9.4. СИНХРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ИЕРАРХИЯ

Наиболее современной технологией, используемой в настоящее время для построения сетей связи, является синхронная цифровая иерархия (СЦИ) (Synchronous Digital Hierarchy — SDH) [7,9]. Она обладает существенными преимуществами по сравнению с системами предшествующих поколений, позволяет полностью реализовать возможности волоконно-оптических и радиорелейных линий, создавать гибкие, надежные, удобные для эксплуатации, контроля и управления сети, гарантируя высокое качество связи. Системы SDH обеспечивают скорость передачи от 155 Мбит/с и выше и могут транспортировать как сигналы существующих ЦСП, так и новых перспективных служб, в том числе широкополосных. Аппаратура SDH является программно управляемой и интегрирует в себе средства преобразования, передачи, оперативного переключения, контроля, управления.

Хотя создание цифровых систем передачи PDH было значительным шагом в развитии техники связи, тем не менее PDH при- сущ ряд недостатков. Во-первых, наличие трех различных иерархий (европейской, североамериканской и японской) крайне затрудняет организацию международной связи. Во-вторых, в PDH затруднен ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах и возникает парадоксальная ситуация, когда для выделения низко- скоростного потока требуется непропорционально большое количество сложного оборудования (см. рис.9.1). Данный недостаток становится особенно существенным при необходимости частого ввода/вывода цифровых потоков вдоль магистрали.

В-третьих, в PDH отсутствуют средства сетевого автоматизированного контроля и управления, без которых невозможно создать сеть связи, удовлетворяющую современным требованиям к качеству обслуживания и надежности. Такие средства (в ограниченном объеме) имеются в PDH лишь на уровне линий передачи, однако они не стандартизированы, поэтому разработанные различными производителями оборудования PDH системы контроля и управления линейных трактов несовместимы. Они не способны осуществлять контроль и управление групповыми трактами «из конца в конец» и тем более всей сетью. В-четвертых, при нарушении синхронизации группового сигнала в PDH сравнительно большое время требуется на многоступенное восстановление синхронизации компонентных потоков.

Преодолеть недостатки, оставаясь в рамках PDH, было невозможно. Поэтому, когда в середине 80-х годов применение волоконно-оптических линий связи позволило существенно повысить скорости передачи, а внедрение цифровых коммутационных станций — создавать полностью цифровые синхронные сети, началась работа по переходу к SDH.

В качестве основной среды передачи в SDH применяются ВОЛИ. Неслучайно американский прототип SDH носит название SONET — от английских слов Synchronous Optical NETwork, что переводится как «синхронная оптическая сеть». В европейском вари- анте SDH можно использовать и радиорелейные линии (см. 10.5).

SDH позволяет организовать универсальную транспортную сеть, выполняющую функции как передачи информации, так и контроля и управления. Она рассчитана на транспортирование всех сигналов PDH, а также всех действующих и перспективных служб, в том числе и широкополосной цифровой сети с интеграцией служб (В-ISDN

), использующей асинхронный способ доставки (Asynchronous Transfer Mode — АТМ).

Применение SDH дает возможность существенно сократить объем и стоимость аппаратуры, эксплуатационные расходы, сроки

монтажа и настройки оборудования. В то же время значительно повышаются надежность и живучесть сетей, их гибкость, качество связи.

Линейные сигналы SDH организованы в так называемые синхронные транспортные модули (Synchronous Transport Module— $ТМ) (табл.9.3). Первый из них (STM-1) соответствует скорости 155 Мбит/с. Каждый последующий имеет скорость в 4 раза большую, чем предыдущий, и образуется побайтным синхронным мультиплексированием. Уже стандартизированы STM-4 (622 Мбит/с), STM-16 (2,5 Гбит/с) и STM-64 (10 Гбит/с).

При использовании радиолиний, когда их пропускная способность недостаточна для STM-1, может применяться субпервичный транспортный модуль STM-RR со скоростью передачи 52 Мбит/с (втрое меньше, чем у STM-1). Однако STM-RR не является уровнем SDH и не может использоваться на интерфейсах сетевых узлов.

В сети SDH используется принцип контейнерных перевозок. Подлежащие транспортированию сигналы предварительно размешаются в стандартных контейнерах (Container-С). Все операции производятся с контейнерами независимо от их содержимого. Благодаря этому и достигается прозрачность сети SDH, т.е. возможность транспортировать различные сигналы PDH, потоки ячеек АТМ или какие-либо другие сигналы.

Предусмотрены контейнеры четырех уровней. В контейнерах размещаются потоки PDH (табл.9.4). Скорость 8 Мбит/с европейской PDH не приведена, поскольку соответствующий контейнер зарезервирован для новых сигналов с неиерархическими скоростями, например для потока ячеек АТМ.

Важной особенностью сети SDH является ее деление на три функциональных слоя, которые подразделяются на подслои (табл.9.5). Каждый слой обслуживает вышележащий слой и имеет определенные точки доступа. Слои имеют собственные средства контроля и управления, что упрощает операции по ликвидации последствий отказов и снижает их влияние на вышележащие слои. Независимость слоев позволяет внедрять, модернизировать или заменять их, не затрагивая другие слои.

Самый верхний слой образует сеть каналов, обслуживающих конечных пользователей. Группы каналов объединяются в групповые тракты различных порядков (средний слой). Групповые тракты организуются в линейные тракты, относящиеся к нижнему слою среды передачи. Он подразделяется на секции (мультиплексные и регенерационные) и физическую среду (рис.9.6).

Общая схема преобразований SDH изображена на рис.9.7. Ее сложность обусловлена тем, что она фактически объединяет две схемы: европейскую и американскую (SONET). Если выделить схему, принятую ETSI, то получится более простая и стройная система, представленная на рис.9.8. Именно она предусмотрена «Регламентом СЦИ для сети связи России», который утвержден ГКЭС в качестве технической правовой базы применения SDH на ВСС России.

Для организации трактов используются виртуальные контейнеры VC (Virtual Container). Они образуются добавлением к соответствующему контейнеру трактового заголовка POH (Path Over- Head), т.е. условно можно записать: VC=C+POH. Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончания трактов. Трактовый заголовок позволяет осуществлять контроль качества трактов «из конца в конец» и передавать аварийную и эксплуатационную информацию.

Тракты, соответствующие виртуальным контейнерам 1- и 2-го уровней (VC-11 и VC-12), относятся к трактам низшего порядка, а соответствующие виртуальным контейнерам 3- и 4-ro уровней (VC-3 и VC-4) — высшего порядка.

При мультиплексировании циклы различных компонентных по- токов могут не совпадать как между собой, так и с циклом агрегатного потока. В PDH этому не придается значения, именно поэтому операции ввода-вывода там столь громоздки (см. рис.9.1). Для разрешения указанной проблемы в SDH служат указатели PTR (Pointer). Они указывают, где именно внутри цикла синхронного транспортного модуля STM-1 находятся начальные позиции циклов компонентных потоков. Это позволяет легко производить ввод- вывод потоков.

Виртуальные контейнеры 1-, 2- и 3-го уровней вместе с соответствующими указателями образуют субблоки TU (Tributary Unit), а 4-го уровня — административный блок AU (Administrative Unit). Таким образом, Т0„=ЧС, +Т0-PTR (и =11,12, 2, 3); AU-4 =VC-4+AU-PTR.

Один или несколько субблоков, занимающих некоторые фиксированные позиции в нагрузке виртуального контейнера высшего порядка, называются группой субблоков TUG (Tributary Unit Group). Группы определены так, чтобы получить возможность образования смешанной нагрузки из субблоков разных уровней для увеличения гибкости транспортной сети.

Один или несколько административных блоков, занимающих некоторые фиксированные позиции в нагрузке STM, называются группой административных блоков AUG (Administrative Unit Group). В европейской схеме преобразований (см. рис.9.8) она состоит из одного AU-4.

Наконец, синхронный транспортный модуль STM-1 образуется добавлением к группе административных блоков AUG секционного заголовка SOH (Section OverHead), который состоит из заголовков мультиплексной MSOH (Multiplexer Section OverHead) и регенерационной секций RSOH (Regenerator Section OverHead). Эти заголовки служа

т для контроля, управления и ряда других функций. При этом RSOH передается между соседними регенераторами, а MSOH — между пунктами, где формируются и расформировываются STM, проходя регенераторы транзитом. Таким образом, STM-1= =AUG+SOH,rpe SOH=RSOH+MSOH.

Каждая из описанных выше информационных структур служит для транспортирования информации на слоях сети SDH или для согласования между собой двух смежных слоев. Соответствие между слоями или межслоевыми взаимодействиями и информационными структурами показано в табл.9.6.

Преобразовательные процедуры SDH разделяются на три категории. На рис.9.7 и рис.9.8 им соответствуют различные обозначения стрелок.

Поступающие цифровые потоки размещаются на заданных позициях циклов виртуальных контейнеров. Учитывая широкое и разнообразное использование в современных сетях связи потока 2 Мбит/с, предусмотрены различные варианты его размещения в контейнере С-12. Асинхронное размещение может применяться на первых этапах развертывания SDH при работе синхронных участков в плезиохронном окружении. При создании синхронных зон целесообразно синхронное размещение, имеющее две разновидности. Gaum-синхронное размещение предоставляет доступ к составляющим каналам 64 Кбит/с, так как при этом октеты (байты) потока 2 Мбит/с совпадают с байтами контейнера. Gum-синхронное размещение применяется для сигналов, не имеющих октетной структуры.

Добавляемые к виртуальным контейнерам при формировании субблоков и административных блоков указатели позволяют динамично компенсировать изменения скорости и фазы нагрузки блоков. Соответствующая процедура названа выравниванием.

Наконец, мулытиплексорование позволяет согласовать несколько сигналов трактов низшего порядка с сигналом тракта высшего порядка или несколько сигналов трактов высшего порядка с сигналом мультиплексной секции.

Циклы основных информационных структур SDH принято изображать в виде прямоугольных таблиц. Каждая клетка таблицы соответствует октету. Порядок передачи октетов — слева направо, сверху вниз. Первый октет цикла размещается в левом верхнем углу таблицы, последний — в правом нижнем.

На рис.9.9 изображен формат цикла $ТМ-1. Он имеет период повторения 125 мкс, его таблица содержит 9 строк и 270 столбцов. Таким образом, каждая клетка соответствует скорости передачи 8 бит/125 мкс=64000 бит/с=64 кбит/с, а вся таблица — скорости 9х270~64 кбит/с=155520 кбит/с.

Строки 1 — 3 занимает заголовок мультиплексной секции RSOH, строки 5-9 — заголовок регенерационной секции MSOH, строка 4 содержит указатели административных блоков. Первые 9 столбцов цикла отведены для служебных сигналов. Остальные столбцы цикла (261=270 — 9) предназначены для информационной нагрузки.

В качестве информационной нагрузки для STM-1 может выступать, например, виртуальный контейнер VC-4. Ему соответствует таблица 9261. Первый столбец цикла VC-4 занимает трактовый заголовок POH, остальные — контейнер С-4, в котором размешается сигнал PDH 140 Мбит/с.

Система синхронизации сетей SDH строится по иерархическому принципу. Верхний уровень иерархии занимает первичный эталонный задающий генератор (ЗГ,', который вырабатывает хронирующий сигнал с долговременным отклонением частоты не более чем 1 10. От эталонного ЗГ производится принудительная синхронизация всех остальных (ведомых) ЗГ. Синхронизация реализуется передачей хронирующего сигнала от одного ЗГ к следующему. Таким образом, образуется иерархия ЗГ, в которых одни их них являются ведомыми по отношению к ЗГ более высоких порядков и, в свою очередь, играют роль головных (ведущих) ЗГ для ЗГ более низкого порядка. Нижний уровень иерархии образуют ЗГ оборудования SDH.

Хронирующие сигналы передаются по так называемым синхротрассам, в качестве которых используются линейные тракты ТМ-N. На участках с системами PDH синхронизируются сигналы 2 Мбит/с, которые также используются в качестве синхротрасс.

Для обеспечения высоконадежной работы системы синхронизации принимается ряд специальных мер. Первичный ЗГ обязательно резервируется. Как правило, резервируются и ЗГ, встроенные в оборудование SDH. Для передачи хронирующих сигналов используется несколько географически разнесенных синхротрасс. В качестве резервных могут использоваться радиолинии. Оборудование SDH имеет возможность принимать хронирующие сигналы от нескольких источников, для которых задается приоритет использования. Имеется также несколько выходов синхронизации для других сетевых элементов. В случае потери хронирующих сигналов от ведущего ЗГ ведомый ЗГ переходит в режим удержания частоты, что соответствует переходу данного участка сети в плезиохронный режим, который может использоваться в сети SDH в качестве аварийного. При этом качество работы может снижаться.

В настоящее время различная аппаратура SDH выпускается рядом ведущих фирм: Lucent Technologies, Alcatel, Siemens, Ericsson, Nokia, NEC, ECI и др. Важной особенностью аппаратуры SDH, отличающей ее от аппаратуры предшествующих поколений, является отсутствие жесткого разделения на аппаратуру линейного тракта, преобразовательную, аппаратуру оперативного переключения, контроля и управления. Все эти средства интегрированы. Аппаратура SDH является программно управляемой, что обеспечивает гибкость, упрощает эксплуатацию и развитие сетей.

Для обеспечения высокой надежности в аппаратуре SDH используются различные виды резервирования. Как правило, блоки питания и другие важнейшие узлы дублируются (так называемая схема резервирования 1:1). Для менее важных блоков возможна установка одного резервного блока на несколько однотипных ос- новных (схема резервирования 1:N). В результате коэффициент простоя аппаратуры SDH в расчете на одно соединение имеет порядок 10. Возможности аппаратуры SDH позволяют строить надежные и живучие сети, организуя резервирование на сетевом уровне.

Синхронные мультиплексоры SDH заменяют набор оборудования PDH. Они не только осуществляют мультиплексирование всех уровней, но и выполняют функции оборудования линейного тракта. На вход синхронного мультиплексора могут поступать сигналы PDH и SDH (электрические или оптические). Существуют мультиплексоры, непосредственно воспринимающие цифровые потоки PDH, а также имеющие интерфейсы для подключения локальных сетей, ISDN и АТМ. Мультиплексоры имеют модульную структуру и оснащаются необходимыми в конкретном случае интерфейсами.

На агрегатной (линейной) стороне может осуществляться передача сигналов, скорость которых соответствует скорости синхронных транспортных модулей того или иного уровня. Как правило,

мультиплексоры имеют два агрегатных оптических порта, что позволяет строить с помощью мультиплексоров такие конфигурации, как «кольцо», «цепочка», а также осуществлять резервирование потоков. Многие типы мультиплексоров могут иметь для резервирования и четыре оптических порта.

Рассмотрим основные конфигурации, которые строятся на основе мультиплексоров.

В конфигурации «цепочка ввода-вывода» (рис.9.10) два мультиплексора являются оконечными (терминальными), а все промежуточные — мультиплексорами ввода-вывода (МВВ). Каждый из МВВ может ввести, вывести или проключить транзитом любой из потоков нагрузки. Например, МВВ 1-го уровня SDH может иметь до 63 портов нагрузки для потоков 2 Мбит/с и вводить-выводить от 1 до 63 таких потоков.

В конфигурации «точка-точка» (рис.9.11) мультиплексоры используются как оконечные. Передача может осуществляться по двум кабелям, один из которых является основным, а второй — резервным, что обеспечивает защиту от обрыва кабеля или отказа оборудования.

Недостатком конфигурации «цепочка ввода-вывода» является отсутствие резервирования. Для его преодоления служит конфигурация «кольцо» (рис.9.12). Подобная конфигурация является одной из основных при построении сетей SDH.

Мультиплексор может применяться и как концентратор. В этом случае он принимает несколько частично заполненных синхронных потоков (по оптическим или электрическим интерфейсам) и объединяет их в один агрегатный поток. Возможна конфигурация, совмещающая функции концентратора и МВВ.

Под оперативным переключением понимается установление полупостоянных соединений между различными каналами и трактами. Следует подчеркнуть разницу между оперативным переключением и коммутацией. При коммутации устанавливаются временные соединения на вторичной сети, причем под управлением абонентов сети. Полупостоянные соединения при оперативных переключениях устанавливаются на первичной сети по командам сетевого оператора средствами сетевого управления.

На сети SDH оперативное переключение может выполняться при помощи встроенных устройств, имеющихся во многих видах аппаратуры. Используя подобные устройства, осуществляют, например, различные переключения потоков в МВВ. Таким образом, функции оперативного переключения могут быть распределены по сети между многими сетевыми элементами.

Тем не менее в ряде случаев удобно иметь специальную автономную аппаратуру оперативного переключения (АОП) SDH. Такая аппаратура имеет гораздо больше портов, чем мультиплексоры (до нескольких сотен портов STM-1 или нескольких тысяч портов 2 Мбит/с). С помощью АОП могут создаваться сети с ячеистой (решетчатой) структурой. Выделяют несколько типов АОП, различающихся уровнями виртуальных контейнеров, осуществляющих ввод и переключение потоков:

• АОП типа 4/4 может обрабатывать сигналы всех уровней SDH, т.е. STM-1, STM-4 и STM-16, а также плезиохронные сигналы 140 Мбит/с; переключение производится на уровне VC-4;

• АОП типа 4/1 имеет порты для синхронных сигналов ТМ-1 (иногда и STM-4) и плезиохронных сигналов 140 и 2 Мбит/с; переключение производится на уровнях VC-4 и VC-1;

• АОП типа 4/3/1 имеет, кроме того, порты для плезиохронных сигналов 34 Мбит/с, а переключение может производиться на уровнях VC-4, VC-3 и VC-1.

Согласно современным взглядам транспортная сеть должна иметь иерархическую трехуровневую архитектуру (рис.9.13), позволяющую наиболее рационально построить гибкую, надежную и экономичную сеть.

Верхний (базовый, магистральный) уровень образуется главными узлами, в которых устанавливается АОП4/4. Основными единицами, которыми обмениваются эти узлы, служат виртуальные контейнеры VC-4. Каждая линия несет по несколько STM-4 или ЯТМ 16. Структура сети на этом уровне решетчатая.

Средний уровень состоит из нескольких соединительных (региональных) сетей, каждая из которых охватывает определенную территорию. Узлы этих сетей обмениваются не только VC-4, но и более мелкими единицами, например VC-12. Поэтому в узлах используется АОП4/1, а также МВВ. Важнейшие узлы этого уровня

выходят на один или несколько узлов верхнего слоя. Структура соединительных сетей может быть и кольцевой, и решетчатой. В линиях организуются тракты $ТМ-4.

Нижний уровень составляют сети доступа, куда и включаются основные источники и потребители нагрузки. Каждая из сетей доступа выходит на один или несколько узлов среднего уровня. Структура сетей кольцевая на основе МВВ, тракты STM-1 или STM-4.

В общих чертах можно охарактеризовать функции каждого уровня следующим образом: верхний уровень создает сеть трактов VC-4, средний — осуществляет перераспределение трактов VC-12 и VC-3 между VC-4, нижний — обеспечивает доступ пользователей к сети,

Преимуществами подобной иерархической архитектуры являются:

• возможность независимого развития и реконструкции каждого из уровней;

• концентрация потоков нагрузки, позволяющая использовать линейные тракты высокой пропускной способности, что дает экономию при построении сети;

• возможность осуществлять контроль, управление и резервирование отдельно на каждом уровне, что упрощает и ускоряет ликвидацию последствий отказов на сети.

Мы рассмотрели общую схему, от которой возможны отступления. В каждом конкретном случае могут быть изменены количество уровней, структура сетей, функции уровней могут частично перекрываться и т.п. Типовыми структурами при построении сетей SDH являются кольцевые на базе МВВ и решетчатые на базе АОП.

Важный аспект проектирования сетей SDH — обеспечение их надежности и живучести. Аппаратура SDH, как уже указывалось выше, весьма надежна. Кроме того, встроенные средства контроля и управления облегчают и ускоряют обнаружение неисправностей и переключение на резерв. Однако эти преимущества SDH не реализуются в полной мере. Это объясняется тем, что ВОЛС обладают огромной пропускной способностью, и отказ даже одного участка может привести к разрыву связи для десятков тысяч пользователей и значительным экономическим потерям. Поэтому необходимо принимать специальные меры по обеспечению отказоустойчивости сетей, закладывая резервные емкости и предусматривая алгоритмы реконфигурации сетей при отказах ее элементов. Ряд факторов облегчает принятие указанных мер: значительные емкости ВОЛС; наличие средств контроля и управление SDH; деление сети SDH на независимые функциональные слои; возможности интеллектуальных мультиплексоров и АОП.

Отмеченные обстоятельства привели к появлению концепции построения так называемых самозалечивающихся сетей на основе SDH. Самозалечивающихся называют сеть, которая при выходе из строя отдельных элементов способна сохранять или автоматически восстанавливать в короткое время нарушенные связи без серьезных последствий для пользователей. Простейшим примером такой сети является резервирование по схеме 1+1 при соединении «точка-точка» (см. рис.9.11). В этом случае два пункта соединяются между собой двумя кабелями по географически разнесенным трассам. Каждый сигнал передается одновременно по обеим трассам, а на приемном конце осуществляется автоматический контроль поступающих сигналов и выбор лучшего из них.

Возможности МВВ позволяют организовывать кольцевые самозалечивающиеся сети. Существуют два варианта их построения: однонаправленное и двунаправленное кольцо.

При первом варианте каждый входной поток направляется вокруг кольца в обоих направлениях, а на приемной стороне, как и в схеме 1+1, выбирается лучший сигнал. Для построения кольца используются два волокна. Передача по всем основным путям происходит в одном направлении (например, западном), а по всем резервным — в противоположном (восточном). Деление на основной и резервный пути здесь условно, / 1 / так как они равноправны. Поэтому такое кольцо называется

однонаправленным, с переключением трактов или с закрепленным резервом. Схема прохождения сигналов обоих направлений пере- дачи для одного соединения по основному и резервному путям в таком кольце изображена на рис.9.14.

В двунаправленном кольце с двумя волокнами удвоение сигнала не производится. При нормальной работе каждый входной поток направляется вдоль кольца по кратчайшему пути в любом направлении. При возникновении отказа на обоих концах отказав- шего участка посредством МВВ осуществляется переключение всего потока информации, поступавшего на этот участок, в обратном направлении. 0 таком кольце также говорят, что в нем выполняются переключение секций или защита с совместно используемым резервом.

Примеры двунаправленного кольца приведены на рис.9.15 и рис.9.16. На них показаны схемы прохождения сигналов обоих направлений передачи для одного соединения при нормальном режиме работы (рис.9.15) и в аварийном режиме при отказе одного из участков кольца, перечеркнутого крестом (рис.9.16).

Двунаправленное кольцо в большинстве случаев оказывается более экономичным. Это объясняется тем, что сигналы, передаваемые на различных непересекающихся участках такого кольца, могут использовать одни и те же емкости (как в основном, так и в аварийном режимах работы). В то же время однонаправленное кольцо проще в реализации. Анализ типичных ситуаций показывает, что каждый из двух видов кольцевой архитектуры имеет свою область предпочтительного применения. Однонаправленные кольца больше подходят для центростремительного трафика. Это типично для сетей доступа, предназначенных для подключения пользователей к ближайшему узлу. Двунаправленные кольца более выгодны при достаточно равномерном распределении трафика, при котором становится заметным их преимущество в пропускной способности. Поэтому их целесообразно применять в соединительных сетях. При обоих вариантах возможно сохранение полной работоспособности сети при любом одиночном отказе.

Для сети с произвольной структурой, в узлах которой установлена АОП, при возникновении отказов, разрывающих имеющиеся тракты, возможно переключение потоков с использованием резервов пропускной способности работоспособных линий (реконфигурация).

На рис.9.17 показан пример фрагмента сети при нормальном режиме работы; на рис.9.18 — тот же фрагмент после реконфигурации, вызванной отказом линии между узлами А и В.

В сетях на основе АОП резервирование может осуществляться с использованием различных маршрутов, число которых тем больше, чем больше связность сети и резервы пропускной способности. Поэтому в таких сетях возможна защита от одновременных отказов нескольких элементов, а не только от одиночных отказов, как в кольцевых сетях.

Процедура реконфигурации сетей на основе АОП может быть централизованной или децентрализованной (распределенной). В первом случае необходим сетевой центр управления, который собирает информацию о состоянии всех элементов сети, при необходимости принимает решение о реконфигурации и рассылает соответствующие команды на переключение всем АОП. Основное преимущество централизованного метода — простота реализации. Основной недостаток — критичность к отказам центра управления и потере или искажению информации, поступающей в центр, и команд, идущих от центра к АОП.

Полностью распределенные процедуры не требуют наличия подобного центра. В этом случае при возникновении отказов на сети комплекты АОП различных узлов, обмениваясь между собой сообщениями, определяют состояние сети, вырабатывают согласованное решение по реконфигурации и реализуют его. Основной недостаток — гораздо большая сложность распределенных процедур и как следствие — большие временные затраты на их выполнение.

Новый план распределения потоков может выбираться или путем обращения к процедурам поиска в ответ на изменение состояния сети в реальном масштабе времени, или на основании заранее рассчитанных и хранящихся в памяти процессоров центра управления или АОП конфигурационных таблиц.

Описанные основные сетевые конфигурации могут применяться в различных комбинациях. Пример комбинированной структуры показан на рис.9.19.

Выбор архитектуры сети требует детального анализа, учитывающего, в частности, размеры сети, требования по надежности и живучести, распределение тяготений между узлами и другие факторы.

SDH прочно заняла центральное место в мире телекоммуникационных технологий как основной способ построения опорных транспортных сетей.

9.5. КОДЫ ЛИНИИ

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОДОВ

Одной из основных технологий, применяемых в системах передачи PDH и SDH, является использование кодов линий.

Двоичные коды строятся с использованием только двух элементов. В литературе встречаются различные условные обозначения символов двоичного кода. Наиболее употребительные из них рекомендованы ITU T и представлены в табл.9.7.

При реализации кодов необходимо представлять их символы в виде элементов дискретного сигнала той или иной формы, удобной для выполнения последующих операций и передачи по линиям связи [11,12].

Формы сигналов не обязательно жестко закрепляются за символами кода. Широко распространены правила относительного кодирования, когда один символ кода отображается чередованием форм сигнала, а другой — повторением форм сигнала. Выбор формы сигнала определяет: энергетический спектр (занимаемую полосу частот), возможности выделения сигналов синхронизации, скорость передачи в расчете на единицу полосы частот (удельную скорость передачи).

Формы цифровых сигналов, предназначенных для передачи по линии связи, получили наименование линейных кодов (ЛК). ЛК применяются для передачи данных без модуляции в первичной полосе частот, начинающейся с нуля. Иначе говоря, кадры цифровых систем передачи, сформированные в соответствии с правилами PDH или SDH и представляющие собой обычные двоичные последовательности, перед подачей в линию связи подвергаются соответствующему преобразованию в линейном кодере.

Рассмотрим основные типы линейных кодов.

Код без возвращения к нулю (Non Return to Zero — NRZ) представляет собой обычную двоичную последовательность. В коде с возвращением к нулю (Return to Zero — RZ) единица передается импульсом вдвое меньшей длительности. Спектры простейших типов кодов обладают следующими недостатками: наличие постоянной составляющей; малая мощность тактовой частоты (частоты синхронизации); возможное наличие длинных последовательностей нулей. Код RZ требует более широкую полосу пропускания, чем NRZ, но имеет меньшее значение постоянной составляющей.

Широкое распространение в системах передачи, предназначенных для работы по кабелям с металлическими проводниками, нашли троичные коды. Их применение основано на возможности разнополярного подключения генератора ЭДС к нагрузке.

Код с чередующейся полярностью импульсов (ЧПИ) (Alternate Mark Inversion — AMI) — биполярный код, представляющий одну из разновидностей троичного кода: нулям соответствует отсутствие импульса, а единицам — попеременно чередующиеся прямоугольные импульсы отрицательной и положительной полярности. Так как постоянная составляющая импульсной последовательности равна нулю, то возможна передача по линиям, содержащим разделительные трансформаторы. Преимуществом данного кода является простота преобразования в двоичный код.

Модифицированные ЧПИ коды строятся следующим образом. В паузу, длина которой превышает и нулей, помещаются балластные сигналы. К модифицируемым ЧПИ принадлежит код высокой плотности следования единиц КВП-3 (High-Density Bipolar — HDB-3), у которого n=3.

В настоящее время кроме рассмотренных выше линейных кодов существует множество методов передачи информации по физическим линиям. Все их принято объединять в семейство так называемых технологий xDSL (Digital Subscriber Line— цифровая абонентская линия) [3]. По сравнению со стандартными линей. Кодами XDSL более эффективно использует возможности физической среды.

Устройства, реализующие технологии xDSL, принято называть xDSL-модемами. Однако этот термин не очень точен. Оборудование xDSL, в отличие от модемов, обеспечивающих передачу данных через телефонные сети, не производит цифро-аналогового и аналогово-цифрового преобразования, а передача ведется только в цифровой форме.

Первенцем семейства xDSL, разработанным в конце 80-х годов компанией Bellcore, стала высокоскоростная цифровая абонентская линия Н0$1 (High bit rate Digital Subscriber Line). Разработка нового метода цифровой передачи была вызвана стремлением телефонных компаний найти более дешевый способ организации цифровых трактов, служащих для выноса абонентской емкости АТС, подключения к транспортным сетям локальных сетей и учрежденческо-производственным телефонным станциям (УПТС).

Благодаря применению метода кодирования 2B1Q (рис.9.20) и метода эхокомпенсации HDSL-системы позволили увеличить дальность связи без установки регенераторов (по кабелю с диаметром жилы 0,5 мм) до 6 км, т.е. в три раза по сравнению с ранее использовавшимся линейным кодом HDB-З, при сохранении неизменной скорости потока Т1/Е1. Из-за этого преимущества HDSL снизились не только объемы инвестиций в развитие системы связи, но и расходы на ее обслуживание. HDSL обладает и другими ценными особенностями:

• за счет адаптивной цифровой обработки сигналов повышается качество их передачи;

• потребление энергии на удаленном конце линии сокращается до такой степени, что становится возможным дистанционное питание оконечного устройства, а при длине линии более 6 км — и peгенераторов;

• возможна передача по двум парам многожильного телефонного кабеля (типа ТП, ТПП и пр.) без подбора параметров и симметрирования (естественно, качество кабеля должно соответствовать общепринятым нормам);

• отсутствие потребности в регенераторах на сравнительно больших расстояниях повышает общую надежность системы и ее производительность;

• для HDSL-оборудования не требуется отдельная диагностическая аппаратура;

• передовая схемотехника обеспечивает высокую устойчивость HDSL-линий к различного рода помехам, в том числе переходным; коэффициент ошибок HDSL сопоставим с показателями оптоволоконных линий, что достигается применением сигнальных процессоров и адаптивной обработки сигналов.

Еще одно преимущество HDSL-устройств — слабое электромагнитное влияние на другие пары кабеля. Так, в многожильном кабеле возможно использование до 80% пар.

ITU-Т стандартизировал технологию HDSL (рекомендация

G.991.1).

Наряду с линейным кодированием 2B1Q в технологиях х08~ используется амплитудно-фазовая модуляция без несущей (Carri- erless Amplitude Phase Modulation — модуляция CAP). Может применяться низкоскоростная модуляция множества (обычно 256) поднесущих, на которые разбивается вся доступная полоса частот. Этот метод носит название DMT (Discrete MultiTone). Энергетические спектры линейных сигналов, обеспечиваемые различными технологиями, показаны на рис.9.21.

Главное внимание в дальнейшей работе по развитию технологии xDSL уделялось сокращению требуемых для передачи пар проводов при сохранении повышенной (по сравнению с ЦСП ИКМ) дальности связи без регенераторов. В середине 90-х годов появились системы SDSL, Single Line Digital Subscriber Line — оборудование цифровой абонентской линии для одной пары проводов. Спецификация SDSL включена в рекомендацию G.991.1 ITU T.

Технология ADSL (Asymmetric DSL) разрабатывалась в начале 90-х годов. Первоначально планировалось обеспечить с ее помощью предоставление телефонными компаниями услуг видео по запросу VoD. С этой целью перед разработчиками была поставлена

задача добиться быстродействия в 6 Мбит/с (на такой скорости возможна трансляция видеосигналов в реальном времени). Системы ADSL с самого начала предназначались для потребительского рынка, поэтому они должны были обеспечивать дальность связи на расстоянии до 6 км (85% абонентских линий имеют длину менее 6 км).

К сожалению, современный уровень развития электроники не дает возможности удовлетворить вышеназванные требования при симметричной передаче (с одинаковой скоростью в двух направлениях). Однако для предоставления услуги видео по запросу не нужно передавать большие объемы данных в восходящем направлении (от пользователя к АТС). По расчетам инженеров для передачи запросов на показ того или иного фильма, а также команд управления трансляцией достаточно иметь скорость передачи 16 кбит/с. В результате первые ADSL-устройства работали в нисходящем направлении со скоростью 6 Мбит/с, а в восходящем — со скоростью 16...64 кбит/с; при этом связь обеспечивалась приблизительно на требуемые 6 км.

Попытки развернуть службы видео по запросу на базе ADSL потерпели коммерческий крах. Наряду с большим количеством выявленных технических проблем отрицательную роль сыграла и значительная цена ADSL-аппаратуры.

Однако, с началом бурного развития сети Internet производители ADSL-оборудования сразу разглядели связанные с этим перспективы и начали разрабатывать ADSL-устройства второго поколения, в первую очередь ориентированные на обслуживание доступа в Internet. Ориентация на удаленный доступ сказалась прежде всего в том, что было снижено быстродействие в нисходящем направлении до 1,5 Мбит/с, но зато поднята скорость в восходящем направлении до 640 кбит/с. Также уменьшилась стоимость продуктов.

В новом поколении ADSL-устройств стали применяться так называемые частотные разделители (POTS splitter). Это дополнительное устройство (фактически, вилка фильтров ФНЧ/ФВЧ) обеспечивает передачу в нижней части спектра сигналов аналоговой телефонии.

Устройства RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line), автоматически изменяют скорость обмена данными в зависимости от текущего состояния линии. Разработка таких устройств была обусловлена результатами первых массовых испытаний ADSL. При временных ухудшениях параметров физической среды оборудование с фиксированной скоростью прекращало работать. Были созданы устройства, которые при изменении состояния среды не отключаются, а понижают скорость передачи; при восстановлении прежних параметров они автоматически переходят на максимально

возможную скорость. Кроме того, в устройствах RADSL появилась возможность изменять быстродействие модемов в каждом направлении в зависимости от потребностей пользователя. Например, сначала устанавливается симметричный канал 64 кбит/с. С ростом потребностей возможно постепенно повышать быстродействие  сохраняя ранее сделанные инвестиции.

В последнее время практически все ADSL/RADSL-устройства оснащаются портом Ethernet. Это позволяет использовать на АТС и других узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Таким образом, перенаправление DSL-трафика в сети АТМ, frame relay или на основе каналов Т1/Е1 не вызывает дополнительных сложностей. На объектах пользователей DSL-модемы легко подключаются к локальной сети. Ряд производителей начал снабжать станционные модемы и DSL-мультиплексоры (DSLAM) интерфейсами АТМ, что позволяет напрямую подключать их  АТМ-коммутаторам территориально-распределенных сетей.

Консорциум Universal ADSL Working Group (UAWG) предложил стандарт Universal ADSL (UADSL). В соответствии со стандартом абонентское устройство должно стоить менее 300долл., устанавливаться в качестве платы расширения в ПК пользователя, поддерживать спецификации plug-and-play и обеспечивать постоянное соединение с провайдером услуг. Частотный разделитель должен являться интегрированной частью оборудования, а не отдельным устройством, которое усложняет и удорожает процесс установки DSL-линии и ее эксплуатацию. Максимальная скорость может не превышать 1,5 Мбит/с. Данный стандарт проходит процедуру стандартизации в ITU-Т.

Рассмотрим еще несколько технологий семейства xDSL. IDSL(ISDN DSL). С точки зрения пропускной способности и используемых схем сигнализации IDSL практически не отличается от каналов основного доступа ISDN. На абонентской стороне может использоваться стандартное оборудование ISDN. Главное преимущество — освобождение АТС ISDN от несвойственных ей функций передачи данных.

VDSL (Very-high-rate DSL). Самая быстродействующая из технологий xDSL, поддерживающая скорости передачи в нисходящем направлении до 52 Мбит/с. VDSL считается экономически эффективной альтернативы ВОЛС, хотя неизбежной платой за высокую пропускную способность являются сильные территориальные ограничения: для скорости 51,84 Мбит/с максимальная длина передачи составляет всего 300 м. В качестве потенциальных приложений этой высокоскоростной технологии ее сторонники называют телевидение высокой четкости НОТЧ, видео по запросу VoD и т.п.

HDSL-2 является развитием исторически первого представителя семейства xDSL — технологии HDSL. В новой технологии предложен более совершенный алгоритм линейного кодирования, со- стоящий в значительном усложнении кодирующей матрицы. Основное преимущество новой технологии перед стандартным вари- антом HDSL заключается в том; что для передачи данных с прежней скоростью (1,544 или 2,048 Мбит/с) и на то же расстояние (максимум 4 км) достаточно одной витой пары. А это означает, что реализация HDSL-2 на «двухпарных» линиях позволяет удвоить пропускную способность либо заметно увеличить протяженность непрерывных физических соединений. Новые возможности HDSL-2 позволяют надеяться на то, что спектр приложений этой технологии окажется шире, чем у ее предшественника. Помимо традиционных сфер использования каналов Т1/Е1, в их числе можно на- звать высокоскоростной доступ к Internet и видеоконференц-связь. Допустимые скорости передачи находятся в диапазоне от 160 Кбит/с до 2,3 Мбит/с; технология HDSL-2 поддерживает использование пассивных частотных разделителей, а также программирование режима передачи — с настраиваемой или с фиксированной скоростью. По имеющимся оценкам стоимость развертывания линий HDSL-2 практически не будет отличаться от аналогичного показателя для HDSL.

Основным требованием к линейным кодам волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) является использование только двух значащих уровней сигнала в связи с тем, что источник излучения (лазер или светодиод) работает в двух мощностных режимах: наличие или отсутствие излучения. Применение непосредственно кодов NRZ и RZ в ВОСП ограничено. Большее распространение получили коды с корреляционными связями, в частности код CMI или код с поочередной инверсией единиц. В коде CMI нули передаются последовательно сменой нуля и единицы на одном тактовом интервале, а единицы — попеременным последовательным сочетанием двух нулей или двух единиц. В высокоскоростных системах применяется скремблированный сигнал в формате NRZ.

СКРЕМБЛИРОВАНИЕ

Смысл скремблирования состоит в получении последовательности, в которой статистика появления нулей и единиц приближается к случайной, что позволяет удовлетворять требованиям надежного выделения тактовой частоты и постоянной, сосредоточенной в заданной области частот спектральной плотности мощности передаваемого сигнала. Заметим, что скремблирование широко применяется во многих видах систем связи для улучшения статистических свойств сигнала. Обычно скремблирование осуществляется непосредственно перед модуляцией.

Скремблирование (от англ. слова to scramble — перемешивать) производится на передающей стороне с помощью устройства- скремблера, реализующего логическую операцию суммирования по модулю 2 исходного и преобразующего псевдослучайного двоичных сигналов. На приемной стороне осуществляется обратная операция — дескремблирование устройством, называемым дескремблером. Дескремблер выделяет из принятой исходную последовательность. Основной частью скремблера является генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) в виде линейного и-каскадного регистра с обратными связями, формирующий последовательность максимальной длины 2" — 1.

Различают два основных типа скремблирования: самосинхронизирующееся (СС) и с установкой (аддитивное).

Особенностью СС скремблера (рис.9.22) является то, что он управляется скремблированной последовательностью, т.е. той, которая передается в канал. Поэтому при данном виде скремблирования не требуется специальная установка состояний скремблера и дескремблера; скремблированная последовательность записывается в регистры сдвига скремблера и дескремблера, устанавливая их в идентичное состояние. При потере синхронизма между с ремблером и дескремблером время восстановления синхронизма не превышает числа тактов, равного числу ячеек регистра скремблера.

На приемном конце выделение исходной последовательности происходит путем сложения по модулю 2 принятой скремблированной последовательности с ПСП регистра. Например, для схемы рис.9.22 входная последовательность  с помощью скремблера.

соответствии с соотношением преобразуется в посылаемую двоичную последовательность. В приемнике из этой последовательности таким же регистром сдвига, как на приеме, формируется последовательность. Эта последовательность на выходе дескремблера идентична первоначальной последовательности.

Как следует из принципа действия схемы, при одной ошибке в последовательности b< ошибочными получаются также последующие шестой и седьмой символы (в данном примере). В общем случае влияние ошибочно принятого бита будет сказываться (а+1) раз, где а — число обратных связей. Таким образом, СС скремблер обладает свойством размножения ошибок. Данный недостаток oграничивает число обратных связей в регистре сдвига; практически это число не превышает двух. Второй недостаток СС скремблера связан с возможностью появления на его выходе при определенных условиях так называемых критических ситуаций, когда выходная последовательность приобретает периодический характер с периодом, меньшим длины ПСП. Чтобы предотвратить это, в скремблере и дескремблере согласно рекомендациям ITU-Т предусматриваются специальные дополнительные схемы контроля, которые выявляют наличие периодичности элементов на входе и нарушают ее.

Недостатки, присущие СС скремблеру, практически отсутствуют при аддитивном скремблировании (рис.9.23), однако здесь требуется предварительная идентичная установка состояний регистров скремблера и дескремблера. В скремблере с установкой (АД скремблере), как и в СС скремблере, производится суммирование входного сигнала и ПСП, но результирующий сигнал не поступает

на вход регистра. В дескремблере скремблированный сигнал также не проходит через регистр сдвига, поэтому размножения ошибок не происходит.

Суммируемые в скремблере последовательности независимы, поэтому их период всегда равен наименьшему общему кратному длительности периодов входной последовательности и ПСП, и критическое состояние отсутствует. Отсутствие эффекта размножения ошибок и необходимости в специальной логике защиты от нежелательных ситуаций делают способ аддитивного скремблирования предпочтительнее, если не учитывать затраты на решение задачи фазирования скремблера и дескремблера. В качестве сиг- нала установки в ЦСП используют сигнал цикловой синхронизации.

9.6. ИНТЕРФЕЙС G.703

Основным интерфейсом, используемым для взаимного подключения блоков и систем ЦСП, является интерфейс по рекомендации G.703 ITU-Т [2]. Рекомендация ITU-Т G.703 называется «Физические и электрические характеристики интерфейсов цифровой иерархии».

Формально данный стандарт основан на следующих рекомендациях ITU-Т: G.702 «Скорости передачи цифровой иерархии» (PDH); G.704 «Структура синхронных кадров, основанных на первичном (1544 кбит/с) и вторичном (2048 кбит/с) уровнях», I.430 «Основной интерфейс ISDN сети пользователя — первый уровень спецификации (протокол сигнализации О-канала)».

Интерфейс G.703 предназначен для обслуживания сетей с обеими цифровыми иерархиями: PDH и SDH. Рассмотрим основные физические и электрические характеристики интерфейса, регламентируемые рекомендацией G.703.

Схема взаимодействия аппаратуры. Предусмотрены три схемы взаимодействия аппаратуры:

• сонаправленный интерфейс (СНИ) (Codirectional Interface): информационный и синхросигнал передаются от одного терминала к другому, причем терминалы равноправны и симметричны (рис.9.24);

• разнонаправленный интерфейс (РНИ) (Contradirectional Interface): терминалы неравноправны, синхросигнал передается от управляющего к управляемому, информационные сигналы симметричны (рис.9.25);

• интерфейс с центральным тактовым генератором (ЦГИ) (Centralized Clock Interface): синхросигналы поступают от центрального тактового генератора, информационные сигналы симметричны (рис.9.26).

Данные параметры в основном соответствуют PDH. Синхросигнал может поступать от отдельного источника или формироваться из информационного сигнала. Частота синхросигнала может совпадать со скоростью передачи или может быть в два, четыре или восемь раз меньше. Например, для скорости 64 кбит/с номинальной является тактовая частота 64 кГц, но может применяться и частота 8 кГц.

Тип кода и алгоритм его формирования. Эти параметры за- висят от скорости передачи и схемы взаимодействия. Виды используемых кодов:

• AMI (Alternate Mark Inversion Code): двоичный код с изменением полярности сигнала на каждой единице, нуль соответствует отсутствию сигнала;

• B3ZS (Bipolar with 3 Zero Substitution code): биполярный код с подстановкой альтернативных блоков вместо блоков из трех нулей; аналог кода HDB2;

• B8ZS (Bipolar with 8 Zero Substitution Code): биполярный код с подстановкой альтернативных блоков вместо блоков из восьми нулей;

• CMI (Coded Mark Inversion Code): двухуровневый двоичный код без возвращения к нулю с изменением полярности на полный интервал на каждой единице и в середине каждого интервала нуля;

• HDB2/HDB3 (High-Density Bipolar Code of Order 2/3): двухполярный код высокой плотности единиц порядка 2 или 3.

Следует отметить, что указанные типы кодов относятся только к интерфейсу, а не к линии в целом. Если применяются кабели с металлическими проводниками, то коды могут совпадать. Для ВОЛС тип кода заменяют двухуровневым.

Форма (маска) импульса и соответствующие поля допуска. Специфицируются для каждой скорости передачи и схемы взаимодействия.

Тип используемой кабельной пары для каждого направления передачи. Обычно применяются коаксиальные, симметричные кабели (КК, СК) или их сочетание.

Волновое сопротивление.

Максимальное напряжение импульса, уровень сигнала в паузе, длительность импульса.

В табл.9.8 приведены основные параметры интерфейса для различных скоростей передачи.

Обычно производители цифровых систем передачи ограничиваются частичной реализацией интерфейса G.703. Для скорости 64 кбит/с часто указывается схема взаимодействия аппаратуры. Для сигналов со скоростями п64 кбит/с, характерными для ISDN, передаваемых через оборудование европейской PDH при n=2,...,3,1,

интерфейс G.703 должен иметь те же физические и электрические характеристики, что и интерфейс для скорости 2048 кбит/с.

Аппаратура может не иметь интерфейса G.703. Для этих случаев используются конверторы с наиболее популярных типов интерфейсов: V.24/RS232, V.35, V.36/V11, Х.21/V11, RS-530.

9.7. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ

Волоконно-оптическими (ВОСП) [8,10) называют системы передачи, использующие в качестве среды распространения сигнала оптическое волокно. Первоначально развитие ВОСП шло в направлении создания оптоэлектронных элементов (источников и приемников оптического излучения) и оборудования данными элементами каналообразующего оборудования цифровых систем передачи PDH. Совершенствование ЦСП и устройств оптоэлектроники для приме- нения в ЦСП происходило независимо. В качестве примера систем, построенных по такому принципу, можно привести ВОСП отечественного производства: «Соната-2», «Сопка-2» и ИКМ-120-4/5 со скоростью передачи 8 Мбит/с; «Сопка-3», ИКМ-480-5 со скоростью передачи 34 Мбит/с; «Сопка-4М», «Сопка-5» со скоростью передачи 140 Мбит/с. Основным преимуществом ВОСП (наряду с указанными в 96.3) по сравнению с ЦСП, работающими по кабелю с металлическими проводниками, явилось значительное увеличение длины участка регенерации — (до нескольких десятков километров).

Применение аналоговых систем передачи с ЧРК в ВОСП не нашло практического применения по следующей причине. Обеспечение требуемой помехозащищенности, особенно по допустимым нелинейным переходным помехам, достигалось бы при длинах усилительных участков (3...6 км), соизмеримых с длиной усилительного участка аналоговых систем передачи, предназначенных для работы по кабелю с металлическими проводниками.

Появление синхронной цифровой иерархии (см. 99.4), специально разработанной для использования преимуществ ОВ, вывело развитие ВОСП на новый уровень. Тем не менее развитие технологии ВОСП продолжается. Рассмотрим основные направления этого развития.

Совершенствование оптоэлектронных элементов и приемопередающего оборудования. За счет использования чувствительных фотоприемников и когерентных методов приема достигнута длина регенерационного участка более 400 км при применении стандартного одномодового ОВ с коэффициентом затухания 0,22 дБ/км.

Разделение по длине волны. Подавляющее большинство ВОСП использует одно ОВ для передачи излучения одной рабочей длины волны. Существенного увеличения суммарной емкости системы можно достичь передачей в одном волокне излучения не- скольких рабочих длин волн. Данная технология называется разделением по длине волны (Wave Division Multiplexing — WDM), и, фактически, представляет собой реализацию на новом технологическом уровне принципа ЧРК. Основной сложностью реализации спектрального уплотнения является создание оптического разветвителя на несколько входов/выходов с малыми потерями (затуханиями) при вводе/выводе оптического излучения.

В качестве примера реализации можно привести систему OLC фирмы Lucent: в третьем окне прозрачности 1,55 мкм (см. рис.6.9) передаются излучения восьми рабочих длин волн. Каждая оптическая несущая несет цифровой сигнал со скоростью 2,5 Гбит/с (сигнал STM-16) и в результате скорость цифрового потока в одном волокне составляет более 20 Гбит/с. Японскими специалистами предложена система, работающая в том же окне прозрачности, но имеющая 132 оптические несущие, каждая из которых несет цифровой сигнал со скоростью 20 Гбит/с (сигнал STM-64). Скорость цифрового потока в одном волокне составляет более 2640 Гбит/с.

Использование волоконных ycuлumeлu. Это позволит существенно увеличить дальность связи (длину участков регенерации). Для реализации волоконных усилителей применяются различные физические принципы. Широко распространены волоконные усилители, выполняемые на основе легированного эрбием ОВ. Данные усилители используют свойства редкоземельного элемента эрбия усиливать оптический сигнал. При введении излучения с длиной волны 980 нм в легированный эрбием отрезок волокна фотоны меняют состояние, и генерируется излучение с длиной волны 1,55мкм. Это излучение взаимодействует с рабочим излучением на той же длине волны, усиливая его. Высокомощный лазер с длиной волны 980 нм называется лазером накачки. Ввод излучения от лазера накачки в легированный эрбием отрезок волокна осуществляется с помощью специальных оптических разветвителей.

Подобные усилители могут использоваться в ВОСП с WDM. Одновременно усиливаются все спектральные компоненты, в отличие от традиционных систем, в которых каждый оптический сигнал обслуживается отдельным усилителем (регенератором). Длина усилительного участка в подобных системах, например OLC фирмы Lucent, достигает 120 км. Допускается последовательное соединение трех усилительных участков до регенерации сигналов. Таким образом, длина участка регенерации может составлять 360 км.

Глава 10

СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ

10.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В тех случаях, когда возникают трудности прокладки проводных линий связи, используются радиолинии. Принципиальное отличие радиосистем передачи информации заключается в том, что условия распространения радиоволн в радиолинии нестационарны, т.е. подвержены непрерывным изменениям, зависящим от времени и частоты. Однако передача с помощью радиоволн иногда является единственным методом связи (например, связь с подвижными объектами) [1 — 3, 5].

На ВСС применяются различные системы радиосвязи: радиорелейные прямой видимости и тропосферные, спутниковые, на декаметровых волнах, ионосферные и пр.

Для обеспечения односторонней радиосвязи (рис.10.1) в пункте, из которого ведется передача сигналов, размещают радиопередающее устройство, содержащее радиопередатчик (РПД) и передающую антенну (А„„), а пункте, в котором ведется прием сигналов — радиоприемное устройство, содержащее приемную антенну (А„,) и радиоприемник (РПМ). Антенны подключаются к приемопередающему оборудованию при помощи фидерных трактов (Ф).

Для двухстороннего обмена сигналами нужно иметь два комплекта оборудования. Двухсторонняя радиосвязь может быть симплексной или дуплексной. При симплексной радиосвязи передача и прием ведутся поочередно. Радиопередатчики в конечных пунктах в этом случае могут работать на одинаковой частоте, на эту же частоту настроены и радиоприемники. Радиопередатчик включается только на время передачи. При дуплексной радиосвязи передача осуществляется одновременно с приемом. Для связи должны быть выделены две разные частоты для передачи в разных направлениях. Радиопередатчики и радиоприемники абонентов включены в течение всего сеанса связи.

10.2. РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

В функциональном смысле под радиопередающим устройством [12] понимается комплекс оборудования, предназначенный для формирования и излучения радиочастотного сигнала (радиосигнала). В качестве функциональных узлов в состав радиопередатчика входят генератор несущей и модулятор. Как правило, генератор несущей и модулятор строятся по многокаскадной схеме. Кроме того, радиопередающие устройства (особенно мощные) содержат много другого оборудования: источники питания, средства охлаждения, автоматического и дистанционного управления, сигнализации, защиты и блокировки и пр.

Основные показатели радиопередающих устройств условно могут быть разделены на две группы: энергетические и показатели электромагнитной совместимости.

Важнейшими энергетическими показателями радиопередающего устройства являются номинальная мощность и промышленный коэффициент полезного действия. Под номинальной мощностью (Р) понимают среднее за период радиочастотного колебания значение энергии, подводимой к антенне. Промышленный коэффициент полезного действия (КПД) представляет собой отношение номинальной мощности Р к общей Р,~,„, потребляемой от сети переменного тока радиопередающим устройством: g РIР ~щ'100%.

Основными показателями электромагнитной совместимости являются диапазон рабочих частот, нестабильность частоты колебаний и внеполосные излучения.

Диапазоном рабочих частот называют полосу частот, в которой радиопередающее устройство обеспечивает работу в соответствии с требованиями стандарта.

Под нестабильностью частоты радиопередатчика понимают отклонение частоты колебаний на его выходе за определенный промежуток времени относительно установленной частоты. Малая нестабильность (высокая стабильность) частоты позволяет ослабить помехи радиоприему.

Внеполосными называют такие излучения, которые расположены вне полосы, отведенной для передачи полезных сообщений. Внеполосные излучения являются источником дополнительных помех радиоприему. При подавлении качество передачи сигнала не ухудшается.

По назначению радиопередающие устройства делятся на связные, радиовещательные и телевизионные. По диапазону рабочих частот радиопередающие устройства подразделяются в соответствии с классификацией видов радиоволнии. В зависимости от номинальной мощности радиопередающие устройства делятся на маломощные (до 100 Вт), средней мощности (от 100 до 10000 Вт), мощные (от 10 до 500 кВт) и сверхмощные (свыше 500 кВт).

Специфика эксплуатации позволяет выделить стационарные и подвижные радиопередающие устройства (автомобильные, самолетные, носимые и т.д.).

10.3. РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Радиоприем — это выделение сигналов из радиоизлучения. В том месте, где ведется радиоприем, одновременно существуют радиоизлучения от множества естественных и искусственных источников. Мощность полезного радиосигнала составляет очень малую долю мощности общего радиоизлучения в месте радиоприема. Задача радиоприемного устройства сводится к выделению полезного радиосигнала из множества других сигналов и возможных помех, а также к воспроизведению (восстановлению) передаваемого сообщения [14].

Основными (в смысле универсальности) показателями радиоприемных устройств являются: диапазон рабочих частот, чувствительность, избирательность и помехоустойчивость.

Диапазон рабочих частот определяется диапазоном возможных частот настройки. Другими словами, это область частот настройки, в пределах которой радиоприемное устройство может плавно или скачкообразно перестраиваться с одной частоты на другую.

Чувствительность является мерой способности радиоприемного устройства обеспечивать прием слабых радиосигналов. Количественно оценивается минимальным значением ЭДС сигнала на входе радиоприемного устройства, при котором имеет место требуемое отношение сигнал-шум на выходе при отсутствии внешних помех.

Избирательностью называется свойство радиоприемного устройства, позволяющее отличать полезный радиосигнал от радиопомехи по определенным признакам, свойственным радиосигналу. Иначе: это способность радиоприемного устройства выделять нужный радиосигнал из спектра электромагнитных колебаний в месте приема, снижая мешающие радиосигналы. Различают пространственную и частотную избирательности. Пространственная избирательность достигается за счет использования антенны, обеспечивающей прием нужных радиосигналов с одного направления и ослабление радиосигналов с других направлений от посторонних источников. Частотная избирательность количественно характеризует способность радиоприемного устройства выделять из всех радиочастотных сигналов и радиопомех, действующих на его входе, сигнал, соответствующий частоте настройки радиоприемника.

Помехоустойчивостью радиоприемного устройства называется его способность противодействовать мешающему действию помех. Количественно помехоустойчивость оценивается тем максимальным значением уровня помехи в антенне, при котором еще обеспечивается прием радиосигналов.

Радиоприемные устройства можно классифицировать по различным признакам. Например, по схемным решениям радиоприемные устройства могут быть прямого усиления и супергетеродинные. По назначению можно выделить радиовещательные (обычно называемые радиоприемниками или приемниками), телевизионные (телевизоры), профессиональные, специальные радиоприемные устройства. К профессиональным относятся магистральные радиоприемные устройства декаметрового диапазона, радиорелейных и спутниковых ЛС. Среди радиоприемных устройств специального назначения следует назвать, например, радиолокационные, радионавигационные, самолетные и т.д.

10.4. АНТЕННЫ И ФИДЕРЫ

Антенна [3] представляет собой элемент сопряжения между передающим или приемным оборудованием и средой распространения радиоволн. Антенны, имеющие вид проводов или поверхностей, обеспечивают излучение электромагнитных колебаний при передаче, а при приеме они «собирают» падающую энергию. Антенны, состоящие из проводов небольшого поперечного сечения по сравнению с длиной волны и продольными размерами, называют проволочными. Антенны, излучающие через свой раскрыв— апертуру, называют апертурными. Иногда их называют дифракционными, рефлекторными, зеркальными. Электрические токи таких антенн протекают по проводящим поверхностям, имеющим размеры, соизмеримые с длиной волны или много большие ее.

Сравнивать и оценивать свойства антенн любых типов можно по их параметрам. Самым главным определяющим параметром передающей антенны как нагрузки для генератора или фидера является ее входное сопротивление. Параметром антенны как излучателя электромагнитных волн является коэффициент полезного действия, а также амплитудная характеристика направленности.

Входное сопротивление антенны определяется отношением напряжения высокой частоты на ее зажимах к току питания.

Не вся мощность, подводимая к антенне, излучается в окружающее пространство. Часть ее расходуется не на излучение, а на нагревание как самой антенны, так и находящихся поблизости предметов. Отношение мощности, излученной антенной, к мощности, подводимой к ней, называют коэффициентом полезного действия антенны и выражают в процентах.

Электромагнитные волны излучаются антенной в различных направлениях неравномерно. Антенн, излучающих электромагнитные волны равномерно во все стороны, не существует. Распределение в пространстве напряженности электрического поля, Диполь Герца M(r,ср,9)- созданного антенной, характеризуется амплитудной напряженности создаваемого антенной поля (или пропорциональной ей величины) от направления на точку наблюдения в пространстве.

Направление на точку наблюдения определяется азимутальным <р и меридиональным О углами сферической системы координат, как показано на рис.10.2. При этом амплитуда напряженности электрического поля измеряется на одном и том же (достаточно большом) расстоянии r от антенны. Графическое изображение характеристики направленности называют диаграммой направленности. Пространственная диаграмма направленности изображается в виде поверхности ((д,О). Построение такой диаграммы неудобно, поэтому на практике обычно строят диаграмму направленности в какой-нибудь одной плоскости, в которой она изображается плоской кривой ((д) или 1(О) в полярной или декартовой системе координат.

На рис.10.2 в начале координат показана простейшая проволочная антенна — диполь Герца, пространственная диаграмма направленности которой приведена на рис.10.3,а. Диаграммы направленности в азимутальной и меридиональной плоскостях, построенные в полярной системе координат, представлены на рис.10.3, б и в.

Помимо рассмотренных основных электрических параметров антенн существует ряд дополнительных специфических параметров — электрических, экономических, конструктивных, эксплуатационных.

Что касается приемных антенн, то оказывается, что количественно электрические параметры передающих и приемных антенн одни и те же, хотя физическое объяснение дается с точки зрения приема. Приемная антенна имеет такие же значения входного со- противления, коэффициента полезного действия и такую же диаграмму направленности, какие она имела бы при работе в качестве передающей. Существенным различием в работе передающей и приемной антенн является то, что в передающей антенне используются большие токи и напряжения, а в приемной — очень незначительные.

Особенности передающих антенн для различных диапазонов радиоволн. Километровые и гектометровые радиоволны широко используются для организации сети звукового радиовещания. Передающие антенны, как правило, устанавливаются в центре зон обслуживания, и поэтому должны создавать ненаправленное излучение вдоль поверхности Земли, т.е. иметь диаграмму направленности в горизонтальной плоскости в виде окружности. Таким условиям отвечают антенны-мачты и антенны-башни. Их высота обычно 150...250 м, а некоторые антенны имеют высоту до 350 и даже 500 м.

Для радиосвязи и радиовещания на значительные расстояния (тысячи километров) используются декаметровые радиоволны. Особенности их распространения таковы, что антенны должны сформировывать направленное излучение с максимумом излучения под некоторым углом к поверхности Земли. Самыми распространенными типами передающих антенн, отвечающими этим требованиям, являются проволочные антенны: вибраторные, ромбические и синфазные в виде решетки из вибраторов, возбужденных определенным образом. Простейшая из этих антенн — горизонтальный симметричный вибратор — показана на рис.10.4.

На местных радиолиниях протяженностью 50...100 км также используются в основном декаметровые радиоволны и простые антенны в виде вертикально подвешенного провода (Т- и Г- образные).

Облучатель Диапазон метровых радиоволн используется главным образом для организации телевизионного и звукового вещания, а также для связи с подвижными объектами в пределах определенной зоны обслуживания. Передающие антенны, как правило, должны создавать ненаправленное излучение в горизонтальной плоскости.

Диапазоны дециметровых, сантиметровых и более коротких радиоволн применяются для организации радиорелейной связи. Антенны, устанавливаемые на радиорелейных линиях, должны обладать высокой направленностью, их диаграммы направленности должны иметь «игольчатую форму» (рис.10.5). Наиболее распространены апертурные (зеркальные) антенны. Схема простейшей из них — параболической антенны — приведена на рис.10.6.

Особенность распространения метровых, дециметровых, сантиметровых и более коротких радиоволн такова, что антенны не- обходимо размещать на специальных опорах высотой десятки и даже сотни метров.

Особенности приемных антенн для различных диапазонов радиоволн. Антенна — устройство обратимое. Если антенна хорошо излучает радиоволны, то она хорошо их и принимает. Форма диаграммы направленности антенны не зависит от того, работает она на передачу или на прием. Содержание понятия «диаграмма направленности» для приемной антенны несколько отличается от приведенного выше для передающей антенны. Это график зависимости напряжения на входе радиоприемника от направления прихода принимаемой электро- магнитной волны.

В качестве приемных антенн в километровом и гектометровом диапазонах используются рамочные антенны. В дека метровом диапазоне наиболее распространена антенна «бегущая волна». Антенна «волновой» является типичной для диапазона метровых волн, в частности для приема телевизионных сигналов. В От РПД Рис. 10.6. Схема построения одно- зеркальной параболической антенны

диапазоне дециметровых и сантиметровых волн антенны являются обычно приемопередающими. Характерная схема одной из таких антенн показана на рис.10.6.

Электрическая цепь и вспомогательные устройства, с помощью которых энергия радиочастотного сигнала подводится от радиопередатчика к антенне или от антенны к радиоприемнику, называется фидером. Передающие антенны, используемые в кило- метровом и гектометровом диапазонах радиоволн, соединяются с радиопередатчиком с помощью многопроводных коаксиальных фидеров. В декаметровом диапазоне фидеры обычно выполняются в виде проволочных двух- или четырехпроводных линий. К антеннам метровых радиоволн энергия, как правило подводится с помощью коаксиального кабеля. На более коротких волнах, в частности в сантиметровом диапазоне, фидер выполняется в виде полой металлической трубы — волновода прямоугольного, эллиптического или круглого сечения.

В связи с наблюдающейся тенденцией увеличения мощности передающих радиостанций, работающих в диапазонах километровых, гектометровых и декаметровых радиоволн, очень важными представляются вопросы конструирования антенн и фидеров с повышенной электрической прочностью, способных работать со сверхмощными радиопередатчиками.

Для радиоприема на декаметровых волнах перспективным представляется создание устройств, позволяющих управлять диаграммой направленности приемных антенн в соответствии с изменением направления угла прихода радиоволны. Следует ожидать, что в дальнейшем антенны с электрически управляемыми характеристиками займут доминирующее положение во многих областях антенной техники. Антенны радиорелейных линий совершенствуются в части увеличения концентрации энергии в главном направлении и снижения излучения в направлениях, несовпадающих с главным.

10.5. РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

Радиосистема передачи, в которой сигналы электросвязи передаются с помощью наземных ретрансляционных станций, называется радиорелейной системой передачи (рис.10.7).

На частотах ОВЧ- и СВЧ-диапазона, используемых в радиорелейных системах передачи, надежная связь с низким уровнем помех может быть получена только в условиях прямой видимости между антеннами, излучающими радиоволны. Расстояние между антеннами радиорелейных систем зависит от структуры земной поверхности и высоты антенн над ней. Типичные расстояния составляют 40...50 км при высотах башен и мачт, на которых устанавливаются антенны, около 100 м. Ограниченность расстояния

прямой видимости не следует рассматривать как недостаток. Именно за счет невозможности свободного распространения радиоволн на большие расстояния устраняются взаимные помехи между радиорелейными системами передачи внутри одной страны и разных стран. Кроме того, в указанных диапазонах практически отсутствуют атмосферные и промышленные помехи.

Антенны могут работать в режиме передачи и приема для одновременной передачи в противоположных направлениях с использованием двух частот: f, и f,. При этом если станция передает сигнал на частоте f, и принимает на частоте (,, то соседние с ней станции передают на частоте f>, а принимают на частоте (,. Эта пара частот, соответствующая двухчастотному плану частот ITU-В, образует радиочастотный ствол.

Аналоговые радиорелейные системы предназначены в основ- ном для передачи многоканальных телефонных сигналов в аналоговой форме и данных с низкой и средней скоростью по каналам ТЧ, а также сигналов телевидения. Цифровые радиорелейные системы используются для организации цифровых трактов передачи сигналов со скоростями от 2 до 155 Мбит/с.

Большинство станций радиорелейных систем являются промежуточными радиостанциями, играющими роль активных ретрансляторов. На всех станциях целесообразно иметь однотипную, унифицированную приемопередающую аппаратуру (ППА), удовлетворяющую требованиям заданного частотного плана. Перспективным вариантом построения ППА является вариант с усилением на СВЧ и преобразованием частоты. Недостатком подобной схемы является необходимость обработки сигнала на СВЧ. Наиболее часто используются ППА, в которой обработка сигналов производится на промежуточной частоте, номинальное значение которой выбирается в соответствии с рекомендациями ITU-Я и обычно составляет 70 МГц. Применение промежуточной частоты для обработки сигнала позволяет унифицировать аппаратуру усиления сигнала, а также ввода и вывода информационных сигналов на промежуточных, узловых и оконечных станциях.

Значения основных параметров радиорелейных систем передачи приведены в табл.10.1 и табл.10.2.

10.6. ТРОПОСФЕРНЫЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

Тропосфера — нижняя часть атмосферы Земли (см. 6.5). В тропосфере всегда есть локальные объемные неоднородности, вызванные различными физическими процессами, происходящими в ней. Волны диапазона 0,3...5 ГГц способны рассеиваться этими неоднородностями. Механизм образования тропосферных радио- волн условно показан на рис.10.8.

Учитывая, что неоднородности находятся на значительной высоте, нетрудно представить, что рассеянные ими радиоволны могут распространяться на сотни километров. Это дает возможность разнести станции на расстояние 200...400 км друг от друга, что значительно больше расстояния прямой видимости.

Линии на основе тропосферных радиорелейных систем передачи строятся, как правило, в труднодоступных и удаленных районах.

Значительные расстояния между станциями, безусловно, выгодны при организации протяженных линий, поскольку требуется меньшее число станций. Однако за счет глубоких замираний из-за неустойчивости пространственно-временной структуры тропосферы и крайне малой мощности радиосигнала в точке приема организация хорошего качества связи и значительного количества каналов затруднена.

В табл.10.3 приведены параметры отечественных тропосферных радиорелейных систем передачи.

10.7. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ НА ДЕКАМЕТРОВЫХ ВОЛНАХ

Радиосистема передачи, в которой используется отражение декаметровых волн от ионосферы, называется ионосферной системой передачи на декаметровых волнах.

В ионосфере (см.  6.5) происходит, строго говоря, не отражение радиоволны, а поворот ее траектории из-за неоднородности диэлектрических свойств вертикального профиля ионосферы. Траектория распространения радиоволн от одной точки на поверхности Земли к другой с одним отражением от ионосферы называется ионосферным скачком. Расстояние между пунктами приема и передачи, измеренное вдоль поверхности Земли, составляет около 2000 км. Траектория распространения радиоволн может быть образована несколькими ионосферными скачками. Условия распространения радиоволн, а следовательно, и качество радиосвязи зависят от состояния ионосферы, определяемого временем года, суток и циклом солнечной активности.

Ионосферные системы передачи на декаметровых волнах не позволяют организовать большого числа каналов, и обычно количество каналов не превышает одного — двух телефонных или нескольких телеграфных.

10.8. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ИОНОСФЕРНОЕ РАССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН И ОТРАЖЕНИЕ ОТ СЛЕДОВ МЕТЕОРОВ

Радиосистема передачи, в которой используется рассеяние метровых волн на неоднородностях ионосферы, называется ионосферной системой передачи на метровых волнах. Образование ионосферных волн в метровом диапазоне во многом сходно с образованием тропосферных волн. Разница заключается в том, что рассеяние происходит не в тропосфере, а в ионосфере на высоте 75...95 км. Предельная дальность связи в этом случае 2000...3000 км, наиболее подходящие частоты 40...70 МГц. При ионосферном рассеянии в пункт приема приходит только ничтожная часть излучаемой энергии, что вынуждает использовать мощные радиопередатчики и большие по размеру антенны. Такие системы позволяют организовать с удовлетворительным качеством до трех телефонных каналов.

В атмосферу Земли непрерывно проникают потоки мелких космических частиц — метеоров. Большинство из них сгорает на высоте 80...120 км, образуя ионизированные следы. Протяженность следа 10...25 км, а время существования от 5 мс до 20 с. Радиосистемы, использующие отражения от следов метеоров, работают в диапазоне 30...70 МГц. Время прохождения радиосигналов при метеорной связи составляет только 2...4 ч в сутки.

Обычно с помощью этих радиосистем организуется передача телеграфных сигналов, причем таких, для которых задержка в передаче не играет существенной роли. Метеорные системы передачи применяются для дублирования ионосферных систем на декаметровых волнах в полярных широтах, для связи в метеорологической службе и некоторых других целей.

10.9. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

23 апреля 1965 г. был запущен на высокую эллиптическую орбиту первый отечественный спутник связи «Молния-1», который ознаменовал становление в нашей стране спутниковой радиосвязи. Почти одновременно в США был запущен на геостационарную орбиту первый спутник коммерческой связи Intelsat-1. Таким образом, была реализована заманчивая идея резкого увеличения дальности радиосвязи благодаря размещению ретранслятора высоко над поверхностью Земли, что позволило обеспечить одновременную радиовидимость расположенных в разных точках обширной территории радиостанций. Преимуществами систем спутниковой связи (СС) являются большая пропускная способность, глобальность действия и высокое качество связи [1,4,9,10,16].

Конфигурация систем СС зависит от типа искусственного спутника Земли (ИСЗ), вида связи и параметров земных станций. Для построения систем СС используются в основном три разновидности ИСЗ (рис.10.9): на высокой эллиптической орбите (ВЭО), геостационарной орбите (ГСО) и низковысотной орбите (НВО). Каждый тип ИСЗ имеет свои преимущества и недостатки.

Примером ИСЗ с ВЭО могут служить отечественные спутники типа «Молния» с периодом обращения 12 ч, наклонением 63, высотой апогея над северным полушарием 40тыс. километров. Движение ИСЗ в области апогея замедляется, при этом длительность

радиовидимости составляет 6...8ч. Преимуществом данного типа ИСЗ является большой размер зоны обслуживания при охвате большей части северного полушария. Недостатком ВЭО является необходимость слежения антенн за медленно дрейфующим спутником и их переориентирования с заходящего спутника на восходящий.

Уникальной орбитой является ГСО — круговая орбита с периодом обращения ИСЗ 24 ч, расположенная в плоскости экватора на высоте 35875 км от поверхности Земли.   Орбита синхронна с вращением Земли, поэтому спутник оказывается неподвижным относительно земной поверхности. Достоинства ГСО: зона обслуживания составляет около трети земной поверхности, трех спутников достаточно для почти глобальной связи, антенны земных станций практически не требуют систем слежения. Однако в северных широтах спутник виден под малыми углами к горизонту и вовсе не виден в приполярных областях.

Низковысотные ИСЗ запускаются на круговые орбиты, плоскость которых наклонена к плоскости экватора (полярные и квазиполярные орбиты). Высота орбиты составляет 200...2000 км над поверхностью Земли. Запуск легкого ИСЗ на низкую орбиту может быть осуществлен с помощью недорогих пусковых установок. Однако скорость перемещения ИСЗ относительно поверхности Земли достаточно велика, в результате длительность сеанса от восхода спутника до его захода не превышает несколько десятков минут.

Диапазоны рабочих частот систем СС регламентированы  различны для участков Земля — ИСЗ и ИСЗ — Земля и лежат в пределах 2...40 ГГц.

Для систем СС существуют некоторые особенности передачи сигналов.

• Запаздывание сигналов (для геостационарной орбиты около 250 MG), одна из причин появления эхосигналов при телефонных переговорах.

• Эффект Доплера — изменение частоты сигнала, принимаемого с движущегося источника. Для скоростей много меньших скорости света (v/с«1) изменение частоты составляет f=fg(1+v, Наиболее сильно эффект Доплера проявляется для ИСЗ, использующих негеостационарные орбиты.

В зависимости от назначения системы СС и типа земных станций регламентом МСЭ различаются следующие службы:

• фиксированная спутниковая служба для связи между станциями, расположенными в определенных фиксированных пунктах, а также распределения телевизионных программ;

• подвижная спутниковая служба для связи между подвижными станциями, размещаемыми на транспортных средствах (самолетах, морских судах, автомобилях и пр.);

• радиовещательная спутниковая служба для непосредственной передачи радио- и телевизионных программ на терминалы, находящиеся у абонентов.

Фиксированная спутниковая служба (ФСС). На начальном этапе ФСС развивалась в направлении создания систем магистральной связи с применением крупных земных станций с диаметрами зеркала антенн порядка 12...30 м. В настоящее время функционирует около 50 систем ФСС. В качестве примеров можно отметить отечественные системы СС «Молния-3», «Радуга», «Горизонт» и международные системы Intelsat и Eutelsat. Развитие ФСС идет по направлениям увеличения срока службы ИСЗ, повышения точности удержания ИСЗ на орбите, разработки и совершенствования многолучевых антенн, а также возможности работы на антенны земных станций малого диаметра (1,2...2,4 м) (системы

VSAT).

Подвижная спутниковая служба (ПСС). В силу международного характера работы транспорта для его управления создаются международные системы глобальной спутниковой связи, например система морской спутниковой связи Inmarsat, которая введена в действие в 1982 г. Она содержит геостационарные спутники, расположенные над Атлантическим, Индийским и Тихим океанами; береговые станции, установленные на различных континентах; разветвленную сеть судовых станций различных стандартов. В настоящее время системой Inmarsat пользуется около 15 тыс. судов. В рамках организации Inmarsat решается проблема создания системы авиационной спутниковой связи.

Успехи в космических технологиях последних лет, а также достижения в микроэлектронике, появление эффективных алго- ритмов параметрического компандирования речевых сигналов (см. 8.7), разработка лазерных линий межспутниковой связи вызвали большой интерес к использованию легких низколетящих ИСЗ для ПСС. Поддержание большой (десятки аппаратов) группировки ИСЗ на НВО для обеспечения непрерывности связи оказывается экономически целесообразно, во-первых, ввиду упоминавшейся выше относительно малой стоимости вывода спутника на НВО и, во- вторых, в связи с возможностью создания систем с малогабаритными абонентскими станциями, имеющими изотропные антенны.

Различают два типа СС с НВО. В наиболее простых из них пакеты информации передаются через ИСЗ-ретранслятор непосредственно или с задержкой на время пролета по трассе. Второй тип систем обеспечивает непрерывную связь. Зоны радиовидимости отдельных ИСЗ объединяются в единое информационное пространство. Примером такой системы служит международный проект Iridium, возглавляемый фирмой Motorola. Система базируется на 66 легких (масса 689 кг) ИСЗ, равномерно размещенных на шести полярных орбитах (по 11 ИСЗ на каждой орбите) высотой 780 км, плоскости которых разнесены на 30', но совпадают по фазам движения. Каждый ИСЗ связан с четырьмя соседними. Ретранслятор работает на многолучевую антенну с 48 лучами, что позволяет организовать в системе 2100 активных лучей одновременно, т.е. создать сотовую зону обслуживания на всей поверхности Земли. В системе принят многостанционный доступ с частотно-временным разделением каналов, для межспутниковых линий и станций сопряжения предусматривается диапазон частот Ка 19...29 ГГц, для абонентских линий «Земля-ИСЗ» и «ИСЗ-Земля» — использование двух полос в диапазоне частот L 1610...1626,5 МГц. Система Iridium была рассчитана на обслуживание до 1,5 млн абонентов. Коммерческая эксплуатация системы начата в 1998 г. В системе применяются двухрежимные абонентские терминалы: режим Iridium и ре- жим одного из стандартов сотовой подвижной связи (например, GSM). При нахождении абонента в зоне обслуживания системы сотовой связи он обслуживается данной системой. Когда абонент покидает зону обслуживания системы сотовой связи, автоматически происходит его переключение на обслуживание системой СС Iridium. Однако эта система не имела коммерческого успеха, и ее существование остается под вопросом.

Радиовещательная спутниковая служба (РСС). РСС реализует одно из основных направлений развития телекоммуникаций— персонализацию, т.е. телевизионные программы принимаются непосредственно на индивидуальные приемники абонентов. ITU-R утвердил международный план спутникового ТВ вещания в диапазоне 12 ГГц (НТВ-12). В планах зафиксированы точки стояния ИСЗ на ГСО, номера частотных каналов, параметры бортовой передающей аппаратуры. Для спутников бывшего СССР выделены пять точек стояния: 23',44',74', 110' и 140' восточной долготы. Следует отметить, что из-за исторически сложившегося развития технических средств для непосредственного телевидения применяется также диапазон 11ГГц, выделенный для ФСС. Для НТВ-12 используется более 100 спутников, среди которых TV-SAT-1, TV-SAT- 2, TDF-1, TDF-2, TELEX и др.

Для широкого внедрения НТВ требуются многопрограммные спутники с несколькими десятками программ с тем, чтобы, приобретая сравнительно дорогое приемное оборудование абонент (зритель), мог бы значительно расширить свой телевизионный выбор. В этой связи актуальны работы в области цифрового сжатия телевизионных изображений, позволяющего передавать в одном частотном стволе до 6...10 программ одновременно.

Продолжается развитие систем и технологий вывода ИСЗ на орбиту. Очень интересным является международный проект с российским участием «Морской старт» (Sea Launch). Запуск осуществляется с подвижной морской платформы, транспортирующей ракету-носитель к экватору. При запуске используется скорость вращения Земли вокруг своей оси, т.е. вывод ИСЗ упрощается: при тех же параметрах ракеты-носителя возможен вывод большего количества груза и т.д.

Глава 11

СИСТЕМЫ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ И АВТОМАТИЧЕСКАЯ КОММУТАЦИЯ

11.1. НУМЕРАЦИЯ АБОНЕНТСКИХ ЛИНИЙ

Телефонная связь [1,2], являясь наиболее доступным, удобным и массовым видом электросвязи, позволяет вести переговоры людям, находящимся друг от друга практически на любых расстояниях, с помощью сравнительно простых и дешевых систем, реализующих этот вид связи. Именно поэтому современные телефонные сети значительно крупнее и разветвленнее сетей других видов электросвязи.

Сеть телефонной связи нашей страны — Общегосударственная автоматически коммутируемая телефонная сеть (ОАКТС) — является составной частью Взаимоувязанной сети связи и содержит десятки миллионов телефонных аппаратов.

Единая система нумерации обеспечивает возможность установления соединения между любыми двумя абонентами ОАКТС. На ОАКТС принят зоновый принцип нумерации. Территория бывшего СССР разбита на 171 зону. Обычно территория зоны телефонной нумерации совпадает с территорией области (края и т.п.). Каждой зоне присвоен свой код (АВС). Например, код Москвы— 095, Санкт-Петербурга — 812. В пределах каждой зоны вводится единая 7-значная нумерация, причем каждой 100-тысячной группе номеров присвоен двузначный код (ab).

Для осуществления междугородной телефонной связи между абонентами разных зон вызывающий абонент должен набрать 10-значный номер вызываемого абонента: При установлении связи внутри зоны используется 7 цифр этого номера, которые называются 7-значным 3OHO8blM номером абонента. В качестве знака «а» не могут использоваться цифры 8 и 0 (8 — индекс выхода на междугородную сеть, 0 — на узел спецслужб с сокращенной нумерацией). Емкость зоновой нумерации составляет 80 кодов ab, т.е. 80 100-тысячных групп или 8 млн абонентских номеров.

Для городских телефонных сетей (ГТС) в зависимости от их емкости и перспектив развития из общей зоновой нумерации выделяется одна, две и более 100-тысячных групп. Для осуществления соединений в пределах ГТС устанавливается местная 5-, 6- или 7значная нумерация. Основной единицей емкости ГТС является АТС на 10тыс. номеров, поэтому местный абонентский номер об- разуется из 4-значного номера в пределах 10-тысячной группы с добавлением станционного кода. В качестве знака «а» не могут использоваться цифры 0 или 8. Знаки «а» 6-значного и «ab» 7-значного местного номера должны совпадать с кодами 100-тысячных групп нумерации, выделенных для данной ГТС. При наличии на ГТС учрежденческо-производственных телефонных станций (УПТС) для сокращенной нумерации в пределах УПТС из состава нумерации ближайшей (опорной) районной АТС (РАТС) выделяется группа номеров, кратная 100.

Для сельских телефонных сетей в составе зоновой нумерации выделяется одна 100-тысячная группа. На СТС применяются открытая (9 — цифра выхода на вышестоящую станцию) и закрытая нумерация.

Междугородный вызов абонента ГТС осуществляется следующим образом. Набор индекса выхода на междугородную сеть 8; готовность АМТС («зуммер» или «длинный гудок»); набор 10-знач- ного номера. Если вызываемая ГТС имеет 5- или 6-значную нумерацию, то местный номер вызываемого абонента дополняется до 7 цифрами «2».

Междугородный вызов абонента СТС осуществляется следующим образом. Для установления соединения с абонентом СТС другой зоны после кода зоны набирается 2-значный код сельского района и 5-значный абонентский номер. В справочниках коды зоны и сельского района объединяются. Например, код Санкт-Петербурга — 812, код Волховского района — 63, тогда код г.Волхова— 81263. Для установления соединения в пределах своей зоны набирается последовательность: 8 — зуммер — направляющий индекс 2 (своя зона) — код 100-тысячной группы  — 5-значный номер. В справочниках направляющий индекс 2 и код ab объединяют. Код СТС Пушкинского района — 53, код г.Пушкино — 253. Тогда вызов абонента г.Пушкино 7-55-99 из Москвы осуществляется следующим образом: 8-(253)75599. Вызов того же абонента из Санкт- Петербурга: 8-(096)5375599.

11.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕЛЕФОННОГО СООБЩЕНИЯ

Для теоретического исследования телефонных сетей используются теория вероятностей и математическая статистика, на основе которой создана теория массового обслуживания. Применительно к телефонной связи она получила название теории телефонного сообщения. Эта теория изучает процессы и закономерности прохождения сообщений по сети, определяет эффективность использования коммутационных систем и линий связи, а также вопросы качества обслуживания абонентов [5].

Важнейшими понятиями теории телефонного сообщения являются вызовы, нагрузка и потери.

Вызовом называется заявка (специальный сигнал) одного из абонентов на установление соединения, т.е. заявка на создание системы связи между абонентами. Понятие вызова распространяется и на процесс установления соединения.

Совокупность заявок, поступающих на станцию, называют потоком вызовов. Важным параметром потоков вызовов является интенсивность вызовов, под которой понимается число вызовов, появившихся в единицу времени. Вызовы поступают неравномерно, т.е. интенсивность вызовов является величиной непостоянной.

Кроме знаний о характере и параметрах потоков вызовов для правильного построения коммутационных систем необходимо знать суммарное время обслуживания вызовов, поступающих в единицу времени, которое принято называть нагрузкой. Единица измерения нагрузки — часо-занятие.

Для подсчета нагрузки используется выражение Y=N с t, где И — число источников нагрузки (например, число абонентов); с- число вызовов за час от одного источника; t длительность обслуживания вызова. Например, если на станцию за 1ч поступают 100 вызовов, то для последовательного обслуживания всех вызовов со средней затратой времени на каждый вызов 0,1 ч (6 мин) потребуется суммарное время 10 ч. Столько времени будут заняты обслуживающие приборы.

Вызовы можно обслуживать не только последовательно, один за другим, но и параллельно, одновременно используя несколько приборов станции и соединительных линий. Например, если в обслуживании тех же вызовов будут участвовать 10 приборов и 10 линий, то поступившие 100 вызовов будут обслужены за 1 ч.

В случае параллельного обслуживания используют параметр интенсивность нагрузки. Единица интенсивности нагрузки — Эрланг. Один Эрланг (Эрл) — эта такая интенсивность нагрузки, при которой в течение одного часа будет обслужена нагрузка в одно часо-занятие.

Интенсивность нагрузки подвержена резким колебаниям в течение суток. Для расчета необходимого числа оборудования коммутационной станции принято учитывать так называемый час наибольшей нагрузки (ЧНН) — непрерывные 60 мин в течение суток, когда наблюдается максимальная интенсивность нагрузки. Н а рис.11.1 показан характер изменения интенсивности нагрузки в течение суток для станций, обслуживающих производственные районы и жилой массив.

На коммутационных станциях не все поступающие вызовы могут быть обслужены немедленно из-за отсутствия в нужный момент свободных исходящих линий. В этом случае абонент получает сигнал «Занято», необслуженный вызов называют потерянным, а факт необслуживания — отказом. Такие системы получили название системы коммутации с потерями.

Существуют так называемые системы коммутации с ожиданием, в которых при занятых исходящих линиях абонент не полу- чает отказа, а ожидает освобождения одной из линий, после чего соединение будет установлено.

Число потерянных вызовов в единицу времени в системах с потерями и число одновременно ожидающих абонентов в системах с ожиданием характеризуют качество обслуживания.

11.3. АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ

В системе телефонной связи к аппаратуре передачи речи относятся электроакустические преобразователи и вспомогательные устройства. Электроакустические преобразователи осуществляют преобразование электрической энергии в звуковую и наоборот.

Телефон преобразует электрическую энергию в звуковую и предназначен для работы в условиях нагрузки на ухо человека. Микрофон преобразует звуковые колебания в электрические. Устройства, сочетающие функции телефона и микрофона, называют обратимыми. Устройства, требующие для своей работы источник питания, называют

Принцип действия электромагнитного телефона основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом (Ф,) и электромагнитом (Ф ). Под действием результирующего (суммарного) потока мембрана телефона совершает колебательные движения, совпадающие с направлением электрического тока, поступающего в обмотку электромагнита. Основными элементами телефона (рис.11.2) являются: постоянный магнит, электромагнит, состоящий из двух обмоток с сердечниками, и мембрана.

В покое, т.е. при отсутствии тока в обмотках электромагнита, мембрана притянута к сердечнику под действием потока, создаваемого постоянным магнитом, имеет небольшой прогиб в сторону сердечника и неподвижна. Появление переменного электрического тока в обмотках электромагнита создает в сердечнике дополни- тельный переменный магнитный поток, направление которого сов- падает, либо противоположно направлению потока, создаваемого постоянным магнитом. В результате мембрана будет совершать колебательные движения, соответствующие изменению силы тока. Колебательные движения мембраны создают распространяющиеся колебательные движения частиц воздуха, воспринимающиеся ухом человека как звук.

В телефонных аппаратах применяются так называемые капсюльные телефоны, размещаемые в микротелефонных трубках. Конструктивное исполнение их может быть различным.

Угольный микрофон — необратимый активный акустоэлектрический преобразователь. Принцип действия основан на свойстве угольного порошка изменять сопротивление электрическому току в зависимости от плотности порошка, изменяющейся под действием звуковых колебаний воздушной среды. Устройство угольного микрофона и схема его включения в электрическую цепь показаны на

279

рис.11.3. Основными элементами микрофона являются подвижный и неподвижный электроды, подключенные к электрической цепи, и угольный порошок, заполняющий пространство между электродами. Подвижный электрод жестко связан с мембраной, воспринимающей колебания окружающего слоя воздуха. Элементы микрофона помещены в общий корпус, изготовленный из токонепроводящего материала. Звуковые колебания воздуха приводят к соответствующим колебаниям мембраны. Вместе с мембраной колеблется, совершая горизонтальные движения, подвижный электрод, изменяющий плотность угольного порошка. При увеличении плотности порошка его сопротивление электрическому току уменьшается, а при уменьшении — увеличивается. Следовательно, ток в цепи будет изменяться прямо пропорционально изменению звукового давления. При отсутствии звуковых колебаний мембрана находится в состоянии покоя, сопротивление порошка не изменяется, а в цепи микрофона протекает неизменяющийся ток.

С появлением звуковых колебаний, т.е. началом изменения звукового давления, ток начинает изменяться по закону изменения давления.

К вспомогательным устройствам относятся вызывные приборы, предназначенные для приема сигналов вызова: звонок, зуммер и др. Вспомогательным, но обязательным является также устройство для передачи адресной информации, называемое номеронабирателем. Номеронабиратели бывают дисковые и тастатурные (кнопочные). Принцип их работы рассматривается в 11.9.

Все элементы аппаратуры передачи речи конструктивно объединяются в прибор, называемый телефонным аппаратом (ТА). Структурная схема ТА приведена на рис.11.4. Когда микротелефонная трубка ТА не снята, она нажимает на рычажный переключатель, удерживая его в нижнем положении, как показано на

рис.11.4. При этом к абонентской линии (АЛ) подключен вызывной прибор, который сработает при поступлении сигнала вызова. При снятии микротелефонной трубки с ТА переключатель поднимается вверх и подключает к линии разговорные приборы и номеронабиратель, подготавливая ТА к ведению переговоров.

По способу электропитания разговорных и вспомогательных приборов различают ТА с местной батареей (МБ) и центральной батареей (ЦБ). ТА МБ оборудован батареей постоянного тока с напряжением ЗВ. ТА ЦБ получает питание своей схемы по проводам АЛ от ЦБ, размещаемой на АТС. Напряжение ЦБ обычно составляет 24,48 или, чаще всего, 60В.

11.4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ КОММУТАЦИИ

Под коммутацией понимается замыкание, размыкание и переключение электрических цепей. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах. На сетях электросвязи посредством ком- мутации абонентские устройства соединяются между собой для передачи (приема) информации. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах (КУ), являющихся составными частями сети электросвязи [2,4].

Абонентские устройства сети соединяются с КУ абонентскими линиями. КУ, находящиеся на территории одного города (населенного пункта), соединяются соединительными линиями. Если КУ находятся в разных городах, то линии связи, соединяющие их, называются междугородными или внутризоновыми.

Коммутационный узел, в который включаются абонентские линии, называется коммутационной станцией или просто станцией. В некоторых случаях абонентские линии включаются в под-

 Лицо, пользующееся абонентским устройством для передачи и приема информации, называется абонентом. Для передачи информации от одного абонентского устройства сети к другому требуется установить соединение между этими устройствами через соответствующие узлы и линии связи.

Совокупность линейных и станционных средств, предназначенных для соединения оконечных абонентских устройств, называется соединительным трактом. Число коммутационных узлов между соединяемыми абонентскими устройствами зависит от структуры сети и направления соединения.

Для осуществления требуемого соединения коммутационный узел и абонентское устройство обмениваются управляющими сигналами.

На коммутационном узле соединение может устанавливаться на время, необходимое для передачи одного сообщения (например, одного телефонного разговора), или на длительное время, превышающее время передачи одного сообщения. Коммутация первого вида называется оперативной, а второго — кроссовой (долговременной ).

Коммутационный узел представляет собой устройство, пред- назначенное для приема, обработки и распределения поступающей информации. Для выполнения своих функций коммутационный узел должен иметь (рис.11.5):

• коммутационное поле (КП), предназначенное для соединения входящих и исходящих линий (каналов) на время передачи информации;

• управляющее устройство (УУ), обеспечивающее установление соединения между входящими и исходящими линиями через коммутационное поле, а также прием и передачу управляющей информации.

К аппаратуре приема и передачи управляющей информации относятся (рис.11.6):

• регистры (Рег), или комплекты приема номера (КПН), кодовые приемопередатчики и пересчетные устройства;

• линейные комплекты (ЛК) входящих и исходящих линий (каналов), предназначенные для приема и передачи линейных сигналов (сигналов взаимодействия) по входящим и исходящим линиям или каналам для выделения каналов в системах передачи, а также для приема и передачи сигналов взаимодействия с управляющими устройствами узла;

• шнуровые комплекты (LUK), предназначенные для питания микрофонов телефонных аппаратов, приема и посылки служебных сигналов в процессе установления соединения;

• устройства ввода и вывода линий (Кросс). Кроме того, на узле имеются источники электропитания, устройства сигнализации и учета параметров нагрузки (количество сообщений, потерь, длительности занятия и др.).

В некоторых случаях коммутационный узел может иметь устройства приема и хранения информации, если таковая передается не непосредственно потребителю информации, а предварительно накапливается на узле. Такие узлы применяются в системах коммутации сообщений.

Коммутационные узлы сетей связи классифицируются по ряду признаков: по виду передаваемой информации (телефонные, телеграфные, вещания, телеуправления, передачи данных и др.); по способу обслуживания соединений (ручные, полуавтоматические, автоматические); по месту, занимаемому в сети электросвязи (районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные станции, узлы входящего и исходящего сообщения); по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные); по типу коммутационного и управляющего оборудования (электромеханические, механоэлектронные, квазиэлектронные, электронные); по системам применяемого коммутационного оборудования (декадное шаговые, координатные, машинные, квазиэлектронные, электронные); по емкости, т.е. по числу входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости); по типу коммутации (оперативная, кроссовая, смешанная); по способу разделения каналов (пространственный, пространственно-временной, пространственно-частотный); по способу передачи информации от передатчика к приемнику (узлы коммутации каналов, обеспечивающие коммутацию каналов для непосредственной передачи информации в реальном масштабе времени от передатчика к приемнику после установления соединительного тракта; узлы коммутации сообщении и узлы коммутации пакетов, обеспечивающие прием и накопление информации на узлах с последующей ее передачей в следующий узел или в приемник).

11.5. КОММУТАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ

Для осуществления коммутации (соединения) линий (или каналов) и управления процессами установления соединения при- меняются коммутационные приборы.

Коммутационным прибором называется устройство, обеспечивающее замыкание, размыкание или переключение электрических цепей, подключенных к его входам и выходам, при поступлении в прибор управляющего сигнала. Замыкание, размыкание и переключение электрических цепей в коммутационном приборе осуществляется коммутационным элементом (КЭ), который в простейшем случае представляет собой один контакт на замыкание.

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проворностью (двух-, трех- проводные и т.д.), поэтому их коммутация осуществляется несколькими КЭ, объединенными в коммутационную группу, коммутационные элементы которой переключаются одновременно под влиянием поступающего управляющего сигнала.

В коммутационном приборе в зависимости от его конструкции может быть установлено различное число коммутационных групп. Совокупность коммутационных групп называется коммутационным полем прибора. Местоположение коммутационной группы в коммутационном поле прибора (или в коммутационном блоке, построенном из нескольких приборов) называется коммутации.

Коммутационные приборы различаются между собой структурными и электрическими параметрами, обусловленными их конструкцией.

К структурным параметрам относятся: число входов и, число выходов т, доступность D входов по отношению к выходам, проворность коммутируемых линий Р., свойство памяти. Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации Т, число коммутационных групп и число коммутационных элементов, а также максимальное число одновременных соединений.

К электрическим параметрам коммутационных приборов относятся: сопротивление коммутационного элемента в разомкнутом (закрытом) состоянии R, и замкнутом (открытом) состоянии, отношение которых называется коммутационным коэффициентом К=Я,/Я,; время переключения КЭ из одного состояния в другое; вносимое затухание в разговорный тракт; уровень шумов; напряжение питания; сила тока, необходимого для переключения КЭ; потребляемая мощность.

Коммутационные приборы характеризуются также сроком службы или долговечностью, под которыми понимается допустимое число переключений или допустимое время работы, и интенсивностью отказов (повреждений), т.е. вероятностью отказов в единицу времени.

Некоторые коммутационные приборы обладают свойством памяти, т.е. способностью сохранять рабочее состояние после прекращения управляющего воздействия. Это позволяет сократить расход электроэнергии для поддержания рабочего состояния при- бора. Для возвращения прибора в исходное состояние требуется новое управляющее воздействие.

Используемые в настоящее время коммутационные приборы по структурным параметрам можно разделить на четыре типа.

1. Коммутационные приборы типа (1), имеющие один вход и один выход. Число входов и выходов прибора указывается в круглых скобках, где первая цифра — число входов и, а вторая — число выходов m. Прибор имеет два состояния, в одном из которых соединение между входом и выходом отсутствует, а в другом — установлено. Переход коммутационного элемента (или коммутационной группы) из одного состояния в другое осуществляется под воз- действием сигнала, поступающего на управляющий вход из устройства управления.

2. Коммутационные приборы типа (1><m), имеющие один вход n=1 и m выходов. В приборе можно установить соединение входа с любым из m выходов, следовательно, доступность прибора D=m. Одновременно в приборе может быть установлено только одно соединение.

3. Коммутационные приборы типа n(1><m), имеющие и входов и nm выходов. Каждому входу из и доступно только т определенных выходов, следовательно, D=m из общего числа выходов пт В приборе одновременно может быть установлено и соединений.

4. Коммутационные приборы типа (n><m), имеющие и входов и m выходов. Каждому из и входов доступен любой из т выходов, следовательно, D=m. В приборе одновременно может быть установлено и соединений, если n<m, или m соединений,

если n>m.

Широко распространенным прибором является электромагнитное реле. Электромагнитное реле — это прибор типа (11). В телефонной технике применяются в основном электромагнитные реле постоянного тока с открытыми и герметизированными контактами.

Реле с открытыми контактами (рис.11.7,а) состоит из обмотки с сердечником, якоря с пружиной и контактов, укрепленных на плоских пружинных пластинах. При отсутствии тока в обмотке якорь под действием пружины оттянут от сердечника и контакты разомкнуты. При появлении тока в обмотке якорь притягивается к сердечнику и, поворачиваясь на оси, вторым плечом нажимает на контактную пластину, замыкая контакты. Из многих типов реле с открытыми контактами наиболее широко применяются реле типов РПН и РЭС-14 с максимальным числом контактных пружин 18 и 24 соответственно.

Реле с герметизированными контактами (герконы) имеют контактные пружины, полностью изолированные от окружающей среды, так как находятся в заполненный инертным газом стеклянный баллон (рис.11.7,б). Геркон помещается внутри обмотки и корпуса, выполненного из магнитного материала. При отсутствии тока в об- мотке контактные пластины под действием сил упругости отходят друг от друга, размыкая выходную цепь. При появлении тока в обмотке образуется магнитный поток, притягивающий друг к другу контактные пластины. Основными достоинствами герконовых реле являются: быстродействие, хорошее качество контактов и малые габариты. На практике широко используются герконовые реле РЭС-46, РЭС-51 и РЭС-55.

В коммутационной технике применялись и находятся в эксплуатации в настоящее время электромеханические искатели- коммутационные приборы типа (1т) со свойством памяти. В состав электромеханических искателей обычно входят:

• контактное поле (статор — неподвижный узел), состоящее из изолированных ламелей, к которым подключаются выходы т;

• ротор со щетками, последовательно перемещающийся между ламелями, к щеткам подключается коммутируемая линия (вход);

• привод, обеспечивающий движение ротора. Искатели классифицируют:

• по принципу действия привода (шаговые и моторные с индивидуальным приводом, машинные с общим приводом);

• по количеству и виду движений ротора (вращательные, подъем но вращательные);

• по структуре контактного поля (декадное и недекадное). В коммутационных системах используются шаговые искатели ШИ-11 и ШИ-17 с 10 и 15 рабочими выходами соответственно, а так же декадно-шаговые искатели (ДШИ), имеющие 100 выходов с декадным построением контактного поля.

Широкое применение в современных АТС имеют коммутационные приборы, называемые многократными координатными соединителями (МКС). МКС представляет собой многопозиционный электромагнитный коммутационный прибор типа n(1><m). Коммутационными элементами МКС являются металлические контакты релейного типа, выполненные из благородных металлов. Работа МКС основана на принципе координатной сетки. К вертикальным шинам сетки подключаются входы, а к горизонтальным — выходы, и в местах пересечения шин создаются коммутационные точки, позволяющие соединить вход с любым выходом.

Конструктивно МКС представляет собой коллективное реле с большим числом контактных пружин. Основными элементами его являются вертикальные блоки, или просто вертикали. Каждая вертикаль содержит контактные струны (шины) и т групп контактных пружин, составляющих контактное поле вертикали. Состояние кон- тактов в группах вертикали обусловлено работой двух электромагнитов с рейками: удерживающего с рейкой и выбирающего с рейкой. Каждая вертикаль имеет свой удерживающий электромагнит, а число выбирающих электромагнитов равно числу контактных групп т.

Выпускаются МКС, имеющие 10 или 20 вертикалей (входов) и 10 выходов при 6- или 12-проводных цепях. Принята следующая условная запись: где и — число вертикалей, т — емкость вертикалей, 1 — проводность коммутируемых цепей. Напри- мер, МКС10х10х12 и МКС 20х10х6

Многократные соединители могут быть реализованы на герконовых реле. На практике используются герконовые соединители типа МГС-8~8~2 и МГС-8~8~4, имеющие восемь входов, восемь выходов и обеспечивающие соответственно двух- и четырехпроводную коммутацию. Многократные соединители характеризуются малым временем установления соединения, высокой надежностью, унифицированностью конструкции.

В качестве коммутационных элементов могут применяться бесконтактные (электронные) элементы — электронные ключи. Однако такие соединители не получили широкого распространения из-за сложности обеспечения удовлетворительных электрических параметров коммутационных элементов.

Все рассмотренные выше коммутационные приборы, в том числе и электронные ключи, реализуют принцип пространственной коммутации, когда точки коммутации разнесены в пространстве.

Электронная (бесконтактная) коммутация в современных электронных АТС осуществляется на основе принципа временной коммутации, заключающегося в следующем. Аналоговые (телефонные) сигналы преобразуются в цифровые, в результате чего образуются цифровые потоки, аналогичные потокам цифровых систем передачи (см. гл.9). Коммутация осуществляется изменением номера канального интервала для данного сигнала. На выходе станции производится обратное преобразование цифровых сигналов в аналоговые.

Предпринимались попытки создания пространственных схем коммутации на основе электронных коммутационных приборов (транзисторных ключей и т.п.) без преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Однако электронные ключи обладали слишком высокой нелинейностью для использования в речевых трактах, а также высоким энергопотреблением для высокой плотности компоновки. В настоящее время электронные пространственные коммутаторы используются для коммутации высокоскоростных цифровых потоков.

Автоматические телефонные станции могут быть реализованы на различных коммутационных приборах. Станции, реализованные на шаговых и декадно-шаговых искателях, называются декадно шаговыми; станции, реализованные на МКС — координатными; станции, использующие герконовые коммутационные приборы- квазиэлектронными (почти электронными), а использующие электронные приборы — электронными. В историческом плане вначале появились АТС декадно-шаговые, затем координатные, потом квазиэлектронные и последними электронные.

11.6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОММУТАЦИОННЫХ ПОЛЕЙ

КОММУТАЦИОННЫЕ БЛОКИ И СТУПЕНИ ИСКАНИЯ

Коммутационное поле (КП) обычно строится из отдельных частей. На рис.11.8 показано КП, состоящее их трех частей: А, В и С, в котором осуществляется соединение И входов с М выходами через внутристанционные линии V1 и V2. Во входы и выходы КП включают соответственно входящие и исходящие линии ходов и обеспечивающие соответственно двух и четырехпроводную коммутацию. Многократные соединители характеризуются малым временем установления соединения, высокой надежностью, унифицированностью конструкции.

В качестве коммутационных элементов могут применяться бесконтактные (электронные) элементы — электронные ключи. Однако такие соединители не получили широкого распространения из-за сложности обеспечения удовлетворительных электрических параметров коммутационных элементов.

Все рассмотренные выше коммутационные приборы, в том числе и электронные ключи, реализуют принцип коммутации, когда точки коммутации разнесены в пространстве.

Электронная (бесконтактная) коммутация в современных электронных АТС осуществляется на основе принципа временной коммутации, заключающегося в следующем. Аналоговые (телефонные) сигналы преобразуются в цифровые, в результате чего образуются цифровые потоки, аналогичные потокам цифровых систем передачи (см. гл.9). Коммутация осуществляется изменением номера канального интервала для данного сигнала. На выходе станции производится обратное преобразование цифровых сигналов в аналоговые.

Предпринимались попытки создания пространственных схем коммутации на основе электронных коммутационных приборов (транзисторных ключей и т.п.) без преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Однако электронные ключи обладали слишком высокой нелинейностью для использования в речевых трактах, а также высоким энергопотреблением для высокой плотности компоновки. В настоящее время электронные пространственные коммутаторы используются для коммутации высокоскоростных цифровых потоков.

Автоматические телефонные станции могут быть реализованы на различных коммутационных приборах. Станции, реализованные на шаговых и декадно-шаговых искателях, называются декадно- шаговыми; станции, реализованные на МКС — координатными; станции, использующие герконовые коммутационные приборы- квазиэлектронными (почти электронными), а использующие электронные приборы — электронными. В историческом плане вначале появились АТС декадно-шаговые, затем

координатные, потом квазиэлектронные и последними электронные.

В части А осуществляется переход от большого числа мало- используемых входов (например, АЛ) N к меньшему числу внутри- станционных линий V1 с более высоким использованием, поскольку они являются линиями коллективного пользования для всех N входов и предоставляются им по мере необходимости в установлении соединения. В части В КП внутристанционные линии V1 коммутируются с V2, и в части С осуществляется переход от V2 внутристанционных линий к требуемому числу выходов М, причем И>И; V1=V2; V2<M.

Если на каждой из приведенных на рис.11.8 частей КП соединение устанавливается независимо от наличия соединительных путей к требуемому выходу в последующих частях КП, указанные части КП называются ступенями искания. Ступени искания, в свою очередь, состоят из соединенных между собой однотипных ком- мутационных блоков (КБ), под которым понимают совокупность коммутационных приборов, имеющих общие выходы.

Объединением входов и выходов коммутационных приборов можно получить коммутационные блоки с требуемыми параметра- ми для построения КП или его отдельных частей. Для этого могут выполняться операции: объединение входов, объединение выходов и последовательное соединение коммутационных приборов. В коммутационном блоке включение выходов по отношению к входам может быть полнодоступным или неполнодоступным. Полно доступным включением называют такое, при котором любой вход блока может быть соединен с любым свободным выходом. Если вход можно соединить только с частью определенных выходов блока, то такое включение называется неполнодоступным. Число выходов блока, с которыми вход блока может получить соединение, называется доступностью.

В результате операций объединения входов или выходов коммутационных приборов получаются так называемые однозвенные коммутационные блоки, т.е. между входом и выходом КБ присутствует одна точка коммутации. Для повышения надежности КБ может использоваться операция одновременного объединения входов и выходов коммутационных приборов.

Многозвенные коммутационные блоки образуются путем последовательного соединения выходов одних коммутационных при- боров со входами других.

Простейшим коммутационным блоком является однозвенный полнодоступный блок, в котором любой вход имеет доступ к любому выходу. Такой блок называется коммутатором. Коммутатор может быть построен на коммутационных приборах любого типа объединением входов и выходов. Для построения коммутатора на приборах типа (1><1) требуется nm приборов. Для образования и входов у каждой группы из т приборов объединяются входы. Одноименные выходы всех групп объединяются для получения т общих выходов из блока (рис.11.9,а). Для получения коммутатора посредством приборов типа (1><m) потребуется и приборов, у которых объединяются выходы (рис.11.9,б). Коммутатор на приборе типа n(1m) получается путем объединения одноименных выходов (рис.11.9,в). Коммутационный прибор типа (m) является коммутатором (рис.11.9, г).

ОДНОЗВЕННЫЕ СТУПЕНИ ИСКАНИЯ

Коммутационное поле строится из отдельных коммутационных блоков, которые, в свою очередь, могут объединяться в более крупные блоки, а последние — в ступени искания. Совокупность ступеней искания образуют коммутационное поле. По функциональному назначению ступени искания подразделяются на ступени линейного, предварительного и группового искания.

Режим искания, при котором производится поиск конкретной абонентской линии по командам управляющего устройства АТС, называется линейным, а соответствующая ступень — ступенью линейного искания (ЛИ). В качестве примера можно привести АТС на 10 номеров на основе ШИ-10. Как известно, ШИ представляет собой прибор типа (1><m). Коммутационное поле такой АТС будет состоять из одной ступени линейного искания. Для ее построения по- требуется 10 приборов (линейных искателей) типа ШИ-10. При этом абонентская линия подключается ко входу соответствующего ШИ и ко всем одноименным выходам всех ШИ. Например, абонентская линия #3 будет подключена ко входу 3-ro ШИ и к 3-м выходам всех ШИ. На рис.11.10 показана структурная схема такой АТС и соответствующее обозначение.

Для построения АТС большей емкости, например на 100 номе- ров, потребуется 100 коммутационных приборов типа (1xm) при m=100, например ДШИ-100, и т.д. Однако построение АТС, при ко- тором для каждой АЛ устанавливается искатель большой емкости, является неэкономичным, поскольку потребует большого числа дорогих искателей, причем каждый из них будет иметь весьма малый коэффициент использования.

Кроме того, как показывает практика в зависимости от числа вызовов от абонентов и продолжительности разговоров могут потребоваться одновременные соединения, число которых составит 10...15% общего числа абонентов АТС. Поэтому для обслуживания, например, 100 абонентов достаточно иметь 10 — 15 100-линейных

искателей. При этом следует предусмотреть возможность использования абонентом любого из свободных искателей, т.е. необходимо сделать искатели приборами коллективного пользования. Для этого применяются так называемые искатели вызова (ИВ), которые совместно с ЛИ образуют шнуровую пару ИВ-ЛИ. Число таких пар составляет 10...15% емкости АТС. Таким образом, для построения АТС на 100 номеров понадобится не 100 ДШИ, как в предыдущем случае одной ступени линейного искания, а только 20. Упрощенная схема АТС на основе шнуровых пар ИВ-ЛИ показана на рис.11.11.

Процесс установления соединения протекает следующим образом. При снятии абонентом микротелефонной трубки ИВ свободной шнуровой пары отыскивает в своем поле линию этого (вызывающего) абонента. Данный поиск (искание) называют свободным. Кроме того, поскольку искание осуществляется до набора вызываемого абонента, оно называется предварительным или предысканием. В данном случае применено так называемое обратное предысканием, поскольку процесс установления соединения протекает от свободного ИВ к АЛ вызывающего абонента. После приема номера происходит процесс линейного искания АЛ вызываемого абонента также, как в АТС с одной ступенью ЛИ.

Наряду с обратным используется прямое предысканое, протекающее от АЛ вызывающего абонента к ступени ЛИ. В этом случае за каждой АЛ закрепляется искатель малой емкости (на 10 — 15 линий), вместе образующие так называемый предварительная искатель (ПИ) или просто предыскатель. В контактное поле предыскателя включаются входы ЛИ. Упрощенная схема АТС с прямым предысканием показана на рис.11.12. Использование схемы с прямым предысканием для построения АТС, например, на 100 номеров позволяет применить только 10ДШИ-100 и 10 ШИ-10 вместо 20ДШИ-100 при схеме с обратным исканием или 100ДШИ-100 в случае одной ступени линейного искания.

При одинаковом количестве абонентов АТС с обратным предысканием выгодно применять при малой удельной нагрузке в ЧНН на одну абонентскую линию, АТС с прямым предысканием при средних значениях удельной нагрузки — и вариант без ступени предыскания — при высоких значениях.

Емкость рассмотренных схем построения АТС ограничивается емкостью контактного поля базового коммутационного прибора. Например, если используется ДШИ-100, то емкость АТС при любой схеме не будет превышать 100АЛ. Применение коммутационных приборов большей емкости экономически неоправданно. Кроме того, емкость современных телефонных сетей может составлять десятки миллионов номеров.

Способ группового искания позволяет построить АТС, имеющие неограниченную емкость, на основе коммутационных приборов с относительно небольшой емкостью контактного поля. На АТС, емкость которой превышает емкость контактного поля искателей, т.е. N>m, где N — емкость АТС, а т — емкость контактного поля искателя, все АЛ разбиваются на группы по т линий в каждой. Для выбора группы, в которой находится нужная линия, устанавливается специальный прибор — групповой искатель (ГИ); совокупность этих приборов называется ступенью группового искания.

Рассмотрим принцип группообразования на примере АТС емкостью N=1000 номеров (рис.11.13). Нумерация АЛ — трехзначная. В такой АТС 1000 АЛ разбиваются на 10 групп по 100 АЛ. На каждую группу устанавливается зависящее от нагрузки и доступности число ЛИ — в рассматриваемом случае 10. В контактное поле каждого ЛИ многократно включаются 100 АЛ. Каждая группа ЛИ представляет собой однозвенный коммутационный блок на 10 входов и 100 выходов. Для выбора требуемой группы на АТС устанавливается

ступень ГИ, представляющая собой коммутатор на 100 входов и 100 выходов. Поле ступени ГИ разбито на 10 направлений с доступностью в каждом 0=10. В качестве групп ПИ используются однозвенные коммутационные блоки на 100 входов и 10 выходов.

Соединение устанавливается следующим образом. При соответствующая группа ПИ отыскивает один свободный из 10 входов ГИ. Первая цифра номера вызываемого абонента определяет требуемую группу выходов ГИ. В пределах требуемой группы выбирается одна из свободных линий, тем самым осуществляется подключение ко входу ступени ЛИ. После набора второй и третьей цифры номера вызываемого абонента происходит линейное искание в ступени ЛИ, на чем установление соединения завершается.

Типовая емкость АТС городских телефонных сетей составляет 10000 номеров (нумерация АЛ в пределах АТС — 4-значная). Для обеспечения этой емкости в АТС вводится вторая ступень группового искания (рис.11.14). Первая цифра определяет выбор первой ступенью ГИ (1ГИ) тысячной группы, вторая — ступенью ПГИ сотен- ной группы и последние две цифры поступают на ЛИ для отыскания АЛ вызываемого абонента в данной сотенной группе. Функции 1ГИ и ПГИ по отысканию линий полностью совпадают.

При требуемой емкости телефонной сети более 10 тыс. номеров дальнейшее увеличение емкости АТС обычно не производят. В этом случае сеть строят районировано, т.е. не одну АТС, а несколько.

МНОГОЗВЕННЫЕ СТУПЕНИ ИСКАНИЯ

На основе анализа структур коммутационных блоков можно сделать вывод, что чем меньше доступность коммутационного при- бора, тем больше таких приборов необходимо для построения коммутационного блока, имеющего большую доступность. Например, для получения блока 100 100 на основе приборов (1 1) (например, реле) потребуется 10000 таких приборов (см. рис.11.9, а), а для по- строения такого же блока на основе приборов типа (1т) (например, ДШИ-100) — только 100 приборов (см. рис.11.9,б). При использовании МКС (тип прибора n(1 m) с 10 вертикалями по 10 выходов в каждой) потребуется также 100 МКС.

Однако на этих же приборах блок 100-100 можно построить более экономично, если использовать операцию последовательного соединения коммутационных приборов и коммутационных блоков. Такие коммутационные блоки называются двухзвенными. При использовании двухзвенных блоков существенно уменьшается число коммутационных приборов для их построения, следовательно, снижается стоимость коммутационного узла в целом. Однако Меняются возможности блока по установлению соединений между входами и выходами. Однозвенные блоки (см. рис.11.9) являются полнодоступными, отказ в установлении соединения возможен в случае большего числа входов, чем выходов, и занятости всех выходов.

В двухзвенных блоках доступность входов по отношению к выходам непостоянна и изменяется по мере увеличения числа установленных соединений, т.е. занятостью промежуточных линий (ПЛ). Невозможность установления нового соединения из-за занятости ПЛ называется внутренней блокировкой. Для уменьшения внутренних блокировок могут использоваться следующие способы:

• увеличение числа ПЛ между звеньями;

• увеличение числа звеньев;

• обусловленное искание;

• перестроение в коммутационных блоках;

• внутриблочные обходы.

Кроме того, могут применяться неблокирующие трехзвенные коммутационные блоки, представляющие собой специальные структуры. Их использование становится более целесообразным по сравнению с использованием однозвенных схем начиная с 36 входов и выходов блока.

Многозвенные блоки для построения КП нашли широкое применение в координатных и квазиэлектронных АТС.

При построении коммутационных полей электронных АТС (АТСЭ) используются способы пространственной и временной коммутации. Электронные коммутационные поля обладают на текущий момент наилучшими эксплуатационными показателями.

ВРЕМЕННЫЕ КОММУТАЦИОННЫЕ ПОЛЯ

Одним из наиболее распространенных способов построения временных коммутационных полей является использование разделяемой высокоскоростной шины (магистрали) (рис.11.15). Входные  устройства осуществляют необходимые преобразования входящих сигналов: аналого-цифровое для аналоговых сигналов или согласование скоростей для цифровых входных сигналах. На основе некоторого правила арбитража шины (например, на основе ярлыков, как показано на рис.11.15) происходит ее совместное использование. Выходные устройства (фильтры ярлыков, выходные буферы) выполняют обратное преобразование сигналов.

Другим популярным способом построения временных коммутационных полей является использование разделяемой памяти (рис.11.16). Назначение входных и выходных устройств аналогично рассмотренному на рис.11.15. В качестве разделяемого ресурса выступает высокоскоростная память с возможностью одновременной записи и чтения.

В общем случае процесс коммутации требует изменения как временной, так и пространственной позиции, поэтому на практике ступени временной и пространственной коммутации комбинируют, например, в виде структуры коммутационного поля «время-пространство-время».

11.7. УПРАВЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА АТС

Процесс коммутации состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности на различных ступенях искания. На каждой ступени происходит соединение входящих и исходящих линий коммутационных приборов. Для выполнения этой операции предварительно необходимо определить (найти) входящую линию, по которой поступил вызов, нужную исходящую линию, а также убедиться, свободна ли последняя. Все эти операции осуществляются управляющими устройствами АТС.

Управляющее устройство (УУ) управляет процессом установления соединения на коммутационном узле путем взаимодействия с приборами коммутационного поля, линейными и станционными комплектами. Основными функциями УУ являются:

• прием сигналов управления от линейных и станционных комплектов и приборов коммутационного поля;

• распределение принятых сигналов по функциональным блокам УУ;

• определение состояния коммутационных приборов и линий;

• выбор соединительного пути между входом и выходом коммутационного поля;

• включение коммутационных приборов, соответствующих выбранному пути;

• выдача команд на посылку абонентам акустических сигналов. Управляющие устройства могут быть индивидуальными и общими (групповыми). В первом случае каждое УУ обслуживает один коммутационный прибор и занимается на время установления со- единения и ведения переговоров между абонентами. Во втором случае каждое УУ обслуживает в заданной последовательности группу коммутационных приборов. Такие УУ занимаются только на время установления соединения.

В зависимости от способа использования сигналов, несущих адресную информацию, различают УУ с непосредственным и регистровым (косвенным) управлением. Непосредственное управление применяется на АТС с индивидуальными УУ. В таких устройствах импульсы набора номера, посылаемые абонентами, непосредственно используются для работы коммутационных приборов. Процесс коммутации осуществляется одновременно с набором номера вызываемого абонента. Если АТС имеет несколько ступеней искания, то УУ разных ступеней работают последовательно по мере набора цифр номера. При косвенном управлении импульсы набора номера запоминаются регистром. Проанализировав полученные импульсы, регистр формирует и передает сигналы на УУ всех ступеней искания, которые обеспечивают срабатывание коммутационных приборов. В результате будет установлено соединение. После этого регистр освобождается и может быть использован для обслуживания других вызовов. Косвенное управление может применяться как в индивидуальных, так и групповых УУ.

При регистровом управлении процесс приема импульсов на- бора номера вызываемого абонента и процесс установления со- единений на ступенях искания разделены во времени. Регистр и управляющие устройства обслуживают вызовы с момента их появления до установления соединения. Чем меньше это время, т.е. чем выше быстродействие элементов управляющих устройств, тем большее число коммутационных приборов может быть обслужено.

Наибольшим быстродействием обладают УУ, реализованные на электронных элементах. Электронные УУ способны обслуживать сразу группу коммутационных приборов или даже всю коммутационную систему АТС. В последнем случае УУ станции состоит из периферийных управляющих устройств (ПУУ) и электронной управляющей машины (ЭУМ) (рис.11.17). ПУУ предназначены для приема импульсов набора номера, определения состояний абонентских и соединительных линий и т.п. Вся эта информация из ПУУ передается в ЭУМ для анализа и выработки команд. Команды возвращаются на ПУУ и используются для управления работой коммутационных приборов.

Применение электронных УУ и ЭУМ не только многократно ускоряет процесс коммутации, но и значительно расширяет возможности станции, повышает эффективность использования станционных и линейных сооружений, делает сеть более гибкой и обеспечивает предоставление абонентам новых высококачественных услуг. Кроме того, ЭУМ позволяют автоматизировать учет переговоров, контроль состояния элементов станции, выявление неисправностей, сбор и обработку различных статистических данных и дp. Электронные УУ используются в квазиэлектронных и электронных АТС.

11.8. ТЕЛЕФОННАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ

Совокупность электрических сигналов, используемых на сети для управления установлением соединения, называется системой телефонной сигнализации. Телефонной сигнализации посвящены рекомендации ITU T серии О [1].

В систему телефонной сигнализации обычно входят следующие виды сигналов.

Линейные сигналы отмечают основные этапы установления соединения (занятие, отбой, разъединение и др.).

Сигналы управления передаются между УУ коммутационных узлов и станций и между УУ и ТА абонента. Основные сигналы управления — сигналы наборы номера, так называемая адресная информация. В ряде систем также передаются сигналы о категории вызова, запроса аппаратуры автоматического определения номера (АОН) вызывающего абонента при междугородной связи, виде устанавливаемых соединений, способе передачи управляю- щей информации и т.д.

Информационные акустическое сигналы передаются от АТС к телефонному аппарату и служат для информирования абонента о состоянии устанавливаемого соединения. К ним относятся:

• ответ станции;

• занято;

• посылка вызова;

• контроль посылки вызова. В АТС с электронными УУ может передаваться сигнал предупреждения о междугородном вызове.

Состав сигналов системы сигнализации зависит от типа используемого коммутационного оборудования, типа используемых систем передачи, структуры сети и т.п. Различают следующие ос- новные типы систем сигнализации:

• системы абонентской сигнализации, которые определяют порядок обмена сигналами между абонентской установкой (телефонным аппаратом, факсом и т.п.) и АТС;

• системы межстанционной сигнализации, которые определяют порядок обмена сигналами между станциями; для местных, внутризоновых, междугородных и международных сетей могут использоваться различные системы межстанционной сигнализации.

АБОНЕНТСКАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ

Как известно, оконечные абонентские установки телефонии (телефонные аппараты) подключаются к АТС с помощью двухпроводной абонентской линии. Отдельных проводов для сигнализации не предусматривается по экономическим соображениям. АЛ используется для передачи и речевых сигналов и сигнализации.

В настоящее время широко применяется передача линейных сигналов от абонента шлейфным методом (loop-start). Основные сигналы (занятие, ответ, отбой) формируются путем изменения сопротивления АЛ постоянному току.

Передача адресной информации (номера вызываемого абонента) может осуществляться двумя способами.

1. С помощью дискового номеронабирателя путем замыкания и размыкания шлейфа на короткое время (так называемый  импульсный способ набора — pulse). Количество циклов замыканий и размыканий соответствует передаваемой цифре плюс один стартовый цикл. Длительность одного цикла составляет 100 мс: 60 мс АЛ находится в замкнутом состоянии и 40 мс — в разомкнутом. Данный способ прост в технической реализации и широко распространен. Однако он является медленным и неудобным при необходимости набора номера значительной длительности (например, междугородного или международного).

2. Второй способ получил название многочастотного или зонального набора (tone) и применяется в телефонных аппаратах с тастатурными номеронабирателями. Передача каждой цифры осуществляется за 40 мс с помощью многочастотного кода «2 из 7», т.е. передаче одной цифры соответствует одновременная передача двух гармонических сигналов определенных частот (табл.11.1). Этот код обеспечивает 16 комбинаций сигнальных частот, 10 из которых

используются для набора номера. Клавиши * и # используются для дополнительных услуг. Межсерийная пауза составляет также 40 мс. В зарубежных источниках данный код обозначается DTMF (Dual Топе Multi Frequency). Возможность посылки тональных сигналов абонентом используется для построения систем с удаленным управлением и речевым ответом типа речевой почты и т.п.

Типичный порядок обмена сигналами системы абонентской сигнализации показан на рис.11.18,а.

МЕЖСТАНЦИОННАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ

Межстанционная сигнальная информация передается различными способами [3], которые можно разделить на три основных класса:

1. Способы передачи сигналов непосредственно по телефон- ному каналу (разговорному тракту), называемые иногда внутриполосными (in-band) системами сигнализации. В этом случае сигналы могут передаваться постоянным током, токами тональной частоты, индуктивными импульсами и пр.

2. Сигнализация по индивидуальному выделенному сигналь- ному каналу (ВСК) (Channel Associated Signaling — CAS). Как правило, в таких системах обеспечиваются выделенные средства передачи сигнальной информации (выделенная емкость канала) для каждого разговорного канала. Это может быть КИ1Л цифрового по- тока Е1, частотный канал вне полосы канала ТЧ на частоте 3825 Гц и др.

3. Системы общеканальной сигнализации (ОКС) (Common Channel Signaling — СС$). Сигнальная информация передается по отдельной сети передачи данных, причем одним каналом ОКС обслуживается пучок телефонных каналов.

Типичный порядок обмена сигналами систем межстанционной сигнализации при установлении телефонного соединения показан на рис.11.18, б.

Системы сигнализации первых двух классов разработаны для применения в аналоговых сетях. Протокол ОКС оптимален для использования в сетях, основанных на цифровой коммутации.

Системы сигнализации первого класса применяются на аналоговых декадно-шаговых АТС, реализующих принципы непосредственного управления (рис.11.19). Для этих станций в процессе обслуживания вызова линейные и разговорные сигналы проходят один и тот же путь как внутри станции, так и во вне ее. Наиболее широко распространен батарейный способ, при котором сигналы передаются по проводам межстанционных соединительных линий (СЛ) с использованием станционных батарей АТС и земли в качестве обратного провода.

Следующий этап развития коммутационных станций показан на рис.11.20. Наиболее характерным представителем таких станций являются координатные АТС. Коммутация выполняется ком- мутационными блоками, а управление установлением соединения производится с помощью УУ, отделенных от коммутационных при- боров. Пути прохождения линейных и разговорных сигналов сов- падают вне АТС, но различаются внутри нее. Появление этого поколения АТС вызвало более активное использование способов сигнализации переменным током.

Внутриполосная сигнализация предусматривает передачу сигнальной информации в полосе частот 300...3400 Гц по тому разговорному каналу, к которому эта информация относится. В меж- станционных трактах передачи эти сигналы обрабатываются так же, как обычные речевые сигналы — для обработки используются те же необслуживаемые (обслуживаемые) усилительные пункты, что приводит к гораздо большей дальности сигнализации, чем это возможно в системах сигнализации с постоянным током. Могут использоваться непрерывные или импульсные тональные сигналы.

Внутриполосная сигнализация может осуществляться двумя методами: от звена к звену и из конца в конец. В первом случае вся адресная информация обрабатывается в каждой АТС, этот метод наиболее предпочтителен для цифровых АТС. Во втором случае сигналы между исходящей и входящей АТС передаются по разговорному тракту без преобразования и анализа в промежуточных

коммутационных узлах, при этом сигналы (например, ответа) могут передаваться через сеть быстрее, чем в случае сигнализации от звена к звену. Данный метод используется на сетях координатных и декадно-шаговых АТС.

Внеполосные системы сигнализации используются при организации СЛ с помощью аналоговых систем передачи с ЧРК. Для сигнализации используется диапазон 3400...4000 Гц (обычно 3825 Гц). Преимущества внеполосной сигнализации включают возможность передачи сигнала одновременно с передачей речи и отсутствие необходимости принятия мер от имитации сигналов обычной речью.

Системы сигнализации первых двух классов (рис.11.19 и рис.11.20) обладают ограниченными возможностями, в том числе ограниченным объемом сигнальной информации (например, ограниченное число состояний шлейфа постоянного тока или ограниченное число комбинаций частот) и ограниченными возможностями передачи (например, невозможно передавать сигналы внутри- полосной сигнализации на стадии разговора, не вызывая неудобств у абонентов). Данные ограничения послужили предпосылкой создания третьего способа — общеканальной сигнализации, в которой сети передачи речи и сигнализации разделены (рис.11.21). Система ОКС была разработана не только для удовлетворения сиюминутных потребностей тогдашней телефонной сети. Она обладает значительной гибкостью с точки зрения удовлетворения потребностей, которые возникли позже и могут возникнуть в будущем.

В начале своей работы ITU T сосредотачивался на стандартах международных систем сигнализации, допуская развитие национальных систем сигнализации независимо друг от друга. В наибольшей степени это отразилось на отечественной телефонной сети. Существующие специфические межстанционные протоколы сигнализации и процедуры обслуживания вызовов на телефонной сети Российской Федерации вызывают значительные затруднения при внедрении современных, стандартных в международном масштабе телекоммуникационных технологий: цифровых АТС, ISDN, концепции IN и т.д.

На телефонных сетях РФ применяются следующие физические интерфейсы систем сигнализации: потоки Е1, трех- и четырех- проводные СЛ, четырех- и шестипроводные СЛ на всех сетях; по- токи 1,024 Мбит/с и двухпроводные индуктивные СЛ на сельских сетях. Используемые на отечественных сетях протоколы систем сигнализации и области их применения показаны в табл.11.2.

Сигнализация по двум выделенным каналам (2ВСК) является основным способом сигнализации, принятым на российских ГТС. Используются две пары по четыре сигнальных канала, расположенные в 16-м КИ потока Е1, как это было рассмотрено в 9.3.

Сигнализация по трехпроходным СЛ остается наиболее распространенной аналоговой системой сигнализации на местных телефонных сетях, хотя в настоящее время ее использование на ГТС разрешается только в виде исключения и тормозит дальней- шее развитие сети при замене аналоговых станций на цифровые. В данном случае применяется батарейный способ линейной сигнализации по проводам а, b,с и «земли» в качестве вспомогательного провода. Провода а и b служат для передачи как речевых сигналов, так и СУВ. По проводу с передаются только сигналы занятия, разъединения и блокировки СЛ. Длина СЛ ограничивается затуханием речевых сигналов и искажением характеристик им- пульсов набора номера.

Одно и двухчастотные системы сигнализации могут использоваться на любых каналах, по которым возможна передача речи.

Информационные возможности этих систем низки. Они применяются в коммутационном оборудовании для полуавтоматической связи: одночастотная система (1600 или 2100 Гц), две двухчастотные системы (1200 и 1600 Гц; 2040 и 2400 Гц). Для автоматической зоновой и междугородной связи используется одночастотная система на частоте 2600 Гц. К одночастотной системе по выделенному сигнальному каналу (1ВСК) на частоте 3825 Гц относится сигнализация кодом «норка».

Передача адресной информации реализуется многочастотными методами сигнализации. Сигнализация «многочастотный импульсный челнок» использует частотные посылки из одинаковых наборов, следующие попеременно в прямом и обратном направлениях аналогично движениям ткацкого челнока. Каждый из сигналов является комбинацией двух частот из шести возможных (так называемый код «2 из 6»). Всего возможно 15 комбинаций. Используются частоты 700,900,1100,1300,1500 и 1700 Гц. Назначение сигналов показано в табл.11.3. Длительность комбинации составляет 45+5 мс. Этот протокол носит еще одно (жаргонное) название — R1.5, что объясняется следующим. Одинаковые наборы частот для прямого и обратного направлений характерны для международной системы сигнализации R1. При этом логика протокола «многочастотный импульсный челнок» не соответствует R1 и более тяготеет к логике протокола R2.

Применение пакетных методов сигнализации — импульсного пакета и безынтервального пакета повышает скорость обмена сигнальной информацией. Передача импульсным пакетом предусматривает передачу по единой команде в определенной последовательности заранее сформированных двухчастотных кодовых комбинаций, одну за другой, с соблюдением фиксированных временных интервалов между ними. Длительность комбинации и интервала между комбинациями составляет 40...60 мс. В безынтервальном пакете интервалы между комбинациями отсутствуют.

Существуют два типа многочастотных пакетов: «импульсный пакет 1» для связи с отечественными AMTC координатных систем (АМТС-2, AMTC-3) и «импульсный пакет 2» при взаимодействии с АМТС с программным управлением EWSD (Siemens), 5ESS (Lucent), АХЕ (Ericsson) и др. Различие между ними заключается в наборе двухчастотных сигналов, передаваемых в обратном направлении.

Рассмотрим международные системы сигнализации, стандартизированные ITU-Т.

Cистемa сигнализации №1 была принята в 1934 г. Предназначена для использования на международных каналах с ручным способом установления соединений и предусматривает только линейные сигналы на частоте 500 Гц, передаваемые в виде импульсов с частотой 20 Гц. На коротких двухпроводных линиях может применяться низкочастотный сигнал (16,25 или 50 Гц).

Система сигнализации №2 (1938 г.) предназначена для поддержки полуавтоматической связи по двухпроводным линиям с использованием частот 600 и 750 Гц. В практике международной связи не применялась.

Система сигнализации №3 (1954 г.) — одночастотная система сигнализации. Использует одну частоту 2280 Гц для линейной и регистровой сигнализации и предназначена для работы по одно- сторонним каналам связи в автоматическом и полуавтоматическом режиме работы.

Система сигнализации №4 — двухчастотная, специфицирована в рекомендациях О.120-Q.139 ITUT. С 1954 г. широко распространена система сигнализации в Европе. Для линейной и регистровой сигнализации применяются одни и те же частоты разговор- ного спектра (внутриполосные) 2040 Гц и 2400Гц. Использует односторонние каналы связи. Сравнительные тесты систем №3 и №4 не выявили предпочтения какой-либо из них, поэтому приняты были обе. На практике система #4 распространилась быстрее, чем система №3.

Система сигнализации №5 была стандартизирована ITU-Т в 1964 г. в первую очередь для обработки межконтинентальной на- грузки. Описана в рекомендациях Q.140-Q.164. Для регистровой сигнализации использует частоты от 700 Гц до 1700 Гц с шагом 200 Гц (что практически совпадает с введенной позднее на сетях бывшего СССР многочастотной сигнализацией кодом «2 из 6»). Для линейной сигнализации предназначаются внутриполосные двухчастотные сигналы 2400 и 2600 Гц «от звена к звену». Важным отличием системы №5 является использование двухсторонних СЛ.

Система сигнализации R1, являющаяся первым региональным стандартом ITU-Т (Q.310-Q.332) и первоначально ориентированная на Северную Америку, использует многочастотную регистровую сигнализацию кодом «2 из 6» (частоты от 700 Гц до 1700 Гц с шагом 200 Гц) и внутриполосную линейную сигнализацию. R1 является системой «от звена к звену» и обладает более высокой скоростью передачи сигнальной информации, чем система R2, однако информационные возможности у R1 несколько ниже. Линейная сигнализация в системе R1 по аналоговым и цифровым каналам осуществляется по разному. По аналоговым каналам передается сигнал 2600 Гц. Цифровой вариант предусматривает использование выделенных сигнальных каналов потока Т1.

Система сигнализации R2 является вторым региональным стандартом ITU-Т (серия Q.400) и в настоящее время распространена во многих странах Европы, Латинской Америки и развивающихся странах для национальных и международных СЛ. Первые спецификации были приняты в 1962 г. Линейная сигнализация существует в двух различных модификациях: аналоговой (R2) и цифровой (R2D). В аналоговом варианте применяется внеполосная одночастотная (3825 Гц) система по методу «от звена к звену». Предназначена для однонаправленных СЛ. В цифровом вари- анте используются выделенные сигнальные каналы потока Е1. В качестве межрегистровой сигнализации выступает сквозная «из конца в конец» сигнализация двухчастотными посылками «2 из 6»  1140,1020,900,780,660 и 540 Гц для сигналов в обратном направлении и 1380,1500,1620,1740,1860 и 1980 Гц для сигналов в прямом направлении.

Система сигнализации №6 (ОКО №6) явилась первым под- ходом к созданию систем сигнализации по общему каналу (рекомендации ITU-Т Q.251-Q.300). ОКС №6 полностью удаляет сигнализацию из разговорного тракта, используя отдельное общее звено сигнализации, по которому передаются все сигналы для нескольких трактов. Каналами сигнализации являются низкоскоростные каналы 2400 и 4800 бит/с, что послужило ограничением применимости данной системы.

В настоящее время широкое распространение получила система сигнализации № 7(SS7) Обладая огромным потенциалом, SS7 не только обеспечила потребности передачи сигнальной ин- формации для существовавшего в момент ее появления уровня развития связи, но и способствовала созданию новых услуг связи.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМЕРА ВЫЗЫВАЮЩЕГО АБОНЕНТА

Появившиеся в конце 80-х годов телефонные аппараты, вы- полненные на основе недорогих микропроцессорных комплектов (Intel 8080,8085, Z80 и т.п.), быстро завоевали популярность у абонентов благодаря предоставлению услуги автоматического определения номера вызывающего абонента. Для уяснения принципа действия таких аппаратов рассмотрим подробнее процесс обмена сигналами при установлении междугородного (международного) соединения на OAKTC.

Как известно, оплата междугородного (международного) переговора ведется по принципу учета продолжительности переговора, и оплату переговора осуществляет вызывающий абонент. Для определения номера вызывающего абонента (с целью последующего учета длительности и начисления стоимости переговора) городские

АТС и автоматические междугородные телефонные станции (АМТС) оборудуются соответствующей аппаратурой. Собственно аппаратура автоматического определения номера (АОН) устанавливается на городских АТС.

При установлении междугородного (международного) соединения (рис.11.22) вызывающий абонент городской АТС набирает код выхода на междугородную сеть «8», в результате чего устанавливается соединение между АТС и АМТС по соединительной линии (СЛ). АМТС посылает АТС сигнал запроса номера вызывающего абонента. АТС с помощью аппаратуры АОН определяет номер абонентской линии, требующей установления междугородного соединения, и многочастотным кодом «2 из 6» без интервальным пакетом передает АМТС ее номер. АМТС оборудована приемниками данного кода и фиксирует его. При необходимости (в случае обнаружения ошибок) АМТС может повторить запрос (до трех раз). В случае успешной фиксации номера вызывающего абонента ему передается сигнал готовности АМТС («длинный гудок») и абонент набирает необходимый код страны, города и номер вызываемого абонента. После установления соединения (ответа вызываемого абонента) включается счетчик продолжительности переговора.

Рассмотрим процесс обмена сигналами при наличии у одного из абонентов телефонного аппарата с автоматическим определением номера вызывающего абонента (рис.11.23). Пусть вызывающий абонент

(назовем его А) имеет обычный телефонный аппарат, а вызываемый абонент (назовем его Б) имеет телефонный аппарат с автоматическим определением номера вызывающего абонента. При поступлении вызова от абонента А телефонный аппарат абонента Б посылает запрос аппаратуре АОН, расположенной на АТС абонента А. АТС абонента А считает, что данный запрос поступил от АМТС, и обрабатывает его обычным образом, выдавая в СЛ, с которой поступил запрос, номер вызывающего абонента многочастотным кодом. ТА абонента Б оборудован приемником многочастотного кода «2 из 6». Принятый код преобразуется в обычные десятичные цифры, которые отображаются на дисплее аппарата абонента Б в виде номера абонента А. Обычно процесс определения номера вызывающего абонента протекает достаточно быстро (от долей до единиц секунд).

Из принципа действия аппаратов с АОН вызывающего абонента ясно, что может быть определен номер только того вызывающего абонента, АТС которого оборудована аппаратурой АОН. На Московской городской телефонной сети (МГТС) практически все автоматические телефонные станции оборудованы аппаратурой АОН.

Широкое распространение телефонных аппаратов с АОН вызывающего абонента нежелательно. Это объясняется тем, что аппаратура АОН АТС была рассчитана на обслуживание относительно малой нагрузки междугородных (международных) вызовов. Резкое возрастание нагрузки на данную аппаратуру при обслуживании внутригородских вызовов может привести к отказам в предоставлении междугородного переговора ввиду занятости аппаратуры АОН, что, конечно, недопустимо.

Надежность определения номера в значительной мере зависит от высокого качества реализации приемника многочастотного кода (что не всегда достижимо ввиду малой производительности дешевых микропроцессоров), а также от качества соединительных и абонентских линий.

Рассмотренные телефонные аппараты наряду с функциями АОН вызывающего абонента предоставляют абонентам также ряд дополнительных услуг, таких как будильник, записная книжка и пр.

Глава 12

СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

12.1. ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Глобальной стратегией развития подвижной радиосвязи является разработка и внедрение единых международных стандартов и создание на их основе международных и глобальных сетей общего пользования [1-9].

В настоящее время доминирующее положение на рынке подвижной радиосвязи занимают:

• профессиональные (частные) системы подвижной радиосвязи (Professional Mobile Radio — РМР; Public Access Mobile Radio — PAMR);

• системы персонального радиовызова (Paging Systems);

• системы сотовой подвижной радиосвязи (Cellular Radio Systems);

• системы беспроводных телефонов (Cordless Telephony).

Профессиональные (частные) системы подвижной радиосвязи исторически появились первыми. Системы, обеспечивающие взаимодействие с телефонными сетями общего пользования, получили название частных (PAMR), а не обеспечивающие такого взаимодействия — профессиональных (PMR), т.е. обеспечивающих связью замкнутую группу абонентов.

В первых профессиональных системах передатчик и приемник проектировались для работы на определенной фиксированной частоте. Каждый радиоканал был закреплен за сравнительно не- большой группой абонентов (рис.12.1,а). Если число абонентов превышало возможности одного канала, образовывали другую группу, за которой закрепляли другой радиоканал.

В системе с общедоступным пучком каналов (транкинговые системы) (рис.12.1,б) всем абонентам сети доступна группа каналов. При поступлении вызова за парой абонентов закрепляется один из свободных в этот момент каналов. После отбоя канал освобождается и может быть предоставлен любой другой паре абонентов. Технически это выполняется:

• последовательным поиском радиостанцией свободного канала (например, по специальному маркерному сигналу незанятости), однако такие системы характеризуются значительным временем установления соединения и могут применяться при небольшом количестве каналов (до 5...8);

• специально выделенным общим каналом сигнализации, на который настроены все радиостанции сети в режиме дежурного приема; такие системы являются наиболее распространенными.

Пропускная способность системы с общедоступным пучком каналов существенно выше пропускной способности системы с закрепленными каналами. Например, единственный канал при вероятности блокировки (т.е. непредставления канала из-за его занятости) 10% и средней продолжительности разговора 2,5 мин на одного абонента в ЧНН позволит обслужить не более двух — трех абонентов. Двадцать таких каналов, используемых порознь, позволят обслужить около 50 абонентов. При тех же условиях система с общедоступным пучком каналов, использующая те же 20 каналов, сможет обслужить уже 420 абонентов, т.е. ее пропускная способность возрастает более чем в 8 раз.

Сети профессиональной радиосвязи проектируются по аналогии с вещательными сетями: достаточно мощный передатчик работает через высоко подвешенную антенну, охватывая территорию в пределах прямой видимости радиусом до 40...50 км. При этом на площади обслуживания 5...8тыс. квадратных километров абонентам может быть доступно несколько десятков радиоканалов.

На изложенном транкинговом принципе действия в 60-х годах была создана отечественная система подвижной связи «Алтай», которая в модернизированном виде функционирует и по настоящее время в диапазоне 330 МГц. Хотя общие тенденции развития профессиональных отечественных систем подвижной радиосвязи отвечали современному мировому уровню, однако они разрабатывались в соответствии со стандартами России и не были ориентированы на западные стандарты, где уже наметилась тенденция международной стандартизации и унификации оборудования.

Наиболее распространенным видом транкинговых систем являются системы с выделенным каналом управления, использующие международные стандарты МТР1327, МТР1317, МТР1343 и MTP1347, разработанные первоначально в Великобритании на диапазон частот 174...225 МГц и распространенные позже на другие диапазоны.

Известны также транкинговые системы с совмещенным каналом управления, когда для передачи сигналов управления используется участок информационной полосы звуковых частот, расположенный ниже спектра частот речевого сигнала — в полосе до 150 Гц. Системы этого вида были разработаны фирмой Е.F. Johnson (США) и получили обозначение LTR.

Общей тенденцией развития профессиональных систем подвижной радиосвязи является переход от аналоговых корпоративных или национальных стандартов к цифровым международным стандартам с обеспечением конфиденциальности связи и роуминга абонентов. Эти тенденции связаны с внедрением общеевропейского стандарта на транкинговые системы подвижной радиосвязи TETRA, разработанного в рамках ETSI. Системы стандарта TETRA применяются для передачи речевых сообщений в цифровой форме, передачи данных и т.д. Системы TETRA обеспечивают прямую связь абонентов без участия базовых станций. Внедрение систем стандарта TETRA в Европе началось в конце 90-х годов первоначально в интересах служб безопасности, полиции и охраны границ. Однако эффективность транкинговых систем с радиальной структурой сети оказывается недостаточной для удовлетворения массового спроса на услуги подвижной связи в густонаселенных районах. Так, для Москвы с ее 10-миллионным населением обес            печение только 0,1% жителей подвижной связью при стандартных условиях качества обслуживания (средняя длительность переговоров 1,5 мин, вероятность блокировки 5%) потребует выделения примерно 250 радиоканалов или при ширине полосы одного канала 25 кГц двух полос частот по 6,25 МГц каждая.

Проблему организации подвижной связи для густонаселенных районов удалось решить путем построения сетей подвижной связи по сотовому принципу.

12.2. СОТОВЫЕ СИСТЕМЫ

Сотовая система подвижной радиосвязи (ССПС) использует большое число маломощных передатчиков, которые предназначены для обслуживания только сравнительно небольшой зоны, скажем, радиусом 1...2 км. Эти небольшие зоны покрытия называются сотами. Чтобы понять, как это изменит общую картину, предположим, что все имеющиеся в распоряжении частотные каналы могут повторно использоваться в каждой ячейке сотовой структуры. Тогда требуемые для 0,1% жителей Москвы 250 каналов можно получить, например, разделением обслуживаемой территории радиусом 50 км на 25 ячеек радиусом по 10 км с организацией в каждой ячейке только 10 радиоканалов с одним и тем же набором частот. (Пример приведен только для пояснения сотового принципа).

Из-за недопустимо большого уровня взаимных помех ячейки с одинаковым набором частот необходимо перемежать буферными ячейками с другими наборами частот. Группа ячеек в зоне обслуживания с различными наборами частот называется кластером. На рис.12.2 показан образец сотовой структуры с типичной для аналоговых сетей размерностью кластера п=7. Если, например, для обслуживания абонентов в одной ячейке требуется набор из 10 частот, то для создания сотовой структуры с размерностью кластера n=7, обслуживающей сколь угодно большую территорию, необходимо располагать набором из 70 частот.

Основной потенциал сотовой идеи заключается в том, что уровень взаимных помех зависит не от расстояния между ячейками, а от отношения расстояния между ячейками к их радиусу. Радиус ячейки зависит от мощности передатчика и определяется разработчиком системы, который в процессе проектирования должен выбрать подходящую размерность кластера. С уменьшением радиуса ячейки возрастает количество базовых станций, приходящихся на 1км площади обслуживания и на 1МГц используемой полосы частот.

Конечно, полномасштабное развертывание сотовой сети с самого начала ее ввода в эксплуатацию представляется чрезвычайно дорогостоящим. Обычно начинается внедрение небольшого числа крупных ячеек, которые через некоторое время постепенно трансформируются в большее число более мелких ячеек. Такой способ преобразования называется расщеплением. Когда в некоторой ячейке нагрузка достигает того уровня, при котором существенностью передатчиков.

При этом пропускная способность сети на территории расщепленной ячейки увеличивается в число раз, равное числу вновь образованных ячеек. Эта процедура может повторяться до тех пор, пока сеть не достигнет расчетного значения своей пропускной способности.

Ячейки небольших размеров требуются только в центральной части города со значительной плотностью абонентов. Ближе к окраинам плотность снижается, и размеры ячеек могут увеличиваться. Расщепление ячеек может производиться достаточно гибко как в пространстве, так и во времени. Такая гибкость является чрезвычайно удобным средством в руках проектировщиков для возможности повышения пропускной способности именно там и именно в то время, где и когда это необходимо.

Использование сравнительно небольших ячеек создает проблему поддержания непрерывности связи. При движении по произвольному маршруту объект (абонент ССПС) в течение одного сеанса связи может миновать несколько ячеек. В этом случае непрерывность связи обеспечивается способностью системы автоматически передавать связь с объектом тем базовым станциям, в зоне действия которых он оказывается в данный момент.

Благодаря непрерывным измерениям уровней сигналов, поступающих в центр коммутации подвижной связи от базовых станций, ближайших к движущемуся объекту, система может определить момент пересечения объектом границы двух ячеек и переключить разговорный канал из первой ячейки во вторую в течение достаточно малого промежутка времени, не приводящего к нарушению непрерывности разговора. Такая процедура, получившая название эстафетной передачи (handover), требует весьма сложного алгоритма определения именно той ячейки из нескольких соседних, куда перемещается объект, а также быстродействующих алгоритмов и схемотехнических решений, обеспечивающих освобождение канала в первой ячейке и поиск свободного канала с восстановлением по нему связи во второй ячейке.

Реализация описанных основных принципов сотовой архитектуры:

• использование маломощных передатчиков с радио покрытием небольших по размеру ячеек;

• повторное использование частот в пределах одной зоны обслуживания;

• поэтапное увеличение пропускной способности за счет расщепления ячеек;

• обеспечение непрерывности связи в процессе перемещения объекта от ячейки к ячейке привела в начале 80-х годов к созданию в ряде промышленно развитых стран Европы и Северной Америки ССПС, которые положили начало массовому внедрению услуг подвижной связи во всем мире.

Развернутые в 80-х годах ССПС относят к первому поколению и описываются стандартами AMPS(CLIMA), НСМТ8(Япония), NMT-450 и NMT-900 (Северная Европа), С-450 (Германия), TACS (Великобритания), ETACS (Англия, Лондон), RTMS101H (Италия) и Radio- com-200 (Франция). Они были рассчитаны в основном на обслуживание абонентов в рамках национальных границ, использовали аналоговую ЧМ для передачи речи и внутриполосную (in-band) сигнализацию в процессе установления соединения между абонентскими терминалами и остальной сетью. Исключение составляла система стандарта NMT-450 (NMT-900), которая была введена в эксплуатацию в 1981г. как международная система для четырех стран Се- верной Европы: Дании, Финляндии, Норвегии и Швеции. Однако аналоговые ССПС не удовлетворяют современному уровню развития связи. Тем не менее, один из аналоговых стандартов— NMT-450 — принят в качестве федерального стандарта России.

Системы второго поколения проектировались для создания крупномасштабных сетей с учетом обеспечения международного роуминга — автоматического обслуживания абонентов, приехавших со своими терминалами в другую страну. К настоящему времени разработано четыре стандарта:

• панъевропейский GSM;

• два конкурирующих североамериканских: ADC (О-AMPS) по стандарту TIA IS-54 и СОМА по стандарту TIA IS-95;

• японский JDC. Стандарт GSM является наиболее прогрессивным, его основные характеристики подробнее рассматриваются ниже.

Стандарт D-AMPS разрабатывался в США с 1987г. FCC не смогла выделить отдельную полосу частот в диапазоне 900 МГц для перспективной цифровой ССПС США. Ассоциация промышленности сотовой связи (CTIA) совместно с TIA приняли решение о совмещении в одной полосе частот аналоговой ССПС стандарта AMPS и будущей цифровой ССПС, сохранив используемый в AMPS разнос каналов, равный 30 кГц, при использовании речевого кодека VSELP со скоростью преобразования речи 8 кбит/с. Стандарт TIA IS-54 на ССПС ADC (D-AMPS) был принят в 1990 г. Не- смотря на то, что D-AMPS — не полностью цифровое решение (используются аналоговые каналы управления), он оказался более прогрессивным, чем AMPS.

ССПС, использующие кодовое разделение каналов СОМА, были разработаны фирмой Qualcomm (США) и развиваются фирмой Motorola.

В апреле 1991г. был принят японский стандарт цифровой JDC. Стандарт JDC рассчитан на работу в диапазонах частот 800/900 МГц и 1400/150

0 МГц, использует, так же как О AMPS, временное разделение каналов с тремя временными окнами на несущую. К особенностям JDC следует отнести прямую связь с ISDN, возможность шифрования передаваемых сообщений, применение речевого ко- дека VSELP со скоростью преобразования речи 11,2 кбит/с, меньший, чем в D-AMPS, разнос частотных каналов: 25 кГц. В целом цифровая ССПС Японии во многом не уступает ССПС стандарта GSM и по некоторым параметрам превосходит американскую ССПС стандарта О-AMPS.

Рассмотрим характеристики стандарта GSM. В 1982 г. СЕРТ в целях изучения и разработки общеевропейской цифровой системы сотовой связи создала рабочую группу, получившую название GSM (Groupe Special Mobile). В 1989 г. работы по GSM перешли к ETSI, а в 1990г. были опубликованы спецификации первой фазы GSM. Не- смотря на то, что система GSM была стандартизирована в Европе, на самом деле она не является исключительно европейским стандартом. Аббревиатура GSM приобрела новое значение — Global System for Mobile communications (Глобальная система подвижной связи).

Система стандарта GSM построена на основе новейшей технологии в виде цифровой системы с программным управлением, совместимой с цифровой телефонной сетью общего пользования интегрального обслуживания (ISDN). В ней использованы:

• эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС);

• система сигнализации SS7;

• принципы построения интеллектуальной сети IN/1. Элементы этой системы способны контролировать и управлять всеми основными характеристиками сигнала в процессе передачи. Система обладает достаточным «интеллектом» для обнаружения возникшего отклонения в работе, его диагностики, принятия решения и проведения необходимой коррекции. В ней реализована большая часть возможностей ISDN и дополнительные возможности, связанные с особенностями подвижной радиосети: управление по радио, слежение за местоположением подвижного объекта, обеспечение функции эстафетной передачи, защита передаваемой информации и т.п. Инфраструктура сети создает и постоянно обновляет объемные базы данных, содержащие необходимые сведения об абонентах и их местоположении, устраняет все обнаруженные неполадки, модифицирует свою конфигурацию по мере изменения нагрузки и выполняет множество других функций по эксплуатации и обслуживанию сети, тарификации, взаимодействия с другими стационарными и подвижными сетями.

Для системы GSM допустимое отношение мощностей несущей и помех в канале связи составляет 9дБ, в аналоговых системах этот показатель, как правило, близок к 18 дБ. Выигрыш в 9 дБ объясняется известными преимуществами цифровой обработки сигналов и, в частности, использованием устройств типа:

• речевых кодеков, устойчивых к помехам в канале связи;

• эффективных цифровых модуляторов, благодаря которым основная часть энергии радиосигнала оказывается сосредоточен- ной в полосе частот канала связи;

• помехоустойчивых кодов в сочетании с процедурой перемежения;

• корректоров, способных обеспечить работу в условиях многолучевого распространения сигналов с предельно допустимой дополнительной задержкой отраженных лучей 16 мкс;

• перестраиваемых синтезаторов частот, позволяющих улучшить работу в условиях многолучевого распространения сигналов.

Системы GSM работают в диапазоне около 900 МГц, который разбит на два под диапазона шириной по 25 МГц (рис.12.3): 890...915 МГц для передачи от портативных устройств к базовой станции и 935...960 МГц для приема, т.е. используется организация дуплексной связи с частотным разделением (FDD). Каждый частотный под диапазон разбит на 124 частотных канала с разно- сом между соседними 200 кГц (ширина полосы каждого частотного канала не превышает 200 кГц). Речевой канал системы GSM использует пару частотных каналов с результирующим разносом 45МГц независимо от абсолютных значений несущих частот в обоих под диапазонах. Наличие разноса препятствует появлению переходных помех между направлениями приема и передачи. Весьма перспективным является построение сетей GSM на основе диапазона частот 1800 МГц.

В каждом частотном канале данные передаются в восьми банальных интервалах (КИ), т.е. используется временное разделение каналов. Восемь КИ объединяются в цикл, а 26 циклов — в повторяющийся циклически сверхцикл длительностью 120 мс. Длительность КИ составляет около 600 мкс. Структура КИ показана на рис.12.4. Конкретное портативное устройство ведет передачу сигнала базовой станции в одном из КИ. В течение остальных КИ передача не ведется (передатчик «молчит»). В начале и конце КИ отводятся по 28 мкс на продолжительность переходных процессов, в ходе которых мощность излучения передатчика меняется (воз- растает в начале и падает в конце КИ) на 70 дБ. Полезная продолжительность КИ составляет 546,12 мкс и служит для передачи 148 бит. В одном из КИ, в котором передача не ведется, портативное устройство осуществляет прием сигнала от базовой станции, т.е. используется одна и та же антенна с разделением во времени.

Расстояния между портативным устройством и базовой станцией в пределах соты может достигать 30 км. В результате задержка распространения сигнала может достигать 100 мкс. Такая задержка серьезно влияет на работу базовой станции, поскольку переданный КИ может частично попасть на соседний. Поэтому базовая станция может посылать команды портативному устройству на опережение передачи, чтобы сигнал поступал на базовую станцию в своем КИ. Базовая станция в зависимости от расстояния до портативного устройства может осуществлять регулировку излучаемой мощности последнего с целью уменьшения расхода энергоресурса.

Одной из особенностей работы систем сотовой радиосвязи является прием сигналов в условиях многолучевого распространения (на входе приемника действует совокупность сигнала, непосредственно пришедшего от передатчика, и сигналов, многократно отразившихся от неровностей рельефа, зданий и т.п.). Многолучевое распространение приводит к таким нежелательным явлениям, как растянутая задержка сигнала, релеевские замирания и пр. Избежать последствий многолучевого распространения позволяет механизм выравнивания сигналов. Он состоит в делении полезное длительности КИ на три части, в свою очередь разделенные бита ми флагов (см. рис.12.4). В середине располагается специальная легко распознаваемая синхро последовательность, по которой про- изводится выравнивание принятого КИ. До и после синхро последовательности располагаются по 57бит информационной нагрузки.

В отличие от централизованного управления, характерного для систем первого поколения, в системе стандарта GSM принят принцип распределенного управления между центром коммутации подвижной связи, базовыми станциями и подвижными терминала- ми. В течение всего сеанса связи подвижные терминалы измеряют уровни сигналов от соседних базовых станций и сообщают результаты измерений обслуживающей их базовой станции. Последняя определяет необходимость эстафетной передачи и транслирует информацию о наиболее предпочтительной новой ячейке для обслуживания подвижного объекта системному контроллеру центра коммутации подвижной связи. Благодаря такому алгоритму распределенного управления большая часть работы выполняется не системным контроллером, а базовыми станциями и подвижными терминалами, что позволяет избежать перегрузки центрального звена и упростить процедуру эстафетной передачи.

Система стандарта GSM предоставляет пользователям широкий ассортимент услуг, как речевых, так и неречевой природы. По- мимо телефонии к речевым услугам относят вызовы спецслужб (полиция, скорая помощь, пожарные и т.п.), как правило, набором номера 112, который принят в Европе в качестве стандарта, и речевую почту.

Набор неречевых услуг основывается на перечне услуг ISDN и для абонентов сети стандарта GSM состоит из трех с половиной десятков наименований. Услуги по передаче данных различаются в зависимости от потенциальных корреспондентов (абоненты телефонной сети общего пользования, либо ISDN, либо специализированных сетей), от характера передаваемой информации (данные, факсимиле и пр.), от режима передачи (коммутация пакетов либо каналов, сквозной цифровой канал либо с использованием телефонных модемов и пр.), от типа терминалов и т.д. Специфическими для подвижной сети являются службы коротких сообщений (Short Message Service — SMS) (исходящие, входящие и вещательные), которые представляют собой разновидность службы персонального вызова (пейджинга).

Стандарт GSM принят в России в качестве федерального. Дальнейшее развитие систем сотовой подвижной связи осуществляется в рамках проекта создания ССПС третьего поколения (3G). В Европе работы по созданию ССПС третьего поколения, по- лучившей название универсальной системы подвижной связи (Universal Mobile Telecommunication System — UMTS), проводятся СЕРТ по исследовательской программе RACE. Концепция создания UMTS предусматривает объединение функциональных возможностей существующих цифровых систем связи в единую систему с предоставлением стандартизированных услуг подвижной связи (сотовой, беспроводной, персонального вызова и пр.).

Проект по созданию единой международной ССПС третьего поколения, получивший название FPLMTS, проводит ITU.

12.3. СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО РАДИОВЫЗОВА

Современный рынок услуг подвижной связи характеризуется высокими темпами развития систем персонального радиовызова (СПРВ), которые гармонично сопрягаются с системами радиосвязи и передачи данных.

Персональный вызов (пейджинг) — услуга электросвязи, обеспечивающая одностороннюю беспроводную передачу информации в пределах обслуживаемой зоны. По назначению СПРВ можно разделить на частные (ведомственные) и общего пользования.

Частные СПРВ обеспечивают передачу сообщений в локальных зонах или на ограниченной территории в интересах отдельных групп абонентов. Как правило, передача сообщений в таких системах осуществляется с пультов управления диспетчерами без взаимодействия с телефонной сетью общего пользования (ТФОП).

Под СПРВ общего пользования понимается совокупность технических средств, через которые через ТФОП происходит передача в радиоканале сообщений ограниченного объема. Развитие СПРВ происходит путем внедрения техники автоматического взаимодействия с ТФОП, применения цифровых способов передачи вызовов (адресов) и сообщений в буквенно-цифровом коде, повышения пропускной способности и помехоустойчивости, через миниатюризацию и уменьшение потребления электроэнергии оконечными устройствами.

В настоящее время различными фирмами США, Великобритании, Японии и других стран разработаны многочисленные типы национальных и частных СПРВ. Ключевым фактором в развитии СПРВ явилась стандартизация радиоинтерфейса.

В 1978 г. был впервые опубликован стандарт на код POCSAG (Post Office Code Standardization Group) и были сделаны предложения по его широкому внедрению для передачи тональных сообщений. В 1979 г. был опубликован код POCSAG для передачи цифровых и буквенно-цифровых сообщений со скоростью 512 бит/с, позже скорость была доведена до 1200 и 2400 бит/с. Код POCSAG был утвержден ITU-R в 1982 г. (рекомендация 584). Сегодня код POCSAG применяется в большинстве существующих СПРВ.

Требования к функциональному развитию сетей СПРВ, увеличению скорости передачи сообщений, а также интеграции национальных сетей СПРВ в транснациональные привели к необходимости разработки в рамках ETSI общеевропейского стандарта на СПРВ, получившего название ERMES (European Radio Messaging System). Стандарт был одобрен в 1992 г.

К основным достоинствам СПРВ стандарта ERMES относятся:

• общая сеть для всех европейских стран и общеевропейский роуминг;

• общий радиоинтерфейса, обеспечивающий высокую емкость сети при передаче различных видов сообщений, включая текстовые, в узкой полосе частот;

• общая спецификация на приемники персонального радиовызова. Предусмотрена возможность интеграции с СПРВ стандарта POC SAG.

Новым направлением в развитии СПРВ является разработанный фирмой Motorola код FLEX и СПРВ на его основе. Основными достоинствами кода и СПРВ FLEX по отношению к СПРВ POCSAG являются: повышенная скорость передачи сообщений, большая емкость системы, улучшенные характеристики помехоустойчивости канала и обеспечение более экономичного режима работы пейджера. Фирмой представлены пейджеры, поддерживающие все три стандарта: POCSAG, ERMES и FLEX.

Внедрение СПРВ в нашей стране началось в 1980 г., когда в Москве в период летних Олимпийских игр была открыта СПРВ на основе оборудования фирмы Multi-Топе (Великобритания). В настоящее время работает целый ряд компаний-операторов пейджинговой связи.

12.4. СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕЛЕФОНОВ

Системы беспроводных телефонов (Cordless Telephony — СТ) общего пользования составляют значительную конкуренцию сотовым системам связи. Первоначально системы СТ были ориентированы на ограниченное по территории использование в условиях квартир и офисов. Позже они стали развиваться как системы общего пользования.

В 1985 г. СЕРТ предложила первый стандарт СТ1 на систему беспроводных телефонов в полосе частот 900 МГц с 40 дуплексными каналами с ЧРК. Низкое качество связи и отсутствие секретности передачи речевых сообщений явилось основанием к разработке систем цифровых беспроводных телефонов. Новый стандарт, получивший обозначение СТ2, был разработан в Великобритании, обеспечивал конфиденциальность переговоров и лучшее, чем СТ1, качество приема речевых сообщений. В стандарте

СТ2 применяется диапазон частот 864...868 МГц и организация дуплексной связи с ВРК. Стандарт СТ2 был принят за основу при создании систем Telepoint, предназначенных для общего доступа абонентов через радиопорты, установленные в городе, к телефон- ной сети общего пользования. Протокол радиоинтерфейса СТ2 был принят ETSI и получил обозначение ЕТ$-300131.

В 1992 г. ETSI принял стандарт ETS-300175 на общеевропейскую систему беспроводных телефонов DECT, предназначенную для передачи речевых сообщений и данных в полосе частот 1880...1900 МГц.

В США компанией Bellcore разработана система беспроводной связи общего доступа стандарта PACS для участков диапазонов частот, выделенных FCC для сетей персональной связи: 1850...1910 МГц и 1930...1990 МГц. По функциональному назначению PACS является аналогом стандарта DECT, но ориентирована на использование в рамках принятого в США распределения спектра частот и концепции развития персональной связи, отличающихся от европейских.

Система беспроводной связи, основанная на использовании портативных телефонов, получившая обозначение PHS, разработана и успешно внедряется в Японии. PHS обеспечивает двухстороннюю беспроводную связь в рамках микросотовой архитектуры сети. Радиоинтерфейс PHS основан на применении временного разделения каналов и временного дуплексного разделения режимов приема и передачи. Рабочий диапазон частот 1895...1918 МГц.

Рассмотрим подробнее характеристики общеевропейской системы беспроводных телефонов стандарта DECT. Стандарт DECT (Digital European Cordless Telecommunications) был опубликован ETSI в 1992 г., а первые коммерческие продукты, соответствующие этому стандарту, появились в 1993 г. Первоначально они представляли собой в основном средства для построения беспроводных МАТС, а также обычные домашние беспроводные телефонные аппараты. Позднее появились другие приложения DECT, которые начали разрабатываться еще в процессе определения стандарта. В их состав вошли: средства систем местной радиосвязи (Radio in the Local Loop — RLL); системы, обеспечивающие беспроводный доступ к ресурсам сетей общего пользования для абонентов с ограниченной мобильностью (Cordless Terminal Mobility — СТМ); средства, позволяющие аппаратуре DECT работать с сотовыми сетями (например, GSM).

Стандарт DECT разработан в соответствии с ЭМ ВОС. Особенностью стандарта является гарантия возможности «сосуществования» систем связи на одной территории при отсутствии координации их работы и необходимости планирования частот, что требуется в обычных сотовых сетях. Стандарт DECT создавался для удовлетворения сложной системы радиосвязи — беспроводной МАТС. Среда беспроводной МАТС характеризуется высокой плотностью трафика и строгими требованиями к качеству и конфиденциальности связи. Системы DECT в качестве алгоритма преобразования речи используют АДИКМ со скоростью передачи 32 кбит/с, что обеспечивает качество передачи речи такое же, как у стандартных стационарных телефонных сетей.

Системы стандарта DECT работают в диапазоне 1880...1900 МГц, который разбит на 10 частотных каналов. В каждом частотном канале данные передаются циклически в 24 канальных интервалах (КИ), т.е. используется принцип временного разделения каналов. В первой половине КИ осуществляется передача от базовой станции к портативным устройствам, а во второй половине — в обратном направлении, т.е. применяется организация дуплексной связи с временным разделением (TDD). Каждый из речевых каналов использует пару КИ, что означает возможность применения 120 речевых каналов (рис.12.5).

Механизм выбора каналов, известный как непрерывный динамический выбор канала (Continuous Dynamic Channel Selection- CDCS), позволяет системам функционировать «бок о бок» при отсутствии координирования их работы. Любое из портативных устройств стандарта DECT в принципе имеет доступ к любому из 120 каналов. Когда необходимо установить соединение, портативное устройство DECT выбирает канал, обеспечивающий наиболее качественную связь. После того как соединение установлено, данное устройство продолжает анализировать диапазон, и если обнаруживается канал, гарантирующий лучшее качество связи, то переключает соединение на него. Старое и новое соединение перекрываются во времени, что обеспечивает незаметное переключение. Благодаря применению CDSC в системах стандарта DECT не требуется планирование частот: решение этой проблемы перекладывается на портативное устройство связи.

Стандарт DECT предусматривает функции защиты, такие как шифрование и аутентификацию. В Европе DECT является обязательным стандартом. В США на основе DECT создается стандарт на средства связи, работающие в диапазоне 1850...1990 МГц, выделенных FCC для систем персональной связи (PCS).

Основные способы использования стандарта DECT показаны на рис.12.6, рис.12.7 и рис.12.8.