Метод комплексного ста­тистического оценивания основан на вычислении статистики временных и спектральных параметров и их изменений на основе сравнения искаженного в канале и исходного сигналов. Эта методика объединяет возможность оценки по субъективным кри­териям и аппаратную объективность измерений. Она базируется на зако­номерностях восприятия человеком внешних возбуждений.

Высокая корреляция изменений свойств сигнала и субъективной оценки качества передачи слушателем позволяет сформировать оценку по следующим критериям:

- заметность изменений сигнала;

- балльная оценка качества передачи;

- предпочтительность передаваемого сигнала.

При осуществлении оценки по критерию «заметности изменений сигнала», предельно допустимым искажениям соот­ветствует 50%-ная заметность. Это предельная норма для каналов с полосой 6300 Гц. Для для каналов с полосой 10 кГц - Р мах = 30%, а для каналов с полосой 15 кГц - Р мах = 15%.

В качестве критерия «за­метности» изменений сигнала, используется величина интегрального отклонения ∆S (численное значение суммы абсо­лютных отклонений функций - ИО) от двух распределений ОСМ для исходного и искаженного сигналов. На рис. 7.5 приведены (НЧПЗ) ОСМ на интервалах анализа 200 мс для двух видов искажений: ком­пактного представления с использованием алгоритма MP-3 и ограни­чения полосы снизу.

ИО ∆S позволяет оценить степень расхождения двух рас­пределений . При внесении искажений в сигнал ИО повторяет изменение среднего значения НЧПЗ, определяясь изменением СКО и моментами высших порядков. Для подтверждения корреляционной связи величины ∆S с за­метностью искажений Р, вносимых трактом передачи ЗВС, на рис. 7.14 представлена интегральная кривая заметности искажений типа «ограничение полосы частот снизу» (пунктирная кривая) , полученная при восприятии реальных сигналов . Сплошными линиями на этом же рисунке построены оценки интегральных откло­нений НЧПЗ ОСМ вещательных сигналов, подвергшихся тем же ис­кажениям. Измерения проводились на часовых программах РВС «Маяк», «Орфей» и «Эхо Москвы». Очевидна высокая корреляция зависимостей. Аналогичный характер имеют графики и по всем дру­гим характерным искажениям, что делает обоснованным широкое использование этого критерия в разных приложениях.

Характер и тип искажений может определяться с использованием статистик ряда других параметров ЗВС. Наиболее информативными из них оказались, кроме энергетического параметра ОСМ, параметры формы , ото­бражающие изменения огибающей на участках нестационарности ЗВС, т. е. атаки и спады сигнала. На рис. 7.15 показано изменение ИО НЧПЗ крутизны атак для тех же, что и на рис. 7.14, сигналов при тех же искажениях.

Использование других участков нестационарности ЗВС - спадов сигнала - также перспективно, поскольку изменения участков спадов звукового сигнала воспринимаются как изменения времени ревербе­рации, т. е. акустической обстановки, что негативно сказывается на субъективной оценке звучания.

На рис. 7.16 и 7.17 показано изменение ИО НЧПЗ ОСМ и крутиз­ны атак соответственно для тех же, что и на рис. 7.14 и 7.15, сигна­лов, но при введении нелинейных искажений.

Весьма информативными для каналов с устранени­ем избыточности являются кепстрапьные параметры. На рис. 7.20 представлена зависимость пик-фактора кепстра от скоро­сти передачи с использованием алгоритма МР-3 для двух веща­тельных программ часовой длительности. Заметна хорошая корре­ляция пик-фактора кепстра как объективного параметра с субъек­тивной заметностью искажений (пунктирная кривая).

На рис. 7.21 представлены графики соответствия балльной оценки изменений в сигнале при уменьшении скорости кодирова­ния от 256 кбит/с до 64 кбит/с (кривая 1) и процентной замет­ности аналогичных изменений, полученных при ССИ (кривая 2).

Кривые идентичны, что свиде­тельствует об эквивалентности балльной и процентной шкал заметности.

- АЦП исходного и прошедшего канал передачи сигналов;

- нормализацию сигналов по уровню, превышаемому в течение 98% времени;

- синхронизацию сигналов;

Анализ сигналов в соответствии с МКСО, который предпола­гает вычисление статистики ряда параметров и их изменений на ос­нове сравнения прошедшего обработку и исходного сигналов;

Формирование комплексной оценки изменения сигнала в про­цессе передачи, а также АЧХ канала на реальном вещательном сигнале. Вывод данных на экран, на печать и сохранение в базе данных.

В соответствии с МКСО, анализируется группа статистических характеристик, а именно: энергетические характеристики (относи­тельная средняя мощность в двух разновидностях, отличающихся способом нормирования - ОСМс и ОСМк); характеристики формы (анализ на интервалах нарастания и спада фильтрованной гильбертовской огибающей сигнала); спектральные и кепстральные ха­рактеристики (по мгновенным амплитудным спектрам).

Результа­том анализа каждой группы параметров являются нормированные статистические частоты появления значений (НЧПЗ) параметра. На основании НЧПЗ находится интегральное отклонение (ИО) НЧПЗ как усредненное значение абсолютных отклонений частот по­явления значений параметров сигналов до и после прохождения ка­нала. Для случая спектральных характеристик дополнительно осу­ществляется графическое представление АЧХ канала, найденной по мгновенным амплитудным спектрам, а также формируются данные о среднеквадратичном отклонении (СКО) от идеальной АЧХ.

В соответствии с МКСО, по результатам анализа изменений статистических характеристик сигнала формиру­ется обобщенная оценка заметности изменений сигнала в процентах и «балльная оценка» качества передачи по 5-балльной шкале. В ка­честве измерительного инструмента МКСО может использоваться аппаратно-программный комплекс, осуществляющий вычисление, построение и анализ статистических характеристик ря­да параметров, а также изменений этих характеристик на основе сравнения искаженного в канале и исходного сигналов.

Трудоем­кость формирования оценки в соответствии с МКСО существенно ниже, а точность и повторяемость гораздо выше, чем при про­ведении ССИ. Причем такой способ оценки качества пере­дачи не противопоставляется традиционным изменениям в соответ­ствии с ГОСТ 11515-91.

Государственный экзамен

(State examination)

Вопрос №3 «Каналы связи. Классификация каналов связи. Параметры каналов связи. Условие передачи сигнала по каналу связи».

(Пляскин )

Канал связи. 3

Классификация. 5

Характеристики (параметры) каналов связи. 10

Условие передачи сигналов по каналам связи. 13

Литература. 14

Канал связи

Канал связи - система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи ), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.

Канал связи предназначен для передачи сигналов между удаленными устройствами. Сигналы несут информацию, предназначенную для представления пользователю (человеку), либо для использования прикладными программами ЭВМ.

Канал связи включает следующие компоненты:

1) передающее устройство;

2) приемное устройство;

3) среду передачи различной физической природы (Рис.1) .

Формируемый передатчиком сигнал, несущий информацию, после прохождения через среду передачи поступает на вход приемного устройства. Далее информация выделяется из сигнала и передается потребителю. Физическая природа сигнала выбирается таким образом, чтобы он мог распространяться через среду передачи с минимальным ослаблением и искажениями. Сигнал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет.

Рис.1. Канала связи (вариант №1)

Рис.2 Канал связи (вариант №2)

Т.е. это (канал) - техническое устройство (техника+среда).

Классификация

Классификаций будет приведено ровно три типа. Выбирайте на вкус и цвет:

Классификация №1:

Существует множество видов каналов связи, среди которых наиболее часто выделяют каналы проводной связи (воздушные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи (тропосферные, спутниковые и др.). Такие каналы в свою очередь принято квалифицировать на основе характеристик входного и выходного сигналов, а также по изменению характеристик сигналов в зависимости от таких явлений, происходящих в канале, как замирания и затухание сигналов.

По типу среды распространения каналы связи делятся на:

Проводные;

Акустические;

Оптические;

Инфракрасные;

Радиоканалы.

Каналы связи также классифицируют на:

· непрерывные (на входе и выходе канала – непрерывные сигналы),

· дискретные или цифровые (на входе и выходе канала – дискретные сигналы),

· непрерывно-дискретные (на входе канала–непрерывные сигналы, а на выходе–дискретные сигналы),

· дискретно-непрерывные (на входе канала–дискретные сигналы, а на выходе–непрерывные сигналы).

Каналы могут быть как линейными и нелинейными , временными и пространственно-временными .

Возможна классификация каналов связи по диапазону частот .

Системы передачи информации бывают одноканальные и многоканальные . Тип системы определяется каналом связи. Если система связи построена на однотипных каналах связи, то ее название определяется типовым названием каналов. В противном случае используется детализация классификационных признаков.

Классификация №2 (более подробная) :

1. Классификация по диапазону используемых частот

Ø Километровые (ДВ) 1-10 км, 30-300 кГц;

Ø Гектометровые (СВ) 100-1000 м, 300-3000 кГц;

Ø Декаметровые (КВ) 10-100 м, 3-30 МГц;

Ø Метровые (МВ) 1-10 м, 30-300 МГц;

Ø Дециметровые (ДМВ) 10-100 см, 300-3000 МГц;

Ø Сантиметровые (СМВ) 1-10 см, 3-30 ГГц;

Ø Миллиметровые (ММВ) 1-10 мм, 30-300 ГГц;

Ø Децимилимитровые (ДММВ) 0,1-1 мм, 300-3000 ГГц.

2. По направленности линий связи

- направленные (используются различные проводники):

Ø коаксиальные,

Ø витые пары на основе медных проводников,

Ø волоконнооптические.

- ненаправленные (радиолинии);

Ø прямой видимости;

Ø тропосферные;

Ø ионосферные

Ø космические;

Ø радиорелейные (ретрансляция на дециметровых и более коротких радиоволнах).

3. По виду передаваемых сообщений:

Ø телеграфные;

Ø телефонные;

Ø передачи данных;

Ø факсимильные.

4. По виду сигналов:

Ø аналоговые;

Ø цифровые;

Ø импульсные.

5. По виду модуляции (манипуляции)

- В аналоговых системах связи :

Ø с амплитудной модуляцией;

Ø с однополосной модуляцией;

Ø с частотной модуляцией.

- В цифровых системах связи :

Ø с амплитудной манипуляцией;

Ø с частотной манипуляцией;

Ø с фазовой манипуляцией;

Ø с относительной фазовой манипуляцией;

Ø с тональной манипуляцией (единичные элементы манипулируют поднесущим колебанием (тоном), после чего осуществляется манипуляция на более высокой частоте).

6. По значению базы радиосигнала

Ø широкополосные (B>> 1);

Ø узкополосные (B»1).

7. По количеству одновременно передаваемых сообщений

Ø одноканальные;

Ø многоканальные (частотное, временное, кодовое разделение каналов);

8. По направлению обмена сообщений

Ø односторонние;

Ø двусторонние.
9. По порядку обмена сообщения

Ø симплексная связь - двусторонняя радиосвязь, при которой передача и прием каждой радиостанции осуществляется поочередно;

Ø дуплексная связь - передача и прием осуществляется одновременно (наиболее оперативная);

Ø полудуплексная связь - относится к симплексной, в которой предусматривается автоматический переход с передачи на прием и возможность переспроса корреспондента.

10. По способам защиты передаваемой информации

Ø открытая связь;

Ø закрытая связь (засекреченная).

11. По степени автоматизации обмена информацией

Ø неавтоматизированные - управление радиостанцией и обмен сообщениями выполняется оператором;

Ø автоматизированные - вручную осуществляется только ввод информации;

Ø автоматические - процесс обмена сообщениями выполняется между автоматическим устройством и ЭВМ без участия оператора.

Классификация №3 (что-то может повторяться):

1. По назначению

Телефонные

Телеграфные

Телевизионные

Радиовещательные

2. По направлению передачи

Симплексные (передача только в одном направлении)

Полудуплексные (передача поочередно в обоих направлениях)

Дуплексные (передача одновременно в обоих направлениях)

3. По характеру линии связи

Механические

Гидравлические

Акустические

Электрические (проводные)

Радио (беспроводные)

Оптические

4. По характеру сигналов на входе и выходе канала связи

Аналоговые (непрерывные)

Дискретные по времени

Дискретные по уровню сигнала

Цифровые (дискретные и по времени и по уровню)

5. По числу каналов на одну линию связи

Одноканальные

Многоканальные

И еще рисунок сюда:

Рис.3. Классификация линий связи.

Характеристики (параметры) каналов связи

1. Передаточная функция канала : представляется в виде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ипоказывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе канала связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала показана на рис.4. Знание амплитудно-частотной характеристики реального канала позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала. Для этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив преобразованные гармоники. Для экспериментальной проверки амплитудно-частотной характеристики нужно провести тестирование канала эталонными (равными по амплитуде) синусоидами по всему диапазону частот от нуля до некоторого максимального значения, которое может встретиться во входных сигналах. Причем менять частоту входных синусоид нужно с небольшим шагом, а значит количество экспериментов должно быть большим.

-- отношение спектра выходного сигнала к входному
- полоса пропускания

Рис.4 Нормированная амплитудно-частотная характеристика канала

2. Полоса пропускания : является производной характеристикой от АЧХ. Она представляет собой непрерывный диапазон частот, для которых отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел, то есть полоса пропускания определяет диапазон частот сигнала, при которых этот сигнал передается по каналу связи без значительных искажений. Обычно полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,7 от максимального значения АЧХ. Ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на максимально возможную скорость передачи информации по каналу связи.

3. Затухание : определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по каналу сигнала определенной частоты. Часто при эксплуатации канала заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по каналу сигналов. Более точные оценки возможны при знании затухания на нескольких частотах, соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.

Затухание обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле: , где

Мощность сигнала на выходе канала,

Мощность сигнала на входе канала.

Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной канала. На практике всегда пользуются понятием "погонное затухание", т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.1 дБ/метр.

4. Скорость передачи : характеризует количество бит, передаваемых по каналу в единицу времени. Она измеряется в битах в секунду - бит/с , а также производных единицах: Кбит/c, Мбит/c, Гбит/с . Скорость передачи зависит от ширины полосы пропускания канала, уровня шумов, вида кодирования и модуляции.

5. Помехоустойчивость канала : характеризует его способность обеспечивать передачу сигналов в условиях помех. Помехи принято делить на внутренние (представляет собой тепловые шумы аппаратуры ) и внешние (они многообразны и зависят от среды передачи ). Помехоустойчивость канала зависит от аппаратных и алгоритмических решений по обработке принятого сигнала, которые заложены в приемо-передающее устройство. Помехоустойчивость передачи сигналов через канал может быть повышена за счет кодирования и специальной обработки сигнала.

6. Динамический диапазон : логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.

7. Помехозащищенность: это помехозащищенность, т.е. помехозащищенность.

2. СИСТЕМЫ СВЯЗИ И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.1. Основные понятия и определения

Объектом передачи в любой системе связи является сообщение, несущее какую-либо информацию.

В системах передачи сообщений смысловое содержание понятий информации и сообщения являются весьма близкими.

В общем случае под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Для передачи или хранения информации используются различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) информацию в некоторой форме. Это могут быть буквы, цифры, жесты и рисунки, математические или музыкальные символы, слова и фразы человеческой речи, различные реализации форм электрических колебаний и т.д.

Под сообщением понимается форма представления информации. Иначе говоря, сообщение – это то, что подлежит передаче. Множество возможных сообщений с их вероятностными характеристиками называется ансамблем сообщений. Выбор сообщений из ансамбля осуществляет источник сообщений. Процесс выбора является случайным; заранее не известно, какое сообщение будет передаваться. Различают дискретные и непрерывные сообщения.

Дискретные сообщения формируются в результате последовательной выдачи источником отдельных элементов – знаков. Множество различных знаков называют алфавитом источника сообщений , а число знаков – объемом алфавита. В частности, знаками могут быть буквы естественного или искусственного языка, удовлетворяющие определенным правилам взаимосвязи.

Сообщения, предназначенные для обработки в компьютерных информационных системах, принято называть данными.

Сообщение представляет собой последовательность состояний источника информации, разворачиваемую во времени. В зависимости от того, является ли множество состояний источника информации счетным, конечным (с мощностью алфавита М) или принимающим свои состояния из некоторого континуума возможных значений, источники делят на

дискретные и непрерывные (аналоговые). Под дискретным источником информации понимают некоторый объект, который в определенные моменты времени принимает одно из М состояний дискретного множества. Непрерывный источник в каждый момент времени может принимать одно из бесконечного множества своих состояний. Соответствующим образом вводится понятие источника сообщений, при этом все возможные источники можно разделить на дискретные и непрерывные.

Для передачи сообщения на расстояние необходимо наличие какого-то переносчика, материального носителя. В качестве таковых используются статические либо динамические средства, физические процессы. Физический

процесс, используемый в качестве переносчика сообщения и отображающий передаваемое сообщение, называется сигналом.

Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является

информационным параметром сигнала.

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными. Информационный параметр непрерывного сигнала с течением времени может принимать любые мгновенные значения в определенных пределах. Непрерывный сигнал часто называют аналоговым. Дискретный сигнал характеризуется конечным числом значений информационного параметра. Часто этот параметр принимает всего два значения.

В системах электросвязи в качестве переносчика, используемого для передачи сообщений на расстояние, применяют электрические сигналы, поскольку они имеют наибольшую скорость распространения (приближающуюся к скорости света в вакууме – 3 108 м/с).

В качестве сигнала можно использовать любой физический процесс, изменяющийся в соответствии с передаваемым сообщением. Существенно то, что сигналом является не сам физический процесс, а изменение отдельных параметров этого процесса. Указанные изменения определяются тем сообщением, которое несет данный сигнал.

Во многих случаях сигнал отображает временные процессы, происходящие в некоторой системе. Поэтому описанием конкретного сигнала может быть некоторая функция времени. Определив так или иначе эту функцию, мы определяем и сигнал. Однако такое полное описание сигнала требуется не всегда. Для решения ряда задач достаточно более общего описания в виде нескольких обобщенных параметров, характеризующих основные свойства сигнала, подобно тому, как это делается в системах транспортирования.

Техника передачи информации есть, по существу, техника транспортирования (передачи) сигналов по каналам связи. Поэтому целесообразно определить параметры сигнала, которые являются основными с точки зрения его передачи. Такими параметрами являются длительность сигнала, динамический диапазон и ширина спектра.

Всякий сигнал, рассматриваемый как временной процесс, имеет начало и конец. Поэтому длительность сигнала Т является естественным его параметром, определяющим интервал времени, в пределах которого сигнал существует.

Характеристиками сигнала внутри интервала его существования являются динамический диапазон и скорость изменения сигнала.

Динамический диапазон определяется как отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей:

Ä =10 lg P c max , (дБ).

P cmin

Динамический диапазон речи диктора равен 25 ÷ 30 дБ, вокального

ансамбля – 45 ÷ 55 дБ, симфонического оркестра – 65 ÷ 75 дБ.

В реальных условиях всегда имеют место помехи. Для удовлетворительной передачи требуется, чтобы наименьшая мощность сигнала превышала мощность помех. Отношение сигнала к помехе характеризует относительный уровень сигнала. Обычно определяется логарифм этого отношения, который называется превышением сигнала над помехой. Это превышение и принимается в качестве второго параметра сигнала. Третьим параметром является ширина спектра сигнала F. Эта величина дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Спектр сигнала может простираться в пределах очень большой полосы частот. Однако для большинства сигналов можно указать полосу частот, в пределах которой сосредоточена его основная энергия. Этой полосой и определяется ширина спектра сигнала.

В технике связи спектр сигнала часто сознательно ограничивается. Это обусловлено тем, что аппаратура и линия связи имеют ограниченную полосу пропускаемых частот. Ограничение спектра осуществляется, исходя из допустимых искажений сигнала. Например, при телефонной связи требуется выполнить два условия: чтобы речь была разборчива и корреспонденты могли узнать друг друга по голосу. Для выполнения этих условий спектр речевого сигнала можно ограничить полосой от 300 до 3400 Гц. Передача более широкого спектра речи в этом случае нецелесообразна, так как это ведет к техническим усложнениям и увеличению затрат.

Более общей физической характеристикой сигнала является объем сигнала:

Если ν ≤ 1, то сигналы называют узкополосными (простыми). Если ν >> 1, то – широкополосными (сложными).

В естественных природных условиях сигналы, создаваемые и принимаемые живыми существами, распространяются в среде их обитания. Эту среду можно назвать каналом передачи сообщений. Отметим сразу, что даже

в такой простейшей системе передачи типичным является наличие в канале помех, т.е. сигналов, создаваемых посторонними источниками. С возникновением потребности в быстрой передаче сообщений на большие расстояния у человека появилась необходимость в применении различных приспособлений («технических средств»). В современных системах передачи

в качестве физических носителей информации используют электрические токи или напряжения, а также электромагнитные колебания.

При передаче сообщений возникает необходимость использования таких технических средств, как датчиков - преобразователей различных

физических процессов в низкочастотные электрические токи, называемых первичными сигналами (например, микрофон, видикон); устройств кодирования дискретных сообщений, используемых как в целях согласования мощности алфавита источника М и числа используемых в канале передачи кодовых символов, так и в целях обеспечения высокой надежности передачи; устройств модуляции высокочастотных переносчиков сигналов первичными сигналами . Поскольку получатель воспринимает сообщение, как правило, в той форме, которая представляется на выходе исходного источника, в системе передачи оказываются необходимыми такие технические средства, как демодулятор, декодер, которые осуществляют обратное преобразование высокочастотных сигналов в аналоги первичных, низкочастотных сигналов в аналоги исходных сообщений (например, с помощью динамика, кинескопа и т.д.).

2.2. Системы связи

Совокупность технических средств (аппаратно-программных) и среды распространения, требуемых для передачи сообщения от источника к получателю, называют системой связи. В функциональных схемах и их реализациях такие узлы, как кодер и модулятор, объединяют в передающем устройстве; аналогично демодулятор и декодер объединяются в едином устройстве - приемнике. Типичная функциональная схема, включающая основные узлы системы связи, представлена на рис. 1.2. Указанная здесь линия связи, во многих случаях отождествляемая с каналом передачи, предназначена для передачи сигналов с минимально возможной потерей их интенсивности от передатчика к приемнику. В системах электрической связи, линия связи, в частности, это пара проводов, кабель или волновод, в системах радиосвязи – область пространства, в которой распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику.

В линии связи локализована неизбежно присутствующая в системе связи помеха w (t ), приводящая к случайному непредсказуемому искажению формы передаваемого сигнала.

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема системы электросвязи

Приемник обрабатывает принятый сигнал x (t ), искаженный помехой, и восстанавливает по нему переданное сообщение u (t ). Обычно в приемнике выполняются операции, обратные тем, которые были осуществлены в передатчике.

Каналом связи принято называть совокупность технических средств, служащих для передачи сообщения от источника к потребителю. Этими средствами являются передатчик, линия связи и приемник.

Канал связи вместе с источником и потребителем образуют систему передачи и обработки информации . Различают системы передачи дискретных сообщений (например, система телеграфной связи) и системы передачи непрерывных сообщений (системы радиовещания, телевидения, телефонии и т.п.). Существуют также системы связи смешанного типа, в которых непрерывные сообщения передаются дискретными сигналами. К таким системам относятся, например, системы импульсно-кодовой модуляции.

При передаче сообщений в одну сторону от отправителя к получателю, или от «точки к точке» используется двухточечный односторонний канал связи. Если источник и получатель поочередно меняются местами, то для обмена сигналами необходимо использовать поочередный двухсторонний канал связи, допускающий передачу как в одну, так и в противоположную сторону (полудуплексный режим). Бо′ льшие возможности для обмена предоставляет одновременный двусторонний канал связи, обеспечивающий одновременную передачу сигналов в противоположных направлениях (дуплексный режим).

Система связи называется многоканальной, если она обеспечивает взаимонезависимую передачу нескольких сообщений по одному общему каналу связи.

При необходимости обмена сообщениями между многими отправителями и получателями, называемых в этом случае пользователями или абонентами, требуется создание систем передачи сообщений (СПС) с большим числом каналов связи. Это приводит к концепции системы передачи и распределения сообщений (СПРС), т.е. системы связи в широком смысле. Такую систему обычно называют сетью связи (электросвязи), сетью передачи информации или сетью передачи сообщений. Примером СПРС является полносвязная сеть (рис. 1.1), где оконечные пункты (ОП) подключены друг к другу по принципу «каждый с каждым».

Рис.2.2. Полносвязная сеть передачи информации

Данная сеть является некоммутируемой, и связь между абонентами осуществляется по постоянно закрепленным (некоммутируемым) каналам. Распределение информации в таких сетях обеспечивается специальными методами доступа или процедурами управления передачей информации, служащими для уведомления о том, какие абоненты будут осуществлять обмен сообщениями. При увеличении числа абонентов в многоточечной сети значительно возрастают задержки в передаче информации, а в полносвязных сетях существенно увеличивается число линий связи и объем аппаратуры. Разрешение этих проблем связано с использованием коммутируемых сетей СПРС, где абоненты связываются между собой не непосредственно, а через один или несколько узлов коммутации (УК).

Таким образом, коммутируемая СПРС представляет собой совокупность ОП, узлов коммутации и соединяющих их линий связи.

Основная задача современных СПРС – обеспечение широкого круга пользователей (людей или организаций) разнообразными информационными услугами, в число которых входит в первую очередь эффективная доставка сообщений из одного пункта в другой, удовлетворяющая требованиям по скорости, верности, времени задержки, надежности и стоимости.

Статистические характеристики потока вызовов изучаются методами теории массового обслуживания, в частности теории телетрафика. Эта теория позволяет установить требования к устройствам коммутации и числу линий, при которых гарантируется удовлетворительное качество связи при заданном проценте отказов или времени ожидания.

Так, например, нагрузка телефонной сети зависит от количества, времени возникновения и продолжительности телефонных разговоров.

Под интенсивностью нагрузки понимается математическое ожидание поступающей нагрузки, отнесенное к единице времени (в телефонии – 1 час).

За единицу измерения интенсивности нагрузки принимается Эрланг (1часозанятие). В течение суток нагрузка изменяется, час наибольшей нагрузки называют ЧНН. Каждый абонент в среднем дает нагрузку в интервале 0,06 ...

0,15 Эрл. По этим значениям рассчитывается телефонная сеть и ее коммутационные системы.

Источником информации в системе связи (см. рис. 2.1) является отправитель сообщения, а потребителем - ее получатель. В одних системах передачи информации источником и потребителем информации может быть человек, а в других - различного рода автоматические устройства, компьютеры и т.д.

Преобразование сообщения в сигнал включает три операции:

– преобразование из неэлектрической формы в электрическую;

– первичное кодирование;

– преобразование с целью согласования характеристик сигнала с характеристиками канала связи.

Эти три операции могут быть независимыми либо совмещенными.

На первом этапе сообщение с помощью датчиков преобразуется в электрическую величину – первичный сигнал.

Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный (речевой), звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных (например, ввод текста с клавиатуры).

Для того, чтобы принятое сообщение наиболее точно соответствовало переданному, целесообразно осуществлять передачу сигналов в дискретной форме. Аналоговые сигналы преобразуются в дискретные в процессе квантования, при котором непрерывная область значений сигнала подразделяется на дискретные области так, что все значения сигнала, попадающие в одну из этих областей, заменяются одним дискретным значением. Квантование при этом проходит не только по какому-то параметру сигнала, например, по амплитуде, но еще и по времени.

Второй этап преобразования сообщения в сигнал – кодирование – заключается в преобразовании букв, чисел, знаков в определенные сочетания элементарных дискретных символов, называемых кодовыми комбинациями или словами. Правило этого преобразования называется кодом. Целью кодирования, как правило, является согласование источника сообщений с каналами связи, обеспечивающее либо максимально возможную скорость передачи информации, либо заданную помехоустойчивость. Согласование осуществляется с учетом статистических свойств источника сообщений и характера воздействия помех.

На третьем этапе осуществляется преобразование первичных сигналов u (t ) в сигналы, удобные для передачи по линии связи (по форме, мощности, частоте и т. д. Эти операции выполняются в передатчике . В простейшем случае передатчик может содержать усилитель первичных сигналов или только фильтр, ограничивающий полосу передаваемых частот. В большинстве случаев передатчик – генератор переносчика (несущей) и модулятор. Процесс модуляции заключается в управлении параметрами переносчика первичным сигналом u (t ). На выходе передатчика получаем модулированный сигнал s (u, t ).

Система передачи информации называется многоканальной, если она обеспечивает взаимонезависимую передачу нескольких сообщений по одному общему каналу связи.

Канал связи можно охарактеризовать так же, как и сигнал, тремя параметрами: временем, в течение которого по каналу ведется передача, динамическим диапазоном и полосой пропускания канала. Для неискаженной передачи сигналов емкость канала V k должна быть не меньше объема сигнала.

Общими признаками различных каналов являются следующие. Вопервых, большинство каналов можно считать линейными. В таких каналах выходной сигнал представляет собой просто сумму входных сигналов (принцип суперпозиции). Во-вторых, на выходе канала, даже при отсутствии полезного сигнала, всегда имеются помехи. В-третьих, сигнал при передаче по каналу претерпевает задержку по времени и затухание по уровню. И, наконец, в реальных каналах всегда имеют место искажения сигнала, обусловленные несовершенством канала.

Сигнал на выходе канала можно записать в следующем виде:

x (t ) = µ s (t − τ ) + w (t ),

где s (t ) – сигнал на входе канала; w (t ) – помеха; µ и τ – величины, характеризующие затухание и время задержки сигнала.

2.3. Основные показатели качества функционирования системы связи

Исходя из назначения любой системы электросвязи – передача информации от источника к потребителю – можно оценить работу системы по двум показателям: качеству и количеству переданной информации. Эти показатели неразрывно связаны между собой.

Качество передаваемой информации принято оценивать достоверностью (верностью) передачи сообщений. Количественно достоверность характеризуется степенью соответствия принятого сообщения переданному. Снижение достоверности в канале связи происходит из-за действия помех и искажений. Но так как искажение в канале в принципе можно скомпенсировать и в правильно спроектированных каналах они достаточно малы, то главной причиной уменьшения достоверности являются помехи. Таким образом, верность передачи сообщений самым тесным образом связана с помехоустойчивостью системы, т.е. ее способностью противостоять мешающему воздействию посторонних сигналов. Система является тем более помехоустойчивой, чем более высокую верность передачи она обеспечивает при заданных характеристиках мешающих воздействий и определенной мощности передаваемых сигналов, отображающих состояние источника. Количественную меру достоверности выбирают по-разному в зависимости от характера сообщения.

Если сообщение представляет собой дискретную последовательность элементов из некоторого конечного множества, влияние помехи проявляется в том, что вместо фактически переданного элемента может быть принят какой-либо другой. Такое событие называется ошибкой. В качестве количественной меры достоверности можно принять вероятность ошибки p или любую возрастающую функцию этой вероятности.

Косвенной мерой качества может служить оценка степени искажения формы принимаемых стандартных сигналов (краевые искажения, дробления, флуктуации фронтов и т. д.). Эти искажения также нормируются для дискретных каналов. Имеются простые соотношения для пересчета искажений формы сигнала в вероятность ошибки.

При передаче непрерывных сообщений степенью соответствия принятого сообщения v (t ) переданному u (t ) может служить некоторая величина ε , представляющая собой отклонение v от u. Часто принимается критерий квадратичного отклонения, выражающийся соотношением:

ε 2 = 1 T ∫ [ v (t ) − u (t ) ] 2 dt . T 0

Среднеквадратическое отклонение ε 2 учитывает влияние на принятое сообщение ν (t ) как помех, так и всевозможных искажений (линейных, нелинейных).

Достоверность передачи зависит от отношения мощностей сигнал/помеха. Чем больше это отношение, тем меньше вероятность ошибки (больше достоверность).

При данной интенсивности помехи вероятность ошибки тем меньше, чем сильнее различаются между собой сигналы, соответствующие разным элементам сообщения. Задача состоит в том, чтобы выбрать для передачи сигналы с большим различием.

Достоверность зависит и от способа приема. Нужно выбрать такой способ приема, который наилучшим образом реализует различие между сигналами при данном отношении сигнала к помехе. Правильно сконструированный приемник может увеличить отношение сигнала к помехе и притом весьма значительно.

Косвенная оценка качества передачи непрерывных сообщений приводится по характеристикам каналов (частотным, амплитудным, фазовым, уровню помех и т.д.), по некоторым параметрам сигналов и помех (коэффициент искажений, отношение сигнал – помеха и т. д.), по субъективному восприятию сообщений. Качество телефонной связи, например, можно оценивать по разборчивости речи.

Есть существенное различие между системами передачи дискретных и непрерывных сообщений. В аналоговых системах всякое, даже сколь угодно малое мешающее воздействие на сигнал, вызывающее искажение модулируемого параметра, всегда влечет за собой внесение соответствующей ошибки в сообщение. В системах передачи дискретных сообщений ошибка возникает только тогда, когда сигнал воспроизводится (опознается) неправильно, а это происходит лишь при сравнительно больших искажениях.

В теории помехоустойчивости, разработанной В.А. Котельниковым, показывается, что при заданном методе кодирования и модуляции существует предельная (потенциальная) помехоустойчивость, которая в реальном приемнике может быть достигнута, но не может быть превзойдена. Приемное устройство, реализующее потенциальную помехоустойчивость, называется оптимальным приемником.

Наряду с достоверностью (помехоустойчивостью) важнейшим показателем работы системы связи является скорость передачи. В системах передачи дискретных сообщений скорость измеряется числом передаваемых двоичных символов в секунду R. Для одного канала скорость передачи определяется соотношением

R = 1 log 2 m,

где Т – длительность элементарной посылки сигнала; m – основание кода. При m = 2 имеем R = 1/T = v , Бод.

Максимально возможную скорость передачи R макс принято называть

пропускной способностью системы. Пропускную способность системы передачи аналоговых сообщений оценивают количеством одновременно передаваемых телефонных разговоров, радиовещательных или телевизионных программ и т.п.

Пропускную способность системы R макс не следует путать с

пропускной способностью канала связи C (см. гл. 4). Пропускная способность системы связи – понятие техническое, характеризующее используемое оборудование, тогда как пропускная способность канала определяет потенциальные возможности канала по передаче информации. В реальных системах скорость передачи R всегда меньше пропускной способности канала С. В теории информации доказывается, что при R ≤ C можно найти такие способы передачи и соответствующие им способы приема, при которых достоверность передачи может быть сделана сколь угодно большой.

Из рассмотренного следует, что количество и качество передаваемой информации в канале связи в основном определяется помехами в канале. Поэтому при проектировании и эксплуатации систем связи необходимо добиваться не только малых искажений принятого первичного сигнала, но и заданного превышения сигнала над помехами. Обычно нормируется отношение сигнал – помеха для принимаемых первичных сигналов.

Важной характеристикой системы связи является задержка. Под задержкой понимается максимальное время, прошедшее между моментом подачи сообщения от источника на вход передающего устройства и моментом выдачи восстановленного сообщения приемным устройством. Задержка зависит, во-первых, от характера и протяженности канала, вовторых, от длительности обработки в передающем и приемном устройствах.

Контрольные вопросы

1. Что понимают под сообщением и сигналом?

2. Нарисуйте функциональную схему системы передачи информации.

3. Что называется каналом связи? Какие типы каналов Вы знаете?

4. Как происходит преобразование непрерывного сообщения в сигнал?

5. Что такое достоверность передачи и как она определяется количественно?

6. Дайте определение основным характеристикам сигнала?

7. Что такое модуляция?

8. Каким образом восстанавливается переданное сообщение в приемнике?

9. Какими параметрами определяется качество передачи информации и количество переданной информации?

10. Что понимают под пропускной способностью системы связи?

Лекция 3

Факторы, определяющие параметры качества соединений в ADSL

Факторы, влияющие на параметры качества ADSL

Наше исследование технологии ADSL является сугубо практическим и ори­ентированным на изучение методов измерений.

По этой причине в книге нас бу­дут интересовать не столько сами принципы работы систем ADSL, сколько те факторы, которые определяют параметры качества сети ADSL и в конечном сче­те - технологический и коммерческий успех технологии в целом.

В этом небольшом разделе на основании приведенных выше сведений о технологии ADSL постараемся выявить факторы, характеризующие парамет­ры качества ADSL.

Для того, чтобы выделить группы интересующих нас факторов, вернемся к рис. 1.8.

Как следует из рисунка, в составе схемы подключения пользователя ADSL присутствуют три объекта: модем, DSLAM и участок абонентской пары.

Отдельные параметры модема или DSLAM нас интересуют меньше, чем пара­метры этих устройств как технологической пары.

Следовательно, можно выде­лить две группы факторов влияния на параметры качества ADSL.

Влияние со стороны пары модем-DSLAM. Влияние параметров абонентской кабельной пары.

Изучим эти факторы отдельно.

Влияние оконечных устройств и DSLAM

Рассмотренные выше принципы работы пары модем-DSLAM показывают, что параметры таких устройств могут оказывать влияние на общие парамет­ры качества доступа ADSL. Здесь сказывается несколько факторов.

Технология ADSL предусматривает технологическую независимость параметров DSLAM и модема, эти устройства могут быть разного про­изводства. Любые варианты нестыковки в паре модем-DSLAM должны сказываться на качестве доступа ADSL.

Фактор нестыковки на уровне «рукопожатия» может проявиться в том, что модем и DSLAM могут установить не самый эффективный режим работы и обмена данными.

На уровне диагностики соединения фактор нестыковки может привес­ти к неправильной настройке эквалайзеров и эхокомпенсаторов, что скажется на параметрах скорости передачи. Здесь же может присут­ствовать фактор нарушения в работе только одного устройства.

На­пример, сама процедура настройки эхокомпенсатора в модеме может оказаться некорректной и могут возникнуть нарушения.

Аналогичные нарушения могут быть вызваны некорректной работой процедур вы­равнивания уровня сигнала в DSLAM и т. д..

Аналогично проблемы могут быть обусловлены нестыковкой на уров­не диагностики канала. Здесь нарушения в процессе согласования схем кодирования и любые сбои в работе алгоритмов диагностики SNR мо­гут привести к ухудшению качества подключения ADSL.

Забегая вперед, отметим, что диагностика всех перечисленных факторов может быть реализована только в процессе сложных исследований устройств по методикам тестов соответствия. Эти методики слишком сложны для эксп­луатации и требуют слишком больших затрат.

Влияние параметров абонентской линии

Наиболее интересным для эксплуатации фактором, непосредственно вли­яющим на параметры качества ADSL, являются параметры абонентской ка­бельной пары.

Поскольку абонентский кабель и его параметры не привносит­ся технологией ADSL извне, а уже имеется у оператора в том виде и состоя­нии, в котором он дожил до эры NGN, то здесь содержится самый слабый элемент технологической цепи ADSL. И хотя между измерениями параметров кабеля и измерениями ADSL нельзя поставить знак равенства, измерения параметров абонентских пар - это более 50% всех эксплуатационных изме­рений на начальных этапах внедрения ADSL.

Рассмотрим коротко, какие параметры абонентских линий могут оказать­ся критичными для качества ADSL. Более подробно каждый из перечисленных параметров приведен в глава 4.

Базовые параметры абонентских кабелей

Начнем с общих (или базовых) параметров абонентских кабелей. К ним относятся все те параметры, которые исторически использовались для пас­портизации кабельной системы оператора.

Можно утверждать, что это груп­па параметров и методов их анализа, одинаковая для любых абонентских ка­белей, несмотря на их тип и способ использования.

Действительно, если есть металлический кабель, то он имеет сопротивление, емкость, параметры изо­ляции, и все перечисленные параметры не зависят от того, с какой целью ка­бель проложен. Он может использоваться для обычной телефонной связи, для ADSL, для системы радиофикации и пр.

И для всех приложений необходим определенный набор параметров, позволяющих судить о качестве абонентс­кой пары.

Именно поэтому такие параметры называются базовыми.

Базовые параметры абонентской пары полностью описаны в норматив­ных документах и хорошо известны.

К основным базовым параметрам мож­но отнести:

наличие постоянного/переменного напряжения на линии; сопротивление абонентского шлейфа; сопротивление изоляции абонентского шлейфа; емкость и индуктивность абонентского шлейфа; комплексное сопротивление линии на определенной частоте (импе­данс линии); симметрию пары в смысле омического сопротивления.

Значения перечисленных параметров определяют качество абонентской пары, и уже на этом основании можно говорить, что они важны для паспорти­зации кабелей под ADSL.

Специализированные параметры кабеля

Как было показано выше на параметры передачи ADSL влияют не столько базовые параметры абонентской пары, сколько параметры абонентского ка­беля как канала передачи сигналов 256DMT/QAM.

В таком случае важной ока­зывается группа параметров, связанная непосредственно с процедурой пе­редачи, куда входят такие параметры, как искажение сигнала, затухание сиг­нала, различного рода шумы и влияния на линию извне.

Поскольку эта группа параметров непосредственно связана с областью применения кабеля в ADSL, они называются специализированными.

Процедурно специализированные параметры отличаются от базовых тем, что любые измерения этих параметров всегда опираются на методики час­тотного тестирования линии.

Согласно данным методикам для диагностики абонентского кабеля следует подать тестовый специализированный сигнал (воздействие) и анализировать качество прохождения такого сигнала по ли­нии (отклик).

К специализированным параметрам относятся:

затухание в кабеле;

шум в широкой полосе частот и отношение сигнал/шум (SNR); амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); переходное затухание на ближнем конце (NEXT); переходное затухание на дальнем конце (FEXT); импульсные помехи; возвратные потери; симметрия пары в смысле неравномерности характеристик передачи.

Неоднородности в кабеле

Третий фактор, непосредственно влияющий на параметры качества ADSL на уровне абонентского кабеля, - наличие в кабеле неоднородностей.

Любые неоднородности в абонентском кабеле негативно сказываются на парамет­рах передачи.

В качестве иллюстрации процессов, происходящих в системе передачи, на рис.3.1 показана параллельная отпайка, представляющая со­бой довольно частое явление на отечественной сети.

В случае передачи ши­рокополосного сигнала через параллельную отпайку передаваемый сигнал сначала разветвляется, а затем отражается от несогласованного конца от­пайки.

В результате на стороне приемника два сигнала - прямой и отражен­ный - накладываются друг на друга, причем отраженный сигнал может рас­сматриваться как шумовой. Поскольку шумовой сигнал в случае, изображен­ном на рис.3.1, имеет ту же структуру, что и обычный сигнал, его влияние оказывается максимальным на параметры качества передачи.

Рис. 3.1. Параллельная отпайка и ее влияние на параметры передачи ADSL

Уровень деструктивного влияния отраженного сигнала будет напрямую зависеть от уровня отражения на отпайке. Из теории сигналов уровень отраже­ния будет тем выше, чем больше частота передаваемого сигнала.

В результа­те любые системы широкополосной передачи оказываются очень чувствитель­ными к любым неоднородностям в кабеле. В случае ADSL чувствительность к неоднородностям немного компенсируется адаптивной подстройкой пары мо­дем-DSLAM, так что наличие отпаек не отменяет возможность передачи.

Но в случае отпайки скорость передачи ADSL резко падает, что позволяет произво­дителям оборудования и системщикам выдвигать требования о недопустимо­сти никаких неоднородностей в кабеле для ADSL.

Переходные помехи

Понятие переходного затухания менее понятно с точки зрения природы появления этого фактора, но лучше отражает метод измерения. Поэтому на практике используются оба понятия.

Четвертым фактором, влияющим в кабеле на параметры передачи ADSL, выступает фактор взаимного влияния абонентских кабелей друг на друга.

Ме­тодически параметры взаимного влияния получили название переходных по­мех, или переходного затухания.

Рис.3.2. Переходные помехи NEXT и FEXT

Различают два параметра переходных по­мех (рис.3.2).

переходное затухание на ближнем конце (т. е. влияние ближнего пере­датчика на приемник на ближнем конце); переходное затухание на дальнем конце (т. е. влияние удаленного пе­редатчика на приемник на ближнем конце).

Номинально FEXT и NEXT относятся к специализированным параметрам кабельной пары. Но роль этого параметра настолько уникальная, что требует отдельного рассмотрения и исследования.

Достаточно сказать, что, несмот­ря на существование понятий NEXT и FEXT уже не один десяток лет, общей методологии измерений этих параметров нет, и в условиях абонентских се­тей NGN ее едва ли можно построить.

Например, взаимное влияние одной пары на другую может существовать потенциально, но никак не проявляться до тех пор, пока по одной паре идет телефония, а по другой ADSL.

Но стоит подключить нового абонента ADSL - и это влияние может «убить» качество связи в обеих парах.

То же относится к помехам от внешних источников электромагнитного излучения - в общем случае предсказать их проявление на отдельной паре невозможно.

Можно указать в качестве наиболее важных для параметров качества ADSL следующие типы возможных переходных помех.

Влияния абонента ADSL на другого абонента ADSL. Влияние радиочастот диапазона AM на ADSL. Влияние внешних электромагнитных помех. Влияние от цифровых систем передачи (Е1, HDSL и пр.).

Долгое время дискутировался вопрос о потенциальной возможности вли­яния ADSL на качество традиционной телефонии. Поводом для обсуждения данной темы стали жалобы абонентов традиционной телефонии на ухудше­ние качества связи в процессе массового внедрения ADSL.

Хотя по теории применения сплиттеров влияние ADSL на телефонную сеть исключается, ста­тистика жалоб показывала устойчивую связь между уровнем внедрения ADSL и количеством жалоб.

Специальные исследования показали, что переход­ных помех между телефонной сетью и ADSL действительно нет, а жалобы обусловлены в большей степени деятельностью самих операторов.

Для бо­лее качественного предоставления услуг ADSL операторы осуществляли коммутацию пар, так что пользователь ADSL получал лучшую по качеству пару, тогда как обычный телефонный абонент получал пару хуже, что и при­водило к оценке негативной роли ADSL.

Кстати, этот пример показывает, что в процессе массового внедрения ADSL факторы чисто технического свой­ства сильно перемешиваются с социальными, историческими и админист­ративными факторами. Как показано в глава 7, данный пример не един­ственный случай, когда оказывается трудно разделить влияние техники и других процессов в системе эксплуатации.

Некоторые применения ADSL

Теперь от общего анализа технологии ADSL перейдем к рассмотрению не­которых вариантов использования этой технологии в сетях абонентского доступа NGN.

Как следует из самой парадигмы сетей NGN, основная цель построения сетей широкополосного абонентского доступа - обеспечение пользователей мак­симально возможной полосой передачи данных в транспортную сеть. От это­го зависит номенклатура предоставляемых пользователю услуг, а сам успех внедрения NGN - от эффективности внедрения новых услуг, ведь именно ради них совершается новая техническая революция.

Таким образом, тема услуг является основополагающей при изучении лю­бых вопросов, связанных с NGN. Не исключение и технология ADSL. В данном разделе мы рассмотрим варианты применения ADSL на современной сети, что должно дополнить наше представление о месте этой технологии в совре­менной системе связи.

Индивидуальное подключение

Самое простое применение технологии ADSL - индивидуальное использо­вание широкополосного доступа для предоставления услуг отдельному пользователю.

Несомненным преимуществом ADSL является то, что она пред­лагает очень эффективный метод миграции абонентов из телефонной сети в сеть NGN.

Напомним, что для этого требуется только установить на обоих концах абонентской линии сплиттеры, тем самым, разделив трафик передачи данных и телефонный трафик, а затем подключить ADSL-модем на стороне пользователя и DSLAM на станционной стороне.

Рис.3.3. Схема индивидуального подключения абонента

В результате такого процесса миграции технология ADSL становится ин­дивидуально ориентированной. Она нацелена на отдельных абонентов теле­фонной сети и предлагает с минимальными издержками подключить их к сети NGN. Соответственно, наиболее часто ADSL используется именно в режиме индивидуального подключения (рис.3.3).

Как показано на рисунке, в случае индивидуального подключения абонен­та к ADSL ставится задача обеспечения широкополосным доступом единич­ного пользователя.

Например, это может быть квартира абонента. В таком случае абоненту оставляется обычный телефон, подключенный через сплитер, и добавляется широкополосный доступ в сеть NGN. В зависимости от конфигурации и типа модема ADSL, это может быть интерфейс USB для под­ключения одного компьютера или Ethernet, к которому можно подключить даже домашнюю локальную сеть. В свою очередь, в домашней локальной сети мо­гут быть установлены компьютеры либо устройства IPTV для обеспечения трансляции телевизионных сигналов.

Технология VoDSL

Новое по отношения к традиционным услугам ADSL приложение связано с развитием технологии передачи голоса в пакетных сетях (Voice over IP, VoIP). В настоящее время VoIP получила очень широкое распространение. В каче­стве примера можно привести услугу skype, которой широко пользуется уже более 5 млн абонентов во всем мире.

Если существует потенциальная возможность передачи голоса поверх дан­ных, то еще одним приложением ADSL может стать предоставление услуг VoIP. Такую услугу можно назвать передачей голоса поверх ADSL, или VoDSL.

Схе­ма услуги представлена на рис. 3.4. На стороне пользователя к модему ADSL подключаются не только компьютер, но и VoIP-телефон. Со станционной стороны после DSLAM ставится коммутатор доступа (BRAS), который выделяет график VoIP и передает его на телефонный шлюз VoIP/PSTN, так что трафик VoIP преобразуется в обычный телефонный трафик и уходит в сети общего пользования.

Колл" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">коллективное использование ADSL

Рассмотренные выше услуги VoDSL имеют еще одно интересное приме­нение, а именно возможность коллективного использования одного ADSL-под­ключения.

Как было показано выше, современные технологии VoIP позволя­ют установить на стороне пользователя ADSL дополнительный телефон. Но никто не запрещает вместо одного телефона подключить несколько теле­фонов VoIP, а вместо одного компьютера составить локальную сеть (рис. 3.5). В таком случае мы получаем целую сеть для небольшого офиса на одной ADSL.

Такой подход к использованию ADSL обещает большие перспективы этой технологии. Например, небольшая компания снимает новый офис и традици­онно задается вопросом, каким образом обеспечить связь с внешним миром. Если офисное помещение было до этого квартирой, то в ней есть только один телефон. И вот тогда на помощь может прийти решение по ADSL. Достаточно подключиться к единственной паре ADSL, как в офисе появятся необходимое количество телефонов и достаточно широкая «труба» в Интернет.

https://pandia.ru/text/78/444/images/image006_42.gif" width="534" height="418">

Рис.3.6. Интегральная сеть широкополосного доступа и место ADSL в ней

уровень адаптации ATM - AAL2, пакеты данных также преобразуются в поток ячеек ATM (уровень адаптации AAL5). Иными словами, IAD выполняет задачу мультиплексирования по­токов речи и данных в виртуальные каналы (VC) для передачи по линии DSL, а также функции моста или маршрутизатора трафика локальных сетей Ethernet, одновременно поддерживая достаточное количество речевых соединений.

Уже сейчас применение IAD для создания корпоративных сетей очень по-

пулярно в рамках проектов массового внедрения ADSL в Москве и С-Петербурге. По мере развития «интернетизации» малого и среднего бизнеса и се­тей ADSL предлагаемая схема использования будет и далее находить своих клиентов.

Библиография

1. Бакланов ADSL/ADSL2+: теория и практика применения.-М.: Метротек,2007.

Контрольные вопросы

Перечислите факторы влияющие на параметры качества ADSL. Как влияют на параметры качества ADSL оконечные устройства и DSLAM. Перечислите и охарактеризуйте базовые параметры абонентского кабеля. Перечислите и охарактеризуйте специализированные параметры кабеля. Как влияют неоднородности в кабеле на ADSL. Как влияет параллельная отпайка в кабеле на параметры передачи ADSL. Охарактеризуйте термины «переходные помехи и переходное затухание». Изобразите схему возникновения переходных помех. Назовите и охарактеризуйте параметры переходных помех. Назовите наиболее важные типы переходных помех. Изобразите схему индивидуального подключения абонента ADSL. Изобразите схема организации услуги VoDSL. Изобразите схему коллективного подключения к ADSL. Что такое IAD и какие функции он выполняет. Изобразите интегральную сеть широкополосного доступа и место ADSL в ней

Для диапазонов частот Ku и Ka отношение несущая/шум С/N имеет значение до демодуляции в приемном устройстве. Отношение S/N имеет значение после демодуляции. Таким образом отношение S/N зависит как от отношения С/N, так и от характеристик модуляции и кодирования.

Переданный сигнал, может быть неверно воспринят приемным устройством из-за различных помех и искажений, возникающих при его передаче по зашумленному каналу связи. Для повышения помехоустойчивости применяются различные методы кодирования . Поэтому выход источника информации соединяется с кодером канала связи, где в сигнал вводится избыточность, чтобы уменьшить вероятность появления ошибочных битов. Такая процедура называется предварительной коррекцией ошибок (FEC) и является единственным методом обеспечения коррекции ошибок без запроса повторной передачи данных. Вероятность появления ошибочных битов связана с частотой появления ошибочных битов (BER) декодера приемного устройства. Показателем качества принимаемого сигнала в цифровых системах передачи, как известно, является отношение Е б /N 0 , при котором достигается определенная величина BER, и которое является эквивалентом отношения S/N для цифровых систем.

Соотношение между C/N и Е б /N 0 , выраженное в децибелах, определяется следующей формулой:

Е б /N 0 = C/N + 10 log(1/R) + 10 logDf, дБ (5.32)

Где Е б /N 0 дБ - отношение количества энергии в бите Е б (Дж) к плотности потока мощности шумов N 0 (Вт/Гц); R - скорость передачи информации, бит/с; Df – занимаемая каналом полоса частот, Гц; C/N - отношение несущая/шум в полосе частот Df, дБ.

Характерной чертой практических цифровых систем является следующее: для данного отношения скорости передачи бита информации к полосе пропускания канала существует отношение сигнал/шум, выше которого возможен прием сигнала без ошибок и ниже которого прием невозможен. В отличие от аналоговых сигналов, которые постепенно ухудшаются под воздействием шумов, цифровые системы относительно неподвержены воздействию шумов, вплоть до того момента, когда система коррекции ошибок уже не сможет действовать эффективно. В результате происходит резкое ухудшение или крушение системы. Это свойство цифровых систем устраняет необходимость градаций качества. Качество принимаемого сигнала не пострадает, если суммарный ухудшенный уровень отношения Е б /N 0 выше, чем некоторый требуемый уровень соответствующий приемлемой вероятности появления ошибочных битов () или определенной величине BER. Взаимоотношения между и Е б /N 0 зависит от конкретных особенностей выбранного метода цифровой модуляции, поэтому операторы спутниковой связи обычно оговаривают минимальный требуемый уровень отношения Е б /N 0 . Отличному качеству соответствует BER= . BER на входе демультиплексора зависит от двух факторов: качества входного сигнала и исправляющей способности помехозащитного кода FEC . Число FEC показывает избыточность помехозащитного кода.

Требуемое отношение сигнал/шум для качественного приема цифрового сигнала с величиной BER, равной определяется из таблицы.