Построение цифровых систем передачи

где 3,09 - аргумент интеграла вероятности, указывающий, что случай у<у_мин может наблюдаться с вероятностью ? 10^-3.Учитывая двусторонний экспоненциальный закон распределения (см. рисунок 6 левая часть) мгновенных значений сигнала (ведь и сигнал самого малого волюма должен быть обработан и передан с необходимо высоким качеством), получаем окончательно

р_мин = у_мин - Q_пик,                                    (6.7)

а с учетом (6.3),(6.4),(6.6) находим динамический диапазон сигнала

D_c = р_макс - р_мин = 2 Q_пик+3,09у_у+0,115у_у² .          (6.8)

Величина шага квантования

?U_Р=2U_огр/N_кв,         (6.9)

где N_кв - число шагов квантования, причем N_кв=2^m_Р;

m_p- число разрядов двоичного кода при равномерном квантовании.

Тогда минимальная защищенность от шумов квантования (для наименьших сигналов) с учетом псофометрического коэффициента К_П=0,75, полосы канала ТЧ ?F=3,1 кГц и частоты дискретизации f_Д=8 кГц составит:

А_{з.кв.мин.}=10 lg [Р_мин/(Р_шкК_п²)]=10 lg

=10 lg (3/2) + 10 lg(f_Д/?F)-20 lg К_П - D_с+m_p20 lg 2=6m_p-D_с+7,3, дБ. (6.10)

Порядок расчетов:

Максимальный и минимальный уровни сигнала:

Р_макс = у₀+ 3у_у + Q_пик = -14+ 18 +15 =19дБ               (6.11)

Р_мин = y₀ - 3 у_у= -14-18=-32 дБ                            (6.12)

где у₀ - среднее значение сигнала,

3 у_у - среднеквадратическое отклонение волюма сигнала.

Динамический диапазон сигнала

Д_с = Р_макс - P_мин  = 19- (-32) =51                         (6.13)

Минимальная защищенность от шумов квантования равна

А_{з.кв.мин} = = 6Чm_p - D_с + 7,3                               (6.14)

Зная Д_с и А_{з.кв.мин} находим число разрядов двоичного кода при равномерном квантовании

m_p = (А_{з.кв.мин} + Д_с - 7,3)/6 = (26+51-7,3)/6  =11,6 ?12      (6.15)

Полученное значение округлить до целого числа.

Число уровней квантования  N_кв = 2= 2¹²=4096  

Величина шага квантования при равномерном квантовании будет равна:

у_р = 2U_огр/N_кв = (2•6,9)/4096 = 3,3•10³                      (6.16)

где U_огр - напряжение ограничения.

 

U_огр = U_мах = 0,7746•10^{0.05Pмакс} =0,07746 •10^0.95=6,9 В     (6.17)

 

P_макс= +3дБм - по рекомендации МСЭ-Т для ЦСП.

Мощность шума квантования в полосе частот

P_ш.кв=у ²_р /12= (3,3•10³)²/12 = 9,45•10^-7                  (6.20)

Использование равномерного квантования не является оптимальным. В реальных системах ИКМ с временным разделением каналов используется неравномерное квантование, которое может быть осуществлено различными способами:

1) сжатием динамического диапазона сигнала перед равномерным квантованием и последующим компенсирующим расширением его после линейного декодирования;

2) непосредственно в кодирующем устройстве, т.е. путем применения нелинейного кодирующего устройства;

3) с помощью соответствующего цифрового преобразования сигнала, формируемого на выходе линейного кодера, т.е. кодера с равномерной характеристикой (цифровое компандирование).

При неравномерном кодировании используются 8 мм разрядные коды, т.е. число уровней квантования равно 256. При использовании нелинейного кодирования с характеристикой компадирования А 87,6/13 шаг квантования ?U_н постоянен внутри каждого сегмента и увеличивается в 2 раза при переходе к каждому следующему сегменту, номер которого больше 1. В этом случае для 1-го сегмента можно записать:

?U_н1 = ?U_н0;  ,при i=1а,1б;

2^i-1?U_н0; при i=2,…7.

При этом

?U_н0 =2^-11 ?U_огр.

В каждом сегменте размещается 16 шагов квантования (1-16, 17-32,…113-128). Обозначим U_вх/U_огр = х. Учитывая, что 0 ? х ? 1, найдем х_н и х_в, - соответствующие нижней и верхней границам каждого сегмента (см. таблицу 10).

Таблица 10

№ сегмента	1а	1б	2	3	4	5	6	7
ХН	2-?=0	2-7	2-6	2-5	2-4	2-3	2-2	2-1
ХВ	2-7	2-6	2-5	2-4	2-3	2-2	2-1	2-0 =0

 

Определим защищенность от шумов квантования в пределах i-ого сегмента. Границы сегментов при кодировании с характеристикой А87,6/13.

Для сегментов 1а, 1б

А_з.кв.i=10 lg[P_с/(P_шкК_п²)]= 10 lg{(U_огр х_i)²/[(?U_н0 ²/12)(2?FK_п²/f_д)]},    (6.30)

а с учетом равенства

?U=2^-11U_огр, ?F=3.1 кГц и К_п=0,75,

имеем

 

А_з.кв.i=20 lg x_i+80.6, дБ.                                   (6.31)

1а: А_з.кв. (х_н) =20 lg2^-? +80.6 = -?

А_з.кв. (х_в) =20 lg2^-7 +80.6 = - 42,14дБ

1б: А_з.кв. (х_н) =20 lg2^-7 +80.6 = - 42,14дБ

А_з.кв. (х_в) =20 lg2^-6 +80.6 =36,12 дБ

Для сегментов с i = 2, 3…7:

 

A_{з кв.i}=20lg(х_i 2^12-i) + 14.4 дБ;                                (6.32)

2: A_{з кв.2}(х_н) =20lg(2^-62^12-2) + 14=38,4 дБ

 A_{з кв.2}(х_в) =20lg(2^-52^12-2) + 14=44,5 дБ

3: A_{з кв.3}(х_н) =20lg(2^-52^12-3) + 14=38,4 дБ

 A_{з кв.3}(х_в) =20lg(2^-42^12-3) + 14=44,5 дБ

4: A_{з кв.4}(х_н) =20lg(2^-42^12-4) + 14=38,4 дБ

 A_{з кв.4}(х_в) =20lg(2^-32^12-4) + 14=44,5 дБ

5: A_{з кв5}(х_н) =20lg(2^-32^12-5) + 14=38,4 дБ

 A_{з кв.5}(х_в) =20lg(2^-22^12-5) + 14=44,5 дБ

Аналогично для сегментов № 6,7

,                                   (6.33)

где  = 3дБм.

1а: Р_вх. (х_н) =3+20 lg2^-? = -?

  Р_вх. (х_в) =3+20 lg2^-7 = - 39,14дБ

1б: Р_вх. (х_н) =3+20 lg2^-7 = -39,14дБ

  Р_вх. (х_в) =3+20 lg2^-6 = - 33,12дБ

2: Р_вх. (х_н) =3+20 lg2^-6 = -33,12дБ

  Р_вх. (х_в) =3+20 lg2^-5 = - 27,1дБ

3: Р_вх. (х_н) =3+20 lg2^-5 = -27,1дБ

  Р_вх. (х_в) =3+20 lg2^-4 = - 21дБ

4: Р_вх. (х_н) =3+20 lg2^-4 = -21дБ

  Р_вх. (х_в) =3+20 lg2^-3 = - 15дБ

5: Р_вх. (х_н) =3+20 lg2^-3 = -15дБ

  Р_вх. (х_в) =3+20 lg2^-2 = - 9дБ

6: Р_вх. (х_н) =3+20 lg2^-2 = -9дБ

  Р_вх. (х_в) =3+20 lg2^-1 = - 3дБ

7: Р_вх. (х_н) =3+20 lg2^-1 = -3дБ

  Р_вх. (х_в) =3+20 lg2^-0 = 3дБ

Подставляя в (6.31) и (6.32) значения X_НI и  X_ВI , взятые из таблицы 10, можно оценить минимальное А'_з.кв и максимальное А"_з.кв - значения защищенности для начала и конца соответствующего сегмента характеристики. Данные расчета занести в таблицу 11.

 

Таблица 11

№сег	1а	1б	2	3	4	5	6	7
Аз кв(хн)	-?	-42,14	38,4	38,4	38,4	38,4	38,4	38,4
Аз кв(хв)	- 42,14	-36,12	44,5	44,5	44,5	44,5	44,5	44,5
Р(хн)	-?	39,14	-33,12	-27,1	-21	-15	-9	-3
Р(хв)	-39,14	-33,12	-27,1	-21	-15	-9	-3	3

 

В сегментах 1а и 1б шаг квантования постоянен и равен  ?U_н0. Таким образом, при любом уменьшении U_вх (х_i от значения 2^-6 ) будет пропорционально снижаться и А_з.кв  также, как и при равномерном квантовании.

Построить зависимости А_{з кв} х_н  = f (Рх_н )



Рисунок 10-График зависимости А_{з кв} х_н  = f (Рх_н )

Рисунок 11 - График зависимости А_{з кв} х_в  = f (Рх_в ).

Так как в формуле

A_{з кв.}=20lg(X_i 2^12-I) + 14.4 дБ

вне зависимости от 1 величины X_i 2^12-I =const, то и защищенность от шумов квантования Аз кВ будет одинакова во всех сегментах, линейно возрастая от А'_{з кв} до А»_{з кв}

В сегменте 1а и 1б шаг квантования постоянен и равен ?U_но. Таким образом, при любом уменьшении U_вх (от значения X_i 2^-6 ) будет пропорционально снижаться и A_з также, как и при равномерном квантовании.

При х>1 защищенность сигнала резко падает за счёт появления шумов ограничения.

8. Расчет шумов оконечного оборудования

Практически во всех ЦСП используется равномерная дискретизация сигналов во времени, то есть дискретизация с постоянным периодом Т_Д, а отклонение от этого периода ?t_i носят случайный характер. Эти отклонения приводят к изменению формы принимаемого сигнала, как это показано на рисунке 12, что субъективно воспринимается как характерная помеха, называемая шумами дискретизации.

Величины ?ti определяются главным образом низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов, вызванными неточностью работы линейных регенераторов, и нестабильностью задающих генераторов станций передачи.

Рисунок 12 - Изменение формы принимаемого сигнала при изменении периода дискретизации

Если величину отклонения, вызванного нестабильностью задающих генераторов, обозначить как а_д, а вызванного фазовыми флуктуациями, как b_д, то считая, что между ними отсутствует статистическая связь, можно показать, что мощность шумов дискретизации на переприемном участке не будет превышать

Р_шд< р²U_с² (а_д² + b_д²),                                (7.1)

причем U_с - эффективное напряжение сигнала.

Поскольку щ_д = 2р/Т_д, то, введя относительные отклонения периода а_д=б_д/Т_д и b_д=в_д/Т_д, можно записать формулу для мощности шумов дискретизации

Р_шд< р²U_с² (а_д² + b_д²).                                     (7.2)

В этом случае защищенность сигнала от шумов дискретизации запишется как

А_зд?10Чlg[р²(а_д² + b_д²)]^-1  .                                (7.3)

 

В основном цифровом канале (ОЦК) с переприемами защищенность снизится на

10 lg(n_пп +1),

где n_пп - общее число переприемов как по ТЧ, так и по цифровым потокам.

Экспериментально показано, что в канале ТЧ, образованном на базе ОЦК (Т_д=125мкс), предельная величина ?ti не должна превышать 810нс. Это соответствует минимально допустимой защищенности от шумов дискретизации в канале ТЧ А_зд=34дБ. Однако номинальная цепь ОЦК первичной сети может содержать до 59 переприемов, к числу которых следует добавить два возможных переприема на абонентских участках. Таким образом, количество переприемных участков может достигать 61, а А_зд в канале, образованном на базе ОЦК без переприемов, должна быть не менее

А_{з.треб.макс}= 34+10lg (61+ 1) ? 52 дБ.                                       (7.4) 

Поскольку стабильность генераторного оборудования нормирована, в нашу задачу входит определение предельной величины НЧ фазовых флуктуаций, при которой еще обеспечивается заданная защищенность от шумов дискретизации. Расчет осуществляется в следующем порядке:

а) для ОЦК данного канала ТЧ (структура которого определена в задании на проектирование) определяется требуемая защищенность от шумов дискретизации

 

А_з.треб= А_{з.треб.макс}- 10 lg (n_пп + 1) = 52 - 10 lg(n_пп + 1),           (7.5)

 

где n_пп - число всех переприемов в ОЦК, как по ТЧ, так и по цифровому потоку;

б) определяется сумма квадратов относительных нестабильностей генераторного оборудования для всех участков данного ОЦК  а²_Д? (значения относительных нестабильностей равны 5Ч10^-5, 3Ч10^-5, 2Ч10^-5, 1,5Ч10^-5 для генераторного оборудования первичных, вторичных, третичных и четвертичных ЦСП соответственно);

в) посредством преобразования неравенства (7.3), определяется допустимая относительная величина отклонения из-за НЧ фазовых флуктуаций (b_д) на отдельном участке ОЦК (считаем, что b_д одинаковы для всех участков)

;                            (7.6)

b_д = [((10^-0.1•3.4/3,14²) -5•10^-5))/(32)] = 9,04

г) по величине b_д находится относительная величина фазовой флуктуации импульсов В_ФФ  в линейных трактах на каждом из участков (местном, внутризоновом и магистральном), которая, очевидно, должна быть во столько раз больше b_д, во сколько тактовая частота сигнала в соответствующем линейном тракте f_Т больше частоты дискретизации f_Д (обычно равной 8 кГц)

;                                             (7.7)

Для местного участка:

В_фф= 2048/8=256 Гц

Для магистрального участка:

В_фф= 34/8=425 Гц

д) по величине В_ФФ находится абсолютная величина отклонения периода дискретизации

?T_i = В_ФФЧТ_д, мкс,        при Т_д = 125 мкс.                  (7.8)

Для местного участка:

?T_i = В_ФФЧТ_д = 256•125 =32000 мкс

Для магистрального участка:

?T_i = В_ФФЧТ_д = 425•125 =53125 мкс

9. Расчет надежности ЦСП

Системы передачи с позиции теории надежности представляют собой сложные динамические системы, т.е. совокупность технических устройств или элементов, взаимодействующих в процессе выполнения производственных задач на основе определенной функциональной взаимосвязи.

Характерная особенность СП, как сложных динамических систем, состоит в рассредоточенности их оборудования и аппаратуры на больших территориях.

В теории надежности важным понятием является объект, т.е. изделие определенного целевого назначения. В нашем случае объектами могут быть многоканальные системы передачи, их аппаратура и оборудование, устройства, узлы, блоки и элементы.

Под надежностью системы передачи понимается свойство обеспечивать при заданных условиях эксплуатации передачу информации между абонентами с сохранением во времени параметров каналов и трактов в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Надежность СП и ее элементов является комплексным свойством и в зависимости от условий эксплуатации и назначения характеризуется безотказностью, сохраняемостью, ремонтопригодностью и долговечностью.

Оборудование СП, каналов и трактов является восстанавливаемым, т.е. его эксплуатация представляет чередование интервалов работоспособности и простоя. В момент простоя происходит восстановление работоспособности, и оборудование системы передачи вновь работает до отказа.

Опыт эксплуатации СП показывает, что плотность распределения наработки между отказами подчиняется экспоненциальному закону и изменению параметра потока отказов во времени, аналогично интенсивность отказов примерно постоянна л (t) ? л, тогда вероятность безотказной работы

P(t) ? e^-lt 

Под вероятностью безотказной работы понимается вероятность того, что в пределах заданного интервала времени 0 - t отказ не возникает.

Среднее время безотказной работы при нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов

T_ср = 1/л.

При оценке надежности некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов. Например, q₁(t), q₂(t),…q_N(t) - вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0…t, N - количество элементов в системе. Отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы, т.к. в системе передачи все узлы соединяются друг с другом последовательно. Поэтому вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных узлов.

, (7.9)

где - интенсивности отказов отдельных ее элементов.

, (8.0)

где .

Среднее время безотказной работы в течение заданного времени определяется для t₁= 24 часа (сутки), t₂ = 720 часов (месяц), t₃ = 2160 часов (3 месяца), t₄ = 4320 часов (6 месяцев), t₅ = 8760 часов (год).

Работоспособность оборудования СП, каналов и проектов характеризуется коэффициентом готовности:

. (8.1)

Рисунок 13 - Структурная схема преобразования

Расчет суммарной эффективности отказов для образования, размещенного в ОП1 и ОП2 определяется выражением:

, (8.2)

где и - соответственно, число комплектов и интенсивности отказа одного комплекта заданного оборудования,

- протяженность участка ЦСП.

Таблица 12 - Показатели надежности аппаратуры ЦСП

Тип оборудования (один комплект)	САЦК-1	ВВГ	ТВГ	ЧВГ	СДП	ОЛТ
Среднее время между отказами, ч	20000	87600	150000	17000	87600	87600

Таблица 13 - Интенсивности отказов и время восстановления сигналов одного комплекта заданного оборудования

Наименование элемента	АОП	ВВГ	твг	чвг	ОЛТ	сдП	НРП	Один км кабельной линии
л, 1/ч	2·10-6	3·10-6	3·10-6	4·10-6	2·10-6	1·10-6	3·10-6	7·10-6
ТВ, ч	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	2,5	5,0

Подставив в формулу (8.2) числовые данные из таблицы 13, определим суммарную эффективность отказов с учетом структурной схемы преобразования ЦСП:

1) для ИКМ-30 С

1/ч;

2) для ИКМ-480

1/ч.

Так как для всех элементов ЦСП время восстановления одинаково и равно 0,5 ч, то среднее время восстановления для всех типов ЦСП будет одинаковым и равным 0,5 ч. Исходя из полученной интенсивности отказа , можно определить коэффициент простоя:

. (8.3)

Подставив числовые данные в формулу (8.3), получим:

1) для ИKМ-30 С

;

2) для ИКМ 480

.

Подставим числовые значения в формулу (8.1) и определим вероятность безотказной работы для t₁= 24 часа (сутки), t₂ = 720 часов (месяц), t₃ = 2160 часов (3 месяца), t₄ = 4320 часов (6 месяцев), t₅ = 8760 часов (год):

1) для ИКМ-30 С

;

;

;

;

.

2) для ИКМ-480

;

;

;

;

.

Суммарная интенсивность отказов для оборудования НРП определяется с учетом того, что НРП структурно состоит из двух комплектов ОЛТ

l_НРП = N_НРП Ч2л_ОЛТ  .                                                      (8.6)

Для ИКМ - 30С:

л_НРП = N_НРП ?2л_ОЛТ= 37•2•2•10^{-6 =}148•10^-6

Для ИКМ - 480С:

л_НРП = N_НРП ?2л_ОЛТ= 273•2•2•10^{-6 =}1092•10^-6

При оптимальной стратегии восстановления с учетом того, что время подъезда составит в этом случае t = 2 часа, имеем по типу выражение

. (8.7)

Подставив числовые данные в формулу, получим:

Для ИКМ-30 С:

.

Для ИКМ-480:

На основе полученных результатов можно вычислить суммарный коэффициент простоя К_П системы при традиционной стратегии:

. (8.8)

1) для ИКМ-30 С

2) для ИКМ-1920

Заключение

Высокая стоимость линий связи требует разработку таких систем и методов, которые позволяли бы по одной линии передавать большое число независимых сообщений. Такими системами являются многоканальные системы передачи. По каналам образованным с помощью этих систем, передаются различные сигналы электросвязи, которые создаются: в телефонных сетях, в телеграфных сетях, передачи данных, передачи газет и т.д.

В настоящее время многоканальные системы передачи используется для организации магистральной, внутризоновой и местной видов связей. Техника связи во многих странах мира развивается в направлении цифровой сети на основе использования цифровых АТС, связанных между собой каналами и трактами цифровых систем передачи (ЦСП) В этой связи интенсивно развиваются цифровые многоканальные системы передачи, вытесняя постепенно существующие аналоговые системы передачи.

Данный курсовой проект посвящён проектированию каналов цифровых систем передачи.

В этой работе необходимо было рассчитать шумы оконечного оборудования, длину участка регенерации, цепи дистанционного питания для каждого из участков сети. На основе всех этих расчётов составить схему связи для каждого из участков сети, определив при этом комплектацию необходимого оборудования, с учетом всех предъявляемых требований, что и было выполнено в заданной работе.

В каналах ЦСП возникают шумы за счёт ошибок, возникающих в линейных трактах при регенерации цифрового сигнала, оцениваемые вероятностями ошибок. Для обеспечения требований вероятности ошибок необходимо рациональным образом разместить регенераторы в линейном тракте, выполнив соответствующий предварительный расчет по определению размещения регенераторов в линейном тракте.

В процессе выполнения данной работы были рассмотрены такие вопросы, как оценка шумов оконечного оборудования, определение длины участка регенерации, составление схемы магистрали и др. где мы занимались вопросами проектирования условного фрагмента сети связи, содержащего внутризоновый и магистральный участки с использованием электрических кабелей.

На одном из указанных в задании участков предполагалась организация оптической вставки с использованием оптического кабеля. Все эти задания и соответствующие к ним требования, позволяют получать навыки проектирования цифровых каналов передач, а также проектирования определенных заданных участков сети связи (внутризоновых и магистральных) с использованием электрических и оптических кабелей, при построении трактов передачи, что играет немаловажную роль, в будущем, при проектировании реальных цифровых каналов передач.

кабель регенератор магистральный дистанционный

Список литературы

1. Б.Б. Агатаева. Шахматова Г.А. Многоканальные телекоммуникационные системы: МУ к выполнению курсовой работы. - А.: АУЭС, 201

2. В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др. Цифровые и аналоговые системы передачи. -М.: Радио и связь, 1995

3. И.Р. Берганов, В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи. -М.: Радио и связь, 1989.

4. В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др. Цифровые и аналоговые системы передачи. -М.: Радио и связь, 1995

5. И.Р. Берганов, В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи. -М.: Радио и связь, 1989.

Размещено на Allbest.ru

...