицы, выраженные в логарифмической форме, называются уровнями передачи. Уровни передачи, представляющие десятичные логарифмы отношения одноименных величин, называются децибелами (дБ), а представляющие натуральные логарифмы отношения одноименных величин, называются неперами (Нп). В настоящее время принято пользоваться децибелами.
Различают следующие уровни передачи:
1. по мощности:
p ом = 10 lg, дБ или p ом = ln, Нп (1)
2. по напряжению:
p он = 20 lg, дБ или p он = ln, Нп (2)
3. по току:
p от = 20 lg, дБ или p от = ln, Нп (3)
Между уровнями передачи в дБ и Нп существуют следующие соотношения:
1 Нп = 8,686 дБ и 1 дБ = 0,115 Нп.
В этих формулах,, - соответственно величины кажущейся или активной мощности, напряжения, тока в рассматриваемой точке, a,, - величины, принятые за исходные при определении уровней передачи.
Уровни передачи по мощности (p ом), напряжению (p он) и току (p от), определенные по формулам (1...3), называются относительными и обозначаются соответственно дБом , дБон , дБот .
Уровни передачи будут положительными, если величины мощности, напряжения или тока будут больше исходных величин мощности, напряжения или тока. В противном случае уровни передачи будут отрицательными. Нулевое значение указанные уровни передачи будут иметь в том случае, если =, =, =.
От логарифмических единиц (уровней в децибелах) легко перейти к абсолютным величинам мощности, напряжения или тока по следующим очевидным формулам:
= (4.1)
= (4.2)
= (4.3)
В общем случае численные значения уровней передачи по мощности, напряжению и току не совпадают. Однако между ними легко установить взаимосвязь, если известны сопротивления и, на которых выделяются мощности и.
Уровни передачи подразделяются на абсолютные и измерительные.
Уровни называются абсолютными, если за исходные приняты следующие величины:
1) кажущаяся мощность = 1 мВА или активная мощность = 1 мВт;
2) эффективное напряжение = 0,775 В;
3) эффективное значение тока = 1,29 мА.
Если абсолютные уровни передачи определяются при сопротивлении = R = 600 Ом, то p м = p н = p т , что объясняется выбором исходных величин.
Абсолютные уровни передачи по мощности, напряжению и току измеряются соответственно в дБм , дБн , дБт . Уровни передачи по току в практических расчетах и измерениях используются весьма редко.
Выражение (1) для относительного уровня по мощности можно представить в следующем виде:
p ом = 10 lg = 10 lg - 10 lg = p мx - p мo
p мx - абсолютный уровень по мощности в рассматриваемой точке.
p мo - уровень в точке отсчета.
Как следует из последней формулы, относительный уровень по мощности равен разности абсолютных уровней мощности в точке измерения и точке, принятой за отсчетную.
Аналогичным образом получается выражение для относительных уровней по напряжению:
p он = p нx - p нo
Измерительным уровнем называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке при условии, что в начале тракта включен нормальный генератор, т.е. генератор синусоидальных колебаний определенной частоты с внутренним активным сопротивлением, равным 600 Ом и ЭДС, равной 1,55 В. Если входное сопротивление канала активно и равно 600 Ом, то при подключении нормального генератора на входе канала оказывается абсолютный нулевой уровень.
Если в точке канала с относительным уровнем по мощности p ом1 известен абсолютный уровень по мощности сигнала p м1, то в точке канала, с относительным уровнем p ом2 абсолютный уровень мощности p м2 будет равен:
p м2 = p м1 – (p ом1 - p ом2)
Если в точке канала с относительным уровнем по мощности p ом1 известна мощность сигнала W1 , то в точке канала с относительным уровнем p ом2 мощность сигнала равна:
W2 = W1 , мВт.
Канал передачи представляет собой каскадное соединение пассивных и активных четырехполюсников. При прохождении сигналов по каналам передачи имеют место потери энергии в пассивных четырехполюсниках или ее увеличение в активных. Для оценки изменений энергии сигнала в различных точках канала вводится понятие рабочего затухания и рабочего усиления.
Под рабочим затуханием четырехполюсника понимается отношение вида:
Ар = 10 lg = p г - p н , дБ
Wг – кажущаяся мощность, которую отдал бы источник (генератор) сигнала согласованной с ним нагрузке,
Wн – кажущаяся мощность, выделяющаяся в нагрузке четырехполюсника в реальных условиях включения.
При таком определении учитывается возможная несогласованность на входе и выходе четырехполюсника.
Рабочее усиление четырехполюсника определяется выражением вида:
Sр = 10 lg, дБ
При проектировании и эксплуатации оборудования телекоммуникационных систем и сетей необходимо знать величины уровней сигнала в различных точках каналов и трактов передачи. Чтобы охарактеризовать изменения энергии сигнала при его передаче, пользуются диаграммой уровней - графиком, показывающим распределение уровней передачи вдоль тракта передачи.
Диаграмма уровней и ее характерные точки
В качестве примера на рис. показана диаграмма уровней канала передачи, состоящего из усилителя передачи УСпер с усилением равным Sпер , трех участков линии связи (среды распространения) длиной l1, l2 , l3 с затуханием, равным А1 А2 и А3 , двух промежуточных усилителей УС1 и УС2 с усилением соответственно S1, S2 и усилителя приема УСпр с усилением Sпр.
На диаграмме уровней отмечены характерные точки канала (тракта) передачи: вход канала с уровнем p вх; уровень передачи равный р пер = p вх + Sпер , уровни приема на входе i-го усилителя р прi = р пер (i-1) - Аi; выход канала (тракта) с уровнем p вых и величина защищенности от помех на входе i -го усилителя, равная
А3i = 10 lg (Wпрi/Wпомi) = р прi - р помi
Wпрi и Wпомi - мощности сигнала и помехи на входе i -го усилителя,
р прi и р помi - соответственно уровни сигнала и помехи.
Соотношение между уровнями сигнала на входе и выходе канала определяет его остаточное затухание, которое представляет собой рабочее затухание, определяемое при условии замыкания входа и выхода канала на активные сопротивления нагрузки, соответствующие номинальным значениям входного и выходного сопротивлений канала. Остаточное затухание равно разности между суммой всех рабочих затуханий, имеющихся в канале, и суммой всех рабочих усилений:
Аост = Арi - Sрk
Для того, чтобы обеспечить нормальную работу каналов и систем передачи, величины мощностей, напряжений и токов сигналов и соответствующие им уровни нормируют; нормируют также допустимые уровни помех. При этом приходится считаться с тем, что уровни сигналов и помех в различных точках канала будут различными. Чтобы избавиться от неопределенности, все нормируемые величины относят к точке тракта передачи с нулевым измерительным уровнем. Уровни по мощности, отнесенные к точке с нулевым измерительным уровнем, обозначают через дБм0.
Приборы для измерения уровней передачи называются указателями уровней и представляют собой обычные вольтметры, измерительная шкала и входные регуляторы которых отградуированы в уровнях по мощности или напряжению. Во избежание ошибок на указателях уровней указывают напряжение, которому соответствует нулевая отметка шкалы, или величину активного сопротивления R, на котором выделяется мощность, соответствующая 1 мВт. Наибольшее распространение получили широкополосные и избирательные указатели уровней, отградуированные для
1) R = 600 Ом и = 0,775 В,
2) R = 150 Ом и = 0,387 В,
3) R = 75 Ом и = 0,274 В.
При такой градуировке значения уровней напряжения совпадают со значениями абсолютных уровней мощности.
