Міністерство освіти і науки України Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра телекомунікацій Розрахунково-графічна робота з дисципліни: «Телекомунікаційні системи передачі» на тему «Розробка схеми організації зв’язку на основі цифрових систем передачі» ВСТУП Передача повідомлень в СПІ від відправника до користувача (утримувача інформації або повідомлень) відбувається за допомогою сигналів. Як сигнал може використовуватись будь-який фізичний процес, що однозначно відображає повідомлення, яке передається. Отже, сигнал є матеріальним переносником інформації. Повідомлення, що передається, є випадковою величиною або випадковою функцією. Детерміновані повідомлення інформації не несуть і немає сенсу їх передавати.  До 70 –х років ХХ століття у системах передачі інформації (СПІ) переважали аналогові СПІ з частотним розділенням каналів (ЧРК). Поштовхом до подання неперервних (аналогових) сигналів у цифровій формі стала необхідність засекречування мовних сигналів під час другої світової війни. Ще більшим стимулом до цифрового перетворення аналогових сигналів було створення комп'ютера, який можна використовувати, як кінцевий пристрій системи передачі цифрової інформації, доручаючи йому виконання логічних операцій з прийому та обробки сигналів. У даний час у цифровій формі можна передавати будь-який вид інформації, забезпечуючи необхідну надійність за значної швидкості передачі. Сильним поштовхом у розвитку цифрових систем передачі інформації послужило створення інформаційно-обчислювальних мереж і наявність технологічної бази для виробництва високошвидкісних перемикачів, широкосмугових модемів, мультиплексорів, підсилювачів та ін. Тому на зміну аналоговій СПІ прийшла краща - цифрова система передачі інформації (ЦСП) з імпульсно – кодовою модуляцією. Однією з головних переваг передачі інформації в цифровій формі є можливість використання кодованих сигналів і оптимального в заданих умовах способу їхнього прийому. Важливо, що за цифрової передачі усі типи сигналів, такі як мова, музика, телебачення, дані, можуть об'єднуватися в один загальний потік інформації, передача якого формалізована. Крім того, ущільнення при одночасному використанні комп'ютера дозволяє більш ефективно використовувати спектр і час, захистити канал від несанкціонованого доступу, об'єднати в єдиний процес передачу цифрової інформації і цифрової комутації каналів та повідомлень. Звичайно цифрові види передачі мають і свої недоліки, це зокрема, більша ширина спектру сигналу, що випромінюється, наявність міжсимвольних перешкод, необхідність синхронізації систем передачі та інші. Але зважаючи на останні розробки в галузі ЦСП, усі їх недоліки нівелюються їх перевагами. Завдання на розрахунково-графічну роботу Варіант 4 Згідно варіанту 4: між географічними пунктами А і Б необхідно організувати передавання 63 каналів тональної частоти (КТЧ). Відстань між А і Б становить 100 км. Між пунктами Б і В необхідно організувати 2 ПЦП та 145 КТЧ. Відстань між Б і В становить 125 км. Також між пунктами А і В необхідно забезпечити проходження 2 ПЦП, 2 ВЦП та 110 КТЧ. 1. РОЗРОБКА ВАРІАНТІВ СХЕМИ ОРГАНІЗАЦІЇ ЗВ’ЯЗКУ 1.1 Вибір можливих варіантів типу кабелю та ЦСП 1.1.1. Визначення приналежності до типу телекомунікаційної мережі При проектуванні схеми організації телекомунікаційної мережі визначаємо, до якої мережі – внутрішньо-зонової (ВЗМ) або магістральної (MM) належить ЦСП, що проектуємо. Згідно нормативних документів ITU-T довжина еквівалентного гіпотетичного кола (ЕГК) дорівнює 2500 км, яке поділяється на окремі ділянки. Структура ЕГК На рисунку позначено: МІД – місцева ділянка; ВЗД – внутрішньозонова ділянка; МД – магістральна ділянка. Довжину lАВ магістралі, що проектуємо (довжина магістралі між географічними пунктами А та В), визначаємо згідно співвідношення: LАВ = LАБ + LБВ= 225 км Оскільки 100 км < lАВ < 250 км, то магістраль, що проектуємо належить до внутрішньозонової мережі (ВЗМ). 1.1.2. Аналіз можливих варіантів побудови схеми організації зв’язку. Розглядаємо всі можливі варіанти побудови схеми організації зв'язку, і вибраємо для подальшої роботи два варіанти – перший для двокабельного режиму роботи та другий для однокабельного режиму. Оптимальний варіант визначаємо шляхом порівняння кількості ЦСП, ємності кабелів та мінімальної кількості резервних пар кабелю. Можливі наступні варіанти схем організації зв'язку для ВЗМ: ЦСП ІКМ-120, кабель МКСА 1x4 двокабельний режим ЦСП ІКМ-120, кабель МКСА 4x4 двокабельний режим ЦСП ІКМ-480С, кабель МКСА 1x4 двокабельний режим ЦСП ІКМ-480С, кабель МКСА 4x4 двокабельний режим ЦСП ІКМ-480, кабель МКТ-4 однокабельний режим Оптимальний варіант визначаємо шляхом порівняння кількості ЦСП, ємності кабелів та мінімальної кількості резервних пар кабелю. Для визначення кількості та типу ЦСП необхідно визначити загальну кількість каналів ТЧ з перерахунком ПЦП і ВЦП на цифрові канали ТЧ. Нехай nПЦПАБ , nПЦПБВ , nПЦПАВ – кількість ПЦП між пунктами А і Б, Б і В, А і В відповідно; mВЦПАБ , mВЦПБВ , mВЦПАВ – кількість ВЦП між пунктами А і Б, Б і В, А і В відповідно; NкАБ , NкБВ , NкАВ – кількість КТЧ між пунктами А і Б, Б і В, А і В відповідно, тоді схема магістралі, що проектується, буде мати вигляд: Далі розрахувуємо кількість КТЧ, що виходять з пункту А, і пункту В: Двокабельний режим Система ІКМ-120 по кабелю МКСА 1x4 Потрібно 4 системи ІКМ-120, 4 кабелі МКСА 1х4. Резервних каналів – 7, резервних пар немає. Система ІКМ-120 по кабелю МКСА 4x4 Потрібно 4 системи ІКМ-120, 2 кабелі МКСА 4х4. Резервних каналів – 7, резервних пар 4 в одному кабелі. Система ІКМ-480С по кабелю МКСА 1x4 Потрібно 1 систему ІКМ-480С, 2 кабелі МКСА 1х4. Резервних каналів – 7, резервних пар – 1 в одному кабелі. Система ІКМ-480С по кабелю МКСА 4х4 Потрібно 1 систему ІКМ-480С, 2 кабелі МКСА 4х4. Резервних каналів – 7, резервних пар - 1 в одному кабелі. Однокабельний режим Для однокабельного режиму існує лише один варіант: Система ІКМ-480С по кабелю МКТ-4 Потрібно 1 систему ІКМ-480, 1 кабель МКТ-4. Резервних каналів – 7, резервних пар – 1 в одному кабелі. Таким чином, надалі розглядатимуться два варіанти: двокабельний режим ІКМ-480С по кабелю МКСА 1x4; однокабельний режим ІКМ-480 по кабелю МКТ-4. 1.2. Розробка і формування структури мережі зв'язку на базі ЦСП з ІКМ Розробляємо детальну схему організації зв'язку з розкриттям обладнання, яке необхідно встановити в кінцевому пункті А (), обслуговуваному регенераційному пункті Б (), та кінцевому пункті В (). Також передбачаємо шляхом розрахунків кількість і місце розташування обслуговуваних регенераційних пунктів (), що забезпечують дистанційне живлення. Кількість не обслуговуваних регенераційних пунктів (НРП) буде визначено в п. 2.3. 1.2.1. Модель структурної схеми лінійного тракту ЦСП Формуємо структурну схему лінійного тракту ЦСП згідно загальної моделі побудови. 1.2.2. Алгоритм розрахунку кількості обладнання ЦСП в кінцевих пунктах лінійного тракту Для розробки схеми організації зв'язку необхідно розрахувати кількість необхідних комплектів аналогово-цифрового обладнання (АЦО), комплектів вторинного часового групоутворення (ВЧГ), комплектів третинного часового групоутворення (ТЧГ) та обладнання лінійного тракту (ОЛТ) для КПА, ОРПБ та КПВ. Для розрахунку обладнання для КПА використовують наступні співвідношення: – кількість комплектів АЦО, – кількість комплектів ВЧГ, – кількість комплектів ТЧГ, де - функція, що присвоює найближче більше натуральне число для аргументу x. Аналогічно розраховуємо кількість обладнання для пункту В. Розрахунок комплектів обладнання для ОРПБ проводимо окремо для напрямку Б-А та Б-В. Кількість ОЛТ визначаємо кількістю комплектів ТЧГ для ІКМ-480. 1.2.3. Формування схеми організації зв'язку для двокабельного та однокабельного варіантів. На основі розрахунків комплектації обладнання формуємо схему організації зв'язку для двокабельного та однокабельного варіантів. Оскільки для однокабельного та двокабельного варіантів було вибрано один тип ЦСП (одного ступеня ієрархії), тоді розробляємо лише одну схему організації зв'язку. Варіант 4 Спрощена схема мережі зв’язку У результаті виконання завдання встановлено, що: 1. Кількість каналів: NкА = 473, NкВ = 855. 2. Доцільно використати систему ІКМ-480С. 3. Ділянки А-Б та Б-В менші довжини секції дистанційного живлення, тому не потрібно використовувати ОРПДЖ. 4. У такому випадку результати розрахунку комплектації обладнання кінцевих пунктів КПА, КПВ та проміжної станції в напрямку Б-А ОРПБА та в напрямку Б-В ОРПБВ наступні: КПА: nАЦО A = 7, nВЧГ A = 3, nТЧГ A = 1, nОЛТ A = 1. КПВ: nАЦО В = 9, nВЧГ В = 4, nТЧГ В = 2, nОЛТ В = 2. ОРПБА: nАЦО БА = 3, nВЧГ БА = 1, nТЧГ БА = 0, nОЛТ БА = 0. ОРПБВ: nАЦО БВ = 5, nВЧГ БВ = 2, nТЧГ БВ = 1, nОЛТ БВ =1. Дану дану схему організації зв’язку можна оптимізувати, використавши один комплект ТЧГ у пункті Б для напрямку Б-В. Цього ми досягаємо шляхом передачі однієї вторинної цифрової групи з системи ІКМ-120 в пункі Б до пункту В, напряму, без додаткового ущільнення. Між пунктами А-Б ми організуєм зв'язок без комплектів третинного часового групоутворення (ТЧГ) використовуючи напряму вторинного часового групоутворення (ВЧГ), без додаткового ущільнення. Між пунктами А-В ми організуєм зв'язок використавши один комплект ТЧГ з додатковою лінією звязку і обладнання лінійного тракту. Нижче наведена схема організації зв'язку для заданого варіанту. На рисунку позначено кабельні лінії зв’язку (ЛЗ). 2. РОЗРАХУНОК НОМІНАЛЬНИХ ДОВЖИН РЕГЕНЕРАЦІЙНИХ ДІЛЯНОК ЛІНІЙНОГО ТРАКТУ ЦСП 2.1. Визначення номінальної довжини регенераційної ділянки однокабельної ЦСП Для визначення номінальної довжини регенераційної ділянки однокабельної ЦСП попередньо визначаємо максимально допустиму довжину регенераційної ділянки та розрахункову довжину регенераційної ділянки на розрахунковій частоті при заданій температурі ґрунту . 2.1.1. Оскільки в системах ІКМ-120 та ІКМ-480 для передавання інформації через коаксіальні або симетричні кабельні лінії використовують квазітрійковий цифровий сигнал, де тактова частота для ІКМ-120 та для ІКМ-480, то розрахункова частота дорівнює: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. 2.1.2. Для визначення необхідно обчислюємо коефіцієнт ослаблення коаксіального кабелю довжиною 1 км. Залежність коефіцієнта ослаблення від частоти апроксимується наступним співвідношенням (дБ): , де – робоча частота, МГц; – коефіцієнти апроксимації. Для кабелю МКТ-4 при коефіцієнти апоксимації рівні: , , . – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Коефіцієнт ослаблення кабелю довжиною 1 км при заданій температурі грунту визначаємо згідно наступного співвідношення: , де – задана температура грунту згідно варіанту, – температурний коефіцієнт перерахунку (для коаксіального кабелю ). дБ – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. У такому випадку максимальний коефіцієнт ослаблення коаксіального кабелю довжиною 1 км на розрахунковій частоті при заданій температурі грунту (дБ): – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Максимально допустиму довжину регенераційної ділянки (км) визначаємо згідно формули: , де – максимальне ослаблення, що перекривається, цифрової системи передавання (для ІКМ-120 – 65 дБ; для ІКМ-480 – 73 дБ). – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. 2.1.3. Визначення номінальної довжини регенераційної ділянки Для визначення номінальної довжини регенераційної ділянки визначаємо рівень передавання лінійного цифрового сигналу на виході ЦСП, нормований відносно 1 мВт: , де – амплітуда сигналу на виході ЦСП (для всіх ЦСП ); – характеристичний опір кабелю, Ом (для коаксіального кабелю ). Рівень власних теплових шумів кабелю на вході регенератора: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Захищеність системи (відношення потужності сигналу до потужності шуму на вході регенератора), що не залежить від довжини регенераційної ділянки: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480, де – коефіцієнт власних шумів коаксіального кабелю. Допустиму захищеність системи визначаємо так (дБ): , де – допустима захищеність ідеального регенератора від власних шумів кабелю при їх піковому значенні: , де N – кількість можливих рівнів амплітуди, яку має лінійний цифровий сигнал (для ІКМ-120 та ІКМ-480 та використанні квазітрійкового сигналу N=3). Для знаходження пікового фактору шумів обчислюємо допустиму ймовірність помилки в кабельній ліній зв’язку: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480, де – допустима ймовірність помилки в кабельній лінії зв’язку довжиною 1 км, (км-1), в Україні, для ВЗД . Піковий фактор шумів пов’язаний із допустимою ймовірністю помилки , зокрема, при . При проектуванні вважаємо, що для обладнання ВЦП і для обладнання ТЦП. Тоді допустима захищеність системи буде рівною: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Для однокабельної ЦСП, що працює по коаксіальному кабелю, розрахункова довжина регенераційної ділянки залежить лише від власних шумів кабелю. При цьому рівняння довжини буде мати вигляд: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480, де –очікувана захищеність системи. Якщо врахувати лише власні шуми коаксіального кабелю, то очікувану захищеність регенераційної ділянки можна представити у такому вигляді: , де , – коефіцієнти апроксимуючої функції, що враховують широкосмуговість лінійного цифрового сигналу та власні шуми коаксіального кабелю. Для даного випадку , =. Знаходимо розрахункову довжину регенераційної ділянки трьома можливими способами: а) Графічний спосіб. Будуємо пряму , паралельну осі абсцис та, підставляючи в рівняння для різні значення в км, будуємо криву . Розв’язком рівняння буде значення у місці перетину кривої та прямої . – для ІКМ-120, – для ІКМ-480. б) Метод визначення розрахункової довжини регенераційної ділянки з точністю до 1 % згідно формули: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480; в) Можливе визначення з похибкою до 5% за формулою: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Знаючи максимально-допустиму довжину регенераційної ділянки та розрахункову довжину регенераційної ділянки , визначаємо номінальну довжину регенераційної ділянки згідно формули: Отже: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. 2.2. Визначення номінальної довжини регенераційної ділянки двокабельної ЦСП Для визначення номінальної довжини регенераційної ділянки двокабельної ЦСП попередньо визначаємо максимально допустиму довжину регенераційної ділянки та розрахункову довжину регенераційної ділянки на розрахунковій частоті при заданій температурі ґрунту згідно п.2.1.1. – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Для визначення обчислюємо коефіцієнт ослаблення симетричного кабелю довжиною 1 км. Залежність коефіцієнта від частоти у діапазоні частот ЦСП добре апроксимується наступним співвідношенням: , де – множник для симетричних кабелів різних типів (для кабелю МКСА 1х4 при , );, , – коефіцієнти апроксимуючої функції. – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Коефіцієнт ослаблення кабелю довжиною 1 км при заданій температурі грунту визначаємо згідно наступного співвідношення: , де – температурний коефіцієнт перерахунку (для кабелю МКСА 1х4 ). – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Максимальний коефіцієнт ослаблення для симетричного кабелю: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Максимально допустиму довжину регенераційної ділянки (км) визначаємо згідно формули: , де – максимальне ослаблення, що перекривається, цифрової системи передавання (для ІКМ-120 – 65 дБ; для ІКМ-480 – 73 дБ). – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Для визначення номінальної довжини регенераційної ділянки визначаємо рівень передавання лінійного цифрового сигналу на виході ЦСП, нормований відносно 1 мВт: , де – амплітуда сигналу на виході ЦСП (для всіх ЦСП ); – характеристичний опір кабелю, Ом (для симетричного кабелю ). Рівень власних теплових шумів кабелю на вході регенератора: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Допустиму захищеність системи визначаємо так (дБ): , де – піковий фактор шумів; – допустима захищеність ідеального регенератора від власних шумів кабелю при їх піковому значенні: При проектуванні вважаємо, що для обладнання ВЦП і для обладнання ТЦП. Тоді допустима захищеність системи буде рівною: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. Оскільки для двокабельної ЦСП, що працює з симетричним кабелем, розрахункова довжина регенераційної ділянки залежить як від власних шумів кабелю (нормальна завада), так і від шумів, обумовлених лінійними переходами надальньому кінці (обмежена завада), то шуми в симетричний лінії зв’язку є сумою нормальної та обмеженої завад. Тому для симетричної лінії рівняння довжини приймає вигляд: , де – зменшення захищеності за рахунок дії обмеженої завади, яке визначаємо так: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480, де – коефіцієнт, який слабо залежить від , тому значення визначаємо за формулою, яка дає приблизне значення: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480, де – перехідне ослаблення кабелю на ближньому кінці (для кабелю МКСА 1x4 та МКСА 4x4 ). Розрахункова довжина регенераційної ділянки для симетричного кабелю дорівнює: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480, Знаючи максимально-допустиму довжину регенераційної ділянки та розрахункову довжину регенераційної ділянки , визначаємо номінальну довжину регенераційної ділянки згідно формули: Отже: – для ІКМ-120; – для ІКМ-480. 2.3 Визначення кількості регенераційних ділянок та місць розташування не обслуговуваних регенераційних пунктів. Кількість регенераційних ділянок номінальної довжини на магістралі між пунктами А та Б довжиною не перевищує: , де – функція, що присвоює найближче менше натуральне число для аргументу x. У випадку, коли , на магістралі між пунктами А та Б крім ділянок номінальної довжини повинна бути одна скорочена ділянка довжиною . Проте, кожен регенератор має систему автоматичного регулювання рівня (АРР), динамічний діапазон якої визначений умовою: , де . Для задоволення цієї умови необхідно, щоб . Виконання такої умови досягаємо використанням не одної, а двох скорочених ділянок шляхом зменшення на одну кількості ділянок номінальної довжини. У такому випадку необхідна кількість ділянок номінальної довжини визначається так: , а довжини обох скорочених ділянок становлять: . Скорочені ділянки розташовуємо прилеглими до кінцевих або обслуговуваних регенераційних пунктів (ОРП), оскільки захищеність від завад на скорочених ділянках вища, ніж на ділянках номінальної довжини, що в цілому збільшує завадостійкість лінійного тракту. Обслуговувані регенераційні пункти (ОРПДЖ), для даного варіанту будуть відсутні, тому що ділянки А-Б (100 км) та Б-В (125 км) менші довжини секції дистанційного живлення . Для ІКМ-120, ІКМ-480 та ІКМ-480С . Тоді кількість НРП на ділянці між пунктами А та Б становить: . Аналогічно розраховуємо кількість регенераційних ділянок номінальної довжини та довжини скорочених ділянок на магістралі між пунктами Б та В довжиною . Використовуючи вище наведені формули та методику розрахунку, визначаємо кількість регенераційних ділянок та місць розташування не обслуговуваних регенераційних пунктів: 2.3.1 Однокабельний режим (по коаксіальному кабелю МКТ-4). Магістраль між пунктами А-Б (100 км): Для ІКМ-480 (): . Магістраль між пунктами Б-В (125 км): Для ІКМ-480 (): . Розташування НРП для однокабельної системи, для ЦСП ІКМ-480 Для ІКМ-120 (): . Розташування НРП для однокабельної системи, для ЦСП ІКМ-120 Загальна кількість НРП для всієї траси: 2.3.2 Двокабельний режим (по симетричному кабелю МКСА 1x4). Магістраль між пунктами А-Б (100 км): Для ІКМ-480 (): . Магістраль між пунктами Б-В (125 км): Для ІКМ-480 (): Розташування НРП для двокабельної системи, для ЦСП ІКМ-480 Для ІКМ-120 (): Розташування НРП для двокабельної системи, для ЦСП ІКМ-120 Загальна кількість НРП для всієї траси: ВИСНОВОК: Підсумком даної РГР стало розроблення схеми організації зв’язку для магістральної мережі. Маючи вхідні параметри між трьома географічними пунктами А,Б,В, а саме: для А-Б було організовано передавання 63 каналів тональної частоти (КТЧ) для Б-В було організовано передавання 145 каналів тональної частоти(КТЧ) і двох первинних цифрових потоки (ПЦП); для А-В було організовано передавання 110 каналів тональної частоти(КТЧ), двох первинного цифрового потоку (ПЦП) і ВЦП -2. Для однокабельного режиму було розраховано кількість регенераційних ділянок та місць розташування не обслуговувальних регенераційних пунктів результати наступні: загальна кількість НРП становить 69, з них 31 необхідно розташувати між пунктами А та Б та 38 на магістралі Б-В номінальна довжина регенераційної ділянки рівна 3.3 км. Для двокабельного режиму було розраховано кількість регенераційних ділянок та місць розташування не обслуговувальних регенераційних пунктів результати наступні: загальна кількість НРП – 79, 35 між пунктами А та Б та 44 на магістралі Б-В номінальна довжина регенераційної ділянки становить км; ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА 1. Баєва Н. Н., Городиенков В. Н. и др., Многоканальные системи передачи, - М.: Радио и связь, 1997- 560 с. 2. Зингиренко А. . М, Баєва Н. М., Тверцкий М. С. Системы многоканальной связи. - М.: Связь, 1980. - 440 с. 3. Скалин Ю. В., Бернштейн А. П, Финкевич А. Д., Цифровые системи передачи. - М.: Радио и связь, 1988. - 272с. 4. Брескин В. О., Проектирование цифровых систем передачи. Одесса, 1988.-75 с. 5. Стеклов В. К., Беркман Л. Н. Телекомунікаційні мережі: Підручник. - К.: Техніка, 2001. - 392 с. 6. Стеклов В. К., Кільчицький С. В. Основи управління мережами та послугами телекомунікація: Підручник /За ред. проф. Стеклова В. К. - К.: Техніка.