Лекция. Системы и сети связи и их классификация

Цель лекции: изучение студентами понятий сети и системы электросвязи, классификация сетей и систем, состав, структура.

Содержание:

- система электросвязи, структура;

- сеть электросвязи, состав, структура;

- классификация сетей, виды телефонных сетей, топологии;

- понятие системы коммутации, классификация, обобщенная структура.

Система электросвязи, структура.

Система электросвязи (телекоммуникационная система) – совокупность технических средств, обеспечивающих образование линейного тракта и каналов передачи (рисунок 1.1) [1, 2, 3, 4].

Рисунок 1.1- Структурная схема системы электросвязи (телекоммуникационной системы)

В состав любой системы электросвязи входит передатчик, канал передачи и приемник. Системы электросвязи делятся на две группы: односторонние (передача информации осуществляется только от источника информации к абоненту, примером может служить радиовещание) и двухсторонние (примером может служить телефония).

Система электросвязи в целом решает две задачи:

а) доставка сообщений – функции системы электросвязи;

б) формирование и распознавание сообщений – функции оконечного оборудования.

Трактом передачи называют совокупность приборов и линий, обеспечивающих передачу сообщений между пользователями.

Канал передачи (связи) – часть тракта передачи между двумя любыми точками. В канал передачи не входят оконечные устройства.

Сеть электросвязи, состав, структура.

Сеть электросвязи (телекоммуникационная сеть)- совокупность линий (каналов) связи коммутационных станций, оконечных устройств, на определенной территории, обеспечивающая передачу и распределение сообщений (рисунок 1.2) [1, 2]. На входе и на выходе сети связи включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование

КС – коммутационная станция; СЛ – соединительная линия;

АЛ – абонентская линии; ОУ – оконечное устройство.

Рисунок 1.2 – Обобщенная структурная схема сети электросвязи (телекоммуникационной сети)

сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Оконечные устройства соединяются с коммутационной станцией абонентскими линиями. Коммутационные станции между собой связаны соединительными линиями. Коммутационные станции осуществляют соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу.

В общем виде, сообщение, передаваемое от источника к получателю, состоит из двух частей: адресной и информационной. По содержимому адресной части коммутационная станция определяет направление связи и осуществляет выбор конкретного получателя сообщения. Информационная часть содержит само сообщение.

Совокупность процедур и процессов, в результате выполнения которых обеспечивается передача сообщений, называется сеансом связи, а набор правил в соответствии, с которыми организуется сеанс связи, называется протоколом.

Классификация сетей, виды телефонных сетей.

Различные виды электросвязи длительный период времени развивались независимо друг от друга. Каждый вид электросвязи ориентировался на создание своих каналов, систем передачи (СП) и сетей. Структура сети выбиралась в соответствии с особенностями распределения потоков сообщений, характерных для конкретного виды электросвязи [1, 2].

Сети электросвязи подразделяются на следующие виды:

-телефонные;

-телеграфные;

-передачи данных;

-факсимильные;

-телевизионного вещания;

-звукового вещания.

В целях упорядочения управления сетями, мониторинга их состояния и обеспечения их взаимодействия необходима классификация сетей по разным существенным признакам, которая позволит определить место каждой сети в системе электросвязи, выявить свойства сетей с разных точек зрения на основе системного подхода. В таблице 1.1 приведена классификация сетей.

По назначению различают виды телефонных сетей [2, 3]:

- городские;

Таблица 1.1 – Классификация сетей

Классификационный признак	Название сети
Категория	- сети общего пользования - выделенные сети - технологические сети - сети специального назначения
Функциональное назначение	- сети доступа - транспортные сети
Тип присоединяемых абонентских терминалов	- сети фиксированной связи - сети подвижной связи
Способ организации каналов	- первичные сети - вторичные сети
Территориальное деление	- международные - междугородные - зоновые - местные
Коды нумерации	- сети кода АВС (географическая система нумерации) - сети кода DEF (негеографическая система нумерации)
Устойчивость и безопасность	- магистральные сети I класса - магистральные сети II класса
Количество служб электросвязи	- моносервисные - мультисервисные
Вид коммутации	- коммутируемые - некоммутируемые
Метод коммутации	- с коммутацией каналов - с коммутацией пакетов - с коммутацией сообщений

- сельские;

- учрежденческие;

- зоновые;

- междугородные.

Городские телефонные сети (ГТС) обеспечивают телефонную связь на территории города и ближайших пригородов.

Сельские телефонные сети (СТС) обеспечивают телефонную связь в пределах сельских административных районов.

Учрежденческие телефонные сети (УТС) обеспечивают внутреннюю телефонную связь предприятий, учреждений, организаций.

Эти три вида телефонных сетей объединены общим названием местные телефонные сети.

Зоновые телефонные сети (ЗТС) предназначены для связи между абонентами местных телефонных сетей, расположенных на территории одной зоны, характеризующейся наличием единой семизначной нумерации.

Междугородная телефонная сеть (МТС) предназначена для связи между абонентами местных телефонных сетей, расположенных на территории различных зон.

На рисунке 1.3 приведены типы топологий телекоммуникационных сетей.

Полносвязанный тип построения или ещё называется принцип «каждый с каждым» - между коммутаторами существуют непосредственные соединения (рисунок 1.3 а).

Радиальный тип построения сети - связь между коммутаторами осуществляется через центральный коммутатор (рисунок 1.3 б).

Радиально-узловой тип имеет центральный коммутатор, узловые и оконечные коммутаторы (рисунок 1.3 в).

Кольцевой тип построения сети позволяет осуществлять связь, как по часовой, так и против часовой стрелки (рисунок 1.3 г).

При комбинированном типе – коммутаторы на верхнем иерархическом уровне связываются по полносвязанной схеме (рисунок 1.3 д).

Рисунок 1.3 – Типы топологий телекоммуникационных сетей

Понятие системы коммутации, классификация, обобщенная структура.

Система коммутации–комплекс оборудования, предназначенный для приема и распределения поступающей информации по направлениям связи.

Классификация коммутационных систем приведена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Классификация коммутационных систем

Классификационный признак	Коммутационная система
Тип коммутационного и управляющего оборудования	- декадно-шаговые - координатные - квазиэлектронные - электронные
Форма представления сигналов	- аналоговые - цифровые
Вид передаваемой информации	- телефонные - телеграфные - передачи данных - вещания
Место, занимаемое в телекоммуникационной сети	- центральные - узловые - оконечные - транзитные - узлы входящих сообщений (УВС) - узлы исходящих сообщений (УИС)
Территориальное деление	- междугородные - городские - сельские - учрежденческие
Емкость	- малой емкости - средней емкости - большой емкости
Разделение каналов	- с пространственным разделением - с временным разделением
Способ коммутации	- коммутация каналов - коммутация пакетов - коммутация сообщений

Для выполнения своих функций коммутационная система должна иметь в своем составе следующие виды оборудования (рисунок 1.4):

- блоки абонентских линий (БАЛ) осуществляют подключение абонентских линий (АЛ) к системе;

- блоки соединительных линий (БСЛ), к которым через КСЛ (комплекты соединительных линий) происходит подключение соединительных линий (СЛ) для связи с другими коммутационными системами;

- коммутационное поле (КП) осуществляет коммутацию входящих линий с исходящими. Коммутационное поле может быть построено на основе пространственного разделения каналов, и тогда в качестве коммутационных элементов используются многократные координатные соединители (МКС), герконовые реле, ферриды. Коммутационное поле с временным разделением каналов строится на основе применения импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) и использует в качестве элементов полупроводниковые запоминающие устройства и логические интегральные микросхемы;

- система управления (СУ) выполняет все логические функции по управлению процессами установления соединений;

- генераторное оборудование осуществляет формирование акустических сигналов.

БАЛ – блок абонентских линий; ГО – генераторное оборудование;

БСЛ – блок соединительных линий; КСЛ – комплект соединительных линий;

АК – абонентский комплект; УУ – управляющее устройство.

Рисунок 1.4 – Обобщенная структура коммутационной системы

Лекция. Сети связи

Цель лекции: изучение студентами различных типов телефонных сетей и принципов их нумерации;

Содержание:

-принципы построения городских телекоммуникационных сетей;

-принципы построения сельских телефонных сетей (СТС);

-принципы нумерации на сетях РК.

Принципы построения городских телекоммуникационных сетей [2, 3, 11].

а) нерайонированные городские телефонные сети - это сети, состоящие из одной АТС (автоматическая телефонная станция или коммутатор), рисунок 2.1;

Рисунок 2.1 – Нерайонированная ГТС

б) районированные городские телефонные сети (без узлообразования), рисунок 2.2, в которых присутствуют несколько районных АТС (РАТС), соединенных линиями по принципу каждая с каждой;

Рисунок 2.2 – Районированная ГТС без узлообразования

в) районированные городские телефонные сети с узлами входящего сообщения, состоят из нескольких узловых районов; РАТС внутри каждого узлового района могут быть соединены между собой по принципу каждая с каждой (узловой район 1) или связываться через узел входящего сообщения (УВС) своего узлового района (узловой район 2), рисунок 2.3. Емкость каждого узлового района не превышает сто тысяч номеров;

г) ГТС с узлами исходящих (УИС) и входящих сообщений (УВС).

Территория города делится на узловые районы емкостью до 100 тыс. номеров каждый. Для установления соединений между РАТС разных узловых районов в каждом узловом районе строят УИС, в которых объединяется исходящая нагрузка станций других узловых районов, и распределяется по направлениям к УВС своего и других узловых районов (максимально 10 УВС в узловом районе) (рисунок 2.4).

Рисунок 2.3 – ГТС с УВС

Рисунок 2.4 – ГТС с УИС и УВС

Принципы построения сельских телефонных сетей (СТС) [2, 3, 11].

На СТС в Республике Казахстан применяют радиальное (рисунок 2.5 а), радиально-узловое построение сетей (рисунок 2.5 б), кроме того возможен комбинированный способ (рисунок 2.5 в).

СТС состоит из: центральной станции (ЦС), расположенной в районном

центре, выполняющая одновременно функции телефонной станции райцентра и транзитного узла СТС. В ЦС включаются СЛ (соединительные линии) от оконечных станций (ОС) при радиальном построении или от ОС и узловых станций (УС) при радиально-узловом построении; через ЦС осуществляется связь с АМТС.

Рисунок 2.5 – Принципы построения СТС

Принципы нумерации на сетях РК [2, 3, 11].

На телекоммуникационных сетях РК применяется зоновый принцип построения плана нумерации. В плане нумерации каждой зоне нумерации назначается трехзначный код АВС (географической зоне нумерации) или DEF (негеографической зоне нумерации).

Соединения между абонентами как внутри Республики, так и между странами осуществляется с использованием междугородной нумерации (Рекомендации Е.160 МСЭ-Т).

Каждому пользователю (абоненту), независимо от типа терминала присваивается уникальный национальный (значащий) номер.

Согласно рекомендациями СЕРТ на сети используются трехзначный код экстренных и справочно-информационных служб 1UV.

Международный номер, состоит из кода страны, национального кода назначения и номера абонента Национальный код назначения АВС (DEF) соответствует коду зоны нумерации вызываемого абонента Республики Казахстан.

Структура международного номера показана на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6

Номер абонента в зоне нумерации состоит из кода «аb» местной сети в зоне (внутризоновый код) и номера абонента на местной сети города или сельского районного центра.

Структура внутризонового номера отражена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7

Лекция. Принципы коммутации

Цель лекции: изучение студентами понятий импульсно-кодовой модуляции, структуры цикла со скоростью 2 Мбит/сек.

Содержание:

- понятие импульсно-кодовой модуляции и принципа формирования ИКМ сигналов;

- структура цикла со скоростью 2 Мбит/сек.

Понятие импульсно-кодовой модуляции (ИКМ или PCM - Pulse Code Modulation).

Преобразование непрерывного первичного аналогового сигнала в цифровой код называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) [1, 2, 4,5]. В телекоммуникациях в качестве основания кода выбрана двоичная последовательность, реализуемая с наименьшими аппаратными затратами. Основными операциями при ИКМ являются операции дискретизации по времени, квантования (дискретизации по уровню дискретного по времени сигнала) и кодирования.

Дискретизацией аналогового сигнала по времени называется преобразование, при котором представляющий параметр аналогового сигнала задается совокупностью его значений в дискретные моменты времени.

В цифровых системах передачи, применяется равномерная дискретизация аналогового сигнала (отсчеты этого сигнала производятся через одинаковые интервалы времени). При равномерной дискретизации используются: интервал дискретизации ∆t (интервал времени между двумя соседними отсчетами дискретного сигнала) и частота дискретизации F_Д (величина, обратная интервалу дискретизации). Величина интервала дискретизации выбирается в соответствии с теоремой Котельникова (Шеннона).

Согласно теореме Котельникова любой аналоговый (непрерывный), сигнал может быть дискретизирован, и восстановлен на противоположном конце, если частота дискретизации будет в два раза превышать верхнюю частоту этого сигнала.

Канал тональной частоты (основной канал аналогового телефонного канала) должен занимать полосу 300 Гц…3400 Гц. Следовательно, частота дискретизации должна быть не менее: Fд=2х3400=6800 Гц. Согласно рекомендациям МСЭ (Международного союза электросвязи) для сигнала, передаваемого по каналу тональной частоты, принята частота дискретизации Fд=8000 Гц. Такая частота облегчает реализацию фильтров аппаратуры ЦСП.

Дискретизированные импульсы соответствуют амплитуде мгновенных значений этого сигнала. Эти преобразования называются амплитудно-импульсной модуляцией. Дискреты передаются один за другим циклически в виде временно уплотнённых АИМ сигналов, рисунок 3.1 а, б.

При квантовании любая техника обработки сообщений и систем передачи имеет конечную разрешающую способность, поэтому нет никакой необходимости передавать всё бесконечное множество амплитудных значений непрерывных сигналов, его можно ограничить конечным множеством. Эти разрешённые для передачи амплитудные значения сигналов называются уровнями квантования, выбор их количества определяет качество передачи электрических сигналов, рисунок 3.1 в.

Полученный при дискретизации АИМ сигнал подвергается квантованию по уровню. Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называются шагом квантования-∆.

Разность между истинным значением отсчёта сигнала и его квантованным значением называется ошибкой или шумом квантования.

Рисунок 3.1- Преобразование аналогового сигнала в ИКМ сигнал

Кодированием квантованного отсчета называется отождествление этого отсчета с кодовыми словами. На практике в ИКМ аппаратуре используют двоичные кодовые слова, причем каждое двоичное слово соответствует определенному уровню квантования сигнала. Согласно рекомендациям МСЭ, было принято 256 уровней квантования (128 положительных и 128 отрицательных уровней), а длина кодового слова - 8 двоичных символов (бит), рисунок 3.1 г.

Первый разряд восьмиразрядной кодовой комбинации определяет полярность амплитуды кодируемого сигнала (1- положительный сигнал "+", 0 – отрицательный "-"); 2,3,4 разряды определяют вершину сегмента, в области которого расположен сигнал; 5,6,7,8 разряды определяют номер уровня в сегменте.

Структура цикла со скоростью 2 Мбит/сек.

Передача речи по отдельным каналам тональной частоты на телефонных сетях осуществляется в диапазоне от 300 Гц до 3400 Гц. Для организаций цифрового коммутационного тракта используется первичный поток ИКМ 30/32 [1, 2, 4].

Структура цикла и сверхцикла системы ИКМ-30 приведены на рисунке 3.2. Цикл состоит из 32 временных интервалов. Сверхцикл состоит из 16 циклов. Длительность цикла Т_Ц= 125 мкс, что определяет частоту следования циклов f_Ц=8 кГц. Длительность сверхцикла равна 16×125 мкс=2 мс. Для каждого канала в цикле выделяется интервал t_К.И=3,9 мкс. Каждый канал рассчитан на передачу информации 8-разрядным бинарным кодом, тогда длительность одного разряда (бита) составит t_б=0,49 мкс. Пропускная способность одного временного интервала 64 кбит/с, тогда пропускная способность стандартного первичного тракта ИКМ составляет 64×32=2048 кбит/с. В цикле ИКМ временные интервалы 0 и 16 являются служебными каналами, а интервалы с 1 по 15 и с 17 по 31 являются информационными каналами.

Рисунок 3.2 - Структура цикла и сверхцикла аппаратуры ИКМ-30

Как видно из рисунка 3.2, цифровой синхросигнал занимает позиции 2-8 нулевого канального интервала в каждом втором цикле. Цикловой синхросигнал представляет собой комбинацию 0011011. Для устранения возможности имитации циклового синхросигнала символами 2-8 нулевых интервалов нечетных циклов символу 2 в этих интервалах придается значение 1. Сверхцикловой синхросигнал, позволяющий осуществить отсчет циклов в сверхцикле, представляет собой комбинацию 0000 и занимает разрядные интервалы 1-4 канального интервала 16 в цикле 0.

Канальный интервал 16 служит для передачи сигнализации. В каждом цикле передаются сигналы сигнализации двух телефонных каналов.

Обозначения на рисунке 1.2: ТК - номер телефонного канала; RO, .... RI5 - циклы в сверхцикле; SK - канальный интервал; В1, .. В8 - кодовое слово длиной 8 бит; N - бит резервирован для международного использования (значение символа не определено, в настоящее время должен принимать значение 1); А - передача сигнала аварии к аппаратуре ИКМ конца линии связи; VI, .... V5 - символы, предназначены для национального использования (на цифровых трактах, пересекающих государственную границ) эти символы должны иметь значение 1); х — резервный символ (в случае, когда он не используете» должен иметь значение I); у - символ, используемый для индикации выхода из сверхциклового синхросигнала; а, b, с, d- символы для организации общего канала сигнализации (ОКС), если Ь, с и d н используются для ОКС, они должны иметь следующие значения: b = 1, с = 0, d= I.