Многоканальные телекоммуникационные системы


ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ серия основана в 1 996 г.

А.Б. ТИЩЕНКО
Д.В. СИВОПЛЯСОВ
А.А. СЛЯДНЕВ


МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ


ЧАСТЬ 1 ПРИКИПИ ПОСТРОЕНА ТЕЁЕКОММУМКАЦИО^ЫХ СИСТЕМ С ВРЕМЕНИМ РАЗДЕЁЕМЕМ КА^АЛОB


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

       Рекомендовано УМО по образованию в области инфокоммуникационных технологий и систем связи в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» квалификации (степени) «бакалавр» и квалификации (степени) «магистр»


znanium.com

Москва РИОР ИНФРА-М

УДК 621.396.4(075.8)
ББК 32.889я73
      Т47

   ФЗ    Издание не подлежит маркировке   
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

       Авторский коллектив:
       Тищенко А.Б. — гл. 2 (параграфы 2.6—2.8), гл. 5;
       Сивоплясов Д.В. — введение, заключение, гл. 1, 2 (параграфы 2.1—2.5);
       Сляднев А.А. — гл. 3, 4.


Т47

      Тищенко А.Б., Сивоплясов Д.В., Сляднев А.А.
     Многоканальные телекоммуникационные системы. Часть 1. Принципы построения телекоммуникационных систем с временным разделением каналов : учебное пособие / А.Б. Тищенко, Д.В. Сивоплясов, А.А. Сляднев. — Москва : РИОР : ИНФРА-М, 2023. — 104 с. — (Высшее образование). — DOI: https://doi. org/10.12737/5847
           ISBN 978-5-369-01184-3 (РИОР)
           ISBN 978-5-16-006304-1 (ИНФРА-М, print)
           ISBN 978-5-16-102440-9 (ИНФРА-М, online)


           Пособие соответствует первой части программы курса «Многоканальные телекоммуникационные системы». Изложены технико-экономические преимущества многоканальных телекоммуникационных систем с временным разделением каналов (МТС с ВРК), рассмотрены основные вопросы построения комплекса аппаратуры первичной сети, оконечной станции цифровой системы передачи (ЦСП). Приведены конструктивные особенности кодеков аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, оборудования ввода цифровых сигналов в цифровые каналы, образуемые МТС с ВРК. Рассмотрены особенности построения плезиохронных иерархий временного группообразования, оборудования синхронизации ЦСП.
           Предназначено для студентов, осваивающих основные образовательные программы бакалавриата и магистратуры по направлению подготовки «Инфо-коммуникационные технологии и системы связи».
                                                           УДК 621.396.4(075.8)
                                                           ББК 32.889я73


ISBN 978-5-369-01184-3 (РИОР)
ISBN 978-5-16-006304-1 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102440-9 (ИНФРА-М, online)


© Тищенко А.Б., Сивоплясов Д.В., Сляднев А.А.

Подписано в печать 05.12.2022.
Формат 60x90/16. Гарнитура Newton.
Бумага офсетная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 6,37. Уч.-изд. л. 5,4.
Доп. тираж 50 экз. Цена свободная.
ТК 415350-1941750-051222
ООО «Издательский Центр РИОР» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В. info@riorp.ru www.riorpub.com
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1. Тел.: (495) 280-15-96. Факс: (495) 280-36-29.
E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru

                ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ




ААКО   аппаратура аналогового каналообразования         
АВГО   аппаратура временного группообразования          
АИМ    амплитудно-импульсная модуляция                  
АПД    аппаратура передачи данных                       
АСП    аналоговые системы передачи                      
АСС    аппаратура сетевой синхронизации                 
АСТЭ   автоматизированная система технической эксплуата-
       ции                                              
АХ     амплитудная характеристика                       
АЦК    асинхронный цифровой канал                       
АЦКО   аппаратура цифрового каналообразования           
АЦП    аналого-цифровое преобразование                  
ВРК    временное разделение каналов                     
ВТЧ    выделитель тактовой частоты                      
ГО     генераторное оборудование                        
ДИ     дискретная информация                            
ДМ     дельта-модуляция                                 
ЕСЭ РФ Единая сеть электросвязи Российской Федерации    
ЗГ     задающий генератор                               
ИГ     измерительный генератор                          
ИКМ    импульсно-кодовая модуляция                      
ИЦСС   интегральная цифровая сеть связи                 
КДМ    компандированная дельта-модуляция                
КИ     канальный интервал                               
КТЧ    канал тональной частоты                          
ЛДМ    линейная дельта-модуляция                        
ЛР     линейный регенератор                             
ММНТКВ модифицированный метод наложения с тактовыми     
       врезками                                         
МТС    многоканальные телекоммуникационные системы      
ОАУ    оконечное абонентское устройство                 
ОБС    относительный биимпульсный сигнал                

3

остаточное затухание                          
OK    оптический кабель                             
ОЛТ   оборудование линейного тракта                 
OCKC  оборудование сетевого канального стыка        
ОЦК   основной цифровой канал                       
ПК    преобразователь кода                          
пп    преобразователь полярности                    
ПРД   передатчик                                    
ПРМ   приемник                                      
ПЦИ   плезиохронная цифровая иерархия               
ПЦП   первичный цифровой поток                      
РОС   разъемный оптический соединитель              
РР    распределитель разрядный                      
РРЛ   радиорелейные линии                           
СК    сигнальный канал                              
СУВ   сигналы управления и взаимодействия           
СЦ    сверхцикл                                     
СЦК   синхронный цифровой канал                     
СЦИ   синхронная цифровая иерархия                  
ТГК   телеграфный канал                             
ТПИ   тактовые последовательности импульсов         
ТРЛ   тропосферные линии                            
ТЧ    тональная частота                             
УУ    указатель уровня                              
ФНЧ   фильтр нижних частот                          
ЦАП   цифро-аналоговое преобразование               
ЦВОСП цифровая волоконно-оптическая система передачи
ЦЛТ   цифровой линейный тракт                       
ЦРЛ   цикловой распределитель                       
ЦСП   цифровые системы передачи                     
ЦСС   цикловой сигнал синхронизации                 
ЦТС   цифровые телекоммуникационные системы         
ЧРК   частотное разделение каналов                  
ЧХ03  частотная характеристика остаточного затухания
ЭДМ   экспоненциальная дельта-модуляция             
ЭППЧ  эффективно-передаваемая полоса частот         

                ВВЕДЕНИЕ





   Генеральной линией развития Единой сети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ) как части инфраструктуры системы управления государством является переход к новой, более совершенной форме ее построения и развития. Такой переход осуществляется на основе применения современных телекоммуникационных технологий путем поэтапного внедрения цифровых систем передачи и коммутации.
   Переход должен обеспечить:
   •     предоставление должностным лицам органов управления широкого спектра услуг связи, обеспечивающих устойчивое и эффективное управление в быстро меняющихся условиях повседневной деятельности;
   •     согласованное функционирование и развитие ведомственных систем связи и Единой сети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ);
   •    унификацию системных и программно-технических решений;
   •     повышение эффективности использования типовых каналов передачи и сетевых трактов ЕСЭ России;
   •     информационную безопасность функционирования цифровой системы связи ведомственных операторов;
   •    ускоренное внедрение новых видов информационного обмена.
   Современные системы связи, помимо обеспечения традиционных видов связи, для успешного функционирования должны обеспечивать:
   •     обмен в реальном масштабе времени речевыми и документальными сообщениями между двумя и более абонентами, т.е. аудиографическую конференцию, а также видеоконференцсвязь;
   •     обмен речевыми сообщениями между абонентами без ведения диалога с доставкой сообщения в удобное для абонента время;
   •    обмен данными;
   •     подготовку и обработку документов с помощью различного вида приложений компьютерных систем, их передачу в виде файлов;

5

   •   предоставление услуг электронной почты;
   •    работу с электронными картами местности и другими распределенными банками данных и знаний и т.д.
   Дальнейшее развитие современных систем связи должно быть направлено на создание высокоскоростной интегрированной цифровой системы связи, в составе транспортной сети и сетей абонентского доступа, за счет цифровизации и внедрения современных телекоммуникационных технологий, позволяющих обеспечить своевременное предоставление службами электросвязи услуг надлежащего качества.

                Глава 1. СТРУКТУРА АППАРАТУРЫ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ




            1.1. Роль цифровых способов передачи сигналов


   Тенденции развития телекоммуникаций в XXI в. показывают, что человечество движется по пути создания глобального информационного общества. Понятие информационного общества (ИО) четко не определено, но можно предположить, что это такое общество, в котором информатизация и телекоммуникации (инфокоммуникации) будут определять новую ступень развития экономики, социальной сферы, культуры и науки.
   Первой публикацией на тему ИО принято считать Меморандум Клинтона-Гора «Технология экономического роста Америки. Новое направление, которое предстоит создать», опубликованный в 1993 г. В качестве приоритетов роста экономической мощи США в нем были определены промышленность, электросвязь, энергетика, образование, экология и социальная сфера. Через год аналогичные шаги по развитию ИО были предприняты и в Европе. В 1995 г. Международный союз электросвязи (МСЭ) взял на себя ведущую роль в международной координации работ по электросвязи, направленных на построение глобального ИО. К работе над ИО подключился и Европейский институт стандартов электросвязи (ETSI) с целью создания Европейской информационной инфраструктуры (ИИ). Предполагается создание национальных информационных инфраструктур (в том числе и российской — РИИ), их объединение в региональные ИИ (например, европейскую — ЕИИ) и мировую (глобальную — ГИИ).
   Глобальная информационная инфраструктура — инфраструктура, которая является технологической основой глобального ИО. ГИИ должна поддерживать существующие и будущие средства электросвязи, информационные технологии и бытовую электронику, включая интерактивные, вещательные и мультимедийные возможности. Она охватывает проводные и радиосредства связи, стационарные и подвижные сети. Таким образом, ГИИ представля-

7

ет собой интеграцию электросвязи, информационных и компьютерных технологий, баз данных и бытовой электроники. Интеграция указанных областей невозможна без унификации формы представления информации с целью ее передачи и хранения. Такой универсальной формой является цифровая.
   Информация передается и обрабатывается в большинстве случаев в виде сигналов электросвязи — электромагнитных колебаний, в изменениях параметров которых и заложена передаваемая информация. Например, речевое сообщение, представляющее собой изменение звукового давления, посредством микрофона превращается в изменяющееся соответствующим образом электрическое напряжение. В этих изменениях и будет содержаться та информация, которая была в исходном сообщении. Характерно, что в данном случае напряжение непрерывно изменяется во времени, поэтому такие сигналы называются непрерывными.
   В дальнейшем будет показано, что при некоторых ограничениях непрерывный сигнал можно представить отдельными его мгновенными значениями, взятыми периодически. Такой сигнал является дискретным (дискретизированным во времени). Очевидно, что для передачи дискретного сигнала линия связи будет использоваться периодически в течение коротких отрезков времени. Поэтому при применении дискретных сигналов можно реализовать принцип многоканальной передачи с временным разделением каналов (ВРК), периодически предоставляя одну и ту же линию связи для передачи сигналов от разных источников.
   Какие мгновенные значения примет конкретный сигнал в моменты дискретизации, неизвестно. Такие сигналы, мгновенные значения которых образуют бесконечные множества, называются аналоговыми. Заметим, что аналоговым может быть как непрерывный, так и дискретный (во времени) сигнал.
   Прием сигналов в реальных условиях всегда происходит на фоне помех, да и чувствительность приемника конечна. Например, можно утверждать, что звуки со звуковыми давлениями, отличающимися менее чем на 0,01%, будут восприниматься на слух как одинаковые. Таким образом, перед передачей мгновенных значений сигнала их можно округлить до некоторых достаточно близких друг к другу разрешенных значений. Такое округление называется 8

квантованием сигнала по уровню, или просто квантованием сигнала. Эта операция превращает аналоговый сигнал в цифровой, т.е. в сигнал, мгновенные значения которого образуют конечное множество (определяются набором разрешенных значений). Теперь с сигналом можно обращаться как с набором чисел, что и определяет универсальность подхода к операциям с сигналами самой разнообразной информации.
   Заметим, что наиболее удобной системой счисления для цифровых электронных устройств является двоичная система. Поэтому обычно операция квантования сочетается с операцией кодирования — записи тех или иных полученных значений в двоичной системе или в двоичном коде (в виде последовательности нулей и единиц). Сигналы в цифровой форме отличаются друг от друга в основном количественно — необходимой скоростью передачи — количеством бит информации в секунду. Кроме этого, иногда приходится учитывать и некоторые другие параметры, например размеры групп одинаковых символов, следующих друг за другом (размеры пакетов символов) и вероятность появления пакетов определенных размеров; процент ошибок, который можно допустить при передаче, и некоторые другие, о которых будет говориться далее.
   Передача и обработка сигналов в цифровой форме имеет следующие существенные преимущества перед передачей и обработкой аналоговых сигналов. Это:
   •    унификация различных видов передаваемой информации — позволяет унифицировать оборудование передачи, обработки и хранения информации;
   •    компьютеризация телекоммуникационного оборудования, которая принципиально невозможна при использовании аналоговых сигналов. В условиях быстро нарастающего информационного обмена без компьютеризации невозможно обеспечить передачу и обработку информации с необходимым высоким качеством;
   •    интеграция систем передачи информации и систем коммутации — создание полностью цифровых телекоммуникационных сетей. Такие сети обладают высокой надежностью и эффективностью, поскольку позволяют организовывать альтернативные маршруты передачи и выравнивать сетевой трафик;

9

   •    высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) символов сигналов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации. Суть регенерации заключается в замене принятого искаженного сигнала на заново генерированный сигнал. При этом, в частности, обеспечивается возможность использования линий связи, на которых из-за высокого уровня помех аналоговые системы передачи применяться не могут. Цифровые методы передачи весьма эффективны при работе по оптическим линиям, позволяющим организовывать передачу высокоскоростных потоков информации с относительно редким расположением промежуточных станций;
   •    стабильность параметров каналов. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства, как будет показано далее, составляют незначительную часть оборудования цифровых телекоммуникационных систем (ЦТС), стабильность параметров каналов таких систем значительно выше, чем аналоговых. Этому также способствует отсутствие в ЦТС с ВРК влияния загрузки системы на параметры отдельных каналов;
   •    высокие технико-экономические показатели. Передача, обработка и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать весь аппаратный комплекс цифровой сети на чисто электронной основе с широким применением цифровых интегральных схем. Это значительно снижает стоимость оборудования, потребляемую энергию и габаритные размеры. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация телекоммуникационных систем и повышается надежность оборудования.


            1.2.    Технико-экономические преимущества многоканальных телекоммуникационных систем
            с временным разделением каналов ЕСЭ РФ


   Одним из стратегических векторов экономической модернизации нашей страны является совершенствование информационных технологий, развитие глобальных общедоступных информацион-10