Москва
Горячая линия - Телеком
2013

В. Н. Гордиенко
М. С. Тверецкий 

УДК 621.396.4 
ББК 32.889 
    Г67 
 
Р e ц е н з е н т ы : доктор техн. наук, профессор  Н. Н. Васин,  
доктор техн. наук, профессор  В. Н. Дмитриев 
 

Гордиенко В. Н., Тверецкий М. С. 
Г67            Многоканальные телекоммуникационные системы. Учебник для 
вузов. – 2-е издание, испр. и доп. – М: Горячая линия–Телеком, 2013. – 
396 с.: ил. 

ISBN 978-5-9912-0251-0. 

Изложены базовые принципы построения цифровых многоканальных 
телекоммуникационных систем, рассмотрены особенности работы оборудова-
ния цифровых систем передачи плезиохронной и синхронной цифровой 
иерархий. Рассмотрены вопросы нормирования качества передачи информа-
ции по цифровым каналам и трактам, а также особенности применения циф-
ровых систем передачи на современных и перспективных телекоммуникаци-
онных сетях, ориентированных на использование волоконно-оптических 
линий связи.  
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалав-
ров и магистров 210700 – «Инфокоммуникационные технологии и системы 
связи» и направлению подготовки дипломированных специалистов 210400 – 
«Телекоммуникации», может быть полезен студентам колледжей телеком-
муникационного направления.  

ББК 32.889 

 
Адрес издательства в Интернет www.techbook.ru 
 
Учебное издание 
 

Гордиенко Владимир Николаевич 
Тверецкий Михаил Серафимович 

МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 

Учебник для вузов 

Редактор  Ю. Н. Чернышов 
Компьютерная верстка  Ю. Н. Чернышова 
Художник  О. Г. Карпова 
 
Подписано к печати 30.12.2012.  Формат 60×90 1/16. 
Усл. печ. л. 24,75.  Изд. № 130251.  Тираж 1000 экз. (1-й завод 200 экз.) 
 

ISBN 978-5-9912-0251-0                                 ©  В. Н. Гордиенко, М. С. Тверецкий, 2013 
©  Издательство «Горячая линия–Телеком», 2013 

Введение в цифровой способ
передачи сигналов

1.1. Роль цифровых способов передачи
сигналов

Тенденции развития телекоммуникаций в XXI веке показывают,
что человечество движется по пути создания глобального информа-
ционного общества. Понятие информационного общества (ИО) чет-
ко не определено, но можно предположить, что это общество, в ко-
тором информатизация и телекоммуникации (инфокоммуникации)
будут определять новую ступень развития экономики, социальной
сферы, культуры и науки.
В 1995 г. Международный союз электросвязи (МСЭ) взял на
себя ведущую роль по международной координации работ по элект-
росвязи, направленных на построение глобального ИО. К работе над
ИО подключился и Европейский институт стандартов электросвя-
зи (ETSI) с целью создания Европейской информационной инфра-
структуры (ИИ). Предполагается создание национальных информа-
ционных инфраструктур (в том числе и российской — РИИ), их объ-
единение в региональные ИИ (например, европейскую — ЕИИ) и
мировую (глобальную — ГИИ).
ГИИ — инфраструктура, которая является технологической ос-
новой глобального информационного общества. ГИИ должна под-
держивать существующие и будущие средства электросвязи, инфор-
мационные технологии и бытовую электронику, включая интерак-
тивные, вещательные и мультимедийные возможности. Она охваты-
вает проводные и радиосредства связи, стационарные и подвижные
сети. Таким образом, ГИИ представляет собой интеграцию элект-
росвязи, информатизации, компьютеризации, баз данных и бытовой
электроники. Интеграция указанных областей невозможна без уни-
фикации формы представления информации с целью ее передачи и
хранения. Такой универсальной формой является цифровая.
Информация передается и обрабатывается в большинстве слу-
чаев в виде сигналов электросвязи — электромагнитных колеба-

Г л а в а 1

ний, в изменениях параметров которых и заложена передаваемая
информация. Например, речевое сообщение, представляющее собой
изменение звукового давления, посредством микрофона превраща-
ется в изменяющееся соответствующим образом электрическое нап-
ряжение. B этих изменениях и будет содержаться та информация,
которая была в исходном сообщении.
Характерно, что в данном
случае напряжение непрерывно изменяется во времени — такие сиг-
налы называются непрерывными.
В дальнейшем будет показано, что при некоторых ограниче-
ниях, в частности при ограничении его частотного спектра сверху,
непрерывный сигнал можно представить отдельными его мгновен-
ными значениями, взятыми периодически.
Такой сигнал являет-
ся дискретным (дискретизированным во времени). Очевидно, что
для передачи дискретного сигнала линия связи будет использовать-
ся периодически в течение коротких отрезков времени. Поэтому при
применении дискретных сигналов можно реализовать принцип мно-
гоканальной передачи с временным разделением каналов (ВРК),
периодически предоставляя одну и ту же линию связи для переда-
чи сигналов от разных источников.
Реальный, например телефонный, сигнал в каждый момент вре-
мени имеет какое-то одно из бесконечного множества возможных
мгновенных значений. Такие сигналы, мгновенные значения кото-
рых образуют бесконечные множества, называются аналоговыми.
Заметим, что аналоговым может быть как непрерывный, так и дис-
кретный (во времени) сигнал.
Прием сигналов в реальных условиях всегда происходит на фо-
не помех, да и чувствительность приемника конечна.
Например,
можно утверждать, что звуки со звуковыми давлениями, отлича-
ющимися 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 называ-
ется квантованием сигнала по уровню или просто квантованием
сигнала. Эта операция превращает аналоговый сигнал в цифро-
вой, 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 разнооб-
разной информации.
Заметим, что наиболее удобной системой счисления для циф-
ровых электронных устройств является двоичная система. Поэто-

Введение в цифровой способ передачи сигналов
5

му обычно операция квантования сочетается с операцией кодиро-
вания — 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 битов∗ 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 оп-
ределенных размеров, процент ошибок, который можно допустить
при передаче, и некоторые другие, о которых будет говориться да-
лее в соответствующих местах.
Передача и обработка сигналов в цифровой форме имеет сле-
дующие существенные преимущества перед передачей и обработкой
аналоговых сигналов.
Унификация представления различных видов передаваемой
информации, это позволяет, в свою очередь, унифицировать обору-
дование передачи, обработки и хранения информации.
Компьютеризация телекоммуникационного оборудования, ко-
торая принципиально невозможна при использовании аналоговых
сигналов. B условиях быстро нарастающего информационного об-
мена без компьютеризации невозможно обеспечить передачу и обра-
ботку информации с необходимым высоким качеством.
Интеграция систем передачи информации и систем коммута-
ции — создание полностью цифровых телекоммуникационных сетей.
Такие сети обладают высокой надежностью и эффективностью, пос-
кольку позволяют организовывать альтернативные маршруты пере-
дачи и выравнивать сетевой трафик.
Высокая помехоустойчивость. Представление информации
в цифровой форме, позволяет осуществлять регенерацию (восста-
новление) символов сигналов при передаче их по линии связи, что
резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи ин-
формации. Суть регенерации заключается в замене принятого ис-
каженного сигнала на заново генерированный сигнал. При этом, в
частности, обеспечивается возможность использования линий свя-
зи, 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 высо-

∗ Бит — число, принимающее значение или 1, или 0.

Г л а в а 1

коскоростных потоков информации с относительно редким распо-
ложением промежуточных станций.
Стабильность параметров каналов. Стабильность и иден-
тичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и
амплитудной характеристик и других) определяются в основном ус-
тройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку та-
кие устройства, как будет показано далее, составляют незначитель-
ную 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 чис-
то электронной основе с широким применением цифровых интег-
ральных схем. Это значительно снижает стоимость оборудования,
потребляемую энергию и габаритные размеры. Кроме того, сущес-
твенно упрощается эксплуатация телекоммуникационных систем и
повышается надежность оборудования.

1.2. Иерархия цифровых телекоммуникационных
систем

Исторически сложилось так, что цифровые телекоммуникаци-
онные системы (ЦТС) строятся по иерархическому принципу [1],
который позволяет унифицировать каналообразующую аппаратуру,
упростить процессы производства, внедрения и технической эксплу-
атации соответствующего оборудования и в целом повысить технико-
экономические показатели телекоммуникационных систем и сетей.
Иерархический принцип заключается в следующем. B первичной
системе передачи объединяется (мультиплексируется) n исходных
сигналов в первичный групповой сигнал (в частности, в первичный
цифровой поток), во вторичной системе m групповых первичных
сигналов объединяются во вторичный групповой сигнал и так да-
лее. Таким образом, те или иные групповые сигналы представляют
иерархические наборы исходных сигналов, или, иначе, ступени ие-
рархии, из которых и выбирается та, которая соответствует системе
передачи с необходимым количеством исходных каналов. Величины
m и n в данном случае являются коэффициентами мультиплекси-
рования.
Стандартизация иерархической структуры позволяет создавать
типовые сетевые тракты того или иного уровня (соответствующего

Введение в цифровой способ передачи сигналов
7

ступени иерархии) на базе которых и создаются транспортные те-
лекоммуникационные сети.
Как известно, сети связи общего пользования, являющиеся ба-
зой Единой cети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ),
состоят из первичной сети и опирающихся на неё ряда вторичных
(коммутируемых) сетей. Первичная сеть имеет три слоя:
• магистральную сеть, соединяющую зоны, на которые разделена
вся территория Российской Федерации, и состоящую из трактов
высокого уровня;
• внутризоновую сеть, базирующуюся на трактах менее высокого
уровня;
• местную сеть, соединяющую региональные центры со всеми на-
селенными пунктами и использующую тракты низкого уровня.
В дальнейшем будут рассматриваться цифровые телекоммуни-
кационные системы, предназначенные в основном для первичной
сети.
В начале 80-х годов были разработаны три плезиохронные∗ циф-
ровые иерархии (ПЦИ), в которых за исходный сигнал был при-
нят сигнал, передаваемый со скоростью 64 кбит/с, что соответству-
ет сигналу, передаваемому по каналу тональной частоты (ТЧ), но
в цифровой форме.
Канал, предназначенный для передачи этого
сигнала (DS0 — цифровой сигнал нулевого уровня), называется ос-
новным цифровым каналом (ОЦК). Схема плезиохронных иерархий
показана на рис. 1.1.
Первая цифровая иерархия, принятая в США и Канаде, имеет
четыре ступени с коэффициентами мультиплексирования: 24, 4, 7
и 6, что соответствует 24, 96, 672 и 4032 ОЦК для первой, второй,
третьей и четвертой ступени соответственно. С учетом добавления
в групповой сигнал на каждой ступени мультиплексирования сер-
висной информации, сигналы DS1, DS2, DS3 и DS4 имеют скорости
передачи 1544, 6312, 44736 и 274176 кбит/с. (Обычно приводятся
округленные значения 1,5, 6, 45 и 274 Мбит/с.)
Вторая цифровая иерархия, принятая в Японии, также имеет
четыре ступени, но с коэффициентами мультиплексирования 24, 4,
5, 3, что соответствует 24, 96, 480 и 1440 каналам ОЦК. Скорости
передачи на 1–4 ступенях иерархии равны 1544, 6312, 32064, 97728
кбит/с (1,5, 6, 32, 98 Мбит/с).

∗ Плезиохронные («как бы синхронные») иерархии цифровых теле-
коммуникационных систем, задающие генераторы которых работают на
близких, но не совпадающих частотах.

Г л а в а 1

Рис. 1.1. Схема плезиохронных цифровых иерархий

Третья цифровая иерархия, принятая в Европе и Южной Аме-
рике, имеет пять иерархических ступеней с коэффициентом муль-
типлексирования на первой ступени, равным 30, и с коэффициен-
тами на остальных ступенях, равными четырем. B этой иерархии
количество ОЦК на 1–5 ступенях равно 30, 120, 480, 1920, 7680, а
скорости передачи равны соответственно 2048, 8448, 34368, 139264,
564992 кбит/с (2, 8, 34, 140, 565 Мбит/с).
На рис. 1.1 показаны также рекомендованные пути соединения
систем различных плезиохронных иерархий (пути кросс-мульти-
плексирования) с соответствующими коэффициентами мультиплек-
сирования. На рисунке даны названия сигналов ступеней иерархий,
скорости передачи и отмечены ступени, не вошедшие в рекоменда-
ции МСЭ-Т.
Плезиохронные
цифровые
телекоммуникационные
системы
(ПЦТС) сыграли в деле цифровизации телекоммуникационных се-
тей роль, которую невозможно переоценить. С их применением ста-
ла возможной электронная коммутация и переход к цифровым се-
тям интегрального обслуживания. Однако такие недостатки ПЦТС,
как громоздкость процедур ввода/вывода компонентных потоков из
потоков высших ступеней, сложность соединений сетей различных

Введение в цифровой способ передачи сигналов
9

ПЦИ и невозможность организации современного менеджмента на
сетях, предопределили разработку новой цифровой иерархии. B кон-
цепции этой иерархии, получившей название синхронной цифровой
иерархии (СЦИ), сделана попытка наиболее полно предусмотреть
вероятные перспективы дальнейшего развития телекоммуникацион-
ных сетей. B настоящее время можно сказать, что предполагаемые
результаты данной разработки в основном оправдались.
Разработка синхронных цифровых телекоммуникационных сис-
тем (СЦТС) преследовала такие цели:
• упрощение процедуры доступа к компонентным потокам;
• обеспечение возможности развитой маршрутизации потоков;
• осуществление в пределах иерархии эффективного управления
сетями любой сложности;
• систематизацию иерархического ряда скоростей передачи и про-
должение его за пределы рядов ПЦИ;
• разработку стандартных интерфейсов для облегчения стыковки
оборудования.
Скорость передачи для первой ступени иерархии была выбрана
равной 155,52 Мбит/с. Эта скорость должна превышать максима-
льную стандартизированную скорость ПЦИ 139,264 Мбит/с и обес-
печивать передачу дополнительной сервисной информации.
Кро-
ме того, она должна была быть кратной скорости цифрового пото-
ка SDH-0 (51,840 Мбит/с), стандартизированного в США. Скорость
каждой последующей иерархической ступени равна учетверенной
скорости предыдущей.
B настоящее время наибольшее распрост-
ранение получила аппаратура первых четырех ступеней иерархии,
однако существует оборудование, позволяющее получить скорости
пятой ступени СЦИ. Ступени иерархии обозначаются как STM-N
(синхронные транспортные модули), где N — число объединенных
первичных потоков. B табл. 1.1 указаны ступени СЦИ и соответс-
твующие им скорости передачи.
Более подробно вопросы преобразования сигналов в цифровом
телекоммуникационном оборудовании рассмотрены далее в соответ-
ствующих разделах.

1.3. Обобщённые схемы ЦТС

В этом разделе приводятся обобщённые схемы, относящиеся
прежде всего к системам ПЦИ. Однако принципы построения этих
схем могут быть отнесены и к другим ЦТС. Особенности постро-
ения других систем будут рассмотрены далее, в соответствующих
разделах.

Г л а в а 1

Таблица 1.1

Уровень
STM-N
Скорость, кбит/с
Количество объединяемых потоков

Е1
Е3
Е4

1
STM-1
155 520
63
3
1

2
STM-4
622 080
252
12
4

3
STM-16
2 448 320
1 008
48
16

4
STM-64
9 953 280
4 032
192
64

5
STM-256
39 813 120
16 128
768
256

Схемы систем высших ступеней ПЦИ практически одинаковые,
а схема системы первой ступени (первичная система) заметно от них
отличается.
Обобщённая схема первичной ЦТС. На рис. 1.2 показа-
на передающая часть обобщённой схемы первичной системы ПЦИ.
B общем случае предполагается, что на вход системы поступает ана-
логовый сигнал из канала тональной частоты (ТЧ). Сигнал посту-
пает на усилитель, который повышает его уровень до величины,
обеспечивающей работоспособность последующих узлов аппарату-
ры. Кроме этого, усилитель выполняет ещё две важных функции:
во-первых, ограничивает спектр сигнала сверху и, во-вторых, защи-
щает оборудование от опасных превышений уровня поступающего
сигнала (является ограничителем амплитуды).
Далее сигнал подаётся на амплитудно-импульсный модулятор
(АИМ), осуществляющий дискретизацию сигнала во времени, т. е.
преобразует непрерывный во времени сигнал в ряд периодических
дискретных значений. Возможность такого представления основа-
на на известной теореме В.А. Котельникова, по которой функция
с верхней частотой спектра fв полностью характеризуется своими
мгновенными значениями, отсчитанными через интервалы времени
∆t ⩽ 1/2fв. Дискретизация нужна для временного разделения ка-
налов (ВРК), а кроме того, упрощает последующую обработку сиг-
нала. Как будет показано далее, амплитудно-импульсная модуля-
ция подразделяется на модуляцию первого и второго рода. Обычно
АИМ модулятор реализует модуляцию первого рода (АИМ-1), но
для корректной работы кодера требуется преобразование сигнала в
модуляцию второго рода (АИМ-2), что и осуществляется соответст-
вующим узлом (АИМ-1/АИМ-2).
Кодирующее устройство (кодер) выполняет одновременно две
операции: квантование сигнала по уровню и его кодирование. Кван-
тование — округление мгновенных значений сигнала до ближай-
ших разрешенных значений — является важнейшей операцией ана-
лого-цифрового преобразования (АЦП), которая собственно и прев-