Телекоммуникационные системы и технические способы защиты

Телекоммуникационные системы и технические способы защиты

Курсовая работа

Телекоммуникационные системы и технические способы защиты

Киев 2009

Основные принципы построения систем передачи информации

Системы связи по Шеннону:

Сообщение – информация, представима в определенной форме, присущей источнику.

Передатчик – преобразовывает исходное сообщение в форму, удобную для эффективной передачи по линии связи.

Пр1 – приводит сообщение в некоторый стандартный вид (микрофон).

Вокодер (Voice coder) – преобразовывает речь, избавление от избыточности.

К1 – кодер источника сообщения.

К2 – кодер канала связи (обеспечение помехоустойчивой связи).

Модулятор – делает так, чтобы сообщение максимально удобно и эффективно передавалось.

Канал связи – совокупность технических устройств (передатчик + приемник), связанных между собой физической линией связи.

Система связи – канал связи + абоненты (источник + приемник).

Многоканальные системы связи – много каналов забитых в одну физическую линию.

Каналы связи:

1.   а) симплексный (поочередная передача на одной несущей частоте);

б) дуплексный (одновременная передача на разных частотах);

2.   а) односторонняя связь (передатчик не может принимать сигнал);

б) двухсторонняя (передатчик и приемник могут, как передавать, так и принимать сигнал);

3.  выделенный канал связи (2 абонента);

а) составной (телефон) (абонент район город …);

б) единый;

4.  интегрированные каналы связи (соответственно используются для всего).

Формы представления сигналов в каналах связи

1.  Аналоговая (непрерывная, континуальная).

2.  Дискретизированный (по времени).

3.  Квантованный по уровню.

4.  Цифровой сигнал.

Виды модуляций.

1.  Прямая модуляция.

2.  Непрерывная (аналоговая) модуляция.

3.  Импульсная модуляция.

4.  Кодо-импульсная модуляция.

Прямая модуляция – преобразует исходное сообщение к виду удобному для последующей обработки; по каким-то свойствам (параметрам) сигнал на выходе аналогичен входному.

Аналоговая модуляция – преобразование входного сигнала в форму удобную для передачи по физическим каналам связи.

Аналоговая:

1. Амплитудная модуляция (АМ).

2. Частотная модуляция (ЧМ)

3. Фазовая модуляция (ФМ)

Информационные параметры – те параметры, которыми управляют в соответствии с сигналом прямой модуляции и получают устойчивый к передаче на большие расстояния сигнал, относительно легко читаемый приемником.

U(t)=Usin(ωt+φ)

Манипуляция - как правило, на выходе счетное количество сигналов (например 2: (0;1)).

Уплотнение линий связи

-  Частотное;

-  Временное;

-  Мультиплексирование.

1. Частотное уплотнение.

Каждому каналу свою частоту.

2. Временное уплотнение.

Мультиплексирование

·  Временное

·  Частотное

·  Кодовое

· 

Побитовое мультиплексирование

Обобщенные характеристики сигналов и каналов связи

Физические характеристики каналов связи

Сигнал:

1.  Длительность сигнала (Tс).

2.  Частотный спектр (Fс).

3.  Динамический диапазон сигнала (Dс).

(в числителе Р может быть Рср или Рmax)

- минимальная мощность сигнала, с которой можно его передать.

4.  Объем сигнала: .

5.  База сигнала .

Канал:

1.  Tк.

2.  Fк.

3.  , - верхний уровень усиления, - шумы возникающие на приеме.

4.  Емкость канала связи , ≥.

Информационные характеристики каналов связи:

Н(Х) – энтропия сигнала,

Н(Е) – помехи квантования.

Среднее количество информации по каналу связи (КС):

- мощность сигнала на входе

- мощность шума

Пропускная способность канала связи: С, С ≥ І - это условие необходимо для передачи информации.

- мощность помехи

- мощность сигнала

Способы повышения качества передачи информации в каналах связи

Для повышения качества передачи информации в каналах связи вводится избыточность в передаваемый сигнал. Избыточность бывает: аппаратная и информационная.

Аппаратная избыточность – введение в системе связи обратной связи, то есть еще одного канала.

Схема канала с ОС

ЛС

Если решающее устройство (РУ) со стороны источника – информационная обратная связь, если со стороны получателя – решающая обратная связь.

Каналы РОС связи с непрерывной передачей информации

Виды решающей обратной связи:

1.  РОС с ожиданием.

Сигнал в линии связи должен быть избыточен, если РУ решает, что сигнал принят неправильно, то затирается содержимое Н2 и передается запрос на повторную посылку. Устройство управления (УУ) запрещает ИС и активизирует Н1 (если число запросов превышает предел, то пересылается новый пакет). Если же РУ решает, что все хорошо, то сигнал пропускается, а обратно посылается квитанция о благополучном получении сигнала, после чего содержимое Н1 затирается и активизируется ИС и шлется новый пакет.

Недостаток: потеря времени на пересылку квитанций.

2.  РОС с кусочно-непрерывной передачей по каналу:

а) Поблочный переспрос. Квитирующая посылка приходит с задержкой, но идет одновременно по каналу с сигналом. Между К и Н1 ставят Н0 который хранит блоки информации. Если обнаружена ошибка в посылке, то блок пересылается дальше, а неправильные посылки досылаются потом.

Недостаток: маленькие блоки.

Преимущество: не ждем ОС.

б) Поадресный переспрос. ОС передает номер неправильной посылки.

Недостаток: в случае исключения позиция остается пустой.

Преимущество: блоки могут быть большими.

Амплитудная модуляция (АМ). Основные методы и способы реализации

Аналоговая АМ.

A(t)cost – сигнал передатчика, – несущая частота, A(t) – управляющий сигнал.

Методы получения АМ:

1.  Параметрический

2.  Компенсационный

Методы реализации непрерывной модуляции и схемные решения

Параметрический способ АМ

 - несущий сигнал, = .

 - модулирующий сигнал.

i =Yu, Y – проводимость,  - несущая частота

Y() = b

1 случай. (t) =

Тогда i(t) = Y= bcost = cos t

2 случай. = (1+kx(t)).

Тогда i(t)= (1+kx(t)) cos t

- дифференциальная проводимость.

;

(при условии ) = 0

.

Получили квадратичную ВАХ.

Если <<1, то характеристика ≈ квадратичная и мы можем реализовать амплитудный модулятор.

Схема реализующая параметрическую АМ

 – высокочастотный сигнал.

Др 1 – препятствует обходу транзистора.

 – низкочастотный управляющий сигнал, меняет рабочую точку.

LC нагрузка – образует полосовой фильтр, пропускающий только на резонансной частоте.

 - разделитель, иначе бы смещение ничего не давало.

- электролитический конденсатор, который не позволяет пройти высокочастотному сигналу.

Схема хорошо работает в области низких сигналов.

Нелинейный метод реализации АМ.

U=+, = cost, =(1+kx(t))

Схема реализующая нелинейную АМ (схема лучше, чем параметрическая АМ)

Балансная АМ.

Кольцевой балансный модулятор

Отсутствует несущая частота.

 (через)

 - то, что снимается из 2 полуобмоток.

Требование для устойчивой работы схемы: амплитуда  должна быть намного больше амплитуды обмотки Тр 1. Если они сопоставимы, то равное напряжение может закрыть диод.

Манипуляция – когда сигнал имеет конечное (счетное) количество значений амплитуды (как правило, 2).

Модуляция – амплитуда сигнала принимает непрерывное множество значений.

Схема реализации модулятора с амплитудной манипуляцией

Амплитуда опорного сигнала должна быть меньше амплитуды управляющего сигнала x(t).

Если полярность будет наоборот « + – », то диоды будут закрыты.

Экономичная схема амплитудной манипуляции

Если транзистор заперт, энергия генератора не потребляется, то есть напряжение не передается на следующий каскад. Если есть x(t), открывается базовый каскад.

Угловая модуляция.

 - частотная модуляция;

 - фазовая модуляция.

 - связь между частотой и фазой сигнала.

Схемная реализация частотной модуляции.

Аналоговые демодуляторы

Амплитудная демодуляция

U(t) – вход демодулятора, зависит от вольт - амперной характеристики демодулятора.

 S(t)=A(t)cost – пришедший сигнал

Диодные балансные демодуляторы

Работает ½ периода. При отсутствии S(t) = 0.

Требование к схеме: амплитуда U1 должна быть больше амплитуды сигнала S(t).

Недостаток: однополупериодное выпрямление.

Частотное детектирование

Операция детектирования: преобразование частотной модуляции в амплитудное модулирование.

Амплитуда колебаний в отсутствии модуляции.

Появляется модуляция, сигнал растет (амплитуда увеличена).

Двухконтурная схема частотного детектора

Напряжение на дросселе соответствует напряжению на контуре. Е2 – ЭДС в контуре L2C2, . Дифференцирование эквивалентно смещению на  в сторону опережения (соответственно минус поворачивает в сторону отставания).

* < *> * =

Фазовый детектор.

1.  S(t) – входной сигнал – модулирован по фазе

 - гармонический сигнал, немодулированный.

На  последовательный сигнал:

Модуляция отсутствует

2.  

Угловое смещение

На выходе детектора нулевой сигнал.

3.  

Максимально при , и максимально при π, только другого знака.

Телефонная связь

Основные характеристики речи. Механизм продуцирования речи. Модель воспроизведения человеческой речи

Частота звучания звуков около 100 Гц.

Самое трудное – это различать гласные.

F1, .., F4 – форманты – пики мощности по частоте. Большинство формант (главное первые 2) вмещаются в диапазон 300Гц – 3.4 кГц.

Наличие пиков в диапазоне это гарантия распознавания речи в телефонной связи.

Взрывные звуки – буквы, которые резко вылетают. «П»

Накапливается турбулентный поток. Высокий уровень шума.

Фрикативные согласные – воздух выпускается долго («Ш»). Шипящие, взрывные менее информативные, чем гласные и звонкие согласные. Их можно не передавать, если не важно качество звука, в том числе узнаваемость.

Звук – механические колебания упругой среды, испускаемое колеблющимся телом (источником звука) и воспринимаемое органом слуха, ухом или специальными приборами.

Скорость распространения волны: С=λ/Т

λ – длина волны, Т – период колебаний

Звуковое давление – это происходящие непериодические изменения в пространства.

Интенсивность звука – обозначается J и измеряет мощность, отнесенную к единице площади  

Уровень интенсивности звука:  L = [Дб]

- порог слышимости

Вверху – уровень болевых ощущений: 200 Па 10

Шкала субъективного восприятия громкости

Градация систем радиовещания по классам.

ü  Высшего 30 Гц ÷ 30 кГц

ü  Первого 15Гц ÷ 15 кГц

Телефонные системы передачи речи

Классификация телефонных аппаратов

Телефонный аппарат предназначен для вызова станции, получения станционного вызывного сигнала и ведения разговора. Он состоит из разговорных, вызывных приборов и коммутационного устройства. К разговорным приборам относится микрофон, телефон, телефонный трансформатор и балансный контур. В состав вызывных приборов входят элементы, необходимые для посылки и приема вызова. В качестве коммутационного устройства применяется рычажный переключатель (РП). При снятии микротелефона контактами РП выключаются вызывные и включаются в абонентскую линию разговорные приборы.

Телефонные аппараты классифицируются по различным признакам. В зависимости от способа питания микрофонных цепей различают аппараты местной батареи (МБ) (питание микрофона обеспечивается от батареи, расположенной возле аппарата), центральной батареи (ЦБ) (микрофон получает питание от батареи, расположенной на телефонной станции) и без источников питания. В зависимости от способа соединения микрофона и телефона с линией схемы телефонных аппаратов бывают с местным эффектом, противоместные и переменные.

Местным эффектом называют прослушивание собственной речи и местных шумов в телефоне аппарата. Если приняты меры к уменьшению местного эффекта, схема аппарата называется противоместной. В противном случае схема аппарата называется схемой с местным эффектом. В аппаратах с переменной схемой на время передачи к линии подключается только микрофон, а на время приема только телефон.

1.  Телефонная система связи с местной батареей.

Разговорная схема

Схема подключения звонков

Дуплексная система двух проводной связи с общей батареей (местной).

2.  Схема связи с центральной батареей

Система односторонняя, симплексная. Центральная батарея при необходимости подключается к вызываемому и вызывающему. Реально для симметричной связи необходима еще одна такая же система – в другую сторону.

Схема максимально приближенная к реальности.

К схеме:

1 – разговорная схема;

2 – вызовно-коммутирующая схема;

3 – звонковая схема;

R – балансировочное сопротивление;

НН – номеронабиратель.

Реле определяет состояние аппарата, индуктивности L1 и L2 мощные, не пропускают переменный ток. Вызов минует L1 и L2. Поднятие трубки при трели звонка разрывает звонок, подъем трубки переключает РП. Номеронабиратель при обратном ходе включает шунтирующий контакт, размыкая схему. Импульсы 60В идут на АТС. Этими импульсами определяются цифры номера, ‘0’ передается за 1 сек. АТС находит сначала район, потом аппарат.

- реле проверяет наличие вызова.

Нажимаем 1: идет сигнал

Набираем 0: 10 импульсов – самый длинный сигнал.

Элементы телефонного аппарата.

Микрофон:

1.  Угольный (порошковый).

2.  Электростатический (конденсаторный).

3.  Пьезоэлектрический.

4.  Электродинамический.

5.  Электромагнитный.

6.  Магнитный.

Неустойчив к работе угольный микрофон, нужно взболтать угольный порошок. Частотная характеристика неравномерна.

Угольный микрофон.

Самый популярный: простой, мощный. При обычном разговоре подает вход 1мкВт, выход – 100 мВт.

Недостатки: параметры микрофона изменяются в зависимости от положения; микрофон имеет нестабильную частотную характеристику.

Основное применение конденсаторного микрофона в диктофонах и при прослушивании.

Местный эффект и его влияние на качество передачи

Местный эффект в телефонном аппарате тесно связан с такими свойствами органа слуха, как адаптация и маскировка. Рассмотрим два момента при разговоре: когда абонент говорит перед микрофоном и когда он слушает своего собеседника. При разговоре в аппаратах с местным эффектом весь разговорный ток, генерируемый микрофоном, проходит через телефон своего аппарата. В результате абонент на передающем конце очень отчетливо слышит себя. Ухо «приспосабливается» к звуку большой интенсивности, и чувствительность уха понижается. Поэтому прием более слабых звуков речи собеседника вследствие инерционности процесса адаптации оказывается затруднительным. Кроме того, уменьшается эдс, развиваемая микрофоном, и ухудшается слышимость на приемном конце вследствие непроизвольного снижения громкости речи.

Когда абонент слушает, местные акустические шумы поступают в микрофон его аппарата и воздействуют на ухо совместно со звуками речи другого абонента. В результате местные шумы, имеющие большую интенсивность, чем звуки речи собеседника, вызывают явление маскировки в ухе слушающего.

Вредное влияние местного эффекта сказывается в уменьшении дальности передачи и в снижении понятности телефонного разговора.

Противоместные схемы.

Построение противоместных схем, у которых в идеальном случае мощность, воспринимаемая своим телефоном при передаче речи, равняется нулю, возможна путем мостового либо компенсационного включения преобразователей аппарата. Для подавления местного эффекта в аппаратах применяются балансные контуры, состоящие из одного или нескольких элементов.

Мостовая балансная схема (с ЦБ).

Эта схема может быть представлена в виде канонического моста переменного тока, в котором микрофон, рассматриваемый как генератор переменного тока, включен в одну его диагональ, а телефон – в другую. При равновесии моста, в момент передачи речи, ток в диагонали моста равен нулю и, следовательно, в телефоне не будет слышен собственный голос. Равновесие моста будет при условии:

,

где - полное сопротивление балансного контура; - соответственно полные сопротивления 1 и 2 обмоток трансформатора; Zл – входное сопротивление линии.

Однако полного подавления местного эффекта практически достичь не удается, так как балансный контур, имеющий небольшое количество элементов с сосредоточенными параметрами, не может воспроизвести частотную зависимость входного сопротивления линии. Следует также учитывать, что длина и тип линии в условиях эксплуатации аппаратов бывают различными. Поэтому при разработке схем аппаратов стремятся не к полному устранению местного эффекта, а только к его значительному ослаблению.

При работе аппарата на прием источником разговорного тока становится линия Zл. В этом случае не весь разговорный ток проходит через телефон, часть его шунтируется микрофоном.

Частичная потеря энергии, имеющая место при работе схемы на передачу и прием, компенсируется увеличением дальности передачи за счет снижения местного эффекта.

Балансная схема с автотрансформатором (с ЦБ).

Сопротивление R подбирается таким образом, чтобы наводимые по II обмотке ЭДС компенсировались.

В схемах компенсационного типа так же, как и в схемах мостового типа, подавление местного эффекта зависит от того, насколько точно частотная зависимость балансного контура отражает частотную зависимость входного сопротивления линии.

Схема телефона (1972).

При заводе диска номеронабирателя замыкаются контакты ШК1 и ШК 2 и размыкается контакт ШК3. При обратном движении диска несколько раз в соответствии с набранной цифрой размыкается импульсный контакт ИК. Для устранения искры в ИК применяется искрогасительный контур. Его функции выполняют емкости С1, С2 и сопротивление R1.

Системы связи.

В местах усиления:

Дифференциальная трансформаторная схема

Телефонные сети

Телефонная сеть – совокупность конечных устройств, АТС, узлов в коммутации, которые обеспечивают маршрутизацию и коммутацию телефонных вызовов.

ТСОП – телефонная сеть общего пользования.

УПАТС – учрежденческая производственная автоматическая телефонная сеть (Можно войти на сеть общего пользования).

АМТС – автоматическая международная телефонная станция. Внутри зоны ГАТС (городская АТС), если города больше РАТС (районной автоматической телефонной станции).

Узел автоматической коммутации УАК. УАК – 1, УАК – 2 соединяли АМТС и УАК – 1. Иногда УАК – 2 нет и связь прямая.

Структура телефонных сетей.

Городская телефонная станция, меньше 10000 людей.

РАГС емкость до 60000 абонентов.

УВС – узел входных сообщений.

Сельская телефонная связь

ОС – оконечная система

Установление соединения в телефонной сети

Основные функции узла коммутации

1.  Возможность обнаружения изменения состояния абонентской или соединительной линии.

2.  Генерация сигналов, позволяющих установить взаимодействие с абонентом или другим узлом коммутации и осуществить соединение.

3.  Возможность выбора маршрута соединения и создание взаимодействующего телефонного тракта.

Процессы:

1.  Обнаружение запроса к ресурсам станции (от абонента или другой станции).

2.  Поиск ресурса.

3.  Оповещение абонента о предоставлении ресурса (ответ станции).

4.  Прием и накопление цифр номера.

5.  Передача по номеру линейных и адресных сигналов в линии связи.

6.  Определение состояния линии вызываемого абонента.

7.  Генерация посылки вызова (если линия свободна).

8.  Генерация сигнала контроль посылки вызова.

9.  Обнаружение ответа вызываемого абонента

10.  Установление разговорного тракта через коммутационное поле станции.

Виды сигналов:

1.  Линейный сигнал (Л), определяет состояние устройства сети.

2.  Адресный сигнал (А), определяет маршрут телефонной сети.

3.  Информационный сигнал (гудки) (И), оповещает о коде соединения.

Установление соединения:

1.  Вызов абонентом станции: линейный, падение напряжения с 60 до 15В

2.  Ответ станции: информационный, 425 Гц

3.  Набор номера: абонент шлет адресный; станция – все 3 признака

Тональный набор:

Максимальная длительность при тональном наборе 7*100=700 млс. При импульсном наборе возможны любые неточности, ошибки. Вызов: тональный, импульсный.

4.  Контроль посылки вызова

5.  Ответ абонента 2 и установление разговорного тракта, 5-7В.

6.  Ответ «линия занята», 450Гц.

7.  Разрыв связи.

8.  Сигнал отбоя от абонента.

АОН

Возможности АОНа заложены в конструкции телефонных сетей, так как надо перехватывать номер для того, чтобы отслеживать междугородние звонки с домашних аппаратов.

Протокол работы системы с АОНом.

-  счетчик времени срабатывает не от подъема трубки, а от звонка;

-  нет трели звонка;

-  падение напряжения не до 10В, а до 20В;

-  посылка на АТС с запросом (~100 мс). Абонент который делал вызов временно отключается, включается АОН станции, он передает АОН’у 10 элементную посылку (начало, номер, конец, категория телефона).

Иногда номер не удается распознать, тогда посылка отправляется 3 раза, иначе – «номер не определен». На станции можно установить блокировку выдачи номера.

Телекоммуникационные сети

Транспортная сеть – это система, которая обеспечивает распространение некоторого продукта среди его потребителей, территориально разбросанных.

Телекоммуникационные сети распространяют исключительно информацию.

Групповой тракт – совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигналов электросвязи или в полосе частот, или с определенной скоростью передачи, определенной нормализованной группой каналов телефонной частоты.

Функции:

ü  Распределение.

ü  Хранение.

ü  Транспортировка.

ü  Преобразование.

Пример: телепровод, нефтепровод.

Первичная сеть – магистраль, районная сеть, запускается унификация.

Типы:

ü  Телеграфно – телефонные

ü  Сеть универсального использования (все передающиеся сигналы).

Основные ступени образования групп каналов.

В первой ступени с помощью аппаратуры канального преобразования (АКП) осуществляется индивидуальное преобразование полос частот 12 каналов тональных частот (ТЧ), в результате которого формируется основная первичная группа каналов с полосой частот 60 – 108 кГц.

Вторая и все последующие ступени преобразования являются групповыми. При помощи аппаратуры преобразования типовых групп каналов (АППГ, АПВГ, АПТГ) осуществляется формирование более крупных типовых групп каналов. Каждые пять первичных групп (ПГ) в результате раздельного группового преобразования по каждой ПГ вначале объединяются во вторичные группы (ВГ) с полосой частот 312 – 552 кГц, затем каждые 5 ВГ формируются в третичные группы (ТГ) с полосой частот 812 – 2044 кГц, и наконец, каждые три ТГ формируются в четверичные группы каналов с полосой частот 8516 – 12388 кГц. Полоса частот каждой типовой группы каналов выбирается таким образом, чтобы ее абсолютная и относительная ширина была как можно меньше. Абсолютная полоса частот ПГ зависит только от эффективно передаваемой полосы частот каналов ТЧ и частотного интервала, необходимого для разделения каналов ТЧ. Этим же определяются полосы частот остальных групп каналов, построенных на базе ПГ, с учетом частотного интервала между типовыми группами.

Относительная ширина полосы частот каждой типовой группы каналов зависит от места ее размещения на шкале частот. Желательно, чтобы отношение крайних частот спектра группы fmax /fmin<2. В этом случае вторые и более высокие гармоники и комбинационные частоты разместятся, в основном, за пределами полосы частот данной группы и не будут оказывать мешающего действия.

Предгрупповое образование (4 предгруппы):

1 предгруппа: 60 – 72 кГц;

2 предгруппа: 72 – 84кГц;

3 предгруппа: 84 – 96 кГц;

4 предгруппа: 96 – 108 кГц.

Первичная группа каналов тональной частоты.

Аппаратура канального преобразования (АКП) преобразует исходные полосы частот 12 каналов ТЧ 0,3 – 3,4 кГц в полосу частот основной ПГ 60 – 108 кГц со строго определенным инверсным расположением полос частот, занимаемых каждым каналом, причем в верхней части диапазона частот ПГ размещается первый канал, а в нижней двенадцатый.

При отведенной полосе частот 4 кГц на один канал ТЧ полезная полоса частот составляет 3,1 кГц и частотный интервал между каналами 0,9 кГц. Это обстоятельство требует применения канальных полосовых фильтров с большой крутизной нарастания затухания в переходной области, так как подавление неиспользуемой боковой полосы частот должно быть не менее 60 дБ. Для выполнения этого требования используются фильтры из элементов с высокой добротностью, то есть применяются пьезоэлектрические (кварцевые), магнитострикционные или электромеханические резонаторы. Существует несколько Способов формирования спектра ПГ. Из них наибольшее практическое распространение получили следующие: с использованием одной ступени преобразования, двух индивидуальных ступеней преобразования, индивидуальной и групповой ступеней преобразования.

Страницы: 1, 2