Цифровые системы передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

ФАКУЛЬТЕТ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Курсовой проект

«Цифровые системы передачи»

Студент: Мукосеев А.П.

Группа: МИ-86

Вариант: 7-8-5

Санкт-Петербург 2011

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Проектирование подсистемы аналого-цифрового преобразования

3. Проектирование подсистемы преобразования дискретных сигналов

4. Проектирование циклов передачи

5. Проектирование линейного тракта

5.1 Выбор кода линейного тракта

5.2 Эффективное напряжение помех на входе регенератора

5.3 Требования к защитному интервалу

5.4 Амплитуда на входе регенератора

5.5 Затухание импульсного сигнала на регенерационном участке наибольшей длины

5.6 Предельно допустимая длина регенерационного участка

5.7 Допустимая вероятность ошибок в передаче символов на регенерационном участке предельно допустимой длины

5.8 Требования к защитному интервалу на этапе итерации (i +1)

6. Разработка структурной схемы аппаратуры оконечной станции ЦСП

7. Технические параметры спроектированной цифровой системы передачи

Заключение

Литература

Введение

Цифровые системы многоканальной передачи занимают господствую-щее положение на сетях местной связи, находятся на стадии внедрения на сетях зоновой и магистральной связи. Такое положение для цифровых систем передачи обусловлено тем, что передача и обработка сигналов в цифровой форме имеет следующие существенные преимущества перед передачей и обработкой аналоговых сигналов:

- высокая помехоустойчивость

- возможность унифицировать оборудование передачи, обработки и хранения информации

- стабильность параметров каналов

- высокие технико-экономические показатели

Цифровые системы передачи также позволяют использовать интегральные микросхемы цифровой логики, что увеличивает их надёжность, уменьшает габариты аппаратуры и эксплуатационные расходы. Цифровые методы передачи позволяют применять и цифровые методы коммутации сообщений, что способствует созданию интеллектуальных цифровых систем связи.

1. Исходные данные

Вариант: 7-8-5

Таблица 1 Каналы цифровой системы передачи

№	Наименование	Параметры	Вариант 7
1	Канал телефонный	Число каналов Частота следования код. гр., кГц Число битов в код. слове, бит	6 8-10 7
2	Канал вещания	Число каналов Частота следования код. гр., кГц Число битов в код. слове, бит	3 расчет расчет
3	Канал ПДС - 0,2 кбит/с	Число каналов Частота следования код. гр., кГц Число битов в код. слове, бит	10 1,6-2,4 1
4	Канал ПДС - 19,2 Кбит/с	Число каналов Частота следования код. гр., кГц Число битов в код. слове, бит	60 расчет расчет
5	Канал передачи СУВ	Число каналов	64

Таблица 2 Требования к каналам:

вариант	8
Параметры	Для канала вещания
, кГц	0,03
, кГц	15
, кГц	0,8
р1, дБм0	-35
р2, дБм0	0
ршн, дБм0	-65
, дБ	30
Рши, пВт	200
Номер шкалы	14

Пояснения к таблице:

- нижняя и верхняя границы эффективно передаваемых частот канала.

- ширина полосы расфильтровки фильтров.

р₁, р₂ - нижняя и верхняя границы нормируемого диапазона уровней преобразуемого сигнала в ТНОУ.

р_шн - допустимое значение абсолютного уровня шумов на выходе незанятого телефонного канала.

- минимально допустимое значение защищённости передаваемого сигнала от шумов в заданном диапазоне изменения его уровней

Р_ши - ожидаемое значение средней мощности шумов в канале, возникающее из-за погрешности изготовления кодеков.

Для каналов передачи дискретных сигналов:

Предельно допустимое значение фазовых дрожаний (краевых искажений) дискретного сигнала =10%

Шкалы квантования для положительной ветви квантующей характеристики. цифровой регенератор амплитуда

Таблица 3

Номер шкалы	Сегмент № 2	Сегмент № 3	Сегмент № 4
	2/1	n2/n1	3/1	n3/n1	4/1	n4/n1
14	2	1	4	3/2	16	1/2

Где:₁ и ₂ - соответственно шаги квантования в первом и втором сегментах,

n₁ и n₂ - число шагов квантования соответственно в первом и втором сегментах.

Шкала квантования пятисегментная.

Исходные данные для проектирования линейного тракта

Используемый кабель с симметричными парами типа МКСА.

Длина линейного тракта проектируемой системы L=250 км;

Потери помехозащищённости регенератора =14 дБ;

Абсолютный уровень внешних помех на входе регенератора р_ВП = -50 дБм;

Амплитуда импульсов на выходе регенератора = 6,0 В.

Параметры кабеля связи:

Затухание кабеля на частоте f: б(f) = , дБ/км.

Волновое сопротивление кабеля =135 Ом

2. Проектирование подсистемы аналого-цифрового преобразования

Расчет частоты дискретизации f_д.

Частота дискретизации должна быть выбрана так, чтобы выполнялись несколько условий:

спектр исходного сигнала не перекрывался боковыми спектрами при частоте f_д и ее гармониках.

ширина защитного интервала между спектральными составляющими исходного сигнала и ближайшими к ним составляющими боковых полос была не меньше Дf_ф

Выбор частоты дискретизации методом “последовательного приближения” невозможен, поскольку

Используя теорему Котельникова в классическом виде, получим:

С учетом полосы расфильтровки получим:

Расчёт m и зависимости a_ш(p) для телефонного канала.

Расчёт по допустимому уровню шумов в незанятом канале.

Шумы на выходе канала складываются из шумов квантования и шумов из-за погрешности изготовления. Поэтому мощность шумов в ТНОУ равна:

где 14,97кГц = 14970 Гц,

- множитель, учитывающий попадание в полосу частот канала только части спектральных составляющих шума при их равномерном распределении.

Известно, что средний квадрат ошибки квантования в незанятом канале равен . Тогда мощность шумов квантования на выходе незанятого канала в интервале равна:

Для проектируемых каналов R=600 Ом. С другой стороны, в соответствии с исходными данными мощность шума в незанятом канале не должна быть больше, чем

Отсюда следует, что

=

Расчет ₁ по допустимой защищенности сигналов от шумов на выходе канала.

Пиковые значения сигналов наиболее низкого уровня сравнимы обычно с U₁. Можно считать, что передача таких сигналов осуществляется при их линейном квантовании, и мощность шумов на выходе канала в ТНОУ равна:

Защищенность сигнала от этих шумов:

не должна превышать . Это может иметь место только при:

Для дальнейших вычислений из двух рассчитанных значений , выбираем наименьшее:

₁ = 0,5484 мВ

Расчёт порога ограничения.

Известно, что ошибки квантования резко возрастают и соответственно этому падает защищенность сигнала от шумов, когда мгновенные значения преобразуемого сигнала попадают в зону ограничения квантующей характеристики. Поэтому в системе следует принимать таким, чтобы при наивысшем уровне преобразуемого сигнала значение превышалось сигналом крайне редко. Пикфактор сигнала (отношение пикового значения сигнала к его эффективному или среднеквадратическому значению), при нормальном распределении вероятностей мгновенных значений, принимаем равным 4,0.

Расчёт числа битов m в кодовом слове на выходе АЦП.

Из пояснений к таблице 3 [1] следует

(при передаче двуполярных сигналов),

тогда количество битов в кодовом слове может быть рассчитано по формуле:

где

где N - число сегментов в положительной ветви квантующей характеристики (для семисегментной шкалы N=4).

При округлении уменьшается значение , поэтому

Остальные параметры квантующей характеристики:

16=8,56

; [1, стр.15]

Расчет зависимости защищенности от уровня передаваемого сигнала a_ш(P).

1. Расчет W₁, W₂, W₃, для конкретного значения U_с при известных величинах

Эффективное напряжение i - го сигнала

.

Вероятности попадания преобразуемых мгновенных значений сигнала в один сегмент:

где - интеграл вероятностей, значения которого приведены в таблице приложения [1].

Ошибка ограничения:

или приблизительно ,

Выполним расчет зависимости защищенности от уровня передаваемого сигнала для следующих значений сигнала:

р_C1 = р₁ - 5=-35-5= - 40 дБм0;

р_C2 = р₁ = -35 дБм0;

р_C3 = (р₂+р₁)/2 = (-35-0)/2 = -17,5 дБм0 ;

р_C4 = р₂ = 0 дБм0;

р_C5 = р₂+5 = 0+5 = 5

Пример расчета для сигнала pc1:

Ошибка ограничения:

.

Для других сигналов расчет проводим аналогично. Результаты заносим в таблицу 4.

2. Расчет полной мощности шумов на выходе канала в ТНОУ при передаче сигнала в случае использования четырехсегментной шкалы квантования:

[1, стр.21]

Для сигнала р_С1:

Для остальных сигналов расчет проводим аналогично. Результаты заносим в таблицу 4.

3. Расчет помехозащищенности проведем по формуле

[1, стр.22]

Для сигнала р_С1:

Для остальных сигналов расчет проводим аналогично. Результаты заносим в таблицу 4:

Таблица 4

i	1	2	3	4	5
Pci, дБ	-40	-35	-17,5	0	5
Uci, В	0,007746	0,01377	0,10329	0,7746	1,37745
	1	1	0,92328	0,18966	0,10344
	0	0	0,07672	0,33264	0,2074
	0	0	0	0,4437	0,45902
	0	0	0	0,03392	0,2057
2огр, В2	0	0	0	6,42*10-4	0,27131
Pш, Вт	11 бит	2,33*10-10	2,33*10-10	2,42*10-10	1,53*10-9	1,19*10-4
aш, дБ		26,33	31,33	48,666	58,152	14,235

Результат проектирования удовлетворяет требованиям, т.к. в заданном динамическом диапазоне Р₁ = -35 дБ, P₂ = -0 дБ обеспечивается .

Рис. 1. График зависимости помехозащищенности от уровня сигнала

Окончательно мощность шумов квантования на выходе незанятого канала в интервале, равном половине частоты дискретизации:

3. Проектирование подсистемы преобразования дискретных сигналов

Для организации каналов ПДС с невысокими скоростями (кбит/с) используются способы кодирования амплитуды (способ стробирования или наложения) и кодирования фронтов сигналов (способы скользящего индекса и фиксированного индекса).

Расчет параметров подсистемы.

Рассчитываются параметры подсистемы при использовании способа наложения, скользящего (СИ) и фиксированного индексов (ФИ) при условии организации передачи дискретных сигналов с заданной величиной краевых искажений. Ожидаемые фазовые дрожания не должны превышать номинального значения, .

а) Способ стробирования.

На кодер поступает одна управляющая последовательность, частота следования импульсов которой равна f_к.

Число битов в кодовых группах канального цифрового сигнала: m = 1

Максимальная абсолютная величина фазовых дрожаний равна длительности тактового интервала канального сигнала

,

Минимальное значение частоты следования кодовых групп:

где f_с - частота следования символов дискретных сигналов, для двоичных сигналов численно равна скорости.

Длительность тактового интервала канального сигнала равна:

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала:

б) Способ скользящего индекса.

Способ основан на передаче информации о временных положениях фронта дискретного сигнала в двоичном коде. Эта информация передается с помощью кодовых групп, состоящих не менее чем из трех символов.

На кодер, в котором реализуется способ СИ, поступают две управляющие последовательности импульсов, частота следования которых f_к и f_к*2^(m-2).

При использовании в кодере способа СИ максимальная абсолютная величина фазовых дрожаний при передаче дискретного сигнала равна:

где - период следования тактовых импульсов канального цифрового сигнала, .

Способ СИ может быть реализован в кодере при условии, что .

Относительная величина фазовых дрожаний будет равна

Примем ,

тогда .

Минимальное количество битов в кодовом слове равно трем. Подставим m = 4 и рассчитаем значение фазовых дрожаний:

Рассчитанное значение фазовых дрожаний меньше допустимого , следовательно, для реализации способа СИ минимальное значение количества битов в кодовом слове принимаем равным m = 4.

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала:

Способ СИ характеризуется размножением ошибок, т.е. одиночные ошибки (сбои символов) в групповом тракте системы передачи вызывают более чем одну ошибку в дискретном сигнале на приеме. Коэффициент размножения ошибок при средней длительности импульса дискретного сигнала равен: m+3 = 8

в) Способ фиксированного индекса.

Способ ФИ также основан на передаче информации о временных положениях фронта дискретного сигнала с помощью кодовых групп, состоящих не менее чем из трех символов.

На кодер, в котором реализуется способ ФИ, от ГО должны поступать три управляющие последовательности импульсов, частота следования импульсов которых f_к, f_к/m и f_к*(2^(m-2)-1)/m

Относительная величина фазовых дрожаний

.

Выразим из этой формулы m, исходя из условия = 0,1:

; , следовательно,

для реализации способа ФИ минимальное значение количества битов в кодовом слове принимаем равным m = 5.

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала:

По сравнению со способом СИ способ ФИ характеризуется меньшим коэффициентом размножения ошибок, который равен значению m = 5.

Выбор способа передачи.

Произведём анализ параметров с учётом числа организуемых каналов и других характеристик проектируемой ЦСП.

Рассчитаем ориентированные значения тактовых частот группового цифрового сигнала проектируемой ЦСП для случаев использования способов кодирования амплитуды, СИ и ФИ

где i - индекс типа канала по табл.1, кроме каналов ПДС, для которых был выполнен расчет параметров кодеков и произведение параметров которых составляет отдельное слагаемое;

N_i , m_i , f_гi - соответственно число каналов данного типа, число битов в кодовых группах и минимальная частота повторения кодовых групп.

= [(6*8000*7) + (3*30800*11) + (10*1600*1) + (64*400*1)] + (60*1*192000) = 12,914 МГц.

= [(6*8000*7) + (3*30800*11) + (10*1600*1) + (64*400*1)] + (60*4*19200) = 6,002 МГц.

= [(6*8000*7) + (3*30800*11) + (10*1600*1) + (64*400*1)] + (60*5*19200) = 7,154 МГц.

Сравним между собой рассчитанные значения тактовых частот способов наложения и СИ

Так как , то для реализации подсистемы преобразования дискретных сигналов нам следует выбрать способ фиксированного индекса ФИ (так как у этого способа меньше коэффициент размножения ошибок).

4. Проектирование циклов передачи

От того, каким образом построен цикл передачи, зависят такие важные параметры ЦСП, как скорость передачи, время поиска и вхождения в синхронизм при сбое синхронизации, коэффициент использования пропускной способности цифрового группового тракта и т.д.

На основании этого в курсовом проекте к циклу и сверхциклу предъявляются следующие требования.

1. Длительность сверхцикла не должна превышать (2 - 3) мс из-за ограничения максимального времени восстановления синхронизма в ЦСП

2. Число битов в цикле и число циклов в сверхцикле ограничены:

N_ц 2000, N_ц.сц 70,

где N_ц- число битов в цикле;

N_ц.сц- число циклов в сверхцикле.

3. В цикле и сверхцикле должны быть предусмотрены тактовые интервалы для передачи сигналов синхронизации. Число битов в слове циклового синхросигнала рекомендуется принимать равным (7 - 12), а в слове сверхциклового синхросигнала - (4 - 8).

4. Групповой цифровой сигнал ЦСП должен быть получен в результате объединения цифровых сигналов по кодовым группам. Кодовые слова каждого канального сигнала должны располагаться в цикле (сверхцикле) по возможности регулярней, ритмичней. Чем регулярнее поток кодовых групп, тем проще аппаратура объединения и разделения цифровых потоков, так как можно использовать устройства буферной памяти с меньшим объемом и более простой алгоритм формирования управляющих импульсных последовательностей в генераторной аппаратуре. Для регулярного размещения битов цифровых сигналов можно цикл разделить на группы, частота повторения которых выше и кратна цикловой.

5. Допустимо в цикле и сверхцикле иметь тактовые интервалы, не занятые передачей информации. Наличие таких интервалов может быть использовано для повышения регулярности цифровых потоков, а в дальнейшем - как резерв передачи сигналов данных, служебных переговоров и др.

6. Тактовые интервалы в цикле и циклы в сверхцикле рекомендуется нумеровать, начиная с единицы. Первые тактовые интервалы в цикле рекомендуется использовать для передачи сигналов цикловой синхронизации.

При проектировании циклов передачи воспользуемся алгоритмом, предложенным в методических указаниях [1].

Подготовим таблицу исходных данных для проектирования цикла в форме табл. 5. Заполним столбцы 2 - 7 по данным табл. 1, по данным проектирования подсистем аналого-цифрового преобразования (разд. 3) и передачи дискретных сигналов (разд. 4):

Ориентировочное значение тактовой частоты группового цифрового сигнала:

Ориентировочное значение числа тактовых интервалов в цикле:

Примем в качестве частоты повторения циклов наименьшее значение частоты следования кодовых групп из четвертого столбца: 0,4 кГц.

Ориентировочное значение числа тактовых интервалов в цикле:

15005 бит

Так как 2000 << 70*2000 то наличие сверхциклов для построения группового сигнала обязательно.

Таблица 5 Параметры ЦСП.

№	Тип канала	Число каналов Ni	min fг.i кГц	max fг.i кГц	оконч. fг.i кГц	mi, бит	Nц.i	Nсц.i	Номера ТИ в цикле	Номера циклов
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Телефонный	6	8	10	8	7	42	672	10-30 466-486	1-16
2	Канал вещания	3	30,8	-	32	11	132	2112	31-96 487-552	1-16
3	ПДС-0,2 кбит/с	10	1,6	2,4	2	1	-	40	8-9 457-465 8-9 457-461	2-4 5
4	ПДС-19,2 осн.	60	19,2	-	24	4	720	11520	97-456 553-912	1-16
5	Канал передачи СУВ	64	0,4	0,8	0,5	1	-	64	8-9 457-465 8-9 457-463	6-10 11
6	Циклов. синхр.	1			8	7	7	112	1-7	1-16
7	СЦ синхр.	1			0,5	4	-	4	8-9 457-458	1
8	Своб. ТИ							68	См. Схему структурного цикла

Области предполагаемых значений частот повторения циклов и сверхциклов.

Области разрешенных значений и :

;

[1,стр.35]

Область разрешенных значений частот повторения циклов:

6002/2000=3,001 кГц 70*0,4=28 кГц.

Область разрешенных значений частот повторения сверхциклов:

0,4 кГц0,8 кГц.

Принимаем = 8 кГц.; = 0,5 кГц.

Выбор окончательных значений частот следования кодовых групп, частот повторения циклов и сверхциклов.

Принятые значения должны удовлетворять требованиям:

для f_гi f_ц ; для f_гi < f_ц, ;

где - целые числа; f_гi min f_гi , max f_гi]

Каналы, входящие в цикл:

Телефонный канал: 8 кГц = =8 кГц; n = = 1

Канал вещания: 30,8 кГц > =8 кГц; n = = 4

Канал ПДС (0,2 кбит/с): 1,6 кГц < =8 кГц; n = = 4

Канал ПДС (19,2 кбит/c ): 19,2 кГц > =8 кГц; n ==3

Канал СУВ: f_г = 0,4-0,8 кГц < =8 кГц; n = =1

Число циклов в сверхцикле:

Уточненные частоты следования кодовых групп заносим в 6-й столбец таблицы 5.

Определение числа битов в кодовых словах цикловой и сверхцикловой синхронизации.

При этом будем ориентироваться на результаты работ в области цикловой синхронизации, а также на параметры ЦСП европейской, североамериканской и японской плезиохронных иерархий.

Число битов в слове циклового синхросигнала рекомендуется принимать равным 7 - 12, а в слове сверхциклового синхросигнала - 4 - 8.

Число бит в слове циклового синхросигнала принимаем равным 7; число бит в слове сверхциклового сигнала будет равно 4.

Введем в таблицу 5 дополнительные строки для каналов цикловой и сверхцикловой синхронизации.

Расчет числа тактовых интервалов в цикле и сверхцикле , необходимых для организации каналов каждого типа.

для : , ;

для : ;

Расчет и для конкретных каналов:

Телефонный канал:8 кГц ==8 кГц; ,

Канал вещания: 30,8 кГц >=8 кГц; ,

Канал ПДС (0,2 кбит/с): 1,6 кГц < =8 кГц;

Канал ПДС (19,2 кбит/с.): 19,2 кГц > =8 кГц; ,

Канал передачи СУВ: f_г = 0,5 кГц < =8 кГц;

Сигнал цикл. синхронизации: f_г = =8 кГц, n = = 1,

, ,

Сигнал сверхцикл. синхронизации: ,

По данным расчета заполняем восьмой и девятый столбцы таблицы 5.

Расчет минимально необходимого числа тактовых интервалов в цикле:

где числитель определяется по данным 9-го столбца таблицы 5.

=

Количество тактовых интервалов в цикле должно превышать минимальное значение.

Исходя из этого, примем =912 , тогда . Свободных ТИ в сверхцикле - 64.

Значение =912 выбрано исходя из того, что число 912 кратно числам 8, 16 (f_ц = 8 кГц, ), что позволит разделить цикл на группы, частота повторения которых выше и кратна цикловой и выстроить регулярный поток битов цифровых сигналов в цикле и сверхцикле.

Для оценки качества проектирования цикла и сверхцикла рассчитаем коэффициент использования пропускной способности группового цифрового тракта ЦСП по формуле:

,

где число битов в сверхцикле;

число битов сигнала цикловой синхронизации в сверхцикле;

число битов сигнала сверхцикловой синхронизации в сверхцикле;

число свободных тактовых интервалов в сверхцикле.

Коэффициент использования проектируемой ЦСП должен удовлетворять условию

,

что полностью удовлетворяет условию .

Точное значение тактовой частоты цифрового группового сигнала:

Полученное значение тактовой частоты превышает значение , но не более, чем на 10%.

5. Проектирование линейного тракта

5.1 Выбор кода линейного тракта

В качестве кодов в цифровых медных линиях используются в основном трехуровненвые коды.

При выборе того или иного типа кода в линии обычно руководствуются экономическими и техническими соображениями. Так, например, код АМI (ЧПИ) и HDB-3 (МЧПИ) позволяет использовать наиболее простые устройства для преобразования кодов и обнаружения ошибок. Но они не изменяют тактовую частоту в линии. При тактовой частоте длина регенерационного участка при применении кабеля типа Т , что приведет к значительному увеличению количества регенераторов.

Алфавитные коды 4В3Т и 6В4Т понижают тактовую частоту в линии, что позволяет увеличить длину регенерационного участка. Выбираем код 4В3Т, коэффициент снижения тактовой частоты у которого равен 3/4 (у кода 6В4Т к=2/3). Тактовая частота сигнала в линии

5.2 Эффективное напряжение помех на входе регенератора

Помехи, приведенные ко входу регенератора, складываются из шумов термического происхождения участка линии и внешних помех. Эквивалентная шумовая полоса помех при обычной трехуровневой передаче близка к 0,7 f_т.л.

Средняя мощность этих помех на входе регенератора:

где k = 1,38 ^. 10^-23(Дж./град. К) - постоянная Больцмана;

T = 293⁰К - абсолютная температура кабеля.

Эффективное напряжение помех, приведённое ко входу регенератора:

U_П. =116,2 мкВ

5.3 Требования к защитному интервалу

Защитный интервал или полураскрыв глаз-диаграммы определяющим образом влияет на вероятность ошибок в передаче символов в пределах одного регенерационного участка. С другой стороны, допустимое значение вероятности ошибок в пределах одного регенерационного участка зависит от принятых норм на достоверность передачи битов по линейному тракту и от числа регенераторов, установленных в тракте. Чрезмерно сложный характер обеих зависимостей ведет к необходимости проведения расчетов итерационного характера. Номера этапов итерации

i=1, 2, …

На первом этапе итерации рекомендуется принять

(P₁)_i 8 ^. 10^-10

Регенератор может обеспечивать такую вероятность ошибок, если

,

Тогда (U₃)₁ = 6,2 ^. U_П. = 6,2*116,2 = 720,4 мкВ

На последующих этапах итерации отношение защитного интервала и напряжения помех, приведенных ко входу регенератора, определяется по значению вероятности ошибок, определяемому требованиями, которые предъявляются к достоверности передачи.

5.4 Амплитуда на входе регенератора

При идеально точном выполнении всех узлов регенератора, отсутствии межсимвольных помех в трехуровневой передаче амплитуду импульса на входе регенератора, определенную с учетом действия корректора, можно принять 2 ^. U₃ .

Для реального регенератора, для которого известны потери помехозащищенности (табл. 4) эта величина должна быть увеличена

[1, стр.39]

5,74 мВ.

5.5 Затухание импульсного сигнала на регенерационном участке наибольшей длины

Предельно допустимое наибольшее затухание импульсов на регенерационном участке может быть рассчитано по формуле

[1, стр.39]

где U_вых - амплитуда импульсов в кабеле на выходе регенератора из исходных данных;

С увеличением затухания сигнала в линии возрастают требования к конструкции усилителя регенератора. На практике значение затухания импульсного сигнала на регенерационном участке ограничивают сверху. В курсовом проекте рекомендуется принимать a_s 80 дБ, дБ.

5.6 Предельно допустимая длина регенерационного участка

Затухание импульсов в кабеле примерно равно затуханию кабеля на частоте 0,5-0,6 от значения тактовой частоты сигнала в линии. Примем коэффициент равным 0,5.

где ( 0,5 ^. f_т.л ) - километрическое затухание кабеля, рассчитанное по формуле, приведенной в табл. 5 [1] для заданного типа кабеля, на частоте f =0,5 ^. f_т.л (МГц).

Для кабеля с симметричными парами типа Т

, (f в Мгц)

Предельно допустимая длина РУ на первом этапе итерации:

5.7 Допустимая вероятность ошибок в передаче символов на регенерационном участке предельно допустимой длины

Проектирование линейных трактов ЦСП может выполняться из расчета, что суммарная, результирующая вероятность ошибок на трактах длиной 10000 км не должна превышать 10^-6. Такие же требования предъявляются к линейному тракту при курсовом проектировании. Это означает, что

,

где к - коэффициент размножения ошибок, величина которого для кода 4В3Т равна 1,25.

5.8 Требования к защитному интервалу на этапе итерации (i +1)

Чтобы фактическое значение вероятности ошибок не превысило полученного выше значения, необходимо, чтобы защитный интервал в достаточной мере превышал действующее напряжение помех. Вероятность превышения абсолютными значениями помех напряжения защитного интервала равна

Соотношение между P₁ и P зависит от структуры регенератора и вероятности появления символов в регенерируемом сигнале. Обычно

P₁ = ( 0,5 - 1,0 ) ^. Р.

Принимая P₁= P, из вышеприведенной формулы для очередного этапа итерации можно получить

Амплитуда импульсов на входе регенератора:

5,95 мВ.

Предельно допустимое наибольшее затухание импульсов на регенерационном участке

Предельно допустимая длина РУ на втором этапе итерации:

Расчет можно считать законченным, если точность вычисления длины регенерационного участка в процессе итерационных расчетов окажется не хуже 2%, что примерно эквивалентно критерию

. ,

следовательно, расчет считаем законченным, принимаем

При расчете количества регенераторов на магистрали заданной длины L следует помнить, что длины регенерационных участков не могут превышать предельно допустимое значение, рассчитанное выше, но могут иметь меньшие значения, поэтому

Рис.2. Схема магистрали с НРП и ОРП.

Рис. 3

6. Разработка структурной схемы аппаратуры оконечной станции ЦСП

Исходными данными для разработки структурной схемы являются данные табл. 1, результаты проектирования подсистем АЦП (разд. III), передачи дискретных сигналов (разд. IV), результаты разработки цикла и сверхцикла (разд. V) и результаты проектирования подсистем линейного тракта (разд. VI).

В результате разработки должны быть составлены:

структурная схема мультиплексора и демультиплексора;

схема оконечной аппаратуры линейного тракта передачи и приема;

схема генераторной аппаратуры.

Мультиплексор

Для организации аналоговых каналов мультиплексор должен содержать АЦП.

АЦП возможны с разными видами цифровых модуляций: ИКМ, дифференциальной ИКМ и дельта-модуляцией ДМ. Вид модуляции определяем по параметрам, которые приведены в табл. 1. Каждый АЦП должен включать:

при использовании ИКМ - фильтр, АИМ-2, кодер;

при использовании дифференциальной ИКМ - фильтр, разностную схему, кодер, а в цепи обратной связи - декодер и предсказатель;

при использовании ДМ - фильтр, компаратор (или разностную схему и пороговое устройство), а в цепи обратной связи - предсказатель.

Для передачи дискретных сигналов со скоростями не выше 19,2 кбит/с используются кодеры; со скоростями не менее 1024 кбит/с также применяются кодеры, но при этом используется кодирование скорости входного сигнала, и кодеры имеют два выхода: ПДС осн. и ПДС доп.

Выходы кодеров подключаются ко входам формирователя группового сигнала (ФГС), который содержит устройства памяти для записи входных сигналов и для считывания символов этих сигналов при формировании группового сигнала в соответствии с циклом.

На рисунке подробно приводится схема для первого канала, для остальных каналов данного типа устройства показываются пунктиром, и указывается их тип и номер.

Для всех разработанных подсистем указываются параметры около функциональных устройств каналов в соответствии с окончательными данными. На выходе мультиплексора групповой цифровой сигнал является двоичным и характеризуется рассчитанной при разработке цикла тактовой частотой.

В схему мультиплексора следует включить: передатчики сигналов цикловой и сверхцикловой синхронизации.

Входы этих передатчиков подключаются к генераторной аппаратуре, выходы - к отдельным входам ФГС.

Демультиплексор

На вход демультиплексора поступает двоичный сигнал с тактовой частотой. Далее включается разделитель группового сигнала (РГС), который содержит буферные устройства памяти, в которые сигналы записываются в соответствии с циклом и из которых считываются в приемные устройства каналов. Если это аналоговые каналы, то они должны содержать ЦАП разного вида, в состав каждого их них входят:

при использовании ИКМ - декодер, фильтр, усилитель;

при использовании дифференциальной ИКМ - декодер, предсказатель, фильтр, усилитель;

при использовании ДМ - предсказатель (или интегратор), фильтр, усилитель.

Если это каналы ПДС, то они должны включать декодеры.

Для каналов со скоростью передачи информации не меньше 1024 кбит/с декодеры должны иметь два входа для подключения ПДС осн. и ПДС доп.

В схему демультиплексора включаются: приемники сигналов цикловой и сврхцикловой синхронизации.

Входы приемников подключены к общему, единственному входу демультиплексора, выходы - к генераторной аппаратуре приемной части ЦСП.

1) Аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи.

Телефонный сигнал, пройдя дифференциальную систему и фильтр 0,3-2,7 кГц, поступает на амплитудно-импульсный модулятор 2 рода (АИМ-2), где подвергается дискретизации с частотой 6 кГц. Далее сигнал квантуется и кодируется в кодере подразрядного сравнения симметричным двоичным девятиразрядным кодом.

На приеме цифровой сигнал декодируется, проходит через фильтр-восстановитель с частотой среза 6 кГц., усиливается и проходит через дифсистему.

2) Преобразователь дискретных сигналов.

Для передачи дискретных сигналов со скоростью 4800 бит/с используем кодер, со скоростью 2048 Кбит/с так же используем кодер, но при этом используется кодирование скорости входного сигнала, и кодеры имеют два выхода: ПДС осн. и ПДС доп.

3) Выходы всех преобразователей оконечной станции подключаются ко входу устройства временного объединения. Далее групповой цифровой сигнал поступает на кодер линейного тракта, где преобразуется в код HDB-3 и поступает в линию. На приеме линейный сигнал поступает на станционный регенератор, где импульсы восстанавливаются по форме и временному положению. Далее следует декодер линейного тракта, после которого групповой цифровой сигнал поступает на устройство временного разделения.

4) Устройство синхронизации необходимо для согласованной работы генераторного оборудования передающей и приемной станций.

5) Генераторное оборудование обеспечивает формирование и распределение во времени импульсных последовательностей для управления работой всех функциональных устройств аппаратуры ЦСП.

Структурная схема аппаратуры оконечной станции

Мультиплексор

Для организации телефонных каналов и каналов вещания мультиплексор должен содержать АЦП. Выбираем АЦП с ИКМ модуляцией.

Каждый АЦП включает в себя: фильтр, АИМ-2, кодер.

Для передачи дискретных сигналов со скоростью 4,8 кбит/с и 2048 кбит/с используются кодеры, но со скоростью 2048 кбит/с используется кодирование скорости входного сигнала, и кодеры имеют два выхода: ПДС осн. и ПДС доп.

Выходы кодеров подключаются ко входам формирователя группового сигнала (ФГС), который содержит устройства памяти для записи входных сигналов и для считывания символов этих сигналов при формировании группового сигнала в соответствии с циклом.

На рисунке подробно приводится схема для первого и последнего канала, для остальных каналов данного типа устройства показываются пунктиром, и указывается их тип и номер.

На выходе мультиплексора групповой цифровой сигнал является двоичным и характеризуется рассчитанной при разработке цикла тактовой частотой (кГц).

В схему мультиплексора включены передатчики сигналов цикловой и сверхцикловой синхронизации.

Входы этих передатчиков подключены к генераторной аппаратуре, выходы - к отдельным входам ФГС.

Исходными данными для разработки структурной схемы являются данные таблицы №1, результаты проектирования подсистем АЦП, передачи дискретных сигналов, результаты разработки цикла и сверхцикла, и результаты проектирования подсистем линейного тракта.

При составлении структурной схемы будем иметь в виду, что все каналы, кроме телефонных, в аппаратуре имеют четырех проводное окончание. Телефонные каналы должны иметь двух проводное окончание.

В качестве АЦП и ЦАП телефонных сигналов могут быть использованы как групповые, так и индивидуальные преобразователи. В тракты передачи для каждого канала при использовании групповых преобразователей необходимо включить фильтры и амплитудно-импульсные модуляторы первого рода (АИМ-1). Выходы АИМ-1 следует подключить ко входу группового амплитудно-импульсного модулятора 2 рода (АИМ-2). Далее в групповом тракте АЦП телефонных сигналов включается кодер. На входе группового тракта ЦАП следует включить декодер, затем устройство разделения квантованных сигналов. Тракты приема каждого канала должны содержать фильтры, усилители.

При использовании индивидуальных преобразователей АЦП должны для каждого канала состоять из фильтров, АИМ-2 и кодеров, а ЦАП- из декодеров, фильтров и усилителей.При построении АЦП и ЦАП для сигналов вещания и широкополосных следует использовать только индивидуальные преобразователи.

При разработке схем преобразователей, параметры которых рассчитаны в разд.2, необходимо указать:

параметры фильтров

типы кодеров

используемые двоичные коды для кодирования информационных сигналов.

Демультиплексор

На вход демультиплексора поступает двоичный сигнал с тактовой частотой. Далее включается разделитель группового сигнала (РГС), который содержит буферные устройства памяти, в которые сигналы записываются в соответствии с циклом и из которых считываются в приемные устройства каналов.

Аналоговые каналы содержат ЦАП, в состав каждого входит: декодер, фильтр, усилитель;

Каналы ПДС включают декодеры. Для ПДС 2048 кбит/с декодеры имеет два входа для подключения: ПДС осн. и ПДС доп.

В схему демультиплексора включаются: приемники сигналов цикловой и сверхцикловой синхронизации. Их входы подключены к общему, единственному входу демультиплексора, выходы - к генераторной аппаратуре приемной части ЦСП.

Оконечная аппаратура линейного тракта

Передающая часть оконечной аппаратуры линейного тракта подключается к выходу мультиплексора. В ее состав входит кодер линейного тракта.

На выходе кодера линейного тракта формируется сигнал с параметрами, оптимальными для данного типа кабеля в отношении качества передачи и стоимости. Значение тактовой частоты в линии указано в соответствии с рассчитанными параметрами выбранного кода.

Приемная часть оконечной аппаратуры линейного тракта приема подключается к входу демультиплексора. В ее состав входят: станционный регенератор и декодер линейного тракта.

Станционный регенератор имеет значение вероятности ошибок не более допустимого значения вероятности ошибок в передаче символов на регенерационном участке, рассчитанного при разработке линейного тракта. В его состав входят: усилитель с корректором, два решающих устройства, выделитель тактовой частоты с устройством фазовой автоподстройки частоты, выходное устройство.

Генераторная аппаратура

Генераторная аппаратура включает: задающий генератор и аппаратуру формирования управляющих импульсных последовательностей для всех функциональных устройств аппаратуры ЦСП.

При разработке цикла было введено ограничение на количество символов в цикле и задана относительная погрешность частоты задающего генератора, т.е. фактическая частота задающего генератора должна принадлежать примерно следующим значениям:

F_зг =F _ЗГ.ном ± F_ЗГ.ном * 10 * 10 ^-6 = F _ЗГ.ном ± 10 (ppM).

Такие требования к частоте задающего генератора допускают то, что задающий генератор передающей части аппаратуры ЦСП может работать как в режиме внешней синхронизации от сети тактовой синхронизации, так и в автономном режиме. Задающий генератор приемной части работает в режиме внешней синхронизации по цифровому сигналу линейного тракта. К его входу подключен один из выходов ВТЧ станционного регенератора. Номинальная частота задающего генератора выбрана с учетом опыта разработки генераторов.

Для обеспечения синфазной работы демультиплексора с мультиплексором аппаратура формирования управляющих импульсных последовательностей приемной части ЦСП использует сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации.

Примем частоту генератора равной:

F_зг =5632000 ± 5632000 *10 * 10 ^-6 = 5632000 ± 56,32 (Гц).

Генераторное оборудование должно вырабатывать два вида управляющих последовательностей:

1. Последовательности периодических импульсов для работы АЦП и кодеров.

2. Последовательности для формирования цикла передачи и расформирования цикла приема.

Предварительно, параметры управляющих последовательностей должны быть определены по структуре цикла и сверхцикла. Для получения управляющих последовательностей будут использованы делители и умножители.

Для работы телефонных АЦП будет использована импульсная последовательность с частотой 8 кГц.

Для работы АЦП каналов вещания будут использованы импульсные последовательности с частотами 600 и 6 000 кГц.

Для работы кодеров каналов ПДС-4,8 необходимы импульсные последовательности с частотой 32 кГц.

Для формирования ЦС и СЦС необходимы импульсные последовательности с частотами 120 и 6 кГц.

Для группового канала СУВ необходима импульсная последовательность с частотой 9 кГц.

Для работы ФГС и РГС необходимы импульсные последовательности с частотами:

84 000 кГц -тактовая частота группового сигнала.

84 000 кГц -тактовая частота сигнала в линии.

84 000/10 = 8 400 кГц -частота следования 10 битных групп.

84 000/10/70 = 120 кГц -частота следования циклов.

84 000/10/70/20 = 6 кГц -частота следования сверхциклов.

Так же при помощи делителей и умножителей получаем импульсные последовательности записи и считывания цикла:

120 * 8 = 960 кГц -частота следования ЦС.

6 * 6 = 36 кГц -частота следования СЦС.

8 400/10 = 840 кГц и 840 * 9 = 7 560 кГц - для телефонных каналов.

8 400 / 4 = 2 100 кГц и 2 100 * 10 = 21 000 кГц- для широкополосных каналов.

8 400 / 10 = 840 кГц - для каналов ПДС-4,8.

8 400 / 16 = 525 кГц - для каналов ПДС-2048.

Остальные требующиеся комбинации рассмотрены выше. Для использования в дальнейшим свободных битов предусматривается частота:

6 * 714 = 4284 кГц

Рис. 4. Схема аппаратуры формирования управляющих импульсов (АФУИ).



Рис. 5. Структурная схема аппаратуры оконечной станции

Рис. 6

7. Технические параметры спроектированной цифровой системы передачи

Таблица 6

Минимальное значение частоты дискретизации телефонных каналов fд , кГц.	5,4
Рабочая частота дискретизации телефонных каналов fд , кГц.	6
Напряжение, соответствующее порогу ограничения квантующей характеристики Uогр , В	1,74
Число битов в кодовом слове на выходе АЦП, т	9
Уровень шумов на выходе незанятого телефонного канала ТНОУ Pш.н ,	8,43*10-10
Минимально допустимое число битов в кодовых словах или кодовых группах канального цифрового сигнала ЦСП, обеспечивающего организацию цифрового канала ПДС-4,8 т	1
частота повторения кодовых групп в данном цифровом канале ПДС-4,8 fг , кГц	32.
коэффициент использования пропускной способности цифрового канала ПДС-4,8	0,15
Частота циклов fц , кГц	120
Количество битов в цикле Nц	700
Частота сверхцикловая fсц , кГц	6
Количество битов в сверхцикле Nсц	14 000
Количество циклов в сверхцикле Nц. сц	20
Частота тактовая fт , кГц	84 000
коэффициент использования пропускной способности группового цифрового тракта системы передачи	0,92
Предельно допустимая длина регенерационного участка ls, км	4,9
Допустимое затухание сигнала на регенерационном участке аs , дБ	80
Наиболее вероятное число регенерационных участков в линейном тракте проектируемой системы n	65
Амплитуда импульсов, приведенная ко входу регенераторов Uвх , В	4,5·10-4
Допустимая вероятность ошибок в передаче символов в регенерационном участке. Р1	8·10-8

Заключение

В результате проектирования была разработана цифровая система передачи для организации 6 телефонных каналов, 3 каналов вещания,10 каналов ПДС со скоростью передачи до 0,2 кбит/с, 60 каналов ПДС со скоростью передачи до 19,2 кбит/, 64 каналов СУВ по кабелю МКСА в соответствии с заданием и исходными данными.

На практике нет необходимости в создании таких сложных систем. Можно пользоваться и совершенствовать уже существующие универсальные системы для стандартизированных цифровых иерархий PDH, SDH. Необходимо при этом только разработать необходимые мультиплексор и демультиплексор.

Литература

1. Методические указания по курсовому проектированию цифровых систем передачи / Б.Е. Трофимов, И.Е. Сосновский, Н.Н. Кулева, Е.Л. Федорова; ГУТ. - СПб, 2001

2. Зингеренко А.М., Баева Н.Н. Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи: Учебник для вузов связи, 1980.

3. Н.Н. Баева Многоканальная связь и РРЛ: Учебник для вузов.-М.: Радио и связь, 1988

4. Н.Н. Слепов Синхронные цифровые сети SDH; М. 1999. -150с.

5. Многоканальные системы передачи: Учебник для вузов/ Н.Н-Баева, В.Н. Гордиенко, С.А. Курицын, и др.; Под ред. Н.Н. Баевой и В.Н. Гордиенко. - М.: Радио и связь, 1997.

Размещено на Allbest.ru

...