Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Кафедра систем телекоммуникаций

Курсовой проект

"Разработка эскизного проекта цифровой системы передачи"

Минск 2010

Содержание

• Введение
• 1. Проектирование блока аналого-цифрового преобразования
• 1.1 Выбор частоты дискретизации
• 1.2 Синтез шкалы нелинейного квантования
• 1.3 Расчет защищенности от шумов квантования для испытательного сигнала
• 1.4 Расчет разрядности кодовой комбинации
• 2. Разработка структуры цикла первичного цифрового сигнала
• 2.1 Состав и временные параметры цикла первичного цифрового сигнала
• 2.2 Выбор структуры сигнала цикловой синхронизации(ЦСС)
• 3. Разработка структуры цикла вторичного цифрового сигнала
• 3.1 Требования к циклу вторичного цифрового потока
• 3.2 Структура цикла вторичного цифрового потока
• 3.3 Определение объема памяти ЗУ БЦС
• 4. Структурная схема аппаратуры оконечной станции
• 4.1 Генераторное оборудование ЦСП
• 4.2 Оконечное оборудование ЦСП
• Заключение
• Литература

Введение

Основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми:

- высокая помехоустойчивость позволяет осуществлять регенерацию этих символов при передаче их по линии связи.

- слабая зависимость качества передачи от длины линии связи. Так, при увеличении длины линии в 100 раз для сохранения неизменным качества передачи информации достаточно уменьшить длину регенерационного участка лишь на несколько процентов.

- стабильность параметров каналов ЦСП.

- эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов.

- возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми системами коммутации являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети, обладающей высокими надежными и качественными показателями.

- высокие технико-экономические показатели. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать оборудование на единых аппаратных платформах. Это позволяет резко снижать трудоемкость изготовления оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габариты. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается их надежность.

Данный курсовой проект предполагает создание эскизного проекта цифровой системы передачи на 150 каналов. Эскизность проекта заключается в том, что полученная система не будет соответствовать существующим стандартам.

1. Проектирование блока аналого-цифрового преобразования

Аналого-цифровое преобразование (АЦП) сигналов является одной из важнейших составляющих цифровых систем. Аналого-цифровое преобразование обычно состоит из следующих последовательных операций: дискретизация, квантование, кодирование, а также мультиплексирование.

Блок АЦП включает устройства, осуществляющие аналого-цифровое преобразование сигналов в направлении передачи, а блок ЦАП - цифро-аналоговое в направлении приема.

Рис.1. Обобщенные структурные схемы канальных АЦП и ЦАП

На рис.1. приведены структурные схемы АЦП и ЦАП. Исходный речевой сигнал может иметь более широкий спектр, чем f₁ - f₂, потому необходимо ограничить верхнюю частоту спектра с помощью ФНЧ. Амплитудно-импульсный модулятор (АИМ) представляет собой ключ, осуществляющий перемножение исходного речевого сигнала с дискретизирующей последовательностью прямоугольных импульсов Uд(t).

На выходе модулятора АИМ-1 формируется сигнал, у которого амплитуда импульсов в пределах их длительности изменяется в соответствии с модулирующим сигналом U_С(t). Для правильной работы кодера необходимо преобразовать сигнал АИМ-1 в АИМ-2. В АИМ-2 сигнале амплитуда в пределах длительности импульса неизменна и равна значению модулирующего сигнала в момент начала отсчета.

Сущность квантования состоит в замене реальной амплитуды импульса значением ближайшего к ней уровня квантования. Разность между двумя соседними уровнями называется шагом квантования. Разность между истинным значением отсчета сигнала и его квантованным значением является ошибкой квантования, которая количественно оценивается мощностью шумов квантования. Каждому уровню квантования ставится в соответствии кодовая комбинация, которая и передается.

В ЦАП производятся те же операции, но в обратном порядке. Декодер ставит в соответствие кодовой комбинации отсчет АИМ-2 сигнала. ФНЧ осуществляет преобразование дискретных отсчетов в непрерывный сигнал, т.е. выделяет полосу частот исходного сигнала U_С(t). Усилитель осуществляет согласование выхода ЦАП по уровню с другим оборудованием.

1.1 Выбор частоты дискретизации

Дискретизация по времени является первым этапом преобразования речевого сигнала в цифровую форму. Согласно теореме В.А. Котельникова, любой сигнал может быть представлен дискретными отсчетами, если выполняется условие:

(1.1)

где - частота дискретизации;

- верхняя частота спектра исходного сигнала.

При выполнении указанного условия спектр исходного сигнала не перекрывается с боковыми спектральными составляющими при частоте дискретизации. Еще одним условием, является необходимость использовать на приемной стороне более простые фильтры. А это требует ввести защитный интервал между спектральными составляющими исходного сигнала и ближайшими к ним составляющими боковых полос, который не должен быть меньше ширины полосы расфильтровки фильтров, используемых в АЦП и ЦАП. Исходя из изложенных требований, выбираем частоту дискретизации.

(1.2)

где - ширина полосы расфильтровки фильтров.

1.2 Синтез шкалы нелинейного квантования

В ЦСП преимущественно используются кодеры с нелинейной шкалой квантования, которые обеспечивают практически равномерную защищенность для сигналов различной мощности и уменьшают число разрядов кодовой комбинации, позволяя тем самым увеличить число каналов при заданной тактовой частоте.

Плотность распределения вероятностей мгновенных значений напряжения Uс(t) речевого сигнала i-го абонента описывается экспоненциальным законом:

(1.3)

где - действующее значение напряжения сигнала i-го абонента;

U - мгновенное значение напряжения сигнала.

На рис.2 приведены зависимости W(U) для сигналов с различными действующими значениями (Uд 1> Uд 2).

Рис.2. Закон распределения вероятностей мгновенных значений напряжения сигналов

Уровень мощности в канале подчиняется нормальному закону распределения:

(1.4)

где p - уровень сигнала абонента, дБ;

p_ср - уровень сигнала среднего абонента, дБ;

- дисперсия уровней сигналов различных абонентов.

Уровни сигналов сильного и слабого абонента определяются по правилу "трех сигм".



Рис.3. Закон распределения вероятностей мгновенных значений уровней различных абонентов

При линейном квантовании шаг постоянен, и сильные абоненты имеют значительный запас по защищенности по сравнению со слабыми абонентами. Отсюда следует, что можно "обменять" запас по защищенности на увеличение шага квантования. При этом защищенность для всех абонентов окажется примерно равномерной, а количество разрядов кодовой комбинации сократится.

Равномерную защищенность от шумов квантования для сигналов различной мощности может обеспечить только оптимальный закон компрессии, который технически нереализуем. Поэтому на практике используют квазиоптимальный А закон компрессии. Квазилогарифмическая А-характеристика описывается следующими выражениями:

(1.5)

где x=U/U_огр - относительное значение напряжения сигнала на входе кодера;

y=U_вых/U_огр - относительное значение напряжения сигнала на выходе кодера;

U_огр - напряжение ограничения кодера, которое на практике принимают равным пиковому значению напряжения сильного абонента;

U - абсолютное значение напряжения сигнала на входе кодера;

U_вых - абсолютное значение напряжения сигнала на выходе кодера.

При практической реализации кодера непрерывная характеристика компрессии (1.5) заменяется кусочно-линейной аппроксимацией: область характеристики квантования, соответствующая сигналам положительной полярности, разбивается на n сегментов, внутри которых шаг квантования остается постоянным, а при переходе от сегмента к сегменту изменяется в 2 раза. Каждый сегмент содержит N уровней квантования. На границах сегментов значения кусочно-линейной функции совпадают со значениями непрерывной функции (1.5). Сегмент с минимальным шагом квантования имеет номер 1, сегмент с максимальным шагом квантования - номер n.

Защищенность для слабых абонентов, попадающих в первый сегмент, будет несколько ниже, чем для остальных абонентов. Обеспечив требуемую защищенность для слабого сигнала, мы автоматически обеспечиваем ее и для более сильных сигналов. В соответствии с этим положением рассчитаем вероятность попадания сигнала в первый сегмент, границы которого равны U1 и 0.

(1.6)

(1.7)

где Ui, Ui-1 - верхняя и нижняя границы i-го сегмента.

 (1.8)

Верхняя граница верхнего сегмента соответствует максимальному напряжению сигнала - напряжению ограничения , отсюда граница i-го сегмента определяется следующим выражением:

(1.9)

Для А-закона граница первого сегмента определяется как:

, (1.10)

где n- количество сегментов.

Подставляя выражения (1.9), (1.10) в выражение (1.8) приходим к следующей формуле:

(1.11)

где Кп - пик-фактор сигнала, определяемый как отношение пиковой амплитуды сигнала к действующему значению, Кп =14 дБ.

Шаг квантования при А-законе равен:

(1.12)

(1.13)

где N - количество уровней квантования в одном сегменте.

С помощью полученных формул определим мощность шума квантования в первом сегменте:

(1.14)

(1.15)

Защищенность по определению есть отношение мощности сигнала к мощности шума:

(1.16)

Построим график защищенности от шумов квантования как функцию количества сегментов и для числа уровней квантования в одном сегменте N_C =4, 8, 16, 32, 64.



Рис.4. График защищенности от шумов квантования для различного количества сегментов и уровней квантования в сегменте

Выбор конкретных значений N и n диктуется тремя условиями:

1) должна обеспечиваться требуемая защищенность А? 23 дБ;

2) количество разрядов кодовой комбинации, зависящее от этих параметров, должно быть минимальным;

3) параметры должны представляться как некоторые числа 2^к где к - целое число.

На основании всего выше сказанного выбираем: nс=8, Nc=8.

Рассчитаем значение коэффициента компрессии. Из (1.5) и (1.10) получаем:

(1.18)

Решив данное уравнение, получаем А=87.557.

Построим сегментную характеристику компрессии:

Рис.5. Нормированная сегментная характеристика компрессии

1.3 Расчет защищенности от шумов квантования для испытательного сигнала

Рассчитаем динамический диапазон кодера:

(1.19)

- дисперсия распределения уровней мощности абонентов, = 5 дБ.

Нормированные значения границ сегментов:

, где i = 1..n _с (1.20)

Нормированные значения шагов квантования в сегменте:

, где i = 1..n _с (1.21)

За испытательный сигнал будем принимать сигнал частотой 1кГц. Его амплитуда изменяется в пределах, соответствующих динамическому диапазону кодера.

Выведем зависимость между количеством прорабатываемых сегментов k и уровнем сигнала p_c, поступающего на вход цифрового канала.

Гармонический сигнал:

(1.22)

Вероятность попадания в i-ый сегмент:

(1.23)

(1.24)

(1.25)

(1.26)

Мощность шумов квантования рассчитывается по формуле:

(1.27)

Подставляя (1.15),(1.21),(1.25) в (1.26) получаем:

(1.28)

Защищенность от шумов квантования для испытательного сигнала рассчитывается по формуле:

(1.29)

Подставив (1.27) в (1.28) получим:

(1.30)

Построим график изменения защищенности от шумов квантования в зависимости от уровня входного испытательного сигнала p_c.

Рис.6. Защищенности от шумов квантования в зависимости от уровня входного испытательного сигнала p_c

1.4 Расчет разрядности кодовой комбинации

цифровой сигнал дискретизация квантование

Каждому уровню квантования ставится в соответствие определенная кодовая комбинация, состоящая из т бит. Так как для кодирования двуполярных сигналов, к которым относится речевой сигнал, используется симметричное кодирование, кодовая группа имеет структуру, показанную на рис.7., и содержит:

Рис.7.Структура кодовой комбинации.

первый бит для кодирования полярности сигнала;

p₁ бит для кодирования номера сегмента;

р ₂ бит для кодирования номера уровня квантования в пределах сегмента.

Разрядность кодовой комбинации при ИКМ для выбранных значений n и N равна:

(1.31)

Определим вид кодовой комбинации для сигналов с амплитудами:

Сигнал попадает в 7-ой сегмент и 3-й шаг квантования (1110011).

(1.32)

Сигнал попадает в 4-й сегмент и 6-й шаг квантования (0011110).

(1.33)

В соответствии с выбранной частотой дискретизации и рассчитанной разрядностью кодовой группы т тактовая частота ИКМ сигнала, соответствующая передаче одного речевого сообщения, определяется выражением:

(1.34)

2. Разработка структуры цикла первичного цифрового сигнала

2.1 Состав и временные параметры цикла первичного цифрового сигнала

В соответствии с общей информационной емкостью ЦСП, обусловленной техническим заданием на КП, N_?=80, распределяется количество каналов, подлежащих объединению на первичной (n₁) и вторичной (n₂) ступенях временного группообразования. При этом n₁•n₂= N_?.

Выберем n₁=20, n₂=4 так как желательно, чтобы количество каналов n₁, объединяемых на первичной ступени временного группообразования, лежало в пределах 20…35 каналов.

При формировании первичного цифрового сигнала (ПЦС) используется синхронный метод объединения. Цикл ПЦС, т.е. интервал времени, в течение которого передаются кодовые комбинации всех n₁ сигналов, равен:

(2.1)

Для передачи сигналов цикловой, сверхцикловой синхронизации, сигналов управления и взаимодействия и других служебных сигналов в цикл вводится дополнительно 2 канальных интервала. При d=2, число канальных интервалов в цикле:

(2.2)

Следовательно, длительность канального интервала:

(2.3)

Длительность тактового интервала:

(2.4)

Скорость первичного цифрового сигнала:

(2.5)

Циклы объединяются в сверхциклы. В течение одного сверхцикла передаются сверхцикловой синхросигнал (СЦСС) и информация всех сигнальных каналов (каналов СУВ) от каждого абонента. Для этих сигналов выделяется один канальный интервал в каждом цикле, который, как правило, располагается по середине цикла. Для передачи СУВ одного информационного канала достаточно двух бит, поэтому при m?4 в одном канальном интервале можно передавать сигналы для двух информационных каналов. С учетом этого каждый сверхцикл состоит из N* циклов.

(2.6)

Длительность сверхцикла:

(2.7)

СУВ в сверхцикле по циклам распределяются следующим образом:

1й цикл	--	СЦСС
2й цикл	--	СУВ для	1-го и	16-го	абонентов
3й цикл	--	СУВ для	2-го и	17-го	абонентов
4й цикл	--	СУВ для	3-го и	18-го	абонентов
5й цикл	--	СУВ для	4-го и	19-го	абонентов
6й цикл	--	СУВ для	5-го и	20-го	абонентов
7й цикл	--	СУВ для	6-го и	21-го	абонентов
8й цикл	--	СУВ для	7-го и	22-го	абонентов
9й цикл	--	СУВ для	8-го и	23-го	абонентов
10й цикл	--	СУВ для	9-го и	24-го	абонентов
11й цикл	--	СУВ для	10-го и	25-го	абонентов
12й цикл	--	СУВ для	11-го и	26-го	абонентов
13й цикл	--	СУВ для	12-го и	27-го	абонентов
14й цикл	--	СУВ для	13-го и	28-го	абонентов
15й цикл	--	СУВ для	14-го и	29-го	абонентов
16й цикл	--	СУВ для	15-го и	30-го	абонентов

2.2 Выбор структуры сигнала цикловой синхронизации(ЦСС)

Первичный цифровой сигнал можно рассматривать как совокупность следующих друг за другом циклов. В течение одного цикла, передается по одной кодовой комбинации каждого абонента, а также некоторая дополнительная служебная информация.

Цикловая синхронизация реализуется путем ввода дополнительной избыточности, а именно циклового синхросигнала, в групповой ИКМ сигнал и анализа принимаемого цифрового сигнала на приемной стороне в приемнике синхросигнала (ПрСС).

Цикловой синхросигнал представляет собой кодовое слово определённой структуры, занимающее жестко установленное место в цикле. Постоянство структуры и периодичность повторения являются признаками, по которым возможно обнаружение цифрового синхросигнала и определение порядка расположения в данном потоке его компонентных составляющих: информационных символов и символов, несущих другую информацию.

В большинстве случаев приемники ЦСС построены по принципу скользящего поиска с одноразрядным сдвигом.

К системе цикловой синхронизации применяются следующие требования:

количество циклов, в которых система обнаруживает ложные синхросигналы на одних и тех же позициях, но не переходит при этом в состояние синхронизма, должно быть как можно больше.

количество циклов, в которых система "перепроверяет" наличие истинного синхросигнала, должно быть как можно меньше.

количество циклов, в которых истинный синхросигнал искажен, но система не регистрирует сбой синхронизации, должно быть как можно больше.

Для удовлетворения этих требований в состав приемника синхросигнала вводят два накопителя. Накопитель по входу в синхронизм не позволяет системе входить в состояние ложного синхронизма, пока количество ложных синхрогрупп, появляющихся на одних и тех же позициях, не превысит емкости (количества ячеек памяти) этого накопителя r₂. Накопитель по выходу из синхронизма не позволяет системе регистрировать сбой синхронизации, пока количество искаженных последовательных истинных синхрогрупп не превысит емкости этого накопителя r₁.

При формировании ПЦС обычно используют неадаптивный приемник синхросигнала, для которого время восстановления циклового синхронизма:

где t_нвых - время накопления по выходу из состояния синхронизма;

t_нвых = r₁T_Ц1

r₁ - коэффициент накопления накопителя по выходу из синхронизма;

Т_Ц1 - длительность цикла первичного цифрового сигнала;

Т_{Ц 1}=1/f_Д

t_нвх - время накопления по входу в состояние синхронизма;

t_нвх = r₂T_{Ц 1}

r₂ - коэффициент накопления накопителя по входу в синхронизм.

В качестве ЦСС в ПЦС используется кодовая группа с 1- ой критической точкой, а в качестве СЦСС с b критическими точками. Такой выбор обусловлен количеством символов в цикле обеспечивающим минимальное время поиска.

При передаче ЦСС в каждом цикле, период следования синхросигнала равен:

(2.9)

Количество бит в одном периоде синхросигнала:

(2.10)

По техническому заданию среднее время восстановления циклового синхронизма для первичного цифрового сигнала должно быть не более .

Время поиска циклового синхросигнала равно:

- с одной критической точкой

(2.11)

- с b критическими точками

(2.12)

На рисунке 11,а и 11,б представлены графики, полученные с помощью формул 2.11 и 2.12 при разных значениях a и b для кодовых групп с одной и b критическими точками.

а)

б)

Рисунок 11 - Зависимость времени поиска от параметров цикла для ЦСС с одной (а) и b (б) критическими точками

По графикам рис 11а выбием ЦСС с одной критической точкой, длинной b = 7 бит, т.е. весь первый канальный интервал будет отводиться для сигнала синхронизации. Время поиска синхросигнала определим по графику а) . Емкость накопителей примем равными r₁=6 и r₂=2. Вид ЦСС примем 1001000.

Тогда время восстановления синхросигнала:

(2.13)

Очевидно, что синхросигнал, представляющий собой кодовую группу с одной критической точкой, не приводит к появлению ложной синхрогруппы в зоне синхросигнала, следовательно, время поиска определяется только длительностью зоны синхросигнала:

(2.14)

Числитель этого выражения учитывает b-1 бит, не относящихся к синхросигналу, но расположенных в зоне синхросигнала, и b-1 бит самого синхросигнала без учета первого.

Время поиска кодовой группы с одной критической точкой в зоне случайного сигнала:

(2.15)

Общее время поиска синхросигнала:

(2.16)

В случае кодовой комбинации с b критическими точками ситуация усложняется, т.к. время поиска будет зависеть также и от появления ложных синхрогрупп в зоне синхросигнала, что учитывается вторым слагаемым в формуле 2.17.

(2.17)

Для зоны синхросигнала минимальное время поиска:

(2.18)

В формулах (2.15), (2.18) первое слагаемое определяет длительность зоны случайного сигнала, второе же введено для учета влияния появления ложных синхросигналов на время поиска. Как видно, время поиска в зоне случайного сигнала меньше для кодовых групп с b критическими точками.

Особенностью первичного цифрового сигнала является наличие сверхцикловой синхронизации. Введение ее связано с передачей в составе цифрового сигнала сигналов управления и взаимодействия (СУВ), которыми обмениваются АТС при установлении соединения. Такие сигналы содержат информацию о вызове и отбое абонента, о его номере и т.д. Система сверхцикловой синхронизации введена для правильного распределения СУВ между информационными каналами. Сверхцикловая синхронизация, как и цикловая, организуется путем введения в информационный поток сверхциклового синхросигнала - многосимвольной сосредоточенной кодовой группы определенной структуры и анализа принимаемого цифрового сигнала на приемной стороне в приемнике сверхциклового синхросигнала.

Сверхцикловой синхросигнал передается в первом цикле каждого сверхцикла в 17-ом канальном интервале первого цикла. Длительность сверхцикла равна

.

Количество бит в сверхцикле:

(2.19)

Так как период следования СЦСС достаточно велик, то предпочтение отдается синхросигналу с b критическими точками. Найдем время поиска СЦСС аналогично с ЦСС.

Рис.12. Время поиска СЦСС для кодовых групп с b критическими точками.

Выберем СЦСС вида: 1111111. Время поиска такого синхросигнала будет .

3. Разработка структуры цикла вторичного цифрового сигнала

3.1 Требования к циклу вторичного цифрового потока

При разработке структуры цикла вторичного цифрового потока в данном случае используется синхронное объединение. В системах с синхронным объединением скоростей частота считывания информации f_СЧИ выбирается равной частоте записи f_З, т.е. выполняется условие:

(3.1)

В зависимости от знака разности частот f_СЧИ и f_З при возникновении неоднородности необходимо либо вводить в считанную последовательность дополнительную импульсную позицию, либо передавать информационный символ по дополнительному каналу. В передающей части необходимо формировать информацию о проведении согласования скоростей и знаке этого согласования, а в приемной части в соответствии с этой информацией либо исключать импульсную позицию, либо вводить информационный символ в передающую последовательность.



Рисунок 13. Структурная схема БЦС передачи и БЦС приема при СО.

Требования к циклу вторичного цифрового потока:

1) Соотношение количества информационных и служебных символов в цикле должно быть таким, чтобы обеспечивались требуемые параметры цифровой системы передачи. В цикле вторичного цифрового сигнала должны быть предусмотрены позиции для передачи n₂ компонентных потоков и следующих служебных сигналов:

· сигнал цикловой синхронизации;

· биты сервисных функций (контроля, телеметрии, служебной связи);

2) Число следующих подряд служебных символов должно быть минимальным. Это позволяет уменьшить объем буферной памяти;

3) ЦСС должен иметь минимальную длительность, но при этом должно обеспечиваться минимальное время вхождения в синхронизм;

4) Длительность цикла должна быть минимальна. Это обеспечивает минимальное время вхождения в синхронизм; уменьшает фазовые дрожания на выходе оборудования временного группообразования; упрощает генераторное оборудование (ГО);

5) Служебные символы должны быть равномерно распределены по циклу. Это уменьшает величину фазовых дрожаний, связанных с неравномерностью передачи информационных символов. Это обеспечивается путем разбиения цикла ВЦС на подциклы. Подцикл должен заканчиваться позицией на которой передается информационный символ последнего компонентного потока; в начале первого подцикла всегда передается ЦСС, в остальных - биты сервисных функций (БСФ). Количество служебных бит следующих подряд должно быть кратно количеству компонентных потоков (это необходимо для построения ГО).

3.2 Структура цикла вторичного цифрового потока

На второй ступени временного группообразования в блоке цифрового сопряжения (БЦС) из n₂ первичных цифровых сигналов формируется вторичный цифровой сигнал с использованием синхронного объединения (СО).

Соотношение числа информационных и служебных символов в цикле передачи ВЦС для каждого компонентного сигнала определяется соотношением:

(3.2)

где - простая несократимая дробь;

, - минимальные числа соответственно информационных и служебных символов в цикле передачи, приходящиеся на один входной компонентный сигнал .

Если n₂ - количество объединяемых первичных потоков, то минимальное число информационных и служебных символов в цикле передачи составляет:

; (3.3)

Приемлемое значение i выбирается из условия:

(3.4)

где - целая часть числа х;

b - количество символов ЦСС вторичного цифрового сигнала, при котором обеспечивается требуемое время восстановления циклового синхронизма (d=8);

d_СФ - количество позиций, предназначенных для передачи бит сервисных функций (d_СФ=8).

Выполнение условия (3.4) позволяет передавать в течение одного цикла всю необходимую служебную информацию, приходящуюся на каждый компонентный поток.

;

Определим общее число импульсных позиций в цикле:

N=A+B=1140 (3.5)

Из равенства (3.2) определим частоту считывания в БЦС передачи:

(3.6)

Частота считывания информационных и служебных символов в БЦС передачи:

(3.7)

(3.8)

Рассчитаем тактовую частоту ВЦС:

(3.9)

где - тактовая частота вторичного цифрового потока,

- частота считывания из ЗУ.

Длительность цикла ВЦС:

(3.10)

При формировании ВЦС используют адаптивный приемник синхросигнала, причем необходимо также выполнение условия:

(3.11)

где - время восстановления циклового синхронизма для вторичного цифрового сигнала;

- время накопления по выходу из синхронизма для первичного цифрового сигнала.

Это требование объясняется тем, что сбой синхронизации в системе высшего порядка не должен приводить к сбою синхронизации в системе низшего порядка, т.е. .

Для адаптивного приемника синхросигнала:

(3.12)

Рассчитаем параметры такого цикла. Задав емкости накопителей по входу r₂ и по выходу r₁ из состояния синхронизма r₁=3 и r₂=2, определим время вхождения в состояние синхронизма:

(3.13)

время выхода из состояния синхронизма:

(3.14)

Произведем расчет среднего времени восстановления для вторичного цифрового сигнала . Для этого найдем время поиска синхросигнала :

(3.15)

где с - число бит во вторичном цифровом сигнале без бит циклового синхросигнала;

d - число бит циклового синхросигнала во вторичном цифровом сигнале. Тогда время восстановления:

> ; (3.16)

Условие выполняется.

При формировании цикла и выборе циклового синхросигнала необходимо, чтобы вероятность сбоя циклового синхронизма была на два-три порядка меньше максимальной допустимой вероятности ошибки в линейном тракте. При выполнении этого условия коэффициент накопления накопителя по выходу из синхронизма для вторичного цифрового сигнала должен быть не менее, чем:

(3.17)

где - максимальная допустимая вероятность ошибочного приема одного символа, равная ;

- длительность цикла вторичного цифрового сигнала;

b - количество символов в ЦСС ВЦС;

- время восстановления состояния синхронизма для ВЦС.

Выбранное значение r=3 обеспечивает выполнение этого условия().

Структура ВЦС представлена в приложении B.

3.3 Определение объема памяти ЗУ БЦС

Число ячеек памяти запоминающего устройства выбирается таким образом, чтобы момент считывания никогда не совпадал с моментом записи (точнее, чтобы момент считывания всегда отставал от момента записи) и рассчитывается по следующей формуле:

(3.22)

- число следующих подряд служебных символов в цикле передачи, относящихся к одному цифровому потоку. Передача служебных символов осуществляется на позициях временных сдвигов, которые организуются путем запрета считывания из ЗУ в соответствующие моменты времени. При этом продолжают поступать информационные символы компонентного потока на вход ЗУ. Для обеспечения записи этих символов в ЗУ должно быть предусмотрено соответствующее количество дополнительных ячеек памяти L₁=10;

- число видов согласования в аппаратуре временного группообразования. Т.к. в запоминающем устройстве (ЗУ) нет необходимости в ячейках памяти на каждый вид согласования скоростей, то при синхронном объединении L₂=0;

- относительное значение времени ожидания при асинхронном объединении:

(3.23)

- относительное значение временных флуктуаций цифрового потока за время между двумя сигналами согласования скоростей. Определяется изменением временного интервала между моментами записи и считывания за период следования сигналов согласования скоростей.

- связано со скважностью сигналов записи и считывания. Необходимо для устранения возможности взаимного перекрытия импульсов записи и считывания:

(3.24)

- дополнительное время ожидания, вызванное соотношением числа символов в цикле передачи и объемом памяти ЗУ. При выполнении этого условия последний информационный символ цикла ПЦС считывается с последней ячейки памяти ЗУ, связанной с временным детектором.

(3.25)

4. Структурная схема аппаратуры оконечной станции

4.1 Генераторное оборудование ЦСП

Генераторное оборудование (ГО) обеспечивает формирование и распределение во времени импульсных последовательностей для управления работой всех функциональных блоков. Выделяют ГО приемной и передающей сторон. В цифровых системах передачи обеспечиваться жесткая синхронизация ГО приема и передачи. Структурные схемы генераторного оборудования передачи первичной и вторичной ЦСП приведены в приложении.

А). ГО передачи ПЦСП

На выходе задающего генератора (ЗГ) формируется гармонический высокостабильный сигнал с частотой, равной fт=1792кГц. Формирователь импульсов (ФИ) обеспечивает формирование прямоугольных импульсов тактовой частоты из гармонического колебания ЗГ.

Распределитель канальный (РК) формирует управляющие канальные импульсные последовательности КИ 1, КИ 2, …, КИ 20. Частота следования КИ равна частоте дискретизации: fк=8 кГц. Эти импульсы используются для управления ключевыми устройствами, формирующими АИМ сигнал на выходе соответствующего АЦП.

Распределитель цикловой (РЦ) служит для формирования импульсных последовательностей, используемых для формирования сигналов синхронизации по циклам и импульсных последовательностей сигналов СУВ. Кроме того он осуществляет формирование сигнала синхронизации по сверхциклам. Fц=8000/16=500Гц и необходим для синхронизации сверхцикла и передачи СУВ.

Б). ГО передачи ВЦСП

На выходе задающего генератора (ЗГ) формируется гармонический высокостабильный сигнал с частотой, равной f_{Т 2}=9120кГц. ФИ вырабатывает основную импульсную последовательность с частотой следования f_{Т 2} и скважностью 2.

Распределитель частоты считывания (РСЧ) формирует сигналы с частотой f_СЧ=9120/5=1824кГц, сдвинутые друг относительно друга на такт. Эти импульсные позиции используются для считывания информации из ЗУ соответствующих БЦС. Эти сигналы поступают на схему объединения, где под управлением сигналов с частотой f_{Т 2} формируется цикл ВЦС.

Структурная схема генераторного оборудования приема первичной и вторичной ЦСП аналогична схеме оборудования передачи. Отличительная особенность - ГО приема синхронизируется ВТЧ и приемниками циклового синхросигналов.

4.2 Оконечное оборудование ЦСП

Аппаратура оконечной станции содержит приемную и передающую части. В их состав входит индивидуальное оборудование абонентов, оборудование формирования первичного и вторичного потоков. Структурные схемы аппаратуры оконечной станции приведены в приложении.

А). Передающая часть

Сигнал от абонента поступает на согласующее устройство СУ, а затем на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), на выходе которого получается цифровой сигнал, так называемый основной цифровой канал ОЦК. Такие цифровые сигналы от 20 абонентов поступают на схему объединения, где к ним добавляются сигналы управления и взаимодействия (СУВ), поступающие с передатчика СУВ. Также на схему объединения поступают сигналы синхронизации (ЦСС и СЦСС) от передатчика синхросигналов. Дискретизация сигналов и их объединение происходит синхронно - под управлением одного генераторного оборудования ПЦСП.

Полученный первичный цифровой сигнал поступает на блок цифрового сопряжения передачи (БЦС) оборудования вторичного временного группообразования (ОВВГ). Таких блоков в нашем оборудовании пять. В каждом БЦС осуществляется запись входного потока в запоминающее устройство (ЗУ) с частотой 1,792 МГц и считывание сигналом с соответствующего выхода генераторного оборудования.

Считанные импульсные последовательности с выходов БЦС, а также сигнал циклового синхросигнала и другая служебная информация поступают на схему объединения ОВВГ. На выходе схемы объединения получаем сформированный вторичный цифровой сигнал.

Б). Приемная часть

В приёмной части вторичный цифровой поток с частотой 1,824 МГц поступает на БЦС приёма. В качестве устройства разделения используется схема "И". В БЦС восстанавливается первоначальная скорость компонентного цифрового потока. Восстановление производится путем записи информационных бит цифрового потока в ЗУ и считывания с частотой, равной средней частоте записи, вырабатываемой схемой ФАПЧ. Процессом записи управляет импульсная последовательность соответствующего выхода ГО приема. Частота ГУН управляется напряжением, соответствующим постоянной составляющей сигнала на выходе ВД.

С выхода БЦС первичный цифровой сигнал поступает на оборудование первичного временного группообразования. Сигналы с выходов ВТЧ и ПрСС управляют работой ГО приема ПЦСП. Разделение группового информационного сигнала на 30 индивидуальных ИКМ сигналов происходит в схемах "И" под управлением ГО ПЦСП. Выделение сигналов управления и взаимодействия происходит в приемнике СУВ. Индивидуальный цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), на выходе которого получаем аналоговый сигнал абонента.

Заключение

В данном курсовом проекте нами была разработана цифровая система передачи на 150 каналов. Рассчитаны ее основные параметры и проверены на соответствие с требованиями на защищенность от шумов квантования, помехозащищенность циклового синхросигнала, на устойчивость к размножению сбоев циклового синхронизма. Разработаны структурные схемы передающей и приемной части аппаратуры оконечной станции, генераторного оборудования, структуры циклов первичного и вторичного цифровых сигналов.

В данной системе 30 каналов объединяются в первичный цифровой сигнал, а затем 5 первичных - во вторичный цифровой сигнал для передачи по линии связи. Первичный цифровой сигнал образуется путем синхронного объединения компонентных потоков, т.е. с использованием синхронного генераторного оборудования. А вторичный поток образуется путем синхронного. Преимуществом данного метода является отсутствие команд согласования скоростей, устойчивость к размножению сбоев, более эффективное использование пропускной способности канала, относительная простота оборудования,. Недостаток СО - необходимость на сети высокостабильного генератора.

Данная система не является стандартной, поэтому реально не может быть использована, в связи с несоответствием данной аппаратуры с существующими стандартами. Построение такой нестандартной ЦСП направлено на укрепление знаний по построению подобных систем плезиохронной цифровой иерархий и изучение более мелких подробностей.

Литература

1. Тарченко Н.В. Временное группообразование в ЦСП: Учебное пособие по дисциплине "Многоканальные системы передачи" для студентов специальности "Многоканальные системы телекоммуникаций".- Мн.: БГУИР, 2002.

2. Многоканальные телекоммуникационные системы; Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С.: Учебник для вузов.- М: Горячая линия - Телеком, 2005.

3. А.П. Ткаченко, Н.В. Тарченко. Методическое пособие по дипломному проектированию для студентов специальностей "Многоканальные системы телекоммуникаций", "Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения"- Мн.: БГУИР,2002.

4. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи. - М.: Новое знание, 2002.

5. Цифровые и аналоговые системы передачи; В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко и др.: Учебник для вузов.- М.: Радио и связь, 1995.

Размещено на Allbest.ru

...