Средства коммутации систем подвижной радиосвязи

 

 (специальность 201200 - Средства связи с подвижными объектами)

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2010

 

АННОТАЦИЯ

Учебное пособие “Средства коммутации систем подвижной радиосвязи” посвящено изучению коммутационных средств систем подвижной радиосвязи.

Пособие состоит из четырех разделов и заключения.

Во введении рассматривается связь с другими дисциплинами специальности, а также приводятся историческая справка и роль унификации средств коммутации в их совершенствовании.

Первый раздел посвящен изучению принципов построения коммутационных средств телефонных сетей общего пользования. Рассмотрение осуществляется, начиная от коммутационных средств простых, декадно-шаговых, машинных, координатных до современных электронных. Изучаются принципы построения, характеристики, особенности использования и совершенствования.

Второй раздел посвящен рассмотрению использования коммутационных средств в системах подвижной связи. Рассмотрение проводится в плане взаимосвязи коммутационных средств подвижной радиосвязи с телефонными системами общего пользования. Рассматриваются применяемые системы зональные, транкинговые, сотовые а также системы связи посредством ИСЗ.

В третьем разделе рассматриваются аппаратные средства коммутации. Рассматривается пространственная коммутация как однозвенная, так и многозвенная, рассматривается аппарат описания вероятностных характеристик коммутационных средств – графы Ли, метод Якобеуса. Рассматривается также временная коммутация, пространственно-временная и другие комбинации коммутационных средств. Приводятся сравнительные характеристики различных структур, анализируются цели и пути их совершенствования. Приводятся основные принципы синхронизации управления коммутационными элементами. Рассматриваются оценки эффективности работы средств коммутации при управлении трафиком в сетях связи.

 Четвертый раздел включает в себя вопросы построения коммутации при передаче по сетям современной пакетной связи.

Приложение содержит материал, посвященный построению декадно-шаговых и координатных АТС, а также построению математической модели передачи сообщений.

Заключение посвящено рассмотрению тенденций развития коммутационной техники.   

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение                                                                                                                 4

В.1 Историческая справка                                                                                     4

В.2 Унификация средств коммутации                                                                    5

Построения коммутационных средств телефонных

Сетей общего пользования                                                                             7

1.1 Декадно-шаговые автоматические телефонные станции (АТС)                 7

1.2 Координатные АТС                                                                                          10

1.3 Цифровые АТС                                                                                                 11

1.4 Абонентские устройства телефонной связи                                                  14

Место коммутации в системах подвижной связи                              23

2.1 Классификация систем связи                                                                      23

2.2 Зональные системы связи                                                                                23

2.3 Транкинговые системы связи                                                                         25

2.4 Сотовые системы связи                                                                                   28

2.5 Связь посредством ИСЗ                                                                                   34

Аппаратные средства коммутации                                                         39

3.1 Пространственная коммутация.Графы Ли. Метод Якобеуса                40

       3.1.1 Однозвенная коммутация                                                                                                     40

           3.1.2 Многозвенные коммутационные матрицы                                                                      43

3.2 Временная коммутация. Пространственно-временная коммутация          51

3.3 Оценка эффективности работы средств коммутации при управлении

трафиком в сетях связи                                                                                     62

3.3.1 Математические модели трафика                                                                                     63

   3.3.2 Системы с потерями                                                                                                                      66

   3.3.3 Системы с ожиданием                                                                                                         69

3.4 Синхронизация управления коммутационными элементами                     72

3.4.1 Основные определения                                                                                                       72

   3.4.2 Характеристики сигналов опорных генераторов                                                       74

   3.4.3Структурная схема системы синхронизации                                                                               76

   3.4.4 Анализ дестабилизирующих факторов                                                                          77

   3.4.5 Модель процессов нестабильностей                                                                                              78

   3.4.6 Методы передачи сигналов синхронизации                                                                81

   3.4.7 Построение сетей синхронизации                                                                                   82

IP-телефония                                                                                                      84

4.1 Архитектура IP-Телефонии                                                                                   84

4.1.1 Архитектура сети на базе рекомендации Н.323                                                              85

4.1.2 Сеть на базе протокола SIP                                                                                                               86

4.2 Основные сценарии IP-Телефонии                                                           88

4.2.1 Сценарий “Компьютер-Компьютер”                                                                                   88

4.2.2 Сценарий “Телефон-Компьютер”                                                                                    91

4.2.3 Сценарий “Телефон-Телефон”                                                                                         91

4.3 Маршрутизация и адресация                                                                           92

4.3.1 Протокол IP                                                                                                                                92

4.3.2 Протокол UDP                                                                                                                                 95

4.3.3 Протоколы RTP и RTCP                                                                                                     95

4.4 Особенности передачи речевой информации в IP-телефонии                               97

1. Приложения                                                                                                                 107

П.1 Телефонные соединители с шаговыми и декадно-шаговыми искателями 107

П.2 Многократный координатный соединитель                                                111

П.3 Принципы построения телефонных сетей                                              115

П.4 Математическая модель канала связи                                                           123

Литература                                                                                                             128                                                                                                    

Введение

В.1 Историческая справка

В конце XVII века после опытов Гальвани и Вольта, положивших практическое начало науки об электричестве, начались работы, направленные на создание электрических средств связи. Первый телеграф предполагал связь между абонентами линиями по числу, равным количеству передаваемых знаков. На этом принципе построен электростатический телеграф Маршалла (Англия, 1753г.) и электрохимический телеграф Земмеринга (Германия, 1809г.).

Более совершенный, аппарат Шиллинга (Россия, начало 19 века – 1812 год), использовал равномерный шестиэлементный код. Далее, спустя 10 лет, был создан буквопечатающий аппарат Якоби.

Родоначальником всех электронных сетей и систем передачи данных можно считать американского художника Самуэля Финли Бриза Морзе. В 1837 году он разработал систему электросвязи по металлическому проводу и дал ей название “телеграф”. Годом позже он дополнил ее знаменитой азбукой Морзе. 24-го мая 1844 года между Балтимором и Вашингтоном состоялся первый публичный сеанс телеграфной связи. Через 14 лет был проложен первый трансатлантический кабель (просуществовал этот кабель в рабочем состоянии всего 26 дней).

       В 1874 году французский инженер Жан Морис Эмиль Бодо (Boudot) изобрел телеграфный мультиплексор (уплотнитель), позволяющий по одному проводу передавать до шести телеграфных каналов. Значимость этого изобретения и авторитет Бодо были столь велики, что разработанный спустя три года инженером Томасом Муррэй телеграфный пятиэлементный код был назван кодом Бодо. В честь Бодо названа также и единица измерения скорости передачи телекоммуникационных символов (бод).

Следующий шаг – изобретение телефона (Александр Грехем Белл и Томас Ватсон – 1875 год). Первая телефонная сеть была создана в 1878 году в г. Нью-Хэвен, штат Коннектикум. Число абонентов было равно 21. Способ организации сети – всесвязная сеть.

Следующий этап развития телефонных сетей – это введение управления каналами связи. В первых сетях, начиная с 1880 года, управлением занимались телефонисты методом установки штекеров в коммутационном поле.

В 1882 году в Москве появилась первая всесвязная телефонная сеть.

В 1885 году российский инженер Фрейденберг показал достаточность соединений пар абонентов, значительно меньших, чем число пар в телефонной станции. Впервые была поставлена задача доступа к ограниченному коммутационному ресурсу.

В 1888 году Элайш Грей (Чикаго) запатентовал устройство передачи факсимильных сообщений.

С 1889 года начался новый этап в развитии коммутационных технологий – Элмон Браун Строуджер, владелец похоронного бюро, (г. Канзас-Сити) разработал систему автоматической коммутации каналов связи в телефонных сетях.

Первая автоматическая телефонная станция была создана в 1892 году А. Строуджером. Алман Строуджер изобрел автоматический телефонный коммутатор декадно-шагового типа на 99 абонентов и запатентовал это изобретение на имя им же созданной компании. В 1896 году А.Строуджер изобрел дисковый номеронабиратель.            

В конце XIX-го века окончательно оформились две ветви единого телекоммуникационного древа – передача голоса (телефонии) и передача данных (телеграф). Примерно в тоже время началось разделение на проводные и беспроводные технологии передачи информации.

Задачу доступа к ограниченному коммутационному ресурсу, поставленную российским инженером Фрейденбергом, впервые решил датский математик А.К.Эрланг в 1909 году в статье “Теория вероятностей и телефонные переговоры”, предложивший формулы для вычисления числа абонентов АТС, желающих одновременно вести переговоры.

Устройства автоматической телефонной станции А. Строуджера стали широко производиться фирмой AT&T, начиная с 1921 года, когда истек срок действия патента А.Строуджера.

В России первая автоматическая телефонная станция, изготовленная фирмой Сименс и Гальске, была установлена в 1924 году.

   В 1928 году американский физик-электрик и изобретатель Гарри Найквист в статье “Некоторые вопросы телеграфной передачи” изложил принципы преобразования аналоговых сигналов в цифровые – родилась теорема Найквиста. В России ее (эту теорему) называют теоремой Котельникова, хотя опубликовал ее (теорему) Котельников спустя пять лет после публикации Найквиста. Другой результат – пропускная способность канала связи – приписывают Клоду Элваду Шеннону (1948 год). Однако пропускная способность каналов связи была определена Котельниковым на год раньше, в 1947 году.

Американский инженер А.Х.Риверс в 1938 году патентует ИКМ преобразование аналоговых сигналов в цифровые.

       Начиная с 50-х годов прошлого столетия сетевые проводные и беспроводные технологии начали настолько сближаться, что четкую грань между ними провести не представляется возможным.

Беспроводные технологии зарождались также в XIX веке. Вплотную к решению беспроводной связи первыми подошли Г.Герц, О.Лодж и Э.Бранли. В 1892 году английский ученый В. Крукс теоретически показал возможность и описал принципы радиосвязи. В 1893 году сербский ученый Н. Тесла в США продемонстрировал передачу сигналов на расстояние. Позднее, в 1895 году, это было продемонстрировано А.С.Поповым и Гильельмо Маркони.

В 1906 году Ли де Форест создал первую электронную лампу (триод). Появилась возможность строить электронные усилители сигналов. Это определило весьма высокие темпы дальнейшего развития беспроводной связи.

Основные вехи в развитии беспроводной связи: в 1933 году Э.Х.Армстронг изобрел частотную модуляцию; с 1936 года началось коммерческое ЧМ-вещание; в 1946 году началась эксплуатация подвижной радиотелефонной связи для абонентов с автомобильными радиотелефонами; в 1960 году выведен на орбиту 1500 км первый пассивный спутник связи, “Эхо-1”; в 1962 году запущен первый активный спутник “Telstar-1”, в 1964 году запущен первый спутник на геостационарную орбиту, “Syncom-3”; в 1970 году появилась первая пакетная радиосвязь (через спутник), знаменитая ALOHA; в 1976 году была впервые опубликована рекомендация Х.25, которая стала первым и чрезвычайно успешным стандартом сети с пакетной передачей данных – массовая пакетная коммуникация стала реальностью; в 1978 году международная организация по стандартизации ISO утвердила семиуровневую модель взаимодействия открытых систем.

В конце XX-го века возникла новая волна – использование цифровой формы передаваемых данных. Благодаря цифровому представлению данных начали все тесней переплетаться развивавшиеся параллельно технологии телефонии и передачи данных. С появлением пакетных сетей передачи информации эти ветви практически слились воедино. Появился термин “мультимедиа”, означающий объединение самых различных технологий (голос, аудио/видео, данные) в единой технологической среде обработки и передачи информации.