Лекция 4.

Особенности и преимущества техники цифровой коммутации
Техническими преимуществами цифровых сетей связи являются следующие:
1. Простота группообразования.
2. Простота сигнализации.
3. Использование современной технологии.
4. Интеграция систем передачи и коммутации.
5. Возможность работы при малых значениях отношения сигнал-шум (помеха).
6. Регенерация сигнала.
7. Приспосабливаемость к другим видам обслуживания.
8. Возможность контроля рабочих характеристик.
9. Легкость засекречивания информации.
Ниже рассмотрены эти свойства цифровой сети. Цифровые методы передачи были впервые применены при передаче телефонных разговоров по междугородным соединительным линиям с использованием системы группообразования с временным разделением каналов.
По существу, экономическая эффективность этих систем обусловлена обменом стоимости применения электроники в оконечном оборудования тракта передачи на стоимость многих пар проводов в тракте. Этот обмен становится с каждым годом экономически все более выгодным. Хотя группообразование с частотным разделением каналов также приводит к снижению расходов на линейно-кабельные сооружения, оборудование ЧРК обычно дорогие, чем оборудование ВРК.
Формирование групповых аналоговых сигналов при ВРК не требует представления дискретов сигнала в цифровой форме. Недостаток аналоговых систем с ВРК состоит в их низкой помехозащищенности. Эти отрицательные факторы нельзя исключить с помощью регенерации как в цифровой системе, следовательно применение аналоговой системы с ВРК нецелесообразно, за исключением тех случаев, когда обеспечиваются условия передачи без помех и искажений.
Простота сигнализации заключается в том, что управляющая информация (вызов–отбой, цифры адреса, состояние, связанное с опусканием монет в телефон–автомат и др.) являются по своей природе существенно цифровой и, следовательно, может быть легко введена в цифровую систему передачи. Одним из способов введения управляющей информации в цифровой тракт передачи является использование группообразования с ВРК, при котором для этих целей выделяется специальный канал управления.
Формат, принимаемый для передачи управляющих сигналов, зависит как от вида системы передачи, так и от типа терминального оборудования. Преобразование одного формата используемого при передаче управляющей информации в другой производится в устройствах сопряжения отдельных подсистем сети связи. Сигнализация традиционно является весьма ощутимым временем как в административном, так и в финансовом отношении для тех телефонных компаний, которые занимаются эксплуатацией сети.
Фирмой Bell System был разработан детальный проект системы, названной системой межстанционной сигнализации ОКС, который позволяет разрешить многие проблемы сигнализации на сети связи. Хотя система сигнализации по ОКС может быть реализована и на аналоговой сети с использованием модемов тем не менее значительный эффект от введения этой системы можно получить лишь при наличии достаточно высокоскоростных цифровых каналов связи.
Мультиплексор или коммутационная схема в случае передачи цифровых сигналов с временным разделением строится на тех же самых базовых схемах, которые используются при построении цифровых вычислительных машин, а именно: на логических элементах и элементах памяти. Основной элемент коммутационной схемы -точка коммутации – представляет собой, как логический элемент «И», один вход которого предназначен для передачи информационных сигналов, а другие – для передачи сигналов управления. Таким образом, развитие технологии изготовления цифровых интегральных схем, используемых в качестве логических элементов и элементов памяти в ЭВМ непосредственно сказывается и на цифровых системах передачи, и системах коммутации. Основные преимущества современной технологии становятся еще более очевидными по мере создания больших интегральных схем (БИС), специально разработанных для реализации функций электросвязи.
Кроме того, цифровые компоненты изготовить легче, чем аналоговые эквиваленты цифровая реализация имеет и функциональное преимущество перед аналоговой, минимизация внутренних соединений в пределах одного модуля, возможность работы с спутниковыми и оптическими кабелями связи на базе ВРК.
Другая многообещающая область применения цифровых схем – это область обработки сигналов (усиление, коррекция, обнаружение определенных частот, подавление эха, модуляция и фильтрация).
Цифровая обработка сигналов предполагает использование арифметических и логических цифровых схем для обработки сигналов, представленных в цифровом виде.
Операции группообразования, применяемые в системах передачи, можно легко интегрировать с операциями коммутации, выполняемые в системах коммутации.
В полностью интегрированной сети речевые сигналы преобразуются в цифровую форму вблизи источников сигналов и сохраняют ее до тех пор, пока они не будут доставлены в пункт своего назначения. Кроме того, по всем межстанционным соединительным линиям, а также по всем внутристанционным соединительным линиям системы коммутации передача сигналов идет только в цифровой форме с временным разделением. Интеграция функций передачи и коммутации позволяет не только уменьшить объем оборудования, но и значительно повысить качество передачи речи от одного оконечного устройства до другого. Исключая многократные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразования, а также используя линии передачи с малым значением коэффициента ошибок, можно получить высокое качество передачи речи, которое будет определяться только процессом кодирования. В заключении покажем, какую выгоду можно получить от перехода к полностью интегрированной цифровой сети связи.
1. Качество передачи речи при междугородной связи идентично качеству передачи речи при местной связи с точки зрения помех, уровня сигнала и искажений.
2. Четырехпроводность всех цифровых каналов обеспечивает дуплексное четырехпроводное соединение цифровых каналов, кроме того исключается явление эхо.
Возможность работы при малых значениях отношения сигнал-шум (помеха). В цифровых системах во время пауз в разговоре идет передача определенных кодовых комбинаций, причем уровень мощности передаваемых во время пауз сигналов такой же, как и в случае передачи речевой информации. Поскольку регенерация сигнала исключает практически все шумы, возникающие в среде передачи, то шум свободного канала определяется лишь процессом кодирования, а не линией передачи. Таким образом, паузы речи не определяют максимальные уровни шума так, как это имеет место в аналоговых системах.
Регенерация сигнала. Главным достоинством цифровой системы является то, вероятность возникновения ошибки в линейном тракте можно сделать весьма небольшой, вводя регенераторы в промежуточных точках линий передачи для выявления искажения и регенерирование цифровых сигналов. С помощью регенерации можно локализовать результаты воздействия помехи на сигнал.
Приспосабливаемость к другим видам обслуживания. В цифровых системах качество передачи характеризует коэффициент ошибок. Каналы с малым коэффициентом ошибок в тракте реализуются достаточно просто. Влияние ошибок, возникающих в канале, можно практически полностью исключить, если пользователь применяет методы защиты от ошибок. Кроме того применяется общий формат сообщения при передачи информации. Поэтому без никаких дополнительных требований можно передавать все виды сигналов (телевизионные, передачи данных и т.д.).
Возможность контроля рабочих характеристик. Дополнительная выгода, которая может быть извлечена из независимости структуры сигнала и от типа источника в цифровых системах, состоит в том, что качество принимаемого сигнала может быть оценено без знания природы передаваемой информации. Цифровая система передает определенные импульсы с дискретными уровнями. Поэтому контролируются параметры сигнала. Существует достаточно общий метод определения качества передачи по цифровым линиям – это введение в информационный поток дополнительных битов проверки на четность или контроль некоторой доли избыточности, вводимой в форму сигнала.
Простота засекречивания. Речевая информация, представленная в цифровой форме, легко засекречивается и привлекает внимание военных.
Методы модуляции сигналов, применяемые в телекоммуникационной сети
Перенос сигналов из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Электрический сигнал является формой представления сообщения для передачи его системой электросвязи.
Источник сообщения (рис.1) формирует сообщение a(t), которое с помощью специальных устройств преобразуется в электрический сигнал S(t).
Рис. 1. Система электросвязи
При передаче речи такое преобразование выполняет микрофон, изображения- электронно-лучевая трубка, телеграммы- передающая часть телеграфного аппарата.
Чтобы передать сигнал нужно воспользоваться каким-либо переносчиком- электромагнитное поле в проводах (проводная связь), в открытом пространстве (радио связь), световой луч (оптическая связь).
Таким образом, в пункте передачи первичный сигнал S(t) необходимо преобразовать в сигнал V(t), удобный для его передачи по соответствующей среде распространения. В пункте приема - выполнить обратное преобразование. В отдельных случаях - (например, когда используется пара физических проводов в качестве среды распространения) – указанное преобразование сигналов может отсутствовать.
Доставленный в пункт приема сигнал должен быть снова преобразован в сообщение и затем передан получателю
Передача информации всегда сопровождается неизбежному воздействию помех и искажений. Это приводит к тому, что сигнал на выходе системы электросвязи (t) и принятое сообщение (t) могут в какой-то мере отличаться от сигнала на входе S(t) и переданного сообщения a(t). Степень соответствия принятого сообщения переданному называют верностью передачи информации.
Качество передачи телефонных сообщений оценивается разборчивостью речи и узнаваемостью абонента.
Часто в качестве переносчика сигнала используют периодическую последовательность сравнительно узких импульсов. Последовательность прямоугольных импульсов одного знака (t) характеризуется параметрами (рис 2):
- амплитудой импульсов,
- длительностью (шириной) импульсов,
- частотой следования (или тактовой частотой) , Т- период следования импульсов.
- положением (фазой) импульсов относительно тактовых (отсчетных) точек. Отношение называют скважностью импульса.
Рис.2. Параметры импульсов
По закону передаваемого первичного сигнала можно изменить (модулировать) любой из перечисленных выше параметров импульсной последовательности. При этом модуляция называется импульсной.
Различают несколько видов импульсной модуляции (см. рис.3):
- АИМ (амплитудно-импульсная модуляция) - когда по закону передаваемого сигнала изменяется амплитуда импульсов;
- ШИМ (широтно-импульсная модуляция)- изменяется ширина импульсов;
- ЧИМ (частотно-импульсная модуляция)- изменяется частота следования импульсов;
- ФИМ (фазо-импульсная модуляция)- изменяется фаза импульсов, т.е. временное положение относительно тактовых точек.
- ЧИМ и ФИМ объединяют в ВИМ (временно-импульсная модуляция)
Рис. 3. Виды импульсной модуляции исходного сигнала.
Первые сто лет эволюция телефонной сети происходила довольно медленно. Темпы эволюции заметно возросли изобретением и после исследованием методов передачи по линиям связи и коммутации на узлах аналоговых сигналов в цифровой форме. Когда стало реальным создание электронных (цифровых) систем коммутации, линии связи могут быть физические и линии с многоканальной передачи. Существуют два основных метода многоканальной передачи в трактах электросвязи, т.е. организация в одном тракте большого числа каналов: частотный метод (ЧРК) и временной метод (ВРК).
Частотный метод основан на использовании в спектре частот отдельных полос для разных каналов.
Временной метод основан на предоставлении каждому каналу короткого отрезка времени, в течение которого производится отсчет значения передаваемого в канале сигнала. Процесс повторяется через постоянные интервалы времени.
Временной метод многоканальной передачи можно использовать и для коммутации внутри цифровых системах коммутации. Поэтому рассмотрен только этот метод.
Для изучения принципов построения и функционирования электронно-цифровых систем коммутации необходимо прежде всего уяснить процессы преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и процессы обратного преобразования.
Существует несколько методов преобразования. К ним относится аналоговые и цифровые. К аналоговым методам относятся: амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и фазо-импульсная модуляция (ФИМ). К цифровой относятся: импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) и дельта модуляция.
В АИМ сигнал модулируется по амплитуде. В ШИМ лежит метод использования для передачи дискретных значений аналогового сигнала импульсов постоянной амплитуды, но разной ширины.
Если широтно-модулированные импульсы заменить импульсами постоянных амплитуд и длительности, но располагать их соответственно положениям меняющихся срезов широтно-модулированных импульсов, то будет иметь место ФИМ.
Общим недостатком аналоговых методов импульсной модуляции являются жесткие требования к электрическим параметрам линий связи, используемых для передачи модулированных сигналов. Это обусловлено влиянием помех, которые накладываясь на модулированные импульсы, изменяют их форму, что на приемной стороне проявляется в виде шума. Чем длиннее тракт передачи, тем больше величина шума, т.к. искажения, которым подвергаются импульсы на отдельных участках тракта суммируются.
Ограничения, вызываемые невозможность практически передавать АИМ сигналы по линиям связи потребовал создать цифровые методы преобразования.
ИКМ и дельта-модуляции. В ИКМ и АИМ сигнал квантуется и кодируется. Идея дельта-модуляции заключается в передаче по линии знака изменения значения аналогового сигнала изменения значения аналогового сигнала на тактовом интервале. Но частота дискретизации должна быть в 3-4 раза больше чем ИКМ.
Выбор конкретного метода преобразования в первую очередь зависит от области применения и качества передачи речи, которое желательно получить. Области применения можно классифицировать следующим образом: передача, коммутация, хранение и их комбинации. Преобразователи могут быть высокоскоростной и низкоскоростной передачей (при телефонной передаче 32 – 64 кбит/с, передача сигналов звукового вещания 384 кбит/с и т.д.).

Комментарии

Комментариев нет.