ЦМТС. ЦМТС Лекции. Конспект лекций по учебной дисциплине цифровые многоканальные телекоммуникационные системы (цмтс) 3 курс (ускоренная подготовка) по специальности (направлению подготовки)
 Скачать 3.38 Mb.
|
|
Тема 8. Цифровые волоконно – оптические линейные тракты ......................... 120 Введение ................................................................................................................ 120 Раздел 8.1 Цифровые волоконно – оптические линейные тракты ..……............120 Выводы по теме …………………………………………………………………….123 Контрольные вопросы ............................................................................................. 123 Лекция 25 .......................................................................................................................... 124 Тема 8. Цифровые волоконно – оптические линейные тракты ......................... 124 Введение ................................................................................................................ 124 Раздел 8.1 Цифровые волоконно – оптические линейные тракты ..……............124 Выводы по теме ……………………………………………………………………132 Контрольные вопросы ............................................................................................. 133 Лекция 26 .......................................................................................................................... 134 Тема 9. Линейные коды ЦМТС и оценка их параметров ................................... 134 Введение ................................................................................................................ 134 Раздел 9.1 Линейные коды ЦМТС и оценка их параметров ….…………............134 Выводы по теме …………………………………………………………………….136 Контрольные вопросы ............................................................................................. 136 Лекция 27 .......................................................................................................................... 137 Тема 10. Регенерация сигналов в ЦМТС ............................................................... 137 Введение ................................................................................................................ 137 Раздел 10.1 Регенерация сигналов в ЦМТС …………………...…………............137 Выводы………………………………………………………………………………140 Контрольные вопросы ............................................................................................. 140 Лекция 28 .......................................................................................................................... 141 Тема 11. Расчет длины участка регенерации и нормирование их параметров............................................................................................................... 141 Введение ................................................................................................................ 141 Раздел 11.1 Расчет длины участка регенерации и нормирование их параметров ……………………………………………………….…………...........141 Выводы по теме ……………………………………………………………………144 Контрольные вопросы ............................................................................................. 144 Лекция 29 .......................................................................................................................... 145 Тема 11. Расчет длины участка регенерации и нормирование их параметров............................................................................................................... 145 Введение ................................................................................................................ 145 Раздел 11.1 Расчет длины участка регенерации и нормирование их параметров ……………………………………………………….…………............145 Выводы по теме …………………………………………………………………….151 Контрольные вопросы ............................................................................................. 151 Лекция 30 .......................................................................................................................... 153 Тема 12. Аппаратура ЦМТС ................................................................................. 153 Введение ................................................................................................................ 153 Раздел 12.1 Аппаратура ЦМТС ……………………………………………...........153 Выводы по теме ……………………………………………………………………160 Контрольные вопросы ............................................................................................. 160 Лекция 31 .......................................................................................................................... 161 7 Тема 13. Основы проектирования оптических цифровых линий передачи ..... 161 Введение ................................................................................................................ 161 Раздел 13.1 Основы проектирования оптических цифровых линий передачи ..161 Выводы по теме …………………………………………………………………….171 Контрольные вопросы ............................................................................................. 172 Лекция 32 .......................................................................................................................... 173 Тема 14. Одномодовые источники оптического излучения .............................. 173 Введение ................................................................................................................ 173 Раздел 14.1 Одномодовые источники оптического излучения …………............173 Выводы по теме …………………………………………………………………….181 Контрольные вопросы ............................................................................................. 181 Лекция 33 .......................................................................................................................... 182 Тема 14. Одномодовые источники оптического излучения .............................. 182 Введение .................................................................................................................. 182 Раздел 14.1 Одномодовые источники оптического излучения …………............182 Выводы по теме …………………………………………………………………….187 Контрольные вопросы ............................................................................................. 187 Лекция 34 .......................................................................................................................... 188 Тема 14. Одномодовые источники оптического излучения .............................. 188 Введение ................................................................................................................ 188 Раздел 14.1 Одномодовые источники оптического излучения …………...........188 Выводы по теме ……………………………………………………………………192 Контрольные вопросы ............................................................................................. 192 Лекция 35 .......................................................................................................................... 193 Тема 14. Одномодовые источники оптического излучения .............................. 193 Введение ................................................................................................................ 193 Раздел 14.1 Одномодовые источники оптического излучения …………...........193 Выводы по теме …………………………………………………………………….197 Контрольные вопросы ............................................................................................. 197 Лекция 36 .......................................................................................................................... 198 Тема 15. Одномодовые источники оптического излучения .............................. 198 Введение ................................................................................................................ 198 Раздел 15.1 Одномодовые источники оптического излучения …………...........198 Выводы по теме …………………………………………………………………….202 Контрольные вопросы ………………………………………………………..........202 Список использованных источников………………………………………………………203 Глоссарий……………………………………………………………………………………204 8 Введение Целью и задачами преподавания дисциплины « Цифровые многоканальные телекоммуникационные системы» является изучение общих принципов построения и функционирования оптических цифровых телекоммуникационных систем (ЦМТС), принципов организации и расчета параметров цифровых волоконно-оптических линейных трактов (ОЛТ), методов расчета параметров каналов и групповых трактов, организованных посредством ЦМТС, а также вопросов их технической эксплуатации. Кроме того, целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с российскими и международными стандартами в области телекоммуникаций и перспективами развития оптических цифровых телекоммуникационных систем. Освоение курса ОЦТС базируется на основных смежных курсах: «Физика», «Теория электрической связи», «Основы построения инфотелекоммуникационных систем и сетей», «Устройства цифровой обработки сигналов», «Нелинейная оптика», «Физические основы волоконной и интегральной оптики», «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства», «Микропроцессорная техника в оптических системах связи», «Оптические направляющие среды и пассивные компоненты ВОЛС». 9 Список обозначений и сокращений АЛ - абонентская линия; АМТС - автоматическая междугородняя телефонная станция; АРУ - автоматическая регулировка уровня; АСК - аппаратно-студийный комплекс; АРП - аппаратура регенерационного пункта; АТС - автоматическая телефонная станция; АСТЭ - автоматическая телефонная станция электронная; ВЗГ - ведомый задающий генератор; ВОЛП - волоконно-оптическая линия передачи; ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи; ВСС - взаимоувязанная сеть связи; ГСЭ - генератор сетевого элемента; ГТС - городская телефонная сеть; ДП - дистанционное питание; ЗС - звуковое сообщение; ИКМ - импульсно-кодовая модуляция; К.З. - короткое замыкание; ЛАЦ - линейно-аппаратный цех; ЛД - лазерный диод; ЛТ - линейный тракт; ЛФД - лавинный фотодиод; МДМ - минимальная детектируемая мощность; МСЭ-Т - Международный Союз Электросвязи, комитет по Телефонии; НРП - необслуживаемый регенерационный пункт; НС - неразъемное соединение; ОВ - оптическое волокно; ОК - оптический кабель; ОП - оконечный пункт; ОРП - обслуживаемый регенерационный пункт; ОЦК - основной цифровой канал; ПОМ - передающий оптический модуль; ПОРП - полуобслуживаемый регенерационный пункт; ПРОМ - приёмный оптический модуль; ПЦИ - (PDH) плезиохронная цифровая иерархия; ПЭГ - первичный эталонный генератор; РАТС - районная АТС; РП - регенерационный пункт; РС - разъемный соединитель; РТМ - руководящий технический материал; РТЦ - радио -, телецентр; РУ - регенерационный участок; СКТВ - система кабельного телевидения; СЛ - соединительная линия; СТМ - (STM) синхронный транспортный модуль; СЦИ - (SDH) синхронная цифровая иерархия; ТКС - телекоммуникационная система; ТМ - терминальный (оконечный) мультиплексор; ТО - техническое обслуживание; ТРС - токораспределительная сеть; ТС - транспортная сеть или система; 10 ТСЛ - транссибирская линия; ТСС - тактовая сетевая синхронизация; ТЭ - техническая эксплуатация; УВС - узел входящих сообщений; УИС - узел исходящих сообщений; УС - узел связи; ФД - фотодетектор; ЦСП - цифровая система передачи; ЦУС - центральный узел связи; ЭПУ - электропитающее устройство; APS - автоматическое защитное переключение; ADM - мультиплексор ввода/вывода; B-ISDN - широкополосная сеть с интеграцией служб; BBER - Кош по блокам с фоновыми ошибками; DCC - канал передачи данных; DM - несрочная сигнализация; DCCM - канал передачи данных в мультиплексной секции; DCCR - канал передачи данных в регенерационной секции; ECC - канал управления; ESR - Кош по секундам, с ошибками; ETSI - Европейский институт стандартов в области связи; FS - балласт; IEEE - институт инженеров по электронике и радиотехнике; LAN - локальная вычислительная сеть; 11 Лекция 1 Тема 1. Основные задачи техники цифровых многоканальных систем передачи (2 часа) Введение. Построение ЦМТС основано на принципе временного разделения каналов. При этом, непрерывный аналоговые сигнал преобразуют в цифровой с использованием различных методов цифровой обработки сигналов (ЦОС). Основные задачи техники оптических цифровых телекоммуникационных систем: эффективное использование волоконно- оптических линий связи, создание каналов и трактов передачи, соответствующих современным требованиям. Раздел 1.1. Основные задачи техники цифровых многоканальных систем передачи. Достоинства. Характеристики цифровых каналов тональной частоты. В настоящее время ускорение технического прогресса невозможно без совершенствования средств связи, систем сбора, передачи и обработки информации. В вопросах развития сетей связи во всех странах большое внимание уделяется развитию систем передачи и распределения (коммутации) информации. Наиболее широкое распространение в последнее время получили ОЦТС с импульсно- кодовой модуляцией (ИКМ), работающие по волоконно-оптическим кабелям (ОК). В настоящее время волоконно-оптическая связь широко применяется не только для организации телефонной связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонии, радиове- щания, передачи данных и т.д. Дальнейшему развитию методов и аппаратуры волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) способствуют уникальные свойства волоконно-оптических линий связи (ВОЛС): - малые затухание и дисперсия оптических волокон (ОВ); - гибкость в реализации требуемой полосы пропускания; - широкополосность; - малые габаритные размеры и масса ОВ и ОК; - невосприимчивость к внешним электромагнитным полям; - отсутствие искрения при обрывах, коротком замыкании и ненадёжных контактах; - допустимость изгиба световода под малым радиусом; - низкая стоимость материала световода; - возможность использования ОК, не обладающих электропроводностью и индуктивностью; - высокая скрытность связи; - высокая прозрачность ОВ; - возможность постоянного усовершенствования системы связи по мере появления источников с улучшенными характеристиками. Отечественными и зарубежными фирмами разработана и продолжает разрабатываться широкая номенклатура волоконных световодов и оптических кабелей для ОЦТС различных предназначений и структур. Для широкополосных систем дальней связи, в частности магистральных, изготавливаются кабели с одномодовыми волокнами, т.е. волокнами, в которых распространяется лишь основной тип колебаний. Здесь одновременно предъявляются и наиболее высокие требования по снижению затухания и дисперсионных искажений. Изготавливаются волокна, обеспечивающие сохранение поляризации в 12 распространяющемся оптическом излучении. Такие кабели, предназначенные для магистральной связи, весьма сложны в изготовлении и относительно дороги. Кроме того, их использование предусматривает сочетание с лазерными передающими оптическими модуляторами (ПОМ), к которым также предъявляются повышенные требования в отношении спектральной чистоты излучения, высокой стабильности всех характеристик излучения и т.д. Например, АО «Самарская оптическая кабельная компания» для использования на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) производит оптические кабели ОКЛ, встраиваемые в грозозащитный трос и самонесущие кабели. В них используется оптические волокна фирмы Corning – крупнейшего производителя ОВ в мире. В последнее время на ВСС широко внедряются ТКС синхронной цифровой иерархии (СЦИ, англ. SDH) работающих, также по ВОЛС. SDH – это набор цифровых структур, стандартизированных с целью транспортирования нужным образом адаптированной нагрузки по физическим цепям. В SDH реализуется комплексный процесс перемещения информации, включающей в себя не только передачу сигналов, но и глубокую автоматизацию функций контроля, управления и обслуживания (ОАМ – Operation, Administration and Management). SDH разработана с учетом недостатков РDH и по сравнению с последней имеет следующие преимущества: 1. Возможность передачи широкополосных сигналов, предполагаемых в будущем. 2. Синхронизация сети и синхронная техника мультиплексирования. 3. Использование синхронной схемы передачи с побайтным мультиплексированием. 4. Временное выравнивание за счет побайтового двухстороннего стаффинга. 5. При мультиплексировании осуществляется синхронизация под входные сигналы. 6. Возможность плезиохронной работы при необходимости. В этом случае стаффинг осуществляется за счет двустороннего побитового выравнивания. 7. SDH удачно сочетается с действующими системами РDH и позволяет существенно улучшить управляемость и эффективность этих сетей. 8. Мультиплексирование с использованием техники указателей (пойнтеров). Фазовые со- отношения между циклом SТМ и полезной нагрузкой записывается с помощью указателей. Таким образом, доступ к определенному каналу возможен за счет использования указателя. 9. Сокращение потребности в аппаратуре вследствие эффективности ввода/вывода потоков без разуплотнения группового сигнала. Это позволяет выделять сигналы только требуемых каналов для взаимодействия между системами и при реализации ответвлений. При этом требуется меньше оборудования, снижается потребление энергии, уменьшается занимаемая площадь, снижаются затраты на эксплуатацию. 10. Создается возможность ввода/вывода компонентных сигналов на любом пункте. 11. Встроенная система оперативного переключения сокращает потребности в аппаратуре, улучшает производительность и надежность сети, позволяет выполнять кросс- коммутацию потоков на различных уровнях согласно планируемой конфигурации сети, а также ускоряет процедуры восстановления сети в аварийных ситуациях. 12. SDH обеспечивает надежную трассу передачи системой указателей, которая способствует безупречной работе даже в случае, когда узлы не синхронизированы. Для стыковки сигналов РDH применяется юстификация по битам. Все это вместе гарантирует исключительно низкий коэффициент ошибок по битам. 13. Кольцевые сети SDH обеспечивают экономичное резервирование маршрута и оборудования без сложных схем резервирования сети. 14. Высокая надежность и само восстанавливаемость сети с использованием резервирования и автоматического переключения в обход поврежденного участка за счет полного мониторинга сети и использования кольцевых топологий. 15. Простота перехода с одного уровня SDH на другой. Структура мультиплексированного сигнала SТМ – N идентична структуре сигнала SТМ-1. Скорости 13 транспортировки сигналов SТМ – N определяются умножением базовой скорости 155,52 Мбит/с на N, поэтому при мультиплексировании не требуется формирования нового цикла. 16. Гибкая структура цикла предоставляет возможность для наращивания пропускной способности системы. 17. Прозрачность сети SDH для передачи любого трафика, обусловленная использованием виртуальных контейнеров. 18. Возможность прямого преобразования электрического сигнала в оптический без сложного линейного кодирования. Управление за счет контроля количества ошибок на различных участках передачи информации. Традиционное оконечное линейное оборудование становится не нужным, оно объединяется с аппаратурой мультиплексирования для повышения эффективности. 19. Единый всемирный стандарт для производителей оборудования, высокий уровень стандартизации SDH технологий и стандартизованный линейный код NRZ обеспечивают совместимость мультиплексного и линейного оборудования разных фирм – изготовителей. 20. Нет необходимости в отдельной сети управления, так как сигнал SТМ содержит стандартные сигналы контроля и управления. Управление сетью можно сосредоточить в одном узле. 21. Предоставление услуг по требованию, обеспечиваемое гибкими элементами сети и эффективным управлением сетью. 22. Сокращение издержек технической эксплуатации (ТЭ) и технического обслуживания (ТО) вследствие широких возможностей сетевого управления в системах SDH. Управление функциями передачи, резервирования, оперативного переключения, ввода/вывода и контроля на каждой станции и во всей транспортной системе осуществляется программно и дистанционно по каналам, встроенным в цикл STM, полная автоматизация процессов эксплуатации сети SDH, радикально повышает её гибкость и надежность, а также качество связи. Особенности ЦМТС 1. Высокая помехоустойчивость. 2. Независимость качества передачи от длины линии связи – и цифровой транзит не снижает качества связи. 3. Стабильность параметров каналов ЦМТС. 4. Эффективность использования пропускной способности ЦМТС для передачи дискретных сигналов, так как: - ввод может быть осуществлен непосредственно в групповой тракт; - при вводе дискретного сигнала на временные позиции, соответствующие 1-му каналу ТЧ, могут передаваться со скоростью 64 кбит/с; - ввод дискретных сигналов в групповой тракт позволяет значительно снизить требования к частотной и фазовой характеристикам канала ТЧ; 5. Возможность построения цифровой сети связи: - при этом считаются принципы построения ЦМТС и оборудования коммутации цифровых сигналов; - помехозащищенность оборудования транзита и коммутации является достаточно высокой; - параметры каналов практически не зависят от структуры сети; - высокая надежность сети. 6. Высокие технико-экономические показатели: - большой удельный вес цифрового оборудования; - высокая степень унификации оборудования; - нет необходимости регулировки узлов аппаратуры; - снижение стоимости оборудования и ее габаритов. 7. Более простая математическая обработка передаваемых сигналов (ЦОС). ЦОС направлена на устранение избыточности в исходных сигналах, перекодирование передаваемых сигналов. Например, в результате перекодирования телевизионный сигнал, исходная скорость которого 114 Мбит/с уменьшается до 35 Мбит/с. 14 ЦОС – цифровая обработка сигналов для формирования спектра, объединение и разделение сигналов, оценки характеристик и параметров сигналов (например, спектра). По-сравнению с аналоговыми методами ЦОС позволяет достигать более высокой точности и технологичности. Области применения ЦМТС 1. Уплотнение соединительных линий на ГТС. 2. Интегральная система связи электронных АТС. 3. Радиорелейные системы передачи прямой видимости и тропосферные системы передачи. 4. Спутниковые системы передачи с многостанционным доступом. 5. Волноводные и оптические системы передачи. Параметры каналов ТЧ ЦСП. ЦМТС формируют стандартные каналы ТЧ, параметры которых нормируются и во многом совпадают с соответствующими параметрами каналов АСП. Особенности обусловлены операциями дискретизации по времени, квантованием по уровню и кодированием сигнала. 1. Остаточное затухание. В зависимости от точки измерения может иметь значения -17 дБ; +7 дБ в зависимости от мест измерения и должно быть установлено с точностью 0,5 дБ на f=800 Гц. 2. Амплитудная характеристика (АХ). Определяется в основном амплитудной характеристикой квантующих устройств АЦП и ЦАП. Имеющих ступенчатый (нелинейный характер). АХ – зависимость приращения остаточного затухания от уровня на входе канала. Эта характеристика измеряется в диапазоне входных уровней -55…+3 дБ с частотой 700…1100 Гц и должна укладываться в шаблон (рис. 1.1). дБ а ост , 5 3 5 -55 -50 -40 +3 Рвх, дБм Рисунок 1.1 Шаблон амплитудной характеристики КТЧ Появляющиеся в результате нелинейности амплитудной характеристики для ЦСП шумы квантования требуют введения параметра: отношение сигнал/шум квантования (защищенность от шумов квантования). Защищенность от шумов квантования (А з В ) зависит от уровня сигнала. Шаблон очерчивает нижнюю границу диапазона изменений А з В (рис. 1.2). Реальная величина должна быть больше. Измеряется на частотах 700…1100 Гц. 15 ОСШ, дБ 30 20 10 -10 -20 -30 -40 -50 р, дБ 33 27 22 0 Рисунок 1.2 Защищенность от шумов квантования КТЧ 3. Амплитудно-частотная характеристика. Зависимость приращения остаточного затухания на частоте, отличной от опорной частоты по отношению к остаточному затуханию на опорной частоте. Нормируется с помощью шаблона (рис. 1.3). Рисунок 1.3 Шаблон амплитудно-частотной характеристики КТЧ 4. Фазочастотная характеристика. Зависимость группового времени прохождения сигнала от частоты. Тоже нормируется с помощью шаблона (рис. 1.4). 5. Уровень внятных переходов между каналами ТЧ одной системы передачи на частотах 700…1100 Гц не должен превышать -65 дБм. 6. Формирование ЦСП различных уровней иерархии происходит путем объединения цифровых потоков систем передачи более низкого уровня. Точки соединения аппаратуры 2-х смежных ступеней иерархии называют цифровыми стыками. Параметры цифровых сигналов с стыках стандартизированы: - скорость передачи в стыке; - тип стыкового кода; - параметры элементов цифрового стыка; - затухание соединительной линии стыка. Таким образом, стандартизируют параметры первичных, вторичных, третичных стыков цифровых потоков. 1 2 3 f, кГц а, дБ 2,0 1,0 0,5 -0,5 16 Рисунок 1.4 Шаблон фазочастотной характеристики КТЧ 7. Форма импульсов цифрового сигнала номинально прямоугольна и должна укладываться в шаблон. Выводы. 1. Одной из основных составляющих построения сетей связи являются ЦМТС. 2. В настоящее время цифровые системы передачи подразделяются на АЦИ и СЦИ. 3. Основой построения ЦМТС является основной цифровой канал (ОЦТ). 4. Основной цифровой канал (ОЦТ) отвечает требованиям МЭС-Т (все характеристики строго нормируются). Контрольные вопросы. 1. Перечислите основные достоинства оптических кабелей связи. 2. Назовите основные достоинства цифровых систем передачи. 3. Как подразделяются ОЦТС? 4. Что такое основной цифровой канал? 5. Назовите основные характеристики ОЦК. 6. С какой целью снимаются характеристики ОЦК? 0,6 1,0 2,0 2,6 3,0 f, кГц ГВП, мс 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 |