 |
Описание лабораторной установки
|
|
|
|
В состав лабораторной установки кроме оптических передатчиков и приемников входят: блок ИКМ-30, звуковой генератор, и осциллограф (рис. 3.8).
Блок ИКМ-30 является аппаратурой первого уровня плезиохронной европейской иерархии (E1) цифровой передачи телефонных каналов. Из 30 каналов в лабораторном эксперименте используется один канал.
Сигнал от звукового генератора поступает на один входов блока ИКМ-30, в котором преобразуется в цифровую форму с битовой скоростью 64 Кбит/c.
Рис. 3.8
Общая скорость 30 телефонных каналов по 64 Кбит/c и двух служебных каналов с той же скорость составляет 2048 Кбит/c.
Сигнал, с данной скоростью преобразованный к линейному коду HDB3, поступает на вход оптического передатчика, преобразуется в световой поток, принимается оптическим приемником и по шлейфной перемычке отправляется в обратном направлении.
В блоке ИКМ-30 возвращенный сигнал преобразуется к аналоговому виду.
Осциллограф позволяет контролировать частоту и амплитуду аналогового сигнала на входе и выходе блока ИКМ-30, а также потенциальный код и код HDB3.
Порядок выполнения работы
1. Убедиться, что все приборы, входящие в состав лабораторной установки включены.
2. На экране компьютера найти пиктограмму виртуального осциллографа и активизировать программу.
3. Ознакомиться с изображением на экране и изучить, как осуществляется изменение параметров развертки осциллографа.
4. Измерить амплитудно-частотную характеристику линии. Для измерения используется звуковой генератор и осциллограф, подключенный к выходу блока ИКМ-30. Подключить канал А осциллографа к выходу звукового генератора, а канал B – к выходу блока ИКМ30. Вначале установить выходную частоту звукового генератора 100 Гц и измерить амплитуду сигнала в канале B. Затем с шагом 300 Гц произвести измерения для 15 точек.
|
|
|
Сохранить три осциллограммы на частотах 300, 1000, 3000 Гц в файлах.
5. При помощи набора диафрагм добиться, чтобы были заметны искажения выходного сигнала. Зафиксировать внутренний диаметр диафрагмы.
6. При помощи двух каналов осциллографа измерить форму потенциального кода (канал А) и кода HDB3 (канал B). Сохранить изображения трех вариантов осциллограмм в файлах.
Содержание отчета
1. График амплитудно-частотной характеристики линии.
2. Осциллограммы на выходе звукового генератора и выходе блока ИКМ30.
3. Осциллограммы потенциального и импульсного кода HDB3.
Контрольные вопросы
1. В каких случаях целесообразно использование беспроводных оптических линий связи?
2. Какие полупроводниковые приборы используются для оптической передачи?
3. Особенности линейного (физического) кодирования.
4. Правила кодообразования AMI и HDB3.
Лабораторная работа 4
ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ПО РАДИОКАНАЛУ НАЗЕМНОЙ СВЯЗИ
Цели работы:
– изучение особенностей построения радиорелейных сетей связи;
– исследование методов формирования и преобразования сигналов аппаратуре радиорелейной линии.
Общие положения
В связи с бурным развитием цифровых технологий в области телекоммуникаций происходит слияние каналов передачи речи и данных, а также полный переход их на цифровую основу. Основой современной системы связи становится цифровая сеть. При этом одним из видов цифровой аппаратуры первичной сети передачи, использующей в качестве среды радиоканал, являются радиорелейные линии связи (РРЛ) [4].
Радиорелейная связь (от радио и франц. relais – промежуточная станция), радиосвязь, осуществляемая при помощи цепочки приемо-передающих радиостанций, как правило, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости их антенн. Осуществляется обычно на дециметровых и сантиметровых волнах.
|
|
|
Радиорелейные линии используются для передачи сигналов многоканальной телефонии, телевизионных сигналов, сигналов вещания, телеграфных сигналов, для передачи газетных текстов, компьютерных данных и обеспечивают эту передачу с высоким качеством и большой надежностью связи. Особые свойства, которые отличают радиорелейную связь от традиционной проводной и кабельной, делают ее все более привлекательной для использования в глобальных, региональных и местных сетях передачи данных. В тех случаях, когда требуется осуществить быстрое развертывание сети передачи данных в районах с неразвитой связной инфраструктурой, или при создании сетей передачи данных, обслуживающих подвижных абонентов, радиорелейной связи нет альтернативы.
Дальность прямой видимости зависит от высоты приемо-передающих антенн двух РРЛ и может быть вычислена по формуле: D = 3.557(H 1 + H 2), где D – дальность прямой связи, выраженная в километрах; H 1 и H 2 – высоты подвеса приемо-передающих антенн радиостанций. Радиоволны дециметрового (ДЦВ) и сантиметрового диапазонов (СВ) распространяются в основном за счет поверхностной волны прямолинейно, потому что дифракция радиоволн этого диапазона выражена слабо. Поэтому связь с ее помощью может быть организована только на дальности прямой видимости. Для того чтобы максимально увеличить расстояние прямой видимости между РРЛ, их антенны устанавливают на мачтах или башнях высотой 30…100 м и по возможности – на возвышенных местах. Максимальная дальность радиорелейной связи определяется не только физической прямой видимостью, но и радиовидимостью (для высоких частот критично, чтобы 1-я зона Френеля не касалась поверхности), которая зависит от частотного диапазона используемых РРЛ, емкости ствола (скорости передачи данных), диаметра антенн и может незначительно отличаться от вычисленной по приведенной формуле. Чем выше частота, тем меньше радиус зоны Френеля. Исходя из этого можно было бы предположить, что следует использовать частоту выше, а мачты ниже. Однако с увеличением частоты уменьшается максимальная дальность пролета.
На равнинной местности расстояние между РРЛ обычно составляет 40…70 км, в горах и на пересеченной местности оно может быть увеличено за счет установки РРЛ на возвышенностях или вершинах гор. Если расстояние между РРЛ превышает пределы прямой видимости, то устанавливают промежуточные (ретрансляционные) РРЛ.
|
|
|
Полосы радиочастот РРЛ расположены в диапазоне от 2 до 50 ГГц и жестко регламентируются внутри каждой полосы как рекомендациями ITU (Международного союза электросвязи), так и Радиорегламентом Российской Федерации.
Области применения РРЛ:
– линии связи между населенными пунктами;
– телекоммуникационные сети связи;
– технологические линии связи для железнодорожного транспорта, энергосистем, газо- и нефтепроводов;
– связь между компьютерными и офисными центрами;
– соединительные линии между базовыми станциями сотовой и подвижной связи;
– системы распределения информации;
– временные линии и сети связи для проведения массовых мероприятий или аварийно-спасательных работ;
– линии и сети связи для производственных объединений;
– сети связи для крупных сельскохозяйственных предприятий.
В настоящий момент РРЛ строятся на основе двух основных технологий: PDH (Plesiohronic digital hierarchy – плезиохронная цифровая иерархия) и SDH (Synchronous digital hierarchy – синхронная цифровая иерархия). Технология PDH является самой ранней, и большинство РРЛ, используемых на территории нашей страны, принадлежат к средствам, реализующим эту технологию [5].
При использовании цифровых методов мультиплексор (типа n:1) формирует из n входных цифровых последовательностей одну выходную, состоящую из повторяющихся групп по n одноименных блоков (бит, байт, несколько байтов), сформированных за «тайм-слот». Мультиплексор теоретически должен при этом обеспечить скорость передачи данных порядка n × v, где v – скорость передачи данных одного входного канала, предполагаемая одинаковой для всех каналов. Если в качестве входного используется сигнал основного цифрового канала DS0 (ОЦК) со скоростью передачи 64 Кбит/с, то с помощью одного мультиплексора типа n:1 можно теоретически формировать потоки со скоростью n × 64 Кбит/с. Если считать этот мультиплексор первым в схеме каскадного соединения из нескольких мультиплексоров второго, третьего и т. д., то можно сформировать различные иерархические наборы цифровых скоростей передачи, или цифровые иерархии, позволяющие довести этот процесс мультиплексирования, или уплотнения каналов, до необходимого уровня, дающего требуемое число каналов DS0 на выходе, выбирая различные коэффициенты кратности.
|
|
|
Схемы плезиохронной цифровой иерархии – PDH. Три такие иерархии были разработаны в начале 80-х гг. В первой из них, принятой в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1), была выбрана скорость 1544 Кбит/с (фактически n = 24), т. е. двадцать четыре цифровых телефонных канала по 64 Кбит/с.
Во второй, принятой в Японии, использовалась та же скорость для DS1.
В третьей, принятой в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 Кбит/с (формально n = 32, фактически n = 30, т. е. в качестве информационных используется тридцать телефонных или информационных каналов 64 Кбит/с плюс два канала сигнализации и управления по 64 Кбит/с).
Первая иерархия, порожденная скоростью 1544 Кбит/с, давала последовательность: DS1 – DS2 – DS3 – DS4 или последовательность вида: 1544 – 6312 – 44 736 – 27 4176 Кбит/с (часто цитируется ряд приближенных величин 1.5 – 6 – 45 – 274 Мбит/с), что, с учетом скорости DS0, соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n = 24, m = 4, l = 7, k = 6. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0.
DS0…DS4 – называют цифровыми каналами 0–4-го уровней иерархии. В терминологии, используемой в связи, это, соответственно: основной цифровой канал (ОЦК), первичный цифровой канал (ПЦК), вторичный цифровой канал (ВЦК), третичный цифровой канал (ТЦК) и четвертичный цифровой канал (ЧЦК).
Вторая иерархия, порожденная скоростью 1544 Кбит/с, давала последовательность DS1 – DS2 – DSJ3 – DSJ4 или последовательность 1544 – 6312 – 32 064 – 97 728 Кбит/с (ряд приближенных величин составляет 1.5 – 6 – 32 – 98 Мбит/с), что с учетом скорости DS0 соответствует ряду коэффициентов мультиплексирования n = 24, m = 4, l = 5, k = 3. Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 24, 96, 480 и 1440 каналов DS0.
DSJ3 и DSJ4 называют цифровыми каналами 3-го и 4-го уровней японской PDH-иерархии.
Третья иерархия, порожденная скоростью 2048 Кбит/с, давала последовательность Е1 – E2 – ЕЗ – Е4 – Е5 или 2048 – 8448 – 34 368 – 139 264 – 564 992 Кбит/с (ряд приближенных величин составляет 2 – 8 – 34 – 140 – 565 Мбит/с), что соответствует ряду коэффициентов n = 30 (32), m = 4, l = 4, k = 4, i = 4 (т. е. коэффициент мультиплексирования в этой иерархии выбирался постоянным и кратным 2). Указанная иерархия позволяет передавать соответственно 30, 120, 480, 1920 и 7680 каналов DS0, что отражается и в названии ИКМ-систем: ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 и т. д.
|
|
|
Указанные иерархии известны под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ.
Параллельное развитие трех различных иерархий не могло способствовать развитию глобальных телекоммуникаций в мире в целом, поэтому комитетом по стандартизации ITU-T или МСЭ-Т были сделаны шаги по их унификации и возможному объединению. В результате был разработан стандарт [5], согласно которому:
– были стандартизованы три первых уровня первой иерархии (DS1 – DS2 – DS3), четыре уровня второй иерархии (DS1 – DS2 – DSJ3 – DSJ4) и четыре уровня третьей иерархии (Е1 – Е2 – ЕЗ – Е4) в качестве основных и указаны схемы кросс-мультиплексирования иерархий, например, из третьей иерархии в первую (с первого на второй уровень) и обратно (с третьего на четвертый уровень), что и показано на рис. 4.1 (коэффициенты мультиплексирования показаны на линиях связи блоков, представляющих скорости передачи);
– последние уровни первой (274 Мбит/с) и третьей (565 Мбит/с) иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных;
– была сохранена ветвь 32 064…97 728 Кбит/с во второй иерархии, т. е. уровни DSJ3 и DSJ4, параллельные уровням DS3 в первой иерархии и Е4 в третьей иерархии. Уровень DSJ3 фактически соответствует уровню ЕЗ, что облегчает кросс-мультиплексирование со второго уровня на третий. Уровень DSJ4 – 98 Мбит/с – был, возможно, сохранен для совместимости с технологией распределенного оптоволоконного интерфейса данных FDDI.
Рис. 4.1
Работы по стандартизации иерархий как в Европе, так и в Америке имели два важных последствия:
– разработка схемы плезиохронной цифровой иерархии (PDH или ПЦИ);
– разработка схемы синхронной цифровой иерархии (SONET/SDH или СЦИ).
Иерархический ряд скоростей, который поддерживает PDH (2.048, 8.448, 34.368, 139.262 Мбит/с), в настоящее время является явно недостаточным для современных потребностей.
Второй, более развитой технологией, реализуемой в РРЛ, является технология SDH.
Синхронная цифровая иерархия – технология широкополосных транспортных сетей, которые являются инфраструктурой для подключения пользователя к широкому спектру услуг. Сети SDH предоставляют широкий диапазон скоростей доступа, в том числе совместимых с плезиохронной цифровой иерархией, прозрачны для трафика любой природы (голос, данные, видео). Заложенная в структуру SDH-сигнала служебная информация обеспечивает возможность централизованного управления сетевыми устройствами и сетью в целом, позволяя гибко и оперативно обслуживать сеть и предоставлять пользователям необходимые потоки, а также реализует механизмы защиты информационных потоков в сети от возможных аварий.
Входными сигналами синхронной иерархии могут быть перечисленные ранее цифровые потоки плезиохронной иерархии и более высокие скорости передачи, представленные ниже:
– STM-1 – 155.520 Мбит/с;
– STM-4 – 622.08 Мбит/с;
– STM-16 – 2487.32 Мбит/с;
– STM-64 – 9949.28 Мбит/с;
– STM-256 – 39797.12 Мбит/с.
В качестве первичного уровня иерархии здесь выступает сигналSTM-1 (Synchronous Transport Module – синхронный транспортный модуль), от которого с множителем «4» продолжается иерархический ряд скоростей.
Современная цифровая РРЛ – сложный технический комплекс, в который входит приемопередатчик, модем, мультиплексор, приемопередающие антенны, система автоматического резервирования, система телеуправления и телесигнализации, контрольно-измерительная аппаратура, устройства служебной связи, система электропитания.
Рассмотрим функции основных устройств: приемопередатчика, модема и мультиплексора.
Приемопередатчик РРЛ – устройство, которое выполняет функции приема и передачи модулированных электрических колебаний заданных частот. Приемник выделяет электрический сигнал заданной частоты из сигналов, принятых приемной антенной. С выхода приемника сигнал поступает на демодулятор. Передатчик вырабатывает модулированный электрический сигнал заданной частоты для последующего его излучения передающей антенной. На вход передатчика сигнал поступает из модулятора. Один комплект приемопередающей аппаратуры, установленный на РРЛ, образует ствол. Для увеличения пропускной способности на РРЛ устанавливают несколько комплектов такой аппаратуры – создают несколько стволов.
Модем РРЛ – оконечное устройство, служащее для модуляции-демодуляции сигнала. Поступающий из мультиплексора дискретный сигнал, модем преобразует в аналоговый (непрерывный) сигнал некоторой промежуточной частоты и передает его в приемопередатчик, а при приеме поступающий из приемопередатчика аналоговый сигнал преобразуется в дискретный. Таким образом, в составе цифрового радиорелейного тракта модем выполняет функции цифрового стыка, который должен соответствовать международным рекомендациям. Как правило, в модеме РРЛ дополнительно создаются речевой канал, позволяющий организовывать служебную телефонную связь и сервисный канал связи для дистанционного контроля параметров. В многопролетных системах связи программное обеспечение позволяет проводить дистанционное управление и диагностику модемов.
Для преобразования сигнала в модемах РPЛ до недавнего времени применялись относительно несложные методы модуляции: [4].
– FSK (Frequency Shift Keying) – частотная модуляция (ЧМ), сущность которой заключается в том, что дискретные сигналы «0» и «1» передаются гармоническими сигналами (синусоидами), имеющими различные частоты;
– PSK (Phase Shift Keying) – фазовая модуляция, при которой дискретные сигналы «0» и «1» передаются переключением двух несущих, сдвинутых на полпериода относительно друг друга.
Однако возрастающие требования к скорости передачи информации и при ограниченном частотном ресурсе приводят к необходимости применения многопозиционных видов модуляции с большим числом различимых состояний информационного параметра. К ним относятся: квадратурная фазовая манипуляция (quadrature phase shift keying – QPSK),квадратурная амплитудная модуляция (QAM – Quadrature Amplitude Modulation).
Мультиплексор РРЛ для технологии PDH предназначен для асинхронного объединения нескольких цифровых потоков в один, например Е1 (2048 Мбит/с) в сигнал Е2 (8448 Мбит/с) или сигнал E3 (34 368 Мбит/с).
Мультиплексор технологии SDH синхронно объединяет 63 цифровых потока Е1 (2048 Мбит/с) в STM-1 – 155.52 Мбит/с; 126 Е1 (2048 Мбит/с) в STM-4 – 622.08 Мбит/с, и т. д.
РРЛ классифицируют по следующим взаимосвязанным признакам:
– скорость передачи данных (цифрового потока) – пропускная способность;
– емкость радиорелейной линии (количество стволов и каналов в них);
– количество пролетов в радиорелейной линии.
Высокоскоростные радиорелейные линии большой емкости применяются в глобальных сетях передачи данных и называются магистральными. Среднескоростные радиорелейные линии средней емкости – для создания региональных, зоновых сетей передачи данных и называются зоновыми. Наконец, малоканальные широко используются для организации связи на железнодорожном транспорте, газопроводах, нефтепроводах, линиях электропередачи и т. п. Малоканальные радиорелейные линии с подвижными РРС применяются в военных целях.
Современные цифровые радиолинии позволяют:
– оперативно наращивать возможности системы связи путем установки оборудования РРС в помещениях узлов связи, используя антенно-мачтовые устройства;
– организовать многоканальную связь в регионах со слабо развитой (или с отсутствующей) инфраструктурой связи, а также на участках местности со сложным рельефом;
– развертывать разветвленные цифровые сети в регионах, больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна;
– восстанавливать связь в районах стихийных бедствий или при спасательных операциях и др.
Сеть может строиться как однопролетная линия, многопролетная линия и радиорелейная сеть.
|
|
|
