Введение

Развитие науки и ускорение технического прогресса невозможны без совершенствования средств связи, систем сбора, передачи и обработки информации. В вопросах развития сетей связи страны большое внимание уделяется развитию систем передачи и распределения (коммутации) информации.

Наиболее широкое распространение в последнее время получили многоканальные системы передачи (МСП) с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Импульсно-кодовая модуляция была изобретена французским инженером А. Ривсом в 1937 г. Этому предшествовали теоретические работы отечественных и зарубежных ученых.

Развитие цифровых систем передачи (ЦСП) нельзя представить без теоретических работ по теории связи, основы которой заложены в работах К. Шеннона и В.А. Котельникова. Возможность передачи дискретизированных сигналов вместо непрерывных во времени и неискаженного их восстановления основана на применении теоремы отсчетов, открытой в 1933 г. независимо друг от друга Найквистом и В.А. Котельниковым. Эта теорема формулируется следующим образом: если непрерывный сигнал имеет ограниченный спектр, то он полностью определяется последовательностью своих мгновенных значений в дискретные моменты времени, следующие с частотой, большей или равной удвоенной верхней частоте непрерывного сигнала.

Теорема В.А. Котельникова в формулировке автора относится к сигналам с ограниченным спектром. Строго говоря, все сигналы связи и, в том числе сигналы на входе канала, ограничены во времени и уже в силу этого имеют бесконечно широкий спектр частот; более того, в принципе только сигналы с неограниченным спектром могут переносить полезную информацию. Поэтому теорему В.А. Котельникова применительно к реальным сигналам следует понимать как приближенное утверждение. Однако степень этого приближения вполне достаточна для практики.

Таким образом, дискретизируемые сигналы в МСП с ИКМ можно считать практически ограниченными по спектру, и для них справедливы условия теоремы В.А. Котельникова.

Несмотря на то, что уже в первые годы после второй мировой войны была построена опытная 96-канальная линия связи с ИКМ, настоящее развитие импульсно-кодовые методы передачи получили лишь начиная с 1956 г., после изобретения транзистора (1948 г.) и разработки первого поколения электронных цифровых вычислительных машин.

В 1962 г. был начат серийный выпуск 24-канальной аппаратуры Т-1, разработанной концерном Белл.

Дальнейшему развитию методов и аппаратуры с ИКМ способствуют их существенные преимущества перед аналоговыми системами передачи:

• высокая помехоустойчивость,

• практическая независимость качества передачи от длины линии связи,

• стабильность параметров каналов ЦСП,

• эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов,

• простота математической обработки передаваемых сигналов,

• возможность построения цифровой сети связи,

• высокие технико-экономические показатели,

• исключительная технологичность производства на современной микроэлектронной базе.

Имеется определенный парк ЦСП с ИКМ, который непрерывно пополняется и совершенствуется. Так, отечественная промышленность выпускает системы передачи ИКМ-15, ЗОНА, ИКМ-30 (ИКМ-30-4, ИКМ-30С), ИКМ-120 (ИКМ-120У, ИКМ-120-4), ИКМ-480 (ИКМ-480С, ИКМ-480х2), ИКМ-1920 (ИКМ-1920х2).

Основным недостатком ЦСП является необходимость использования для передачи одинакового объема информации более широкого, чем в аналоговых МСП линейного спектра частот, из-за чего промежуточные регенерационные станции приходится размещать более часто, чем усилительные пункты в аналоговых системах. Однако при использовании ЦСП для работы по оптическим кабелям благодаря широкой полосе пропускания оптического волокна и малому его затуханию, это обстоятельство оказывается несущественным, и расстояние между регенераторами на оптическом кабеле во много раз превышает длину усилительного участка аналоговых систем передачи.

Самым существенным достоинством ЦСП представляется возможность передачи цифровых данных между ЭВМ и вычислительными комплексами без каких-либо дополнительных устройств преобразования или специальных аппаратных средств. В ЦСП единственным параметром, которым характеризуется качество передачи, является коэффициент ошибок. Каналы с малым коэффициентом ошибок в тракте передачи реализуются достаточно просто. В случае необходимости влияние ошибок, возникающих в тракте, можно практически полностью исключить, воспользовавшись теми или иными способами защиты от ошибок.

В новых ЦСП значительно расширены их функциональные возможности. Так, например, первичный мультиплексор строится с использованием принципов, принятых при построении ЭВМ, т.е. по модульной структуре, включающей в себя системную цифровую шину для связи групповых и канальных устройств, выполняющих преобразование конкретных видов канальных сигналов в цифровые потоки со скоростями 64 или n*64 кбит/с.

Программируемый ИКМ-мультиплексор позволяет осуществлять оперативное ответвление и переключение каналов, а также заменить регулировку параметров канальных узлов введением корректирующих данных в память управляющего микропроцессора, что обеспечивает автоматизированный контроль параметров основных функциональных узлов.

Групповые устройства ИКМ-мультиплексора выполняются в виде единого цифрового модуля, содержащего управляющий микропроцессор и сигнальные процессоры. Каждый процессор имеет устройства памяти, способные длительно хранить информацию. Для обеспечения ввода, выделения и транзита цифровых каналов в мультиплексоре используются два взаимосвязанных микропроцессорных модуля, которые могут обмениваться командами управления и информационными байтами соответствующих каналов.

Аппаратура перспективных линейных трактов разрабатывается с применением БИС, СБИС, автоматического телеконтроля состояния НРП на основе микропроцессорной техники.

Широкое внедрение ЦСП на сетях связи совместно с аппаратурой сетевой синхронизации, аппаратурой управления синхронной сетью создает предпосылки для организации автоматизированной сети связи.

В учебном пособии рассматриваются вопросы проектирования линий передачи на основе ЦСП.