Проектирование цифровой системы передачи

Курсовая работа по дисциплине «Многоканальные телекоммуникационные системы»

на тему «Проектирование цифровой системы передачи»

Содержание Введение

1. Выбор пути прохождения трассы

2. Выбор и обоснование топологии сети

3. Расчет требуемого числа каналов и уровня цифровой иерархии

4. Выбор транспортной технологии и разработка структурной схемы ЦСП

5. Расчет линейного тракта ЦСП

5.1 Выбор типа линейного кода

5.2 Выбор типа кабеля

5.3 Расчет длины регенерационного участка

5.4 Расчет распределения энергетического потенциала Заключение Список использованной литературы Приложение

Введение

Развитие оптических линий передачи сегодня является одним из главных направлений научно-технического прогресса, так как современный мир просто невозможно представить без систем передачи информации: телевидения, радиовещания, интернета.

Появление стандартов синхронной цифровой иерархии передачи данных (SDH) в 1988 году ознаменовало собой новый этап развития транспортных сетей. Системы синхронной передачи не только преодолели ограничения плезиохронных систем (PDH), но и снизили накладные расходы на передачу информации. Ряд уникальных достоинств (доступ к низкоскоростным каналам без полного демультиплексирования всего потока, высокая отказоустойчивость, развитие средства мониторинга и управления, гибкое управления постоянными абонентскими соединениями) обусловили выбор специалистов в пользу новой технологии, ставшей основой первичных сетей нового поколения.

На сегодняшний день технология SDH заслуженно считается не только перспективной, но и достаточно апробированной технологией для создания транспортных сетей. Технология SDH обладает рядом важных достоинств как с пользовательской, так и эксплуатационной точек зрения:

Умеренная структурная сложность, снижающая затраты на монтаж, эксплуатацию и развитие сети, в том числе подключение новых узлов.

Широкий диапазон возможных скоростей — от 155,520 Мбит/c (STM-1) и выше.

Возможность интеграции с каналами PDH, поскольку цифровые каналы PDH являются входными каналами для сетей SDH.

Высокая надежность системы благодаря централизованному мониторингу и управлению, а также возможности использования резервных каналов.

Высокая степень управляемости системы благодаря полностью программному управлению.

Возможность динамического предоставления услуг — каналы для абонентов могут создаваться и настраиваться динамически, без внесения изменений в инфраструктуру системы.

Высокий уровень стандартизации технологии, что облегчает интеграцию и расширение системы, дает возможность применения оборудования различных производителей.

В дополнение к перечисленным достоинствам, необходимо отметить развитие магистральных телекоммуникаций российских операторов связи на основе SDH, что предоставляет дополнительные возможности для привлекательных интеграционных решений.

1. Выбор пути прохождения трассы Выбор трассы волоконно-оптической линии определяется расположением пунктов, между которыми должна быть обеспечена связь.

При выборе трассы необходимо обеспечить:

· наикратчайшее протяжение трассы.

· наименьшее число препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства (реки, карьеры, дороги и др.)

· максимальное применение механизации при строительстве.

· максимальные удобства при эксплуатационном обслуживании.

Исходя из этих требований, предпочтение отдаётся прокладке оптического кабеля вдоль автомобильных дорог.

Рис. 1. Трасса Казань — Москва Наиболее приемлемым вариантом, с точки зрения наименьшего числа препятствий, усложняющих и удорожающих стоимость строительства, является следующий путь прохождения трассы:

1. От Казани до Нижнего Новгорода — по южной стороне автомобильной дороги (количество пересечений: с реками — 2, с автомобильными дорогами — - 5), протяженность составляет 400 км;

2. От Нижнего Новгорода до Москвы — по западной стороне (количество пересечений: с реками — 4, с автомобильными дорогами — 7, с железными дорогами — 1), протяженность составляет 425 км.

2. Выбор и обоснование топологии сети Сегмент сети, связывающий два узла, А и B, или топология «точка-точка», является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети. Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров TM, как по схеме без резервирования канала приема/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы. При выходе из строя основного канала, сеть в считанные десятки миллисекунд автоматически переходит на резервный [2, стр. 35].

цифровой оптический сеть канал Рис. 2. Топология «точка-точка» со стопроцентным резервированием, типа 1+1

Несмотря на свою простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков данных по высокоскоростным магистральным каналам.

3. Расчет требуемого числа каналов и уровня цифровой иерархии Таблица 1. Данные Всероссийской переписи населения 2002 года.

На основании статистических данных и учитывая средний прирост населения при перспективном проектировании, определяем численность населения в заданных оконечных пунктах на основании формулы [1, стр. 8]:

где — число жителей на время проведения переписи населения;

— средний годовой прирост населения в данной местности (принимается 2…3%);

— период, определяемый как разность между назначенным годом перспективного проектирования и годом проведения переписи населения.

Год перспективного проектирования принимается на 5…10 лет вперед по сравнению с текущим временем. Если в проекте принять 10 лет вперед, то [1, стр. 9]:

— год составления проекта. — год, к которому относятся данные .

Таким образом:

Взаимосвязь между заданными оконечными и промежуточными пунктами определяется на основе статистических данных, полученных предприятиями связи за предшествующие проектированию годы. Практически эти взаимосвязи выражают через коэффициент тяготения К_т, который, как показывают исследования, колеблется в широких пределах от 0,1 до 12%. В проекте принимаем К_т = 5%, то есть в безразмерных величинах К_т = 0,05.

Так как телефонные каналы в междугородной связи имеют превалирующее значение, предварительно необходимо определить количество телефонных каналов между заданными пунктами [1, стр. 10]:

где и — постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются равными 5%, тогда = 1,3 и = 5,6;

— удельная нагрузка, т. е. средняя нагрузка, создаваемая абонентами, Эрл;

и — количество абонентов, обслуживаемых оконечными АМТС соответственно в Казани и Москве.

Количество абонентов, обслуживаемых той или иной оконечной АМТС, определяется в зависимости от численности населения, проживающего в зоне обслуживания. Пусть средний коэффициент оснащенности населения телефонными аппаратами равен 0,3, тогда количество абонентов в зоне АМТС рассчитывается по формуле [1, стр. 12]:

С учетом всего этого:

По кабельной линии передачи организовывают каналы и других видов связи, а также транзитные каналы. Тогда общее число каналов между двумя АМТС будет равно [1, стр. 14]:

n = n_тр + n_тг + n_в + n_пд + n_тлф + n_тв + n_г

n_тг — число каналов ТЧ или ОЦК для телефонной связи.

n_тр — число транзитных каналов.

n_в — число каналов для передачи сигналов вещания.

n_пд — число каналов для передачи данных.

n_тв — число каналов ТЧ или ОЦК, исключаемых из передачи телефонной информации для организации одного канала телевидения.

n_г — число каналов для передачи газет.

Поскольку число каналов для организации связи различного назначения может быть выражено через число телефонных каналов, то есть каналов ТЧ, выразим общее число каналов между пунктами через телефонные каналы:

В проекте можно принять:

n_тлф? n_тр + n_тг + n_в + n_пд + n_г

Тогда число каналов будет

n = 2n_тлф + 2n_тв = 2n_тлф + 2880 = 1960 + 2880 = 4840

Найдём максимальный внутрисетевой трафик [1, стр. 20]:

Кбит/с = 309 760 Кбит/с = 302,5 Мбит/с Исходной информацией для выбора уровня цифровой иерархии и транспортной технологии является количество основных цифровых каналов (ОЦК), каждый из которых обеспечивает передачу одного основного цифрового сигнала — аналогового телефонного сигнала в цифровой форме с нормализованными параметрами.

Для передачи потока 302,5 Мбит/с необходимо использовать синхронный транспортный модуль STM-4 (622,08 Мбит/с), который позволяет передавать каналов ТЧ.

4. Выбор транспортной технологии и разработка структурной схемы ЦСП Для обеспечения полученной выше скорости потока подойдет аппаратура НАТЕКС FlexGain A2500:

НАТЕКС FlexGain A2500 — SDH-мультиплексор уровней STM-¼/16 может применяться для построения и развития транспортных сетей SDH уровней STM-4/16 кольцевых и линейных структур, а также в качестве кросс-коннектора, поддерживающего 24 направления STM-1 или 6 направлений STM-4. Оптимизирован для строительства высокоскоростных волоконно-оптических сетей связи большой протяженности с передачей совместного трафика TDM и IP-трафика.

Особенности НАТЕКС FlexGain A2500:

· Высокая пропускная способность (до 10 Гбит/с).

· Надежность (средний срок наработки на отказ более 20 лет).

· Безопасность (защита от несанкционированного доступа).

· Гибкость и масштабируемость .

· Управляемость, включая контроль качества передачи.

· Поддержка DWDM.

· Конвергенция TDM и Ethernet-трафика.

· Открытость.

· Экономичность.

Технические характеристики НАТЕКС FlexGain A2500:

Характеристики оптических интерфейсов STM-¼ в соответствии с рек. ITU-T G.957 и G.958:

Рис. 3. Структурная схема мультиплексора НАТЕКС FlexGain A2500

Рис. 4. Структурная мультиплексора схема, составленная в соответствии с заданием

5. Расчет линейного тракта ЦСП

5.1 Выбор типа линейного кода

Под кодированием понимается процесс преобразования дискретных по уровню и по времени сигналов в сигнал, удобный для передачи по цифровому каналу связи [3, стр. 402]:. Процесс кодирования предполагает две ступени: 1) преобразование дискретного отсчета в число, записанное в какой-либо системе счисления; 2) преобразование числа в форму эквивалентной комбинации электрических сигналов.

Для эффективной передачи цифровой информации по линии связи оцифрованный речевой сигнал преобразуется в код передачи, который определяет форму линейного сигнала передаваемого по линии связи.

Приведенные выше требования к линейным кодам в некотором аспекте являются взаимоисключающими и зависят от различных факторов. Только конкретные условия и состояния работы ВОСП определяют предпочтительность выбора одного из рассмотренных кодов.

При рассмотрении структуры линейного кода легко заметить, что осуществить выделение ТЧ тем проще, чем больше число переходов уровня в цифровом сигнале, т. е. чем больше переходов «10» или «01», при которых синусоидальное колебание тактовой частоты легко «вписывается» в структуру кода. Если же в коде имеются длинные последовательности со значительным преобладанием одинаковых символов, спектр будет содержать НЧ-составляющие, что затруднит обработку сигнала в приемных устройствах и регенераторах. Такой случай неизбежен при безызбыточном кодировании (NRZ-L, NRZ-S, NRZ-M). Достоинствами этих кодов являются простота, относительная узость спектра и высокая энергетическая эффективность. Однако такие, коды характеризуются такими существенными недостатками, как высокий уровень НЧ-составляющих, невозможность контроля ошибок, отсутствие дискретных составляющих в энергетическом спектре. Поэтому указанные линейные коды применяют редко лишь при небольших расстояниях связи. Для улучшения статистических свойств цифровых сигналов используют скремблирование исходного двоичного сигнала для превращения его в сигнал, близкий к случайному, имеющему биноминальное распределение вероятностей появления любой комбинации (при равновероятном появлении символов «1» и «0»).

Скремблирование осуществляют с помощью устройства, реализующего логическую операцию суммирования по модулю 2 исходной двоичной последовательности и преобразующего случайного сигнала, в качестве которого используются псевдослучайные последовательности (ПСП).

К достоинствам скремблированного сигнала можно отнести: непроизвольное появление серии нулей в линии после скремблирования определяется в соответствии с биноминальным законом вероятности появления одного символа и длинной серии; возможность сквозной передачи скремблированного сигнала по сети связи по любым цифровым трактам, так как исходный двоичный сигнал скремблируется без преобразования в другой вид и выделяется только в приемном оборудовании оконечной станции; стабильность скорости передачи по линии; возможность достаточно точного расчета выделителя тактовой частоты (ВТЧ) регенераторов, поскольку может быть определена вероятность появления любой комбинации в коде; уменьшение влияния статистических параметров исходного сигнала на фазовое дрожание цифрового сигнала.

К существенному недостатку скремблирования относится размножение ошибок при восстановлении сигнала в дескремблере на приемной стороне, что ограничивает область применения данного метода.

Ширина энергетического спектра кода (непрерывная составляющая) и величина дискретных составляющих во многом определяются статистикой исходной двоичной последовательности и формой элементарных импульсов линейного кода. Блочные коды вида mBnB — это способ преобразования, при котором каждая группа из m символов исходного двоичного сигнала заменяется группой из n символов двоичного линейного сигнала. Блочные коды класса mBnB находят широкое применение в ВОСП на средних и высоких скоростях (третья и четвертая ступени иерархии ЦСП).

К недостаткам блочных кодов можно отнести сложность кодека, так как для их построения требуется блок памяти, что ограничивает их применение на высоких скоростях передачи. Кроме сложности построения схем кодека блочных кодов увеличение т приводит к задержкам в передаче и заметно усложняет кодирующие устройства.

Увеличение избыточности в кодах mBnB путем введения дополнительных символов позволяет использовать комбинации постоянной дискретностью и получить более простые алгоритмы кодирования, т. е. кодер имеет единственное состояние в конце каждого блока. Однако при этом увеличивается тактовая частота, и ухудшаются условия контроля ошибок в регенераторе.

Согласно технической документации, в аппаратуре НАТЕКС FlexGain A2500 применяется код NRZ.

5.2 Выбор типа кабеля

Для магистральной связи рекомендуется использование кабеля ОКЛ с одномодовыми волокнами, обеспечивающими на волне 1,55 мкм большие дальности связи и число каналов. Кабели содержат 4, 8, 16 одномодовых ОВ с градиентным показателем преломления и коэффициентом затухания 0,2…0,3 дБ/км [1, стр. 27].

Рис. 5. Конструкция кабеля ОКЛ

5.3 Расчет длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка волоконно-оптической системы передачи определяется двумя параметрами: суммарным затуханием регенерационного участка и дисперсией сигнала оптического волокна.

Расчет длины регенерационного участка по затуханию.

Расчет длины регенерационного участка по затуханию можно провести по следующей формуле [1, стр. 30]:

— энергетический потенциал системы, дБ.

— энергетический запас системы, необходимый для компенсации старения аппаратуры, дБ.

— затухание на разъемном соединении, дБ.

— затухание на неразъемном соединении, дБ.

— число разъемных соединений.

— коэффициент затухания ОВ, дБ/км;

— строительная длина кабеля, км.

Для кабеля ОКЛ вышеуказанные параметры имеют следующие значения:

дБ; км; дБ/км.

Затухания на неразъемных/разъемных соединениях возьмем равными соответственно дБ и дБ.

Количество разъемных соединений на длине регенерационного участка

Энергетический запас системы примем равным дБ.

Отсюда найдем длину регенерационного участка:

км

Расчет длины регенерационного участка по дисперсии.

Расчет длины регенерационного участка по дисперсии можно провести по следующей формуле [1, стр. 35]:

— ширина полосы оптического излучения.

— ненормированная дисперсия ОВ.

— скорость передачи цифрового потока, соответствующая коду линейного цифрового сигнала. нм

Мбит/с

км

Результирующую длину регенерационного участка выбираем как наименьшую из двух полученных: км.

5.4 Расчет распределения энергетического потенциала

Уровень оптической мощности сигнала, поступающего на вход приемного оптического модуля, зависит от энергетического потенциала волоконно-оптической системы передачи, потерь мощности в ОВ, потерь мощности в разъемных соединителях, потерь мощности в неразъемных соединениях.

В таблице [1, стр. 41] представлены исходные данные для расчета распределения энергетического потенциала по длине волоконно-оптической системы передачи.

Таблица 2. Параметры участка волоконно-оптической системы передачи

Уровень сигнала после первого разъемного соединителя (PC):

Уровень сигнала после первого неразъемного соединителя (НС) станционного оптического кабеля оконечного пункта Казань и линейного ОК:

Уровень сигнала после второго НС (2 км):

.

Уровень сигнала после третьего НС (4 км):

Уровень сигнала после четвёртого НС (6 км):

Уровень сигнала после пятого НС (8 км):

Уровень сигнала после шестого НС (10 км):

Уровень сигнала после седьмого НС (12 км):

Уровень сигнала после восьмого НС (14 км):

Уровень сигнала после девятого НС (16 км):

Уровень сигнала после деcятого НС (18 км):

Уровень сигнала после одиннадцатого НС (20 км):

Уровень сигнала после второго разъемного соединителя (PC):

Общее затухание на оптической линии связи составляет:

Рис. 6. Диаграмма распределения энергетического потенциала

Заключение

В данной курсовой работе была разработана цифровая система передачи между двумя населёнными пунктами на оборудовании волоконно-оптической системы передачи SDH, которое обеспечило необходимое количество каналов для передачи телефонного и телевизионного сигнала заданному количеству абонентов.

1. Корнилов И. И. «Оптическая линия передачи». Самара, 2010.

2. Слепов Н. Н. «Синхронные цифровые сети SDH». Москва, 2008.

3. Кириллов В. И. «Многоканальные системы передачи». М.: «Новое издание», 2009.

4. Файзуллин Р. Р. «Методическое пособие по проектированию ЦСП». Казань, КГТУ: каф. РТС, 2011.

Приложение Структурная схема ЦСП