Построение цифровых систем передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоммерческое акционерное общество

"АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ"

Кафедра телекоммуникационных систем

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: "Многоканальные телекоммуникационные системы"

Специальность: 5B0719 Радиотехника, электроника и телекоммуникации

на тему: "Построение цифровых систем передачи"

Выполнила:

студентка группы МТС-10-5

Салемова Р. № зач. кн. 103287

Руководитель

ст. пр.Кудинова В.С.

Алматы 2013

Содержание

Введение

Индивидуальное задание

1. Краткие технические данные аппаратуры и кабелей

1.1 Характеристика оборудования ИКМ - 30 С

1.2 Характеристика оборудования ИКМ - 480

1.3 Параметры кабелей связи

2. Расчет длины участка регенерации

2.1 Расчет длины участка регенерации местной сети

2.2 Расчет длины участка регенерации магистральной сети

3. Расчет напряжения дистанционного питания

4. Разработка схемы организации связи

5. Расчет требуемой защищенности на входе регенератора

6. Расчет ожидаемой защищенности на входе регенератора

6.1 По симметричным кабелям

6.2 По коаксиальным кабелям

7. Расчет требуемого числа уровней квантования

8. Расчет шумов оконечного оборудования

9. Расчет надежности ЦСП

Заключение

Список литературы

Введение

Непрерывный и всё ускоряющийся рост материального производства, прогресс в области науки техники, создание координационных и вычислительных центров и всё возрастающий культурный уровень населения ведут к быстрому увеличению объёма информации, передаваемой предприятиями связи. Сегодня успешная деятельность современного общества невозможна без обмена информации

Любая информация передаётся от передатчика к приёмнику через физическую среду с помощью технических средств. Такой средой могут быть кабель, радиорелейные линий, оптический кабель, воздушные линий и другие. Наибольшее распространение получили кабельные и радиорелейные линии, а в последнее время все большее применение находит оптический кабель.

Стоимость линейных сооружений и кабеля обуславливается необходимостью их наиболее эффективного использования, что осуществляется с помощью систем передачи (СП). Эти СП обеспечивают высококачественную и надёжную передачу по одной цепи большого числа однородных или разнородных сигналов электросвязи, практически на любые расстояния (телеграфных, видеотелефонных, телефонных, факсимильных и измерительных сигналов, тексты центральных газет, сигналов дискретной информации в автоматизированных системах управления).

Создание высокоэффективных СП является основной задачей техники многоканальной электросвязи. Использование методов многоканальной электросвязи при построении СП позволяет организовать большое число одновременно действующих каналов передачи, практически независимых друг от друга.

Возможны различные методы построения СП, т. е. различные методы образования каналов и трактов, зависимые от вида направляющей среды и свойств передаваемого сигнала. В настоящее время используется СП с частотным разделением канала и временным разделением канала.

Широкое распространение получили СП с разделением по частоте. Однако за последнее десятилетие серьёзным конкурентом этих СП стали цифровые системы, в которых все сигналы преобразуются в цифровую форму и передаются по линиям, методом временного разделения. Поэтому в данном курсовом проекте, мы занимаемся вопросами проектирования цифровых каналов передачи, рассчитывая при этом шумы в оконечном оборудовании, длину участка регенерации, и как итог, составляя фрагменты схемы организации связи на заданном участке, с учетом используемого электрического кабеля, заданной протяженности длин участков ЦСП, а также предъявляемых к ним норм по проектированию этих цифровых каналов передач.

Индивидуальное задание

В курсовой работе необходимо:

- произвести расчет длины участка регенерации;

- осуществить расчет напряжения дистанционного питания;

- разработать схему организации связи;

- осуществить расчет требуемой защищенности на входе регенератора;

- осуществить расчет ожидаемой защищенности на входе регенератора;

- осуществить расчет требуемого числа уровней квантования ;

- рассчитать шумы оконечного оборудования;

- произвести расчет надежности ЦСП;

Исходные данные к заданию приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1 - Типы ЦСП и типы кабелей на различных участках трактов

Участок тракта	Тип ЦСП, тип кабеля
Местный	ИКМ-30 С,КСПП 1х4х1,2
Магистральный	ИКМ-480, МКТ-4 1,2/4,6

Таблица 2 - Параметры ЦСП

Дальность местного участка ЦСП, км, LM	91
Дальность магистрального участка ЦСП, км, LМАГ	859
Коэффициент шума корректирующего усилителя	5
Защищенность от шумов дискретизации , дБ	55
Пикфактор сигнала Qпик,дБ	15
Среднеквадратическое отклонение волюма сигнала , дБ	6
Среднее значение сигнала , дБ	-14
Среднеквадратическое отклонение приведенной инструментальной погрешности преобразования	2·10-4
Запас помехоустойчивости генератора , дБ	11
Минимальная защищенность от шумов квантования , дБ	26

1. Краткие технические данные аппаратуры

1.1 Аппаратура ИКМ-30 С

Аппаратура ИКМ-30 предназначена для организации соединительных линий между городскими АТС, городскими и пригородными АТС, между АТС и АМТС путем уплотнения низкочастотных кабелей с бумажной изоляцией типов «Т» с жилами диаметром 0,5; 0,6; 0,7 мм и типа ТПП с жилами 0,5 и 0,7 мм при однокабельном и двухкабельном вариантах работы. Аппаратура может также использоваться в качестве каналообразующей в ЦСП более высоких порядков.

Аппаратура обеспечивает организацию 30 каналов ТЧ. По  кабелю емкостью 100х2 максимально можно организовать работу 12 систем передачи ИКМ-30. Предусмотрена возможность организации канала звукового вещания с полосой частот 50 - 10 000 Гц вместо четырех телефонных каналов, а также сигналов дискретной информации (путем ввода их непосредственно в групповой цифровой поток) по одному цифровому каналу с пропускной способностью 8 кбит/с. Кроме того, вместо одного телефонного канала дополнительно может быть организованно восемь цифровых каналов с пропускной способностью 8 кбит/с.

Аппаратура ИКМ-30  содержит аналого-цифровое оборудование (АЦО), оконечное оборудование линейного тракта (ОЛТ), необслуживаемый регенерационный пункт (НРП), а так же следующие контрольно-измерительные приборы: пульт контроля согласующих устройств и телефонных каналов аппаратуры ИКМ-30 в условиях эксплуатации; пульт дистанционного контроля регенераторов (ПДКР), предназначенный для определения номера неисправного регенератора и запаса работоспособности регенератора; измеритель затухания кабельной линии (ИЗКЛ), предназначенный для измерения рабочего и переходного затухания участков линейного тракта между НРП; измеритель шумов квантования (ИШК), предназначенный для измерения отношения сигнал-шум квантования в телефонных каналах и в канале вещания; прибор для контроля достоверности (ПКД), предназначенный для определения частоты ошибок и измерения амплитуды импульсов на контрольных выходах регенераторов без перерыва связи.

Длина регенерационного участка в зависимости от типа кабеля составляет 1,5--2,7 км, а число последовательно включенных НРП не превосходит 40.

Таким образом, максимальная длина линейного тракта 60-108 км. Секция дистанционного питания (ДП) включает в себя не более десяти НРП и составляет 30-54 км. В линейном тракте может быть установлено не более одного обслуживаемого регенерационного пункта ОРП (см.таблицу 3). В качестве первичных источников питания используются станционные батареи с номинальным напряжением 60 В.

Таблица 3.

Тип Кабеля	Т-0,5	Т-0,6	Т-0,7	ТП-0,5	ТПП-0,7
Длина регенерационного участка, км	0,35-1,5	0,52-2,3	0,59-2,6	0,47-2,0	0,62-2,7
Максимальное расстояние между ОРП и ОЛТ, км	30	46	52	40	54

1.2 Характеристика аппаратуры ИКМ-480

Аппаратура ИКМ-480 предназначена для организации каналов на внутризоновых и магистральной сетях путем уплотнения коаксиальных кабелей МКТ-4 с парами 1,2/4,4 мм. Аппаратура обеспечивает организацию до 480 каналов ТЧ при скорости передачи группового потока 34 368 кбит/с. Линейный тракт организован по однокабельной схеме.

В состав аппаратуры входят: аналого-цифровое оборудование (АЦО); оборудование вторичного временного группообразования (ВВГ); оборудование третичного временного группообразования (ТВГ); оконечное оборудование линейного тракта; необслуживаемые регенерационные пункты, а также следующие контрольно-измерительные приборы: пульт для проверки параметров регенераторов и паспортизации цифровых трактов (ППРПТ-34), содержащий генератор кодов ГК-34, имитатор кабельного участка ИКУ-34, детектор ошибок ДО-34; измеритель затухания: кабельной линии (ИЗКЛ-34), предназначенный для измерения затухания коаксиальных пар 1,2/4,4 мм участка регенерации на полутактовой частоте 17 184 кГц, а также измерения сопротивлений жил кабеля и сопротивления изоляции жил кабеля; прибор для контроля регенерационных участков ПКРУ-34 обеспечивает оценку исправности линейного регенератора в полевых условиях без перерыва связи по величине коэффициента ошибок и амплитуде импульса на выходе регенератора.

Схема организации связи с помощью аппаратуры ИКМ-480. В передающей части оборудования ТВГ осуществляется формирование группового потока путем побитового объединения четырех цифровых потоков со скоростью 8448 кбит/с, вырабатываемых в аппаратуре ИКМ-120.

Оборудование ОЛТ обеспечивает дистанционное питание и контроль НРП, организацию служебной связи по отдельным парам кабеля. Длина секции между двумя обслуживаемыми регенерационными пунктами 200 км. Номинальная протяженность регенерационного участка 3 км.

В оборудовании ТВГ используются двустороннее согласование скоростей и двухкомандное управление. В оборудовании предусмотрены асинхронный и синхронный режимы работы. В устройстве ФАПЧ используется информация о промежуточных значениях временного интервала, между моментами записи и считывания. При этом величина временных флуктуации, вносимых оборудованием ТВГ, не превосходит 5% во всем диапазоне частот. Система цикловой синхронизации -- адаптивная.

Система контроля и сигнализации обеспечивает автоматическое определение номера неисправного блока. Между оборудованием ТВГ, расположенным на разных станциях, может быть организована служебная связь по цифровому каналу с использованием дельта-модуляции.

На стандартной стойке располагаются до четырех комплектов оборудования ТВГ, т. е. при полной комплектации стойка СТВГ обеспечивает организацию 1920 каналов ТЧ.

Передача линейного сигнала осуществляется в коде КВП-3 или ЧПИ. Затухание регенерационного участка на полутактовой частоте 43--73 дБ (длина участка 2,3--3,2 км). Для работы на укороченном пристанционном участке (длиной от 0,9 до 2,3 км) в составе оконечного оборудования предусмотрены искусственные линии. Дистанционное питание осуществляется по центральным жилам коаксиальных пар постоянным током 200 мА. Максимальное напряжение ДП равно 1300 В. Высокая надежность оборудования ДП обеспечивается структурно-узловым резервированием.

Телеконтроль линейного тракта осуществляется без перерыва связи. Система участковой телемеханики (УТМ) обеспечивает контроль до 33 НРП.

В автоматическом режиме УТМ обеспечивает постоянный контроль частоты ошибок каждого направления передачи в пределах секций обслуживания. В ручном режиме возможен контроль работы регенератора в любом НРП. Максимальная протяженность секции между обслуживаемыми пунктами определяется системами ДП и УТМ и равна 200 км. Оборудование служебной связи обеспечивает организацию каналов высокочастотной постанционной служебной связи между ОРП и низкочастотной участковой служебной связи между ОРП и НРП в пределах секции обслуживания.

1.3 Параметры кабелей связи

При расчете длины участка регенерации, необходимо знать значения ряда параметров кабелей связи: коэффициента затухания, переходных затуханий, волнового сопротивления и др. Точные значения параметров кабелей на различных частотах приводятся в специальной справочной литературе по линейно-кабельным сооружениям. При выполнении курсового проекта используются приближенные расчетные соотношения и усредненные данные, приводимые ниже.

Усредненные значения коэффициента затухания для симметричных многопарных низкочастотных кабелей приведены в таблице 4 (на частоте 1024кГц).

Таблица 4 - Коэффициент затухания симметричных низкочастотных кабелей

Тип кабеля	Т-0,5	Т-0,6	Т-0,7	ТП-0,5	ТП-0,7
б, дБ/км	20,5	18,2	16,1	17,1	12,6

С достаточной для практических расчетов точностью номинальные значения модулей волновых сопротивлений кабельных цепей Z_в можно считать независимыми от частоты. Эти значения приведены в таблице 5.

Для симметричных низкочастотных кабелей типа Т среднее значение Z_в = 110 Ом, а для кабелей типа ТП Z_в= 120 Ом.

Строительные длины электрических кабелей зависят от их емкости и конструкции и, как правило, составляют 825м. Расчет коэффициента затухания б(f) для симметричных высокочастотных и коаксиальных кабелей на той или иной частоте (в рабочем диапазоне частот ЦСП) можно осуществлять по формулам, приведенным в таблице 6.

Таблица 5 -  Коэффициенты затухания высокочастотных  кабелей

Тип кабелей	б(f), дБ/км	Zв, Ом
ЗК 1х4х1,2	5,22 vf+0,21f	140
КСПП 1х4х0,9	9,1 vf+0,23f	160
МКСБ 4х4х1,2	5,24 vf+0,15f	163
КСПП 1х4х1,2	9,1 vf+0,23f	160
МКСА 4х4х1,2	4,74 vf+0,22f	164
МКССт 4х4х1,2	4,8 vf+0,21f	164
МКСБ 7х4х1,2	5,07 vf+0,16f	169
КМ 2,1 / 9,4	2,43 vf+0,0078f	74
МКТ 1,2 / 4,6	5,26 vf+0,017f	73

В кабелях с повивной скруткой для взаимовлияющих пар, находящихся в одном повиве, среднее значение переходного затухания на ближнем конце А_о находится в пределах 64...71 дБ (в зависимости от числа разделяющих пар), а для пар, находящихся в разных повивал, 72...84 дБ (в зависимости от числа разделяющих повивов).

В кабелях с пучковой скруткой для взаимовлияющих пар, находящихся внутри главного пучка, среднее значение А_о находится в пределах 65...85 дБ (в зависимости от числа разделяющих элементарных пучков), а для пар, находящихся в различных главных пучках А_о приблизительно равно 80.. .95 дБ (в зависимости от взаимного расположения пучков).

Переходные затухания на дальнем конце А₁ (для строительной длины) оказываются выше приведенных значений для А_о примерно на 15-20 дБ и составляет 80-90 дБ.

Переходные затухания для симметричных высокочастотных кабелей А_о, А₁ (для строительной длины на частоте 1 МГц) находятся в следующих пределах:

- на ближнем конце - 60...70дБ;

- на дальнем конце - 80...90 дБ.

Следует иметь в виду, что электрические параметры многопарных кабелей ГТС (коэффициент затухания, переходные затухания и др.) имеют значительный разброс. Кроме того, переходные влияния невелики и существенно зависят от емкости кабеля, вида скрутки (повивная или пучковая) и взаимного расположения влияющих пар внутри кабеля.

В этих условиях требуемая помехозащищенность на входе регенератора достигается в основном за счет правильного выбора пар кабеля для организации цифровых трактов.

2. Расчет длины участка регенерации

2.1 Расчет длины участка регенерации местной сети

Структурная схема регенерационного участка, приведенная на рисунке 1, содержит кабельную цепь, в качестве которой может использоваться электрический (симметричный или коаксиальный) или оптический кабель и регенератор. В составе регенератора выделены корректирующий усилитель (КУ), обеспечивающий усиление сигнала и коррекцию искажений, вносимых кабельной цепью, а также решающее устройство (РУ), принимающее решение о виде передаваемого символа в каждом тактовом интервале (например, 0 или 1 при использовании двоичного кода) путем сравнения сигнала на выходе КУ с определенным пороговым напряжением.

В процессе регенерации возможно принятие ошибочных решений, т.е. возможно появление ошибок, приводящих к снижению качества передачи информации. Суммарное значение вероятности ошибки зависит от величины  искажений, в частности, вызванных межсимвольной интерференцией (МСИ), количества регенераторов и защищенности сигнала от помех в точке принятия решения (ТР) (см. рисунок 1). Для поддержания требуемого качества передачи информации величина вероятности ошибки не должна превышать значений, установленных соответствующими нормами. Это в конечном счете, и определяет допустимую длину участка регенерации.

В общем случае имеет место большое число различных помех, величины которых зависят от типа кабеля и способов организации связи. Например, в коаксиальных кабелях основным видом помех является собственная помеха, а в симметричных кабелях - переходная помеха, связанная с наличием переходного влияния на дальнем (при двухкабельной схеме) или ближнем (при однокабельной схеме) конце.



Рисунок 1 - Схема участка регенерации

Общая методика определения длины участка регенерации заключается в следующем:

1) В соответствии с заданием на курсовое проектирование определяется участок первичной сети, на котором будет использоваться данная ЦСП. Для этого участка, исходя из общих сетевых норм, рассчитывается условное значение допустимой вероятности ошибок на 1 км линейного тракта р`_ош.

2) С учетом полученного значения р`_ош определяется минимально допустимое значение защищенности в ТР как функция длины участка регенерации А_здоп=f(l_p).

3) С учетом действия основных видов помех оценивается ожидаемая защищенность в ТР как функция l_p.

4) Определяется максимальная длина участка регенерации, при которой выполняется условие А_з.ож=А_з.доп. Для последующих расчетов принимается значение l_p=(0,9-1,0)l_pм.

5) На участках регенерации, прилегающих к ОП или ОРП, наибольшее влияние оказывают импульсные помехи (например, за счет работы коммутационных устройств).

Расчет параметров импульсных шумов оказывается затруднительным, но на практике обычно считается достаточным укоротить длину этих участков до значения l_p/2.

В результате решения неравенства А_з.сп?А_з.доп производится выбор длины участка регенерации.

2.2  Расчет местного участка сети

Для системы передачи ИКМ-30 при использовании двухкабельной схемы организации связи по кабелю ТГ и ТПП длина участка  регенерации определяется как 

L_рег = а_ном / a(f) км,                                (1.1)

где а_ном - номинальное затухание участка;

a(f) - коэффициент затухания кабеля на fрасч = fтакт /2= 1024 кГц;

Для высокочастотных симметричных кабелей соответственно заданному типу кабеля значение a(f_расч) рассчитывается по формуле, взятой  из таблицы 6 .

б (f) = 9,1 vf+0,23f дБ/км,

б (f) = 9,1 v1,024 + 0,23•1,024 = 9,5 дБ/км

Номинальное затухание участка а_ном может принимать значения  22-36-43 дБ. Для расчетов необходимо подобрать такую величину а_ном, чтобы для заданного типа кабеля длина регенерационного участка попадала в пределы 1,5 - 2,7 км.

L_рег = а_ном / a(f) км,

L_рег = 22/ 9,5 = 2,3 км

Число регенерационных участков на местном участке сети определяется по формуле

К = L_мест /L _рег,                                         (1.2)

К = 91/2,3 = 39,5 = 39

где L_М  - длина участка местной сети;

Количество участков должно быть целым числом, поэтому полученное расчетное значение необходимо округлить в меньшую сторону.

Общее число регенераторов на 1 меньше количества регенерационных участков

N_рег = К - 1                                           (1.3)

N_рег = 39 - 1 = 38

Из них часть промежуточных станций может быть обслуживаемыми ОРП, а часть - необслуживаемыми НРП. Количество ОРП зависит от длины секции дистанционного питания L_ДП, которая для каждой ЦСП приведена в кратких технических данных аппаратуры.

N_ОРП = L_мест / L_ДП - 1.                                     (1.4)

Где L_ДП =30…54 км

N_ОРП = 91 / 46 - 1 = 0,9 ? 1

Тогда общее количество НРП

N_НРП = N_рег - N_ОРП.                                       (1.5)

N_НРП = 38 - 1 = 37

Рассчитанное количество НРП разделить между секциями дистанционного питания, что должно быть отражено на схеме организации связи .

Если количество регенерационных участков было получено округлением дробной величины К до целого числа, то придется организовывать так называемые укороченные участки.

Укороченные участки организуются прилегающими к ОП, так как в оконечном оборудовании имеются блоки искусственных линий, с помощью которых укороченный участок дополняется до номинального.

Общая  длина укороченных участков определяется как

L_ост = L_мест - К·L_рег км,                                       (1.6)

L_ост = 91 - 39·2,3 = 1,3 км

Длина  укороченных участков определяется как

L_укор = L_ост/2.                                                 (1.7)

L_укор = 1,3/2 =0,65км

2.3  Расчет  магистрального участка сети

Длина участка регенерации выбирается таким образом, чтобы с учётом всех видов помех и аппаратурных погрешностей вероятность ошибки для всего линейного тракта не превышала допустимой величины.

Для оценки допустимого значения защищенности, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибки, можно воспользоваться следующим приближенным выражением

А_з.доп = 5,23 + 11 lg lg Р _ош1^-1 + 20 lg (m_у -1) + ДА_З , дБ,          (1.8)

А_з.доп = 5,23 + 11 lg (lg 10^-9)^-1 + 20 lg (2) + 11 = 32,73 дБ

где Р _ош1 - вероятность ошибки одного регенератора;

m_У = 3 - количество уровней кода в цифровом линейном тракте;

ДА_З - запас помехоустойчивости регенератора, учитывающий не идеальность его узлов и влияние различных дестабилизирующих факторов;

P_ош1 = 10^-9 - для магистрального участка сети.

Защищенность от собственных помех

А_з.сп= Р_пер + 121 - 10 lg F - 10 lg(f_Т / 2) - 1,175А_Ц, дБ,             (1.9)

А_з.сп= 11 + 121 - 10 lg 5 - 10 lg(17) - 1,175•21,88• L_Рег ,дБ

где Р_пер = 10 - 12 дБ - абсолютный уровень пиковой мощности прямоугольного импульса на входе регенератора;

F - коэффициент шума корректирующего усилителя;

F_т - тактовая частота для заданной СП;

А_Ц = a(f_расч) Ч L_Рег, дБ

- затухание кабеля длиной, равной длине участка регенерации;

А_Ц = (5,26 v17+0,017•17)• L_Рег = 21,88•L_Рег дБ

L_Рег - длина участка регенерации.

a(f_расч) рассчитывается по формуле, взятой из таблицы 6 для заданного типа кабеля.

Величина f_расч = f_т / 2 подставляется в расчетные формулы в МГц. Например, f_т = 2048 кГц для ИКМ-30, тогда  f_расч = 1,024 МГц. Для ИКМ-480 f_т = 34368 кГц, тогда  f_расч = 17,184МГц.

Решением неравенства А_з.сп?А_з.доп. нужно найти длину участка регенерации, которая должна соответствовать номинальной длине, указанной в технических данных аппаратуры.

Находим L_Рег из неравенства А_з.сп?А_з.доп

А_з.сп?32,73 дБ

Приравниваем левую часть формулы нахождения защищенности от собственных помех, значению А_з.доп = 32,73 дБ, решаем уравнение и находим L_Рег

32,73 = Р_пер + 121 - 10 lg F - 10 lg(f_Т / 2) - 1,175А_Ц, дБ,

32,73 = 11 + 121 - 10 lg 5 - 10 lg(17) - 1,175•21,88• L_Рег ,дБ

L_Рег = 80,07/25,709 = 3,1 км

Число промежуточных станций К определяется по формуле:

К =(L_маг/L_рег) - 1.                                      (1.10)

К =(859/3,1) - 1 = 276,09 ?277

Из них часть промежуточных станций может быть обслуживаемыми ОРП, а часть - необслуживаемыми НРП. Количество ОРП зависит от длины секции дистанционного питания L_ДП, которая для каждой ЦСП приведена в технических данных аппаратуры.

N_ОРП = (L_маг / L_ДП) - 1= (859/200) - 1 = 3,295?4         (1.11)

Тогда общее количество НРП равно

N_НРП = К - N_ОРП = 277 - 4 =273                  (1.12)

Рассчитанное количество НРП необходимо поделить по секциям дистанционного питания, что должно быть отражено на схеме организации связи .

Если количество регенерационных участков было получено округлением дробной величины К до целого числа, то придется организовывать так называемые укороченные участки.

Укороченные участки организуются прилегающими к ОП, т.к. в оконечном оборудовании имеются блоки искусственных линий, с помощью которых укороченный участок дополняется до номинального.

Общая  длина укороченных участков определяется как

L_ост= L_маг - К·L_рег = 859 -277•3,1 = 0,3 км              (1.13)

Длина  укороченных участков определяется как

L_укор = L_ост/2 = 0,3/2 =0,15 км                         (1.14)

Рассчитанные величины должны быть отражены в схеме организации связи.

3. Расчет напряжения дистанционного питания

Дистанционное питание линейных регенераторов в основном осуществляется стабилизированным постоянным током по схеме "провод-провод" с использованием фантомных цепей симметричного кабеля или центральных жил коаксиальных пар. При этом НРП включаются в цепь ДП последовательно.

Дистанционное питание подается в линию от блоков ДП, устанавливаемых либо на стойках дистанционного питания СДП, либо на стойках оборудования линейного тракта СОЛТ, которые размещаются на оконечных (ОП) и промежуточных обслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП).

При этом на секции ОРП-ОРП (или ОП-ОРП), называемой секцией дистанционного питания,  организуется два участка дистанционного питания: половина НРП обеспечивается питанием от одного ОРП, а вторая половина - от другого ОРП (с организацией шлейфа по ДП на смежном для двух участков НРП).

При расчете напряжения на выходе блока ДП следует учитывать падение напряжения на участках кабеля и на НРП, т.е.

U_ДП = I_ДП ЧR_о ЧL_ДП +U_НРПЧn,                             (2.1)

где I_ДП - ток дистанционного питания, А (см. таблицу 7);

R_о - километрическое сопротивление цепи кабеля, используемой для передачи ДП, постоянному току, Ом / км (см. таблицу 6);

L_ДП - длина участка ДП, км;

n - число НРП, питаемых от одного ОП ( или ОРП );

U_НРП - падение напряжения на одном НРП, В (см. таблицу 7).

Следует иметь в виду, что в соотношении (2.1) R_о фактически представляет собой либо километрическое сопротивление жилы симметричного кабеля (при использовании фантомных цепей), либо удвоенное значение километрического сопротивления внутренней жилы коаксиальной пары. Численные значения R_о приведены в таблице 6.

Таблица 6 -Километрические значения сопротивления жил кабелей

Тип кабеля	КСПП 1х4х1,2	МКТ-4,1,2/4,6
R0,Ом/км	15,85	31,7

Таблица 7 - Параметры аппаратуры

	ИКМ-30	ИКМ-480
Падение напряжения ДП на одном НРП,В	9,8	10
Величина тока ДП,мА	110	200
Максимально допустимое напряжение ДП,В	245	1300

Расчет напряжения на выходе блока ДП для местного участка

I_ДП =110 мА

R_о = 15,25 Ом/км

L_ДП = 49 км

n = 19

U_НРП = 9,8 В

U_ДП = I_ДП ЧR_о ЧL_ДП +U_НРПЧn = 110·10^-3•15,85•46 +9,8•19 = 266,401 В

Т.к напряжение превышает допустимое, то разбиваем секцию дистанционного питания на полусекции и повторить расчет для

L= L_ДП/2 и n= N_нрп/2

U_ДП = I_ДП ЧR_о ЧL_ДП +U_НРПЧn = 110·10^-3•15,85•23 +9,8•9 = 128,3 В

Расчет напряжения на выходе блока ДП для магистрального участка

I_ДП =200 мА

R_о = 31,7 Ом/км

L_ДП = 100 км

n = 27

U_НРП = 10 В

U_ДП = I_ДП ЧR_о ЧL_ДП +U_НРПЧn =200·10^-3•31,7•100 +10•27 = 587 В

4. Разработка схемы организации связи

На основе технических данных ЦСП, полученных значений L_Рег, N_ОРП, N_НРП и расчета цепи ДП, осуществляется размещение НРП и ОРП в каждом из проектируемых участков сети. В результате составляется схема организации связи с указанием числа ОРП и НРП, длин регенерационных участков в секции дистанционного питания.

Рисунок 2 - Схема организации связи на местном участке сети

На основе этой схемы рассчитывается максимальное число организуемых каналов и составляется комплектация необходимого оборудования.

Комплектация оборудования местной сети ИКМ-30 С

Схема организации связи по аппаратуре ИКМ-30С приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема организации связи с помощью аппаратуры ИКМ-30С

В состав комплекса аппаратуры ИКМ-30 входят:

· Аналого-цифровое оборудование (АЦО);

· Оконечное оборудование линейного тракта (ОЛТ);

· Необслуживаемый регенерационный пункт (НРП);

· Комплект контрольно-эксплуатационных устройств (пульты контроля согласующих устройств (ПКСУ), дистанционного контроля регенераторов (ПДКР), служебной связи (ПСС); измерители затухания кабельных линий (ИЗКЛ) и шумов квантования (ИШК); прибор контроля достоверности универсальный (ПДКУ)).

Рисунок 4 - Аналого-цифровое оборудование системы ИКМ-30

· ПП - Приемопередатчик

· ФЛС - Формирователь линейного сигнала

· КОД Ц - Кодер, цифровая часть

· КОД А - Кодер, аналоговая часть

· ДЕКОД - Декодер

· СИ - Согласующее устройство исходящее универсальное

· СВ - Согласующее устройство, входящее для местного шнура

· СВ - Согласующее устройство, входящее для междугородного шнура

· Пкпер - Преобразователь кода передачи

· Пр.Синхр - Приемник синхросигнала

· ДИ - Дискретная информация

· ДК - Делитель канальный

· КС - Блок контроля и сигнализации

· ИК - Блок измерений и контроля

· ГЗ - Генератор задающий

· ДЧ - Делитель частоты

Необходимое количество основных стоек на аппаратуре ИКМ-30 С приведено в таблице 8.

Таблица 8 - Необходимое количество основных стоек

САЦО	СОЛТ	НРП
2	2	37

Рисунок 5 - Схема организации на магистральном участке сети

Комплектация оборудования магистральной сети ИКМ-480

Схема организации связи по аппаратуре ИКМ-480 приведена на рисунке 6.



Рисунок 6 - Схема организации связи с помощью аппаратуры ИКМ-480

В состав комплекса аппаратуры ИКМ-480 входят:

· Аналого-цифровое оборудование (АЦО);

· Стойка вторичного временного группообразования (СВВГ);

· Стойка третичного временного группообразования (СТВГ);

· Оконечное оборудование линейного тракта (ОЛТ);

· Необслуживаемый регенерационный пункт (НРП);

· Обслуживаемый регенерационный пункт (ОРП);

Принципы организации линейного тракта ИКМ-480.Оконечное оборудование линейного тракта размещается на двух стандартных стойках. На стойке оборудования линейного тракта (СОЛТ) размещаются станционные регенераторы, оборудование УТМ, МТМ, и служебной связи. На другой стойке (СДП) размещается оборудование дистанционного питания двухчетверичных цифровых трактов. Ток дистанционного питания 400 мА, максимальное напряжение 1700 В. В полусекцию обслуживания входит до 40 НРП.

Промежуточное оборудование размещается в контейнерах, устанавливаемых в грунт. Конструкция контейнера унифицирована для многоканальных аналоговых и цифровых систем передачи по коаксиальным кабелям. Длина участка регенерации может изменяться от 2,75 до 3,15 км. Частота ошибок одного линейного регенератора не более 10^-10. Дистанционный контроль верности обеспечивается с помощью обнаружителей ошибок, размещаемых непосредственно в блоке линейного регенератора.

Линейный тракт организуется по однокабельной схеме. Служебная связь между оборудованием ЧВГ осуществляется по цифровому каналу, между промежуточными станциями - по ВЧ и НЧ каналам служебной связи. Телеконтроль осуществляется без перерыва связи.

Необходимое количество основных стоек на аппаратуре ИКМ-30 С приведено в таблице 9.

Таблица 9 - Необходимое количество основных стоек

САЦО	СВВГ	СТВГ	СОЛТ	НРП	ОРП
8	2	2	2	273	4

5. Расчет требуемой защищенности на входе генератора

Допустимое значение вероятности ошибки для одного регенератора определяется как:

P_ош1 = Р'_ош Чl_Р.                                         (4.1)

Значение Р'_ош можно определить следующим образом.

Если принять, что вероятность ошибки при передаче цифрового сигнала между двумя абонентами не должна превышать значения Р_ош = 10^-6  при организации международной связи (см. рисунок 7, а), то при равномерном распределении ошибок на отдельных участках национальной сети, т.е. ВСС, получим значения Р_{ош уч}= 10^-7 (см. рисунок 7, б).

 

а) при международной связи; б) при номинальной цепи при использовании ЦСП.

Рисунок 7 - Схема организации связи

В этом случае Р'_ош  равно:

Р'_ош = Р_{ош уч}/L_уч,                                          (4.2)

где L_уч - длина участка номинальной цепи основного канала (ОЦК), на котором используется ЦСП, км (см. рисунок 7, б).

Вероятность ошибки для одного участка регенерации определяется по формуле

P_ош1=P_ош / n,                                           (4.3)

где P_ош = 10^-7 вероятность ошибки на весь линейный участок;

n - сумма НРП и ОРП на линейном участке (взять из расчетов п.2).

Для местной сети:

Р'_ош = Р_{ош уч}/L_уч,=10^-7/91=10^-9

P_ош1=P_ош / n= 10^-7/38 = 2•10^-9

Для магистральной

Р'_ош = Р_{ош уч}/L_уч,=10^-7/859=1,1•10^-10

P_ош2=P_ош / n= 10^-7/277 = 3,6•10^-10

Полученные значения должны быть в пределах неравенства  10^-15 <Р_ош< 10^-4, наши расчеты удовлетворяют это условие.

Вероятность ошибки в регенераторе связана с защищенностью сигнала от помех в трансформаторах.

Для оценки требуемого значения защищенности, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибок, можно воспользоваться следующим выражением:

А_з.треб= 4,63 + 11,42•lg lg P_ош1^-1 + 20 lg (m_у-1) + ДА_З,             (4.4)

где  m_у - количество уровней кода в цифровом линейном тракте;

ДА_З - запас помехозащищенности, учитывающий не идеальность узлов регенератора и влияние различных дестабилизирующих факторов.

Для местного участка:

А_з.треб= 4,63 + 11,42•lg lg (2•10^-9) ^-1 + 20 lg (3-1) + 11=32,69дБ

Для магистрального участка:

А_з.треб= 4,63 + 11,42•lg lg (3,6•10¹⁰⁹) ^-1 + 20 lg (3-1) + 11=33,3дБ

Два первых слагаемых определяют значение А_з.треб  для двухуровневых кодов, а третье слагаемое - необходимое увеличение защищенности при увеличении количества уровней в коде.

6. Расчет ожидаемой защищенности на входе регенератора

6.1 По симметричным кабелям

Основными видами помех в линейном тракте ЦСП являются межсимвольные и переходные помехи, тепловые шумы, помехи, вызванные наличием несогласованностей на участках регенерации, а также помехи от устройств коммутации и индустриальные. Главной причиной появления межсимвольных помех являются искажения цифрового сигнала, вызванные ограничением полосы пропускания линейного тракта в области как нижних, так и верхних частот. Переходные помехи появляются вследствие взаимного переходного влияния между парами кабеля, причем при организации линейного тракта по однокабельной системе наиболее существенны влияния на ближний конец, а при использовании двухкабельной системы - переходные влияния дальний конец и через третьи цепи.

Если применяется однокабельная система связи, то при расчете учитываются переходные помехи на ближнем конце. В этом случае ожидаемая защищенность от переходных помех определяется как:

А_{з ож} = А_о (f_расч) - a(f_расч)l_р -10lgN_с ,                         (5.1)

где А_о (f_расч) - переходное затухание на ближнем конце на расчетной частоте, дБ;

N_с-число систем, работающих по данному кабелю;

a(f_расч) - затухание кабеля на расчетной частоте, дБ/км, рассчитано в разделе 2.2.

Значение f_расч зависит от типа кода в линейном тракте (для двухуровневых кодов, f_расч = f_т,  а для трехуровневых кодов f_расч=f_т/2).

 Переходное затухание на ближнем конце А_о при длине кабеля свыше нескольких сотен метров практически остается постоянным (т.е. при расчетах можно использовать значение на строительную длину кабеля), а с ростом частоты уменьшается со скоростью примерно 4,5 дБ на октаву.

А_о (f_расч)= А_0стр (1МГц) - 15lgf_расч  ,                         (5.2)

где А_0стр(1МГц) - переходное затухание на ближнем конце на строительной длине кабеля на частоте 1 МГц, дБ .

Если  используется 2-х кабельная система, то при расчете учитываются переходные помехи на дальнем конце.

В этом случае ожидаемая защищенность от переходных помех определяется как:

А_зож = А_l(f_расч) - a(f_расч) · l_р - 10lgN_с;                                             (5.3)

А_l(f_расч)= А_lстр (f_расч) - 10lg(l_р /l_стр) + a(f_расч) · (l_р -l_стр);             (5.4)

А_lстр(f_расч) = А_lстр (1МГц) - 20lgf_расч;                               (5.5)

А_1стр(1МГц) - переходное затухание на дальнем конце на строительной длине кабеля на частоте 1 МГц, дБ

l_стр=825м = 0,825 км,

a(f_расч) - затухание кабеля на расчетной частоте, дБ/км рассчитано в разделе 2.2;

 - рассчитанная длина участка регенерации.

Расчеты по симметричным кабелям

Для местного участка:

Для кабеля КСПП 1х4х1,2 применяем однокабельную систему связи

А_о (f_расч)= А_0стр (1МГц) - 15lgf_расч =70 -15lg1,024 =69,8дБ

А_{з ож} = А_о (f_расч) - a(f_расч)l_р -10lgN_с = 69,8 -21,85 - 10lg2 =44,95 дБ

Для магистрального участка:

Т.к. кабель МКТ - 4 является симметричным, то будем использовать двухкабельную организацию связи.

А_lстр(f_расч) = А_lстр (1МГц) - 20lgf_расч= 90 - 20lg17 = 65,39дБ

А_l(f_расч)= А_lстр (f_расч) - 10lg(l_р /l_стр) + a(f_расч) · (l_р -l_стр)= 65,39-10lg(3,7) +21,88 · 2,275 = 109,49 дБ 

А_зож = А_l(f_расч) - a(f_расч) · l_р - 10lgN_с =109,49 - 21,88 · 3,1-10lg2=38,69 дБ

После выполнения расчетов можно сделать вывод о соотношении

А_зож и А_треб, при использовании однокабельной системы ожидаемая защищенность превышает требуемую, что говорит о ее преимуществе, а при использовании двухкабельной системы значения требуемой и ожидаемой практически одинаковы, что так же говорит, о том что двухкабельная система также соответствует, удовлетворяет необходимые условия защищенности.

6.2 По коаксиальным кабелям

При работе по коаксиальным кабелям всегда применяется однокабельная система.

Тогда ожидаемая защищенность от собственных помех на входе регенератора  будет равна

А_{з ож}= Р_пер + 101 - 10lgF - 10lg(f_т/2) - 10lg h(Ац) ,           (5.6)  

10lgh(Ац)=1,175·Ац - 20, дБ,

А_{з ож}= Р_пер + 121 - 10lgF - 10lg(f_т/2) - 1,175Ац  ,            (5.7)  

Р_пер = 10lg(U²_пер · 10³/Z_в),

U_пер = 3В,

Z_в - выбирается по таблице 12 приложения Б;

F - коэффициент шума корректирующего усилителя;

Ац=a(f_расч)^.,

a(f_расч) - затухание кабеля на расчетной частоте, дБ/км рассчитано в разделе 2.2;

 - рассчитанная длина участка регенерации.

Для местного участка:

Ац=a(f_расч)^.=21,85дБ

10lgh(Ац)=1,175·Ац - 20 = 1,175·21,88 -20 = 5,67дБ

Р_пер = 10lg(U²_пер · 10³/Z_в) = 10 lg(3² · 10³/160) =17,5

А_{з ож}= Р_пер + 121 - 10lgF - 10lg(f_т/2) - 1,175Ац  = 17,5+101 - 10lg5 - - 10 lg(17) - 5,67 = 105,83 дБ

Для магистрального участка:

Ац=a(f_расч)^.=21,88·3,1 = 67,8дБ

10lgh(Ац)=1,175·Ац - 20 = 1,175·67,8 -20 = 59,69дБ

Р_пер = 10lg(U²_пер · 10³/Z_в) = 10 lg(3² · 10³/73) =20,9

А_{з ож}= Р_пер + 121 - 10lgF - 10lg(f_т/2) - 1,175Ац  = 20,9+101 - 10lg5 - - 10 lg(17) - 59,69 = 43,01 дБ

7. Расчет требуемого числа уровней квантования

В ЦСП в результате квантования сигнала по уровню возникают ошибки, поскольку реальные мгновенные значения сигнала округляются до разрешенных уровней квантования. Эти ошибки, суммируясь с исходным сигналом, воспринимаются как флуктуационные шумы с равномерной спектральной плотностью.

В случае равномерного квантования, когда каждый шаг квантования имеет величину  ?U_p, мощность шума квантования в полосе частот канала ?F равна

Р_шк = (?U_Р ²/12)(2?F /f_д),                                    (6.1)

где f_д - частота дискретизации сигнала.

Очевидно, чем меньше шаг квантования, тем меньше и мощность шумов квантования, но при этом число шагов квантования должно быть пропорционально больше, чтобы охватить весь динамический диапазон сигнала. Поскольку число шагов квантования связано с разрядностью кода, а следовательно, и со скоростью передачи, необходимо оценить, прежде всего, динамический диапазон квантуемого сигнала. Для этого воспользуемся экспериментально найденными статистическими законами распределения динамических уровней (волюмов) и мгновенных значений сигнала.

Известно, что плотность вероятности распределения волюмов соответствует гауссовскому закону распределения (см. рисунок 5.а)

W(y)=1/(у_У?2р )Ч exp [-(y-y₀)²/2Ч у_У],                        (6.2)

где у₀ - среднее значение волюма, дБ;

у_У - его среднестатистическое отклонение, дБ.

График плотности распределения мощностей соответствующих динамическим уровням, показан на рисунке 8.б, его максимум соответствует волюму, но значение средней мощности очевидно, смещено вправо, поскольку мощности не принимают отрицательных значений. Из математической статистики известно, что уровень средней мощности может быть подсчитан по формуле

Р_ср = у₀+(ln 10/20) у_y²=у₀+0,1151 у_y²,                         (6.3)

а средняя мощность Р_ср = 10^0,1р_ср, мВт

 

Рисунок 8 - Распределение вероятности волюмов

а) гауссовский закон; б) график плотности распределения мощностей, соответствующим динамическим уровням.

Мгновенные значения речевых сигналов распределены по закону, близкому к двустороннему экспоненциальному закону

W(u)=(б/2) exp (-б|u|),

причем часто считают, что

б??2/U_с, где U_с

- эффективное значение сигнала (см. рисунок 8).

Рисунок 9 - Закон распределения мгновенных значений сигнала

Будем считать максимальное значение сигнала U_макс то, которое  может быть превышено с вероятностью, не более 10^-3.

Тогда

10^-3=0,5 exp (-б|U_макс|),

U_макс б??2/Uc = 4,933 U_c.

Q_пик = 20 lg (U_макс/U_c) = 10 lg (P_макс/Р_ср)=р_макс - р_ср

Таким образом,

р_макс = р_ср+Q_пик,                                        (6.4)

Согласно рекомендациям МСЭ-Т следует принимать P_макс для ЦСП равным +3 дБм0.

Заметим, что кодеры конструируют обычно так, что их напряжение ограничения соответствует максимальному напряжению сигнала, то есть

U_огр=U_макс= 0,7746Ч10^0.05Р_макс, В                          (6.5)

Очевидно, что для волюмов, превышающих среднее значение, должны резко возрастать помехи из-за шумов ограничения. Однако здесь, видимо, сказывается психологический фактор - при слишком большой громкости, сопровождаемой искажениями, абоненты начинают говорить тише. При малых волюмах такая «саморегулировка» невозможна и поэтому расчет ведется для минимального сигнала, который соответствует минимальному напряжению минимального волюма. Минимальный волюм у_мин определяется как

У_мин = у_о - 3,09у_у ,                                      (6.6)

...