Структура потока E1 4 страница
60. Типы станций цифровой сети ОТС и их проектные и эксплуатационно-технические характеристики. Принципы организации должны отвечать следующим требованиям: - обеспечение взаимодействия с аналоговой сетью ОТС; - локальность, обеспечивающая доступ в сеть ограниченному кругу абонентов; - возможность организации диспетчерских связей в соответствии с принятой структурой управления эксплуатационной работой железнодорожного транспорта; - резервирование диспетчерских связей; - использование отечественных аппаратных средств и программного обеспечения. 61. Принципы синхронной цифровой иерархии. СЦИ позволяет организовать универсальную транспортную систему, охватывающую все участки сети и выполняющую функции как передачи информации, так и контроля и управления. Она рассчитана на транспортирование сигналов ПЦИ, а также всех действующих и перспективных служб, в том числе широкополосной цифровой сети с интеграцией услуг (В-ISDN), использующей асинхронный способ переноса (АТМ). В сети СЦИ применен принцип контейнерных перевозок. Подлежащие транспортировке сигналы предварительно размещаются в стандартных контейнерах С (Container). Все операции с контейнерами производятся независимо от их содержания, чем и достигается прозрачность сети СЦИ, т.е. способность транспортировать различные сигналы ПЦИ, потоки ячеек АТМ или какие-либо новые, еще не известные сигналы. Фактически, средства СЦИ позволяют построить три сети: · информационную, т. е. несущую полезную нагрузку; · управляющую в соответствии с принципами TMN (Telecommunications Management Network); · синхронизирующую, т. е. передающую сигналы синхронизации. Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности (ниже), регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи. Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода 62. Коды исправляющие пакеты ошибок. Рассмотрим, чем определяется способность блочного кода обнаруживать и исправлять ошибки, возникшие при передаче. Пусть U = (U0, U1, U2,...Un-1) - двоичная последовательность длиной n. Число единиц (ненулевых компонент) в этой последовательности называется весом Хемминга вектора U и обозначается w(U). Например, вес Хемминга вектора U = (1001011) равен четырем, для вектора U = (1111111) величина w(U) составит 7 и т.д. Таким образом, чем больше единиц в двоичной последовательности, тем больше ее вес Хемминга. Далее, пусть U и V будут двоичными последовательностями длиной n. Число разрядов, в которых эти последовательности различаются, называется расстоянием Хемминга между U и V и обозначается d(U, V). Например, если U = (1001011), а V = (0100011), то d(U, V) = 3. Другими словами, если по каналу передается информация со скоростью V = 1кбит/с и в канале в среднем каждую секунду будет происходить искажение одного символа, то в среднем семь принятых слов на 109 переданных будут проходить через декодер без обнаружения ошибки (одна необнаруживаемая ошибка за 270 часов). Таким образом, использование даже такого простого кода позволяет на несколько порядков снизить вероятность необнаруживаемых ошибок. 63. Расчет рабочего затухания групповых каналов. Во многих радиотехнических устройствах часто возникает необходимость выделения заданных частотных диапазонов из имеющегося спектра частот. Выделение требуемой полосы частот с очень малым затуханием осуществляется фильтрами. При расчете фильтра, с одной стороны, необходимо определить, с какими допустимыми искажениями передается входной сигнал, являющийся функцией частоты или времени, на выход фильтра, и, с другой стороны, из каких конкретных элементов должен состоять этот фильтр. Получение наивыгоднейших выходных характеристик с минимальными искажениями и создание принципиальной схемы фильтра с минимальным числом элементов, осуществляющей требуемую передачу сигнала, является содержанием расчета фильтров. В электрических, радиотехнических и телемеханических установках часто решается задача: из совокупного сигнала, занимающего широкую полосу частот, выделить один или несколько составляющих сигналов с более узкой полосой. Сигналы заданной полосы выделяют при помощи частотных электрических фильтров. К частотным электрическим фильтрам различной аппаратуры предъявляются разные, порой противоречивые требования. В одной области частот, которая называется полосой пропускания, сигналы не должны ослабляться, а в другой, называемой полосой задерживания, ослабление сигналов не должно быть меньше определенного значения. Фильтр считают идеальным, если в полосе пропускания отсутствует ослабление сигналов и фазо-частотная характеристика линейна (нет искажения формы сигналов), а вне полосы пропускания сигналы на выходе фильтра отсутствуют. Фильтры могут быть однозвенные (первого порядка), двухзвенные (второго порядка) и многозвенные (n- го). Чем выше порядок фильтра, тем круче его амплитудно-частотная характеристика и тем более она похожа на его идеальную характеристику. Фильтр любого порядка можно построить путем каскадного соединения фильтров первого и второго порядков. Электрический фильтр представляет собой четырехполюсник, предназначенный для выделения из состава сложного электрического колебания частотных составляющих, расположенных в заданной полосе частот, и подавления тех составляющих, которые расположены в других полосах частот. Первая из названных полос представляет собой полосу пропускания, а вторая – полосу задерживания. По взаимному расположению полос пропускания и полос задерживания различают фильтры нижних частот, фильтры верхних частот, полосовые и режекторные фильтры. Фильтры нижних частот (ФНЧ) пропускают сигналы частот от 0 до и задерживающей колебания любых белее высоких частот. LC–фильтр нижних частот пропускает электрические колебания в полосе частот от 0 до . Это объясняется тем, что на низких частотах сопротивление индуктивного элемента XL фильтра мало, а емкостного XC – велико и электрические колебания проходят со входа на выход почти без ослабления. С увеличением частоты сопротивление индуктивного элемента возрастает, а емкостного – снижается и коэффициент передачи фильтра уменьшается. 64. Основные элементы линейного тракта по ВОЛС. Регенерация оптического сигнала. Волоконно-оптические линии связи относятся к наиболее перспективным средствам передачи информации. В этих линиях в качестве переносчика сигналов используются световые волны, передатчиками чаще всего служат полупроводниковые лазеры или светодиоды, а приемниками -фотодиоды. При этом световые волны, модулированные полезным сигналом, передаются по волоконным световодам. К основным преимуществам ВОЛС по сравнению с известными системами связи относятся: широкополосность и высокая пропускная способность, малое затухание передаваемых сигналов, высокая защищенность от внешних помех, малые габариты и масса [41, 42, 63]. В ВОЛС, в зависимости от их назначения, могут использоваться разные типы волоконных световодов. Например, в широкополосных системах дальней связи (дальность более 100 км) применяются одномодовые или градиентные волокна, а в системах со сравнительно узкой полосой пропускания и дальностью не более 10 км используют градиентные и многомодо-вые волокна. Подобно СВЧ тракту ВОЛС в дополнение к источнику светового излучения, волоконно-оптическому кабелю и фотоприемнику содержит ряд элементов, которые осуществляют требуемую обработку передаваемых сигналов. Наиболее часто используют следующие элементы: разъемные и неразъемные соединители, разветвители, направленные ответвители, переключатели, модуляторы, устройства, объединяющие оптические сигналы разных частот в общем световоде (мультиплексоры) или разделяющие подобные сигналы (демультиплексоры), полосовые фильтры и др. Хотя по своим функциональным свойствам элементы оптического тракта во многом аналогичны элементам тракта СВЧ (см. гл.13-14), использование конструкций элементов тракта СВЧ в оптическом Диапазоне практически невозможно. Это связано с весьма малой величиной длины волны оптического излучения. В оптическом диапазоне решающее значение при создании того или иного элемента имеет выбранная технология изготовления. Многие элементы и узлы изготавливаются по очень сложной технологии и почти на пределе технических возможностей, поскольку допуски на геометрические размеры составляют доли длины волны (доли микрометра). Следует отметить, что работа по созданию элементов оптического тракта еще далека от завершения. Поэтому ряд элементов разработан и освоен промышленностью, другие элементы находятся в стадии разработки. В настоящее время многие элементы могут быть реализованы в трех различных конструктивных вариантах, называемых микрооптической, интегрально-оптической или волоконно-оптической конструкциями. Отмеченные трудности при изготовлении микрооптических конструкций устройств удается отчасти преодолеть при использовании интегрально-оптических конструкций. В этом случае оптическое устройство или его часть, состоящие из ряда элементов, соединенных отрезками линий передачи, объединяются на общей подложке и изготавливаются одновременно (подобно интегральной схеме). В результате образуется миниатюрная оптическая конструкция, обеспечивающая весьма плотную компоновку элементов, высокую прочность и надежность, низкий уровень потерь при передаче оптических сигналов, поскольку удается использовать минимально возможные длины соединительных отрезков. Как правило, интегрально-оптические конструкции элементов ВОЛС строятся на основе или планарного световода, или разных типов полосковых световодов. Планарную конструкцию должны иметь и все элементы, составляющие оптическую схему. Отсутствие в настоящее время полного набора таких элементов затрудняет интеграцию на общей подложке достаточно больших и сложных оптических схем. Кроме того, трудности в использовании интегрально-оптических конструкций в ВОЛС состоят в обеспечении эффективной стыковки выходов таких схем с волоконными световодами. Наиболее удобными для использования в оптических трактах ВОЛС являются элементы, имеющие волоконно-оптическую конструкцию. Подобные элементы конструируются непосредственно внутри волоконного световода. В настоящее время это наименее разработанная область техники: создано весьма малое количество элементов, имеющих такую конструкцию. Они включают в себя оптические соединители, розетки, шнуры, распределительные панели, кроссовые шкафы, соединительные муфты, оптические разветвители, аттеньюаторы, системы спектрального уплотнения и т.д. то есть все, что необходимо для обеспечения передачи оптического сигнала по волоконно-оптическому кабелю от передатчика к приемнику. Самой важной проблемой передачи информации по ВОЛС является обеспечение надежного соединения оптических волокон. Оптический соединитель – это устройство, предназначенное для соединения различных компонентов волоконно-оптического линейного тракта в местах ввода и вывода излучения. Такими местами являются: оптические соединения оптоэлектронных модулей (приемников и передатчиков) с волокном кабеля, соединения отрезков оптических кабелей между собой, а также другими компонентами. Различают неразъемные и разъемные соединители. Неразъемные соединители используются в местах постоянного монтажа кабельных систем. Основным методом монтажа, обеспечивающим неразъемное соединение, является сварка. Разъемные соединители (коннекторы) допускают многократные соединения/разъединения. Промежуточное положение занимают соединения типа механического сплайса. Механический сплайс – это простое в использовании устройство для быстрой стыковки обнаженных волокон с покрытием с диаметром 250 мкм-1 мм посредством специальных механических зажимов. Используется как для одноразового, так и для многократного использования. По надежности и по вносимым потерям механический сплайс уступает сварному соединению. По конструкции соединения бывают симметричными и несимметричными. Упрощенные схемы соединителей показаны на рис. При несимметричной конструкции для организации соединения требуется два элемента: соединитель гнездовой и соединитель штекерный, рис. а. Оптическое волокно в капиллярной трубке коннектора-штекера не доходит до торца капилляра, а остается в глубине. Напротив, волокно в гнездовом соединителе выступает наружу. При организации соединения физический контакт волокон происходит внутри наконечника-капилляра, который обеспечивает соосность волокон. Открытое волокно, и капиллярная полость у этих соединителей являются основными недостатками, снижающими надежность несимметричной конструкции. Особенно недостатки сказываются при большом количестве переподключений. Поэтому такой тип конструкции получил меньшее распространение. При симметричной конструкции для организации соединения требуется три элемента: два соединителя и переходная розетка (coupling) (рис. б). Главным элементом соединителя является наконечник (ferrule). Переходная розетка служит центрирующим элементом, выполненным в виде трубки с продольным разрезом – должен быть обеспечен контакт между наконечником и центрирующим элементом розетки (рис. в). Центрирующий элемент плотно охватывает наконечники и обеспечивает их строгую соосность. Оптический регенератор (англ. optical regenerator) — компонент оптической системы связи, предназначенный для регенерации цифрового оптического сигнала. В сетях дальней связи даже при использовании оптических усилителей, восстанавливающих амплитуду сигнала, накапливаются искажения формы и девиация относительной задержки сигналов (потеря синхронизации). Поэтому обычно требуется периодическая регенерация (от англ. regeneration — восстановление) для восстановления первоначальной формы и синхронизации сигналов. Полная регенерация (3R регенерация) предполагает выполнение трех восстанавливающих операций по отношению к сигналу: восстановление амплитуды (усиление), восстановление формы и восстановление синхронизации. В современных сетях связи эти три операции выполняются с использованием опто-электро-оптического (ОЕО) преобразования. Такие оптические регенераторы называются оптическими повторителями. Оптические повторители осуществляют детектирование оптических сигналов, преобразование их в электрические сигналы, полное восстановление сигнала в электрической форме и дальнейшую ретрансляцию в виде оптических сигналов. Оптические повторители — относительно сложные и дорогие устройства, поскольку в состав оптического повторителя входят оптический приемник, электрический регенератор и передатчик. Для снижения стоимости ОЕО регенераторов большое число оптических повторителей объединяют в одну фотонную интегральную схему, содержащую также оптический мультиплексор, демультиплексор и электронные переключатели каналов. В будущих сетях дальней связи предполагается использовать полностью оптические регенераторы, выполняющие операции восстановления параметров сигнала нелинейно-оптическими методами без преобразования в электрический сигнал. Предложено несколько способов осуществления полностью оптического восстановления сигналов, основанных на фазовой самомодуляции сигналов в оптических волокнах или канальных волноводах, на фазовой кроссмодуляции, на четырехволновом смешении и на нелинейном насыщении.
Последние достижения в производстве оптических волокон и в технологии оборудования, используемого для коммуникаций связи, существенно уменьшили деградацию сигнала в линии. В настоящее время регенерация (восстановление) оптического сигнала в линиях связи необходимо на расстояниях, превышающих несколько сотен километров. Это существенно уменьшило стоимость организации оптической сети, особенно по подводным участкам, там где стоимость и надежность ретрансляторов — один из ключевых факторов, определяющих работу целой кабельной системы. Главные достижения, вносящие свой вклад в эти технологии, это возможность управления дисперсией, и применяемые солитоновые излучатели, которые используя нелинейные эффекты в волокне, позволяют передавать сигнал без дисперсии по длинным кабелям, покрывающим большие расстояния.
|