Лекционный материал по теме «Оборудование цифровых и волоконно-оптических систем передачи»

Основные понятия и определения. Классификация цифровых систем передачи

Цифровой системой передач (ЦСП) называется комплекс технических средств, предназначенный для образования типовых цифровых каналов и трактов и линейного тракта, обеспечивающего передачу цифровых сигна­лов электросвязи. В этом определении имеется ряд понятий, требующих дополнительных пояснений.

Построение цифровых систем передачи

Цифровым сигналом электросвязи, или просто цифровым сигналом, называется сигнал электросвязи, параметры которого характеризуются конечным множеством возможных дискретных значений и описываются функцией дискретного времени. Переход от одного возможного значения к другому происходит скачкообразно в строго определенные моменты времени, интервалы между которыми равны или кратны выбранному еди­ничному интервалу времени - периоду дискретизации Т_Д.

Дискретным значением сигнала, или его отсчетом, называется вели­чина сигнала, оцениваемая на коротком интервале {длительности отсче­та), в пределах которого сигнал изменяется лишь на незначительную, пренебрежимо малую величину. В дальнейшем будем пользоваться тер­мином отсчет.

Отметим, что цифровой сигнал может быть многоуровневым, т.е. в ин­тервале изменений параметра может иметь конечное множество дискрет­ных состояний. Сигнал может быть, например, двухуровневым, т.е. пред­ставлять собой случайную последовательность токовых (1) и бестоковых (0) посылок. Трехуровневый сигнал представляет случайную последова­тельность символов (+1), (-1), (0) или импульсов положительной, отри­цательной полярности и бестоковых посылок.

Единицей технической оснащенности ЦСП является типовой или ос­новной цифровой канал (ОЦК) со скоростью передачи сигналов 64 кбит/с. Кроме того, различают: первичный цифровой канал (ПЦК), вторичный цифровой канал (ВЦК), третичный цифровой канал (ТЦК) и четверич­ный цифровой канал (ЧЦК).

Цифровой типовой тракт - комплекс технических средств, обеспечи­вающий организацию основных цифровых каналов со скоростью переда­чи, соответствующей данному тракту, структура и параметры которого соответствуют принятым нормам. Цифровой линейный тракт — комплекс технических средств, обеспечивающий передачу цифровых сигналов со скоростью, соответствующей данной ЦСП.

Цифровые системы передачи классифицируются по следующим при­знакам.

1. По принципам разделения каналов различают ЦСП:

- с временным разделением каналов (ЦСП с ВРК);

- с частотным разделением каналов (ЦСП с ЧРК), имеющие специаль­ное оборудование, преобразующее многоканальный (групповой) сигнал систем передачи с частотным разделением каналов (СП с ЧРК) в цифро­вой сигнал и обратно.

2. По способам формирования канальных сигналов различают ЦСП:

- с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ);

- с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ);

- с фазо-импульсной модуляцией (ФИМ);

- с импульсно-кодовой модуляцией и временным разделением каналов (ЦСП ИКМ-ВРК);

- с импульсно-кодовой модуляцией и частотным разделением (или де­лением) каналов (ЦСП ИКМ-ЧД);

- с дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией и временным разделением каналов (ДИКМ-ВРК);

- на основе дельта-модуляции с ВРК или ЧД.

3. По способам объединения цифровых потоков с целью формирова­
ния цифровых каналов и цифровых трактов более высокого порядка раз­
личают:

- ЦСП ИКМ-ВРК с асинхронным объединением цифровых потоков
или систем плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) – Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH);

- ЦСП ИКМ-ВРК с синхронным объединением цифровых потоков или систем синхронной цифровой иерархии (СЦИ) - Synchronous Digital Hier­archy (SDH).

Процесс объединения нескольких входных цифровых потоков нижнего уровня (компонентных потоков) в один поток более высокого уровня для его передачи по одному выходному или агрегатному каналу (потоку) на­зывается мультиплексированием

4. В зависимости от среды распространения сигналов электросвязи
различают ЦСП:

- по электрическим (металлическим) симметричным и коаксиальным кабелям;

- по волоконно-оптическим кабелям;

- по радиорелейным и спутниковым линиям передачи.

5. По месту ЦСП в структуре первичных сетей Взаимоувязанной сети
связи Российской Федерации различают ЦСП:

- для местных первичных сетей;

- для внутризоновых первичных сетей;

- для магистральных первичных сетей;

- для сетей абонентского доступа;

- для технологических сетей связи, например, железнодорожного, воз­душного или водного транспорта, управления нефте- и газопроводами, энергосистемами и др.;

- для корпоративных и ведомственных сетей различного назначения.
В настоящее время в нашей стране создается цифровая первичная сеть (ЦПС), представляющая базовую сеть типовых универсальных цифровых каналов передачи и сетевых трактов, или транспортную сеть, образо­ванную на базе сетевых узлов (СУ), сетевых станций (СС) и соединяю­щих их линий передачи.

На основе ЦПС создаются разнообразные цифровые вторичные се­ти (ЦВС). Сетевые узлы и станции представляют собой комплекс обо­рудования ЦСП различных сетевых технологий, предназначенный для формирования и перераспределения цифровых каналов и трактов и под­ключения ЦВС.

6. По числу ОЦК различают:

- малоканальные ЦСП с числом каналов N < 30;

- среднеканальные ЦСП с числом каналов N < 480;

- многоканальные ЦСП с числом каналов iV> 1920.

В настоящее время самое широкое распространение на телекоммуни­кационных сетях получили цифровые системы передачи с временным разделением каналов и трактов - ЦСП ИКМ-ВРК.

Волоконно-оптическая система передачи (ВОСП) – проводная система передачи, в которой все виды сигналов передаются по оптическому кабелю.

Быстрое и широкое внедрение ВОСП обусловлено рядом преимуществ данных систем.

Основные преимущества ВОСП следующие:

-широкая полоса пропускания (полоса пропускания оптического диапазона 187,5 ТГц);

-низкое значение коэффициента затухания оптического кабеля в широкой полосе частот, что позволяет обеспечивать большие длины регенерационных участков, значительно сократить или исключить ретрансляторы;

-высокая защищенность от внешних электромагнитных помех (оптическая связь не восприимчива к любым внешним и перекрестным электромагнитным помехам, не генерирует собственные электрические шумы);

-неограниченные запасы сырья для производства ОВ (кварц), малая металлоемкость и отсутствие дефицитных материалов (медь, свинец) в оптическом кабеле;

-малые размеры и масса ОК, что снижает затраты на его транспортировку и прокладку; 

-высокая защищенность от несанкционированного доступа в связи с малой интенсивностью рассеиваемого излучения;

-высокая надежность и безопасность, обусловленная отсутствием коротких замыканий;

-пригодность прокладки ОК по существующим трассам, возможность при совершенствовании технологии оптической передачи наращивания пропускной способности уже проложенного ОК. 

В ВОСПИ применяются, в основном, те же принципы многоканальной связи, что и в обычных системах передачи по электрическим кабелям, а именно частотного и временного разделения каналов. В первом случае сигналы различаются по частоте и имеют аналоговую форму передаваемого сообщения. Во втором случае каналы различаются по времени, а импульсы имеют дискретный вид, что соответствует цифровой передаче с ИКМ.

В ВОСПИ электрический сигнал после прохождения электронной части аппаратуры модулирует оптический сигнал для обеспечения возможности передачи его по ВС. Оптический сигнал создается в оптическом передатчике на основе полупроводникового лазера или светодиода.

Исходный электрический сигнал может непосредственно подаваться на излучатель, осуществляя внутреннюю (прямую) модуляцию интенсивности (мощности) оптического излучения. Электрический сигнал может управлять работой внешнего модулятора, на вход которого от источника поступает непрерывное или импульсное излучение с постоянными параметрами. При этом реализуется внешняя модуляция светового излучения. В ВОСПИ на полупроводниковых лазерах реализуется, как правило, внутренняя модуляция.

Наиболее часто применяется модуляция по интенсивности (МИ) оптического сигнала, при которой от амплитуды электрического сигнала зависит интенсивность излучения, подаваемого в ВС. При этом закон изменения интенсивности оптического излучения повторяет закон изменения модулирующего сигнала. Выбор модуляции по интенсивности для ВОСПИ обусловлен также простотой реализации на передаче и приеме сигнала. На передаче используется лазер, обеспечивающий непосредственное преобразование электрического сигнала в оптическое излучение. Прием осуществляется фотодетектором, выходной ток которого пропорционален входной интенсивности оптического излучения. Следовательно, на выходе фотодетектора формируется электрический сигнал (напряжение, ток), отображающий исходную информацию.

Современные ВОСПИ, как правило, цифровые. Это обусловлено тем, что передача аналоговых сигналов требует высокой степени линейности промежуточных усилителей, которую трудно обеспечить в ВОСПИ. Таким образом, наиболее распространенной является цифровая ВОСПИ с временным разделением каналов и ИКМ интенсивности (ИКМ-МИ) излучения источника.

Особенность цифровых ВОСПИ состоит в том, что передача ведется только однополярными импульсами электрического сигнала, модулирующего параметры оптического несущего колебания. Последнее объясняется тем, что модулируется не амплитуда, а интенсивность оптического излучения. Вместо двуполярных импульсов квазитроичного сигнала в электрических системах передачи в оптических системах применяется двухуровневый сигнал, в который вносится избыточность для устранения длинных последовательностей нулей (единиц), затрудняющих тактовую синхронизацию.

По одному ВС передаются сигналы в одном направлении, по другому — в другом. В обоих направлениях сигналы передаются на одной и той же оптической несущей частоте.

Двусторонняя связь осуществляется по двум ВС. По одному ВС передаются сигналы в одном направлении, по другому — в другом. В обоих направлениях сигналы передаются на одной и той же оптической несущей частоте.

Структурная схема симплексного канала ВОСПИ с ИКМ-МИ без спектрального уплотнения приведена на рис.3.9. Основу составляет ВС, а также передающий и приемный оптические модули ПОМ и ПРОМ в начале и конце системы соответственно. ПОМ выполняет роль преобразователя электрического сигнала в оптическое излучение, а ПРОМ обеспечивает обратное преобразование оптического излучения в электрический сигнал.

Рис. 3.9. Обобщенная структурная схема симплексной ВОСПИ без спектрального уплотнения

Формирование групповых цифровых сигналов, предназначенных для передачи по линии связи, осуществляется методом линейного кодирования. В электрических системах для аппаратуры ИКМ принят двухполярный квазитроичный код. Отличительной чертой этого кода является то, что единицы (или нули) двоичной последовательности передаются импульсами, полярность которых изменяется на противоположную при передаче каждой следующей единицы (или нуля). Эти коды не содержат постоянную составляющую в своем спектре, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым при выборе кода для электрических линий передачи.

Это требование остается в силе и для ВОСПИ. Однако в отличие от электрического кабеля, где можно передавать импульсы тока как положительной, так и отрицательной полярности, по ВС передаются оптические импульсы, не имеющие отрицательных значений. Поэтому при передаче двуполярных кодов HDB3 или AMI по ВС с помощью импульсов оптического излучения на одной длине волны, эти коды должны быть превращены в однополярные с постоянной составляющей.

1. отгадать ребусы

1а. Законспектировать основные термины

1б. перевести слова

Цифровой сигнал

Дискретные значения

Линейный тракт

Модуляция

2. записать расшифровки

ЦСП ИКМ ВРК

ЦСП ИКМ ЧД

ОЦК

ПЦК ЧЦП

ВОСП

ЦПС

3. Перечертить схему 3,9

4. составить 10 тестовых вопросов на группу 2-3 человека

1. отгадать ребусы

1а. Законспектировать основные термины

1б. перевести слова

Цифровой сигнал

Дискретные значения

Линейный тракт

Модуляция

2. записать расшифровки

ЦСП ИКМ ВРК

ЦСП ИКМ ЧД

ОЦК

ПЦК ЧЦП

ВОСП

ЦПС

3. Перечертить схему 3,9

4. составить 10 тестовых вопросов на группу 2-3 человека

1. отгадать ребусы

1а. Законспектировать основные термины

1б. перевести слова

Цифровой сигнал

Дискретные значения

Линейный тракт

Модуляция

2. записать расшифровки

ЦСП ИКМ ВРК

ЦСП ИКМ ЧД

ОЦК

ПЦК ЧЦП

ВОСП

ЦПС

3. Перечертить схему 3,9

4. составить 10 тестовых вопросов на группу 2-3 человека

1. отгадать ребусы

1а. Законспектировать основные термины

1б. перевести слова

Цифровой сигнал

Дискретные значения

Линейный тракт

Модуляция

2. записать расшифровки

ЦСП ИКМ ВРК

ЦСП ИКМ ЧД

ОЦК

ПЦК ЧЦП

ВОСП

ЦПС

3. Перечертить схему 3,9

4. составить 10 тестовых вопросов на группу 2-3 человека