ТПСС. 3.ТПСС Лекции -2021 г. Конспект лекций по учебной дисциплине транспортные проводные системы связи 3 курс по специальности (направлению подготовки)
 Скачать 2.21 Mb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» __________________________________________________________________________ Кафедра СЕТЕЙ и СИСТЕМ СВЯЗИ (наименование кафедры) КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ Транспортные проводные системы связи 3 курс по специальности (направлению подготовки): 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи Самара 2021 2 УДК 621.391 Иванов В.И. Транспортные проводные системы связи. Конспект лекций. – Самара. ПГУТИ, 2021. – 144 с. В конспекте лекций рассматриваются основные вопросы построения современных цифровых транспортных проводных систем связи и оптических линейных трактов. Последовательно излагаются методы уплотнения оптических кабелей, способы построения оптических линейных трактов. Большое внимание уделяется технологии спектрального уплотнения. Рецензент: Трошин А.В. – к.т.н., доцент, доцент кафедры «Сетей и систем связи» ФГОБУВПО ПГУТИ Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» Иванов В.И., 2021 3 Содержание конспекта лекций Введение ................................................................................................................................. 6 Список сокращений и обозначений .................................................................................. 7 Лекция 1. Основные задачи техники транспортных проводных систем связи (2 часа) ................................................................................................................................ … 9 Введение.………………………………………………………………………………9 Раздел 1.1. Основные задачи техники ТПСС. Достоинства. Характеристики цифровых каналов тональной частоты. Обобщенная структурная схема транспортных проводных систем связи……………..………...…………………….9 Выводы по разделу ................................................................................................... 15 Контрольные вопросы. ............................................................................................... 16 Лекция 2. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов .................................... 17 Введение. ..................................................................................................................... 17 Раздел 2.1. Преобразование сигналов в ТПСС (алгоритмы и методы) ................ 17 Выводы по теме ........................................................................................................ 19 Контрольные вопросы .............................................................................................. 19 Лекция 3. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов (продолжение) ............20 Введение………………………………………………………………………......... 20 Раздел 2.1. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов ....................... 20 Выводы по теме ....................................................................................................... 22 Контрольные вопросы ............................................................................................. 22 Лекция 4. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов (продолжение) ....... 23 Раздел 2.1. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов Выводы по теме ....................................................................................................... 28 Контрольные вопросы ............................................................................................. 28 Лекция 5. Структурная схема оконечной станции первичной ТПСС и основные узлы 29 Введение .................................................................................................................. 29 Раздел 3.1 Структурная схема оконечной станции первичной ТПСС и основные узлы ……………………………………………………………................29 Выводы по теме ....................................................................................................... 30 Контрольные вопросы ............................................................................................. 30 Лекция 6 Структурная схема оконечной станции первичной ТПСС и основные узлы. (продолжение) ……………………………………………………………………………… 31 Введение .................................................................................................................. 31 Раздел 3.1 Структурная схема оконечной станции первичной ТПСС и основные узлы………………………………………………………………............31 Выводы по теме ....................................................................................................... 45 Контрольные вопросы ............................................................................................. 45 Лекция 7 Системы синхронизации ТПСС ........................................................................ 46 Введение .................................................................................................................. 46 Раздел 4.1 Системы синхронизации ТПСС …………………...…………..............46 Выводы по теме ……………………………………………………………………..49 Контрольные вопросы ............................................................................................... 49 Лекция 8 Системы синхронизации ТПСС (продолжение) .............................................. 50 Введение .................................................................................................................... 50 Раздел 4.1 Системы синхронизации ТПСС. …………………...………….............50 Выводы по теме ……………………………………………………………………..53 Контрольные вопросы ............................................................................................... 53 Лекция 9 Линейные коды ТПСС и оценка их параметров ............................................ 54 Введение .................................................................................................................. 54 Раздел 5.1 Линейные коды ТПСС и оценка их параметров. ….…………............54 4 Выводы по теме. …………………………………………………………………….56 Контрольные вопросы ............................................................................................... 56 Лекция 10 Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии ..................................... 57 Введение .................................................................................................................. 57 Раздел 6.1 Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии ..………..............57 Выводы по теме. ……………………………………………………………………..63 Контрольные вопросы … ........................................................................................... 63 Лекция 11 Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии (продолжение).………64 Введение .................................................................................................................. 64 Раздел 6.1 Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии ..………..............64 Выводы по теме ……………………………………………………………………..67 Контрольные вопросы ............................................................................................... 68 Лекция 12 Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии (продолжение)………69 Введение .................................................................................................................. 69 Раздел 6.1 Плезиохронные и синхронные цифровые иерархии ..………..............69 Выводы по теме ……………………………………………………………………..72 Контрольные вопросы ............................................................................................... 72 Лекция 13 Цифровые волоконно – оптические линейные тракты ................................. 73 Введение .................................................................................................................. 73 Раздел 7.1 Цифровые волоконно – оптические линейные тракты ..……..............73 Выводы по теме ……………………………………………………………………...76 Контрольные вопросы ............................................................................................... 76 Лекция 14 Цифровые волоконно – оптические линейные тракты (продолжение) ....... 78 Введение ................................................................................................................. 78 Раздел 7.1 Цифровые волоконно – оптические линейные тракты ..……..............78 Выводы по теме ……………………………………………………………………..84 Контрольные вопросы ............................................................................................... 85 Лекция 15 Цифровые волоконно – оптические линейные тракты (продолжение) ....... 86 Введение .................................................................................................................. 86 Раздел 7.1 Цифровые волоконно – оптические линейные тракты ..……..............86 Выводы по теме ……………………………………………………………………..105 Контрольные вопросы .............................................................................................. .105 Лекция 16 Регенерация сигналов в ТПСС…. ................................................................ . 106 Введение ................................................................................................................ 106 Раздел 8.1 Регенерация сигналов в ТПСС …………………...…………..............106 Выводы………………………………………………………………………………109 Контрольные вопросы ............................................................................................. 109 Лекция 17 Расчет длины участка регенерации и нормирование их параметров ........ 110 Введение ................................................................................................................ 110 Раздел 8.2 Расчет длины участка регенерации и нормирование их параметров ……………………………………………………….…………...........110 Выводы по теме ……………………………………………………………………115 Контрольные вопросы ............................................................................................. 115 Лекция 18 Спектральное уплотнение ……………………………………………………116 Введение ................................................................................................................ 116 Раздел 9.1 Спектральное уплотнение……………………………..……...............116 Выводы по теме ………………………………………………………………..…..124 Контрольные вопросы ............................................................................................. 124 Лекция 19 Спектральное уплотнение (продолжение) …………………………….…125 Введение ................................................................................................................. 125 Раздел 9.1 Спектральное уплотнение………………………………..……............125 Выводы по теме …………………………………………………………………….128 5 Контрольные вопросы ............................................................................................. 128 Лекция 20 Основы технической эксплуатации ТПСС Перспективные оптические телекоммуникационные системы………………………………………………………… 130 Введение ................................................................................................................ 130 Раздел 10.1 Перспективные транспортные проводные системы связи…...........130 Выводы по теме ……………………………………………………………………133 Контрольные вопросы ............................................................................................. 133 Список использованных источников……………………………………………………...134 Глоссарий……………………………………………………………………………………135 6 Введение Целью и задачами преподавания дисциплины «Транспортные проводные системы передачи» является изучение общих принципов построения и функционирования транспортных проводных систем связи (ТПСС), принципов организации и расчета параметров цифровых волоконно-оптических линейных трактов (ОЛТ), методов расчета параметров каналов и групповых трактов, организованных посредством ТПСС, 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. Изучение дисциплины ТПСС базируется на обеспечивающих курсах общая теория связи, основы построения инфокоммуникационных систем и сетей, направляющие системы электросвязи. 7 Список обозначений и сокращений АЛ - абонентская линия; АРУ - автоматическая регулировка уровня; АСК - аппаратно-студийный комплекс; АРП - аппаратура регенерационного пункта; ВЗГ - ведомый задающий генератор; ВОЛП - волоконно-оптическая линия передачи; ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи; ВСС - взаимоувязанная сеть связи; ГСЭ - генератор сетевого элемента; ДП - дистанционное питание; ЗС - звуковое сообщение; ИКМ - импульсно-кодовая модуляция; 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; РП - регенерационный пункт; РС - разъемный соединитель; 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; ТС - транспортная сеть или система; ТСС - тактовая сетевая синхронизация; ТЭ - техническая эксплуатация; УС - узел связи; ФД - фотодетектор; ЦСП - цифровая система передачи; ЦУС - центральный узел связи; ЭПУ - электропитающее устройство; ADM - мультиплексор ввода/вывода; B-ISDN - широкополосная сеть с интеграцией служб; 8 BBER - Кош по блокам с фоновыми ошибками; DCC - канал передачи данных; 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; 9 Лекция 1. Основные задачи техники транспортных проводных систем связи (2 часа) Введение. Построение ТПСС 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 транспортных проводных систем связи. Достоинства. Характеристики цифровых каналов тональной частоты. Обобщенная схема цифровых многоканальных телекоммуникационных систем (ТПСС) 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 ТПСС 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 ТПСС 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 10 предъявляются и наиболее высокие требования по снижению затухания и дисперсионных искажений. Изготавливаются волокна, обеспечивающие сохранение поляризации в 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. 11 15. Простота перехода с одного уровня SDH на другой. Структура мультиплексированного сигнала SТМ – N идентична структуре сигнала SТМ-1. Скорости 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 транспортных проводных систем связи 1. Высокая помехоустойчивость. 2. Независимость качества передачи от длины линии связи – и цифровой транзит не снижает качества связи. 3. Стабильность параметров каналов ТПСС 4. Эффективность использования пропускной способности ТПСС 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 ТПСС 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). 12 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. 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 ТПСС 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 ТПСС. ТПСС 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. |