Основы построения телекоммуникационных систем и сетей |
Глава 3. Типовые каналы передачи и их характеристики |
Канал передачи – это комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу
сигнала электросвязи в определенной полосе частот или с определенной скоростью передачи между сетевыми станциями,
сетевыми узлами или между сетевой станцией и сетевым узлом, а также между сетевой станцией или сетевым узлом и
оконечным устройством первичной сети. Каналы подразделяются на аналоговые, цифровые и смешанные (аналого-цифровые).
Канал передачи, параметры которого соответствуют принятым нормам, называют типовым.
Стандартный канал ТЧ.
Канал тональной частоты (ТЧ) является единицей измерения емкости аналоговых систем передачи и используется для передачи
телефонных сигналов, а также сигналов данных, факсимильной и телеграфной связи, в нормализованной эффективно передаваемой
полосе частот 300…3400 Гц. В цифровых системах передачи единицей измерения является основной цифровой канал (ОЦК) со
скоростью передачи 64 кбит/с.
Для передачи сигналов, имеющих более широкую полосу, чем сигналы ТЧ (например, сигналы
звукового вещания, телевидения и так далее), или требующих скорость передачи большую, чем 64 кбит/с с помощью систем передачи
создаются широкополосные или высокоскоростные цифровые каналы.
Групповой тракт – это комплекс технических
средств, предназначенный для передачи сигналов электросвязи нормализованного числа каналов тональной частоты или ОЦК в
полосе частот или со скоростью передачи, соответствующей данному групповому тракту.
Групповой тракт, параметры и
структура которого соответствуют принятым нормам, называют типовым.
Основой общегосударственной первичной сети
связи являются сетевые тракты, которые организуются между двумя сетевыми станциями (узлами) и непосредственно
используются на этих станциях или предоставляются во вторичные сети.
Сетевые тракты могут быть получены из трактов
более высоких порядков несколькими способами.
Один из способов связан с использованием типового
преобразовательного оборудования. При этом тракт более высокого порядка разделяется на тракты данного порядка, часть из
которых и предоставляется на этой станции потребителю, а оставшиеся включаются в транзитное оборудование станции для
дальнейшей передачи по сети.
Второй способ основан на том, что сетевой тракт любого вида может быть получен
посредством оборудования выделения из линейных трактов. Чаще всего этот способ используется на обслуживаемых
усилительных пунктах (ОУП) при выделении вторичных групповых трактов из линейного тракта.
Третий способ состоит в
получении сетевых трактов с помощью аппаратуры выделения из трактов высшего порядка. Данный способ используется на узлах,
где потребность в каналах и трактах небольшая.
Организация сетевого тракта из группового достигается
подключением к его окончаниям специального оконечного оборудования (комплект
образования трактов - КОТ). В передающей части КОТ предусматривается развязывающие
устройства для ввода в тракт группового и вспомогательных контрольных сигналов,
а также для подключения измерительных приборов. В приёмную часть КОТ входят
развязывающие устройства для вывода группового и вспомогательных контрольных
сигналов и подключения измерительных приборов, заграждающий фильтр,
препятствующий попаданию группового контрольного сигнала на выход тракта,
регулирующие аттенюаторы и, амплитудный и фазовый корректоры, совмещаемые
обычно с усилителями.
Сетевые тракты могут предоставляться только при
условии наличия у них типового каналообразующего оборудования. В общем случае
потребителю предоставляются широкополосные каналы, оборудованные на базе
соответствующих сетевых трактов.
Широкополосные каналы получаются подключением к
окончаниям сетевых трактов каналоформирующего оборудования (КФО), в состав которого входят полосовые фильтры для
формирования канала, заграждающие фильтры для подавления широкополосного сигнала в полосе
частот приемников группового контрольного сигнала и частот сетевого контроля,
устройства амплитудного ограничения и амплитудно-частотной коррекции, регулирующий
аттенюатор. Каналоформирующее оборудование является единым при передаче по широкополосному каналу сигналов
различных сообщений.
Широкополосным каналам, образованным на базе типовых
групповых трактов, присваивают наименование одноименного группового тракта. Соответственно
различают:
В зависимости от полосы частот первичных сигналов, которые нужно передать, выбирается тот или иной
широкополосный канал.
В цифровой системе передачи не предусмотрено специальное оборудование для организации
сетевых трактов. Групповой цифровой поток, сформированный на данной ступени иерархии, направляется либо на следующую
ступень временного объединения потоков, либо на оборудование линейного тракта. Точки соединения оборудования двух
смежных ступеней иерархии называют сетевыми стыками (СС). Параметры СС являются типовыми.
Аппаратура цифровых
плезиохронных систем передачи (ЦСП PDH) – европейский стандарт, обеспечивает создание типовых цифровых каналов передачи
со следующими градациями скоростей, кбит/с:
Кроме того, на базе данных цифровых
каналов и трактов должны образовываться следующие типовые аналоговые каналы и
тракты: канал ТЧ (на базе ОЦК), канал звукового вещания (на базе СЦК),
вторичный групповой тракт (на базе трех первичных цифровых групповых трактов –
ЦГТ) и, наконец, канал ТВ со звуковым сопровождением (на базе трех третичных
ЦГТ).
В сетевых стыках должна осуществляться передача не
только информационных (ИС), но и тактовых (ТС) сигналов, обеспечивающих
тактовую синхронизацию регенераторов и приемного генераторного оборудования
оконечных станций. Имеющиеся в составе цифровых потоков служебные символы
(цикловой и сверхцикловой синхронизации) обеспечивают доступ к составляющим
цифровых потоков низших ступеней иерархии. Исключение составляет ОЦК, в котором таких символов нет. По этой причине
в него вводят октетный сигнал (ОС), позволяющий разделять восьмиразрядные кодовые
группы. Таким образом, в СС ОЦК осуществляется обмен не только ИС и ТС, но и
ОС.
В американской системе PDH предусмотрены следующие градации скоростей (уровней
иерархии), кбит/с:
Чтобы создать единую цифровую сеть и удовлетворить как американским требованиям,
так и европейским, предусматривающим передачу сигнала на скорости 139,268
Мбит/с, был определен основной иерархический уровень новой структуры синхронного
мультиплексирования, равный 155, 520 Мбит/с, что является результатом умножения
в три раза скорости 51,84 Мбит/с (51,84х3=155,520).
Все уровни мультиплексирования в синхронных цифровых
системах (SDH) являются положительными целыми кратными числами этого базового сигнала SТM-1 (синхронный
базовый модуль-1) .
Таким образом, была выработана единая всемирная
концепция, касающаяся передачи сигналов данных со скоростью 155 Мбит/с. Это
означает, что все предыдущие PDH сигналы должны быть включены в базовый сигнал SDH при помощи процедуры, называемой
«Mapping» (размещение).
3.2. Основные параметры и характеристики каналов
Канал ТЧ является основным на первичной сети. Он предназначен для передачи телефонных, телеграфных, факсимильных сигналов и сигналов передачи данных между станциями и узлами первичной сети связи. Упрощенная схема организации канала ТЧ приведена на рис.3.1.
дБ – удлинитель
Рис. 3.1. Упрощённая схема организации канала ТЧ
Телефонный канал включает в себя двухпроводное окончание и четырехпроводный тракт. Дифференциальная
система (ДС) служит для перехода с четырехпроводного тракта к двухпроводному окончанию. Удлинители в двухпроводном
окончании имеют затухание 3,5 дБ и называются транзитными. Характеристики канала ТЧ нормируются рекомендациями
МСЭ серии М.
Нормированные (номинальные) измерительные уровни в стандартных точках канала ТЧ составляют: на
входе канала 0 дБ, на выходе транзитного удлинителя минус 3,5 дБ, на входе четырехпроводного тракта минус 13 дБ, на выходе
четырехпроводного тракта 4,3 дБ, на входе транзитного удлинителя минус 3,5 дБ и на выходе канала минус 7 дБ на частоте
800 Гц (1020 Гц для каналов, образованных ЦСП).
Эффективно передаваемая полоса частот канала 0,3…3,4
кГц. Средняя длительная мощность сигналов, передаваемых по каналу ТЧ, должна
быть не более 32 мкВт, а максимальная, определённая с вероятностью превышения 10-3, –1250 мкВт. Номинальное
значение остаточного затухания канала AOCT = 7 дБ при
двухпроводном и AOCT = –17 дБ при четырёхпроводном окончаниях.
Входное ZBX и
выходное ZBЫX сопротивления канала ТЧ равны 600 Ом. Отклонение входного и выходного сопротивлений от
номинального ZH оценивается коэффициентом отражения, равным:
или затуханием несогласованности (отражения):
,
где ZP– реальное значение сопротивления. Значение αотр не должно превышать 10%.
Многоканальные системы передачи с частотным и временным разделением каналов – это сложный комплекс технических средств,
включающий в себя оконечную аппаратуру, устанавливаемую на оконечных пунктах (ОП), промежуточную аппаратуру,
размещаемую в обслуживаемых (ОУП) или необслуживаемых (НУП) усилительных пунктах, а также линий связи (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Структурная схема построения систем передачи
В отличие от аналоговых систем во временных (цифровых) системах на обслуживаемых и необслуживаемых пунктах
устанавливается аппаратура для восстановления (регенерации) импульсных сигналов линейного тракта. Поэтому обслуживаемые
и необслуживаемые пункты в этих системах принято называть регенерационными (ОРП, НРП).
Поясним, для чего нужны
усилительные и регенерационные пункты. Дальность передачи сигналов по физическим цепям (средам) определяется, прежде
всего, затуханием (ослаблением) сигнала из-за того, что в цепи теряется часть энергии передаваемого сигнала. Конкретные
электрические параметры цепи и чувствительность приемного устройства определяют допустимую дальность связи. Например,
при передаче речи мощность сигнала на выходе микрофона телефонного аппарата Pпер= 1 мВт, а
чувствительность телефона приемного аппарата Pпр= 0,001 мВт. Таким образом, максимально допустимое
затухание цепи не должно быть больше
aмакс = 10lg(Pпер/Pпр) = 10lg(1/0,001) = 30
дБ. Зная затухание aмакс и километрический коэффициент затухания a, можно определить дальности
передачи l = aмакс/a.
В системах передачи применяется способ компенсации затухания сигналов повышением мощности сигнала в нескольких
равномерно расположенных точках тракта. Часть канала связи между соседними промежуточными усилителями
называется усилительным участком. Изменение уровней сигнала вдоль магистрали описывается диаграммой уровней,
приведенной на рис. 3.3.
![]() ![]() |
Pпер, Pпр– уровни сигнала на
передаче и приеме, Pпом– уровень помехи
Рис. 3.3. Диаграмма уровней сигнала вдоль линии связи
Аппаратура ОУП и НУП служит не только для усиления аналогового сигнала, но и для коррекции (выравнивания)
амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик линейного тракта.
Остаточное затухание канала – рабочее затухание (усиление) канала, определяемое
в условиях замыкания входа и выхода канала на активные сопротивления нагрузок,
равные номинальным значениям входного и выходного сопротивлений канала как
четырёхполюсника. При согласовании всех элементов, образующих канал передачи,
по входным сопротивлениям остаточное затухание можно определить как разность
суммы затуханий и суммы усилений в канале: aост = Σa - ΣS. Остаточное затухание канала ТЧ
составляет 7 дБ. Максимальное отклонение во времени на одном транзитном участке не должно превышать 2,2 дБ
с вероятностью 0,95.
Эффективно передаваемая полоса частот канала ТЧ – полоса, на крайних частотах которой (0,3 и 3,4 кГц) остаточное затухание на 8,7 дБ превышает остаточное затухание на частоте 800 Гц. Частотная характеристика отклонения канала ТЧ от номинала 7 дБ должна оставаться в пределах шаблона (рис.3.4).
Рис. 3.4. Шаблон отклонения остаточного затухания аналогового канала ТЧ
Фазочастотные искажения не являются столь существенным при передаче речи. Но так как каналы ТЧ используются также для передачи данных и факсимильной связи, большие фазочастотные искажения недопустимы. Поэтому нормируется отклонение группового времени передачи (ГВП) от его значении на частоте 1900 Гц на одном транзитном участке длиной 2500 км (рис.3.5).
![]() |
Рис. 3.5. Допустимые отклонения ГВП канала ТЧ
Коэффициент нелинейных искажений канала ТЧ на одном транзитном участке не должен превышать 1,5% (1% по
третьей гармонике) при номинальном уровне передачи сигнала частотой 800 Гц. Амплитудная характеристика при этом
нормируется следующим образом: остаточное затухание канала на одном транзитном участке должно оставаться постоянным
с точностью 0,3 дБ при изменении уровня измерительного сигнала от минус 17,5 дБ до плюс 3,5 дБ в точке с нулевым
измерительным уровнем на любой частоте в пределах 0,3…3,4 кГц. При повышении уровня измерительного сигнала до 8,7 и 20
дБ остаточное затухание должно уменьшиться не менее чем на 1,75 и 7,8 дБ соответственно.
Помехи в каналах ТЧ.
На выходе канала ТЧ кроме информационного сигнала присутствуют помехи, которые определяются на приемном конце в точке с
относительным уровнем –7 дБ. Средняя величина псофометрического (взвешенного) напряжения помех в канале в течение любого
часа на одном переприемном участке длиной 2500 км не должна превышать 1,1 мВ псоф.
Стандартные каналы ТЧ,
организованные с помощью цифровых и оптических систем передачи, являются более высококачественными. Поэтому ряд
характеристик цифровых каналов ТЧ имеют отличия.
Нормы на амплитудно-частотные искажения заданы МСЭ в
виде шаблона (рис.3.6). Если сравнить допустимые отклонения остаточных затуханий
цифровых и аналоговых каналов ТЧ, можно отметить, что нормы для цифровых каналов
более жесткие. То же можно сказать и о фазочастотных искажениях (рис.3.7).
Рис. 3.6. Шаблон отклонений остаточного затухания цифрового канала ТЧ
Рис. 3.7. Шаблон на допустимую неравномерность ГВП цифрового канала ТЧ
Для цифровых каналов ТЧ вводится дополнительная характеристика, которая оценивает шумы квантования. Эта характеристика задается в виде зависимости отношения сигнал-шум (ОСШ) от уровня сигнала (рис. 3.8).
![]() |
Рис. 3.8. Зависимость отношения сигнал/шум квантования от уровня сигнала
Широкополосные каналы. Современные системы передачи позволяют организовать каналы с более высокой,
чем канал ТЧ пропускной способностью. Увеличение пропускной способности достигается расширением эффективно
передаваемой полосы частот (ЭППЧ), причем широкополосные каналы образуются объединением определённого количества
каналов ТЧ.
Рабочие полосы частот сетевых трактов и каналов приведены в таблице 3.1. Полосы частот широкополосных
каналов несколько уже за счёт полосовых фильтров КФО: внутри рабочих полос имеются области «всплесков» затухания и фазы
из-за содержания в КОТ и КФО заграждающих фильтров на частотах контрольных сигналов.
Таблица 3.1.Рабочие полосы частот сетевых трактов и каналов
Вид канала или тракта | Тракт | Канал |
Предгрупповой | 12,3…23,4 | |
Первичный | 60,6…107,7 | 65…103 |
Вторичный | 312,3…551,4 | 330…530 |
Третичный | 812,6…2943,7 | 900…1900 |
3.3. Организация двусторонних каналов
К большинству систем связи предъявляется требование обеспечения одновременной и независимой передачи сигналов в двух направлениях – требование двусторонней связи. Для организации двусторонней связи используются два канала однонаправленного действия, образующих двунаправленный четырехпроводный канал (рис.3.9). Проходящие через однонаправленный канал сигналы усиливаются (SА-Б и SБ-А).
Рис. 3.9. Канал двустороннего действия
Двунаправленный двухпроводный канал образуется из четырехпроводного
при помощи развязывающих устройств (РУ). Зажимы 1-1 РУ называют линейными.
Прохождение сигналов от линейных зажимов РУ станции А к линейным зажимам РУ
станции Б, а также в противоположном направлении показаны на рис.3.9 с помощью
сплошной и штриховой линий.
Затухание сигналов между линейными зажимами станций А и Б называется остаточным
затуханием двухпроводного канала aОСТ = a1-2 - SА-Б(Б-А)+a4-1
. Желательно, чтобы a1-2 и a4-1были минимальны.
Основная трудность при организации перехода от четырех- к двухпроводному каналу с
помощью РУ состоит в появлении петли обратной связи (ОС). Сигнал, попадая в двухпроводный
канал, начинает циркулировать по петле ОС, что приводит к искажениям формы сигналов и в
пределе – к самовозбуждению канала.
Затухание, которое претерпевает сигнал,
проходя от зажимов 4-4 к зажимам 2-2 РУ, называется переходным aпер.
Затухание по петле ОС, равное сумме всех затуханий и усилений,
aoc = aпер1 + aпер2 - SА-Б - SБ-А
носит специальное название – запас устойчивости. Если aoc ≤ 0,
то канал неустойчив и самовозбуждается.
В качестве РУ в современных системах
передачи широко используется дифференциальная система (ДС), выполненная на основе
симметричного трансформатора со средней точкой (рис.3.10) (полуобмотки II и III идентичны).
В состав ДС входит сопротивление Z3, называемое балансным. Оно
приближенно отражает свойства входного сопротивления абонентской линии.
К ДС
предъявляются требования минимального затухания в рабочих направлениях и максимального
переходного затухания. Данные требования выполняются при соблюдении так называемого
условия баланса ДС. Условием баланса ДС в направлении 4-4 – 2-2 является равенство входного
сопротивления абонентской линии и балансного сопротивления ZBX = Z3
. Условием баланса ДС в направлении 1-1 – 3-3 является равенство входного сопротивления
первой полуобмотки дифференциального трансформатора и входного сопротивления
направления приема четырехпроводного канала Zвх.тр. = Z4 .
Рис. 3.10. Схема
трансформаторной дифференциальной системы
В случае сбалансированной ДС мощность входных сигналов, подводимых к
зажимам 1-1 и зажимам 4-4, передается на соответствующие выходные зажимы 2-2 и 1-1 не
полностью, а лишь частично, и входные сигналы испытывают так называемые рабочие
затухания ДС a4-1 = a1-2 = 10lg2 = 3дБ. В реальных ДС за счет
неидеальности трансформатора рабочие затухания несколько больше.
Переходное затухание a42 реальной ДС также является конечной величиной.
Оно зависит, в основном, от точности равенства входного сопротивления абонентской линии и
балансного сопротивления. Величина переходного затухания a42
трансформаторных ДС может быть определена по формуле:
,
где – балансное затухание трансформаторной ДС.
3.4. Схемы организации двусторонних трактов
Различают две основные схемы:
В однополосной четырехпроводной схеме (рис.3.11,
а) линейные тракты имеют совпадающие спектры. При использовании симметричных
кабелей во избежание значительных взаимных влияний линейные тракты размещаются
в различных кабелях. Такая схема называется двухкабельной. При использовании
коаксиального кабеля взаимные влияния практически отсутствуют, поэтому коаксиальные
пары могут размещаться в одном кабеле. Такая схема называется однокабельной.
В двухполосной двухпроводной схеме (рис.3.11,
б) используется один и тот же линейный тракт. При этом связь в противоположных
направлениях передачи организуется в разных полосах частот при помощи пары
направляющих фильтров ФВЧ и ФНЧ (рис.3.12).
Рис. 3.12. Разделение спектров направлений передачи в двухполосных системах
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятию «сетевой тракт». Способы получения сетевых
трактов из трактов более высокого порядка.
2. Какие широкополосные каналы Вы знаете?
3. Дайте определение канала тональной частоты.
4. Для чего служит дифференциальная система?
5. Для чего нужны усилительные и регенерационные пункты?
6. Какая дополнительная характеристика вводится в цифровых каналах ТЧ?
7. Как организуется двунаправленный двухпроводный канал?
назад | содержание | вперёд