Кодирование сигналов и импульсно-кодовая модуляция. Архитектура и топологии сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 1. Импульсно-кодовая модуляция

Исходные данные:

Сумма двух последних цифр шифра - 13

Число телефонных каналов системы передачи - 28

Расчет:

1. Длительность цикла равна периоду дискретизации:

Период дискретизации выбирается на основе теоремы Котельникова:

где - верхняя частота спектра первичного (непрерывного) сигнала;

- частота дискретизации.

Для стандартных телефонных каналов, занимающих полосу частот 0,3-3,4 кГц, частоту берут с запасом для возможности выделения первичного сигнала на приеме при помощи фильтра нижних частот с реальными характеристиками. Она принимается равной 8 кГц.

2. Число канальных интервалов в цикле передачи заданной системы передачи:

N - число телефонных каналов в системе передачи

Длительность канального интервала :

3. Тактовый интервал (период следования кодовых символов 0 и 1)

m - число символов в кодовой группе(разрядность кода). Примем m=8, а длительность кодового импульса

4. Длительность сверхцикла в групповом сигнале:

5. Определим тактовую частоту группового цифрового сигнала и ширину полосы частот , необходимую для его передачи

Реальные исходные сигналы имеют спектры, которые ограничены полосой

?F = Fmax - Fmin

Тогда ширина спектра амплитудно-модулированного (АМ) сигнала будет равна:

?f = f0 + Fmax - f0 + Fmax = 2Fmax.

Для телефонных сигналов (Fmin = 0,3 кГц, Fmax = 3,4 кГц) с ?F = 3100 Гц и Fmax = 3400 Гц ширина спектра ?fa = 6800 Гц.

Ширина спектра частот ИКМ-сигнала в тысячи раз больше ширины спектра АМ-сигнала при одинаковом числе каналов.

Задача 2. Кодирование аналоговых сигналов

Исходные данные:

Значение отсчета: 18,1 В

Шаг квантования: 0,06 В

1) Напряжение кодируемого отсчета можно записать так:

Поскольку кодируемый отсчет положительный, в первой позиции кодовой группы будет 1

2)Поиск и кодирование сегмента начинаются со второго такта кодирования

При втором такте х сравнивается с эталонным напряжением 128(граница между сегментами С3 и С4). Сравнение показывает, что х>128. Во второй позиции кодовой группы фиксируется 1.

3) При третьем такте х сравнивается с эталонным напряжением 512. Сравнение показывает, что х<512 (граница между сегментами С5 и С6).Во третьей позиции кодовой группы фиксируется 0. Следовательно, требуемый сегмент находится в одном из двух сегментов С4 и С5

4) При четвертом такте х сравнивается с эталонным напряжением 256. Сравнение показывает, что х>256, что означает, что х находится в пределах сегмента С5. В четвертой позиции кодовой группы фиксируется 1.

В итоге двоичный номер сегмента, в котором находится кодируемое значение х, будет значение 101

В последующих четырех тактах кодирования определяется уровень квантования в сегменте С5 (шаг квантования 16 и эталонный сигнал 256)

5) При пятом такте х сравнивается с набором эталонов напряжения 256 и 64, сумма которых (384) соответствует середине сегмента, то есть границе между шагами 7 и 8 квантования. При сравнении оказалось, что х<384. Отсюда следует, что х находится на уровне нижней половины сегмента. В пятой позиции кодовой группы фиксируется 0.

6) При пятом такте х сравнивается с набором эталонов напряжения 256и 64. Их сумма 320 соответствует границе между шагами 3 и 4. Сравнение дает х<320. В шестой позиции кодовой группы фиксируется 0.

7)При седьмом такте х сравнивается с набором эталонов 256 и 32. Их сумма 288соответствует границе между шагами 1 и 2. Сравнение дает х>288. Таким образом, в седьмой позиции кодовой группы фиксируется 1

8) При восьмом такте х сравнивается с набором эталонов 256, 32 и 16. Их сумма соответствует границе между шагами 2 и 3. Сравнение дает х<304. Таким образом, в восьмой позиции кодовой группы фиксируется -0

Двоичный номер уровня в сегменте будет 1111, а полная кодовая группа (с учетом полярности сигнала) - 1101 0010.

Задача 3. Системы передачи с временным разделением каналов

Тема «Функциональные модули сети SDH. Архитектура и топологии сети»

Рассмотрим основные элементы системы передачи данных на основе SDH, или функциональные модули SDH. Эти модули могут быть связаны между собой в сеть SDH. Логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необходимые функциональные связи модулей - топологию, или архитектуру сети SDH.

Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью:

сбор входных потоков через каналы доступа в агрегатный блок, пригодный для транспортировки в сети SDH - задача мультиплексирования, решаемая терминальными мультиплексорами - ТМ сети доступа;

транспортировка агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных/выходных потоков - задача транспортирования, решаемая мультиплексорами ввода/вывода - ADM, логически управляющими информационным потоком в сети, а физически - потоком в физической среде, формирующей в этой сети транспортный канал;

перегрузка виртуальных контейнеров в соответствии со схемой маршрутизации из одного сегмента сети в другой, осуществляемая в выделенных узлах сети, - задача коммутации, или кросс-коммутации, решаемая с помощью цифровых коммутаторов или кросс-коммутаторов - DXC;

объединение нескольких однотипных потоков в распределительный узел - концентратор (или хаб) - задача концентрации, решаемая концентраторами;

восстановление (регенерация) формы и амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов - устройств, аналогичных повторителям в LAN;

сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помощью оконечного оборудования - различных согласующих, устройств, например, конверторов интерфейсов, конверторов скоростей, конверторов импедансов и т.д.

Мультиплексор (Multiplexer - MUX) - основной функциональный модуль сетей SDH и PDH. Этим термином обозначают устройства сборки (мультиплексирования) высокоскоростного потока из низкоскоростных и разборки (демультиплексирования), т.е. выделения из высокоскоростного низкоскоростных потоков.

SDH-мультиплексоры (SMUX) в отличие от мультиплексоров, используемых в сетях PDH, могут выполнять и функции собственно мультиплексора и устройства терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH-иерархии непосредственно к своим входным портам. К тому же, они способны решать задачи коммутации, концентрации и регенерации вследствие их конструкции. Таким образом, их возможности зависят лишь от системы управления и состава модулей. Различают два типа мультиплексоров: терминальные и ввода-вывода.

Рисунок 1 Синхронный мультиплексор (SMUX): Терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM.

Терминальный мультиплексор (Terminal multiplexer - ТМ) является оконечным устройством SDH-сети с некоторым числом каналов доступа, соответствующим определенному уровню PDH- и SDH-иерархий. Для мультиплексора четвертого уровня SDH-иерархии (STM-64), имеющего скорость выходного потока 10 Гбит/с, входными каналами могут служить PDH-трибы со скоростью передачи данных 1.5, 2, 6, 8, 34, 45, 140 Мбит/с и SDH-трибы со скоростью 155, 622 и 2500 Мбит/с (соответствующие STM-1, STM-4, STM-16). Если PDH каналы являются электрическими, то SDH каналы могут быть как электрическими (STM-1), так и оптическими. У мультиплексоров третьего уровня исключается входной канал со скоростью 2500 Мбит/с, второго - еще и канал со скоростью 622 Мбит/с. У мультиплексоров первого уровня входными могут быть только PDH-трибы. Конкретный мультиплексор может и не поддерживать полный набор входных каналов доступа.

Важной особенностью SDH-мультиплексора является наличие двух оптических выходов (каналов приема/передачи), называемых агрегатными, используемых для резервирования или защиты по схеме 1+1 с целью повышения надежности. Эти выходы (в зависимости от топологии сети) могут называться основными и резервными (линейная топология), или восточными и западными (кольцевая топология). Нужно заметить, что термины "восточный" и "западный", применительно к сетям SDH используются достаточно широко для указания на два прямо противоположных пути распространения сигнала в кольцевой топологии: один по кольцу влево - "западный", другой - по кольцу вправо - "восточный". Они не обязательно являются синонимами терминов "основной" и "резервный". Если резервирование не применяется, то достаточно одного выхода.

Мультиплексор ввода/вывода (Add/Drop Multiplexer - ADM) может иметь тот же набор каналов ввода, что и терминальный мультиплексор и дополнительно такой же набор каналов вывода.

Концентратор - вырожденный случай мультиплексора. Он объединяет однотипные потоки нескольких удаленных узлов сети в одном распределительном узле, связанном с главной транспортной магистралью. Это позволяет уменьшить общее число подключенных непосредственно к ней каналов. Концентратор дает возможность удаленным узлам обмениваться информацией между собой, не загружая основной трафик.

Регенератор - это мультиплексор, имеющий один входной канал доступа (как правило, оптический канал STM-n) и один или два (при использовании защиты 1+1) агрегатных выхода. Его применяют, если нужно увеличить расстояние между узлами SDH-сети. Без регенерации для одномодовых волоконно-оптических кабелей оно составляет 15-40 км ( при длине волны порядка 1300 нм) или 40-80 км (1500 нм), а с помощью регенератора его можно увеличить до 250-300 км.

Рисунок 2 Мультиплексор в режиме регенератора.

Коммутатор - устройство, позволяющее связывать различные каналы, закрепленные за пользователями, путем организации полу постоянного перекрестного соединения между ними. Тем самым становится возможной маршрутизация в SDH-сети на уровне виртуальных контейнеров VC-n, управляемая менеджером сети в зависимости от заданной конфигурации.

Возможность внутренней коммутации каналов физически заложена в SDH-мультиплексоре. Так, если менеджер полезной нагрузки устанавливает логическое соответствие между каналом доступа и трибным блоком TU, то это означает установление внутренней коммутации каналов. Коммутация собственных каналов доступа мультиплексора носит название локальной коммутации каналов.

Однако обычно используют специально разработанные коммутаторы (Synchronous Digital Cross-Connects - SDXC), осуществляющие не только локальную, но и сквозную (общую) коммутацию высокоскоростных потоков (со скоростью 34 Мбит/с и выше) и синхронных транспортных модулей STM-N

Такие коммутаторы принято обозначать SDXCn/m, где n - номер виртуального входного контейнера, а m - максимальный номер коммутируемого виртуального контейнера. Иногда вместо максимального значения m указывают весь набор коммутируемых виртуальных контейнеров: m/p/q. Например, для уровня STM-1 допустимы такие типы коммутаторов:

SDXC 4/4 - принимает и обрабатывает контейнеры VC-4 (или потоки со скоростями 140/155 Мбит/с *);

SDXC 4/3/2/1 - принимает контейнеры VC-4 (или потоки со скоростями 140/155 Мбит/с) и обрабатывает VC-3, VC-2 и VC-1 (или потоки со скоростями 34/45, 6/8 и 1.5/2 Мбит/с **);

SDXC 4/3/1 - принимает контейнеры VC-4 (или потоки со скоростями 140/155 Мбит/с), и обрабатывает VC-3 и VC-1 (или потоки со скоростями 34/45 и 1.5/2 Мбит/с);

SDXC 4/1 - принимает VC-4 (или потоки со скоростями 140/155 Мбит/с) и обрабатывает VC-1 (или потоки со скоростями 1.5/2 Мбит/с).

Коммутаторы выполняют следующие функции:

маршрутизация виртуальных контейнеров с помощью соответствующего POH-заголовка;

объединение виртуальных контейнеров;

трансляция потока от одной к нескольким точкам;

сортировка (перегруппировка) виртуальных контейнеров для создания нескольких упорядоченных потоков из входного;

доступ к виртуальному контейнеру для тестирования оборудования;

ввод/вывод виртуальных контейнеров в режиме мультиплексора ввода/вывода.

Рисунок 3 Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.

Рисунок 4 Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.

Рисунок 5 Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов.

Топология сети SDH

Рассмотрим топологию сетей SDH. Существует базовый набор стандартных топологий. Ниже рассмотрены такие базовые топологии.

Топология "точка-точка".

Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология "точка - точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рисунок 6.). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).

Рисунок 6 Топология "точка-точка", реализованная с использованием ТМ.

Топология "последовательная линейная цепь".

Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рисунке 7, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рисунке 8. Последний вариант топологии часто называют "упрощённым кольцом".

Рисунок 7 Топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и ТDM

Рисунок 8 Топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1.

Топология "звезда", реализующая функцию концентратора.

В этой топологии один из удалённых узлов сети, связанный с центром коммутации или узлом сети SDH на центральном кольце, играет роль концентратора, или хаба, где часть трафика может быть выведена на терминалы пользователя, тогда как оставшаяся его часть может быть распределена по другим удаленным узлам (рисунок 9)

Рисунок 9 Топология "звезда" c мультиплексором в качестве концентратора

Топология "кольцо".

Эта топология (рисунок 10) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное приемущество этой топологии - лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток - запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Рисунок 10 Топология "кольцо" c защитой 1+1.

Архитектура сети SDH.

Архитектурные решения припроектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов.

Радиально-кольцевая архитектура.

Пример радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведён на рисунке 11. Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь".

Рисунок 11. Радильно-кольцевая сеть SDH.

Архитектура типа "кольцо-кольцо".

Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение - соединение типа "кольцо-кольцо".

Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рисунке 12 показана схема соединения двух колец одного уровня - STM-4, а на рисунке 13 каскадная схема соединения трёх колец - STM-1, STM-4, STM-16.

Рисунок 12. Два кольца одного уровня.

Рисунок 13. Каскадное соединение трёх колец

Линейная архитектура для сетей большой протяженности.

Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ (рисунок 14) должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора ещё и регенераторы для восстановления затухающего оптического сигнала.

Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T G.957 и ITU-T G.958.

Рисунок 14. Сеть SDH большой протяженности со связью типа "точка-точка" и её сегментация

кодовая модуляция архитектура топология сеть

В процессе развития сети SDH разработчики могут использовать ряд решений, характерных, для глобальных сетей, таких как формирование своего "остова" (backbone) или магистральной сети в виде ячеистой (mush) структуры, позволяющей организовать альтернативные (резервные) маршруты, используемые в случае возникновения проблем при маршрутизации виртуальных контейнеров по основному пути.

Это наряду с присущими сетям SDH внутренним резервированием, позволяет повысить надёжность всей сети в целом.

Причём при таком резервировании на альтернативных маршрутах могут быть использованы альтернативные среды распространения сигнала. Например, если на основном маршруте используется ВОК, то на резервном - РРЛ, или наоборот.

Размещено на Allbest.ru