Цифровые многоканальные системы передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Индивидуальное задание

Введение

1. Краткие технические данные аппаратуры и кабелей

1.1 Характеристика аппаратуры ИКМ-4801.

1.2 Характеристика аппаратуры ИКМ-1920

1.3 Параметры кабелей связи

2. Расчет длины участка регенерации

2.1 Расчет длины участка регенерации зоновой сети

2.2 Расчет длины участка регенерации магистральной сети

3. Расчет цепи дистанционного питания

4. Расчет требуемой и ожидаемой защищенности на входе регенератора

4.1 Расчет требуемой защищенности на входе регенератора

4.2 Расчет ожидаемой защищенности на входе регенератора

5. Расчет требуемого числа уровней квантования

5.1 Равномерное квантование.

6. Расчет шумов оконечного оборудования

7. Расчет надежности ЦСП и комплектация оборудования

Заключение

Список литературы



Индивидуальное задание

В курсовой работе необходимо:

- произвести расчет длины участка регенерации для каждого из участков (местного, внутризонового и магистрального) фрагмента сети связи;

- осуществить расчет требуемой и ожидаемой защищенностей на входе регенератора;

- произвести расчет требуемого числа уровней квантования;

- осуществить расчет шумов оконечного оборудования;

- произвести расчет надежности ЦСП;

- осуществить расчет требований к параметрам качества передачи информации по ОЦК в соответствии с рекомендацией МСЭ (МККТТ) G821 для каждого из участков фрагмента сети связи;

- выполнить расчет цепи дистанционного питания и составляют схемы связи для каждого из участков фрагмента сети;

- определить комплектацию необходимого оборудования.

Исходные данные к заданию приведены в таблицах 1, 2 и 3.

Таблица 1 - Длины участков ЦСП

Длина местного участка сети , км	Длина внутризонового участка сети , км	Длина магистрального участка сети , км
70	510	950

Таблица 2 - Типы ЦСП и типы кабелей на различных участках трактов

Участок тракта	Тип ЦСП, тип кабеля
Зоновый	ИКМ-480, МКТ-4 1,2/4,6
Магистральный	ИКМ-1920, КМ-4 2,6/9,5



Таблица 3 - Параметры ЦСП

Коэффициент шума корректирующего усилителя	2
Защищенность от шумов дискретизации , дБ	52
Пикфактор сигнала , дБ	14
Среднеквадратическое отклонение волюма сигнала , дБ	4
Среднее значение сигнала , дБ	-13
Среднеквадратическое отклонение приведенной инструментальной погрешности преобразования	4·10-4
Запас помехоустойчивости генератора , дБ	11
Минимальная защищенность от шумов квантования , дБ	22

цифровой многоканальный кабель



Введение

Данной курсовая работа является актуальной так как, она является базой для подготовки и написания дипломной работы. В ходе ее написания мы получаем навыки расчетов основных характеристик той или иной системы связи, изучаем основные методы проектирования каналов системы передачи.

В связи с бурным развитием цифровой техники интенсивно развиваются цифровые многоканальные системы передачи. Использование таких систем передачи позволяет создавать предпосылки внедрения цифровых коммутационных устройств и создание интегральных систем связи. Поэтому в данной работе мы проектируем ЦСП, отсюда укажем основную цель:

Целью курсовой работы является изучение основных методов изложения, принципов построения цифровых систем передачи различных уровней иерархии и затрагивает основные аспекты инженерной реализации таких систем. Исследуются требования к качеству передачи сигналов ЦСП, приводятся основные параметры существующих ЦСП.

Курсовая работа посвящена проектированию каналов систем передачи PDH. Необходимо спроектировать сеть связи для местной, внутризоновой и магистральной сети по исходным данным. Также оценить, достаточно ли полно в проектируемой системе связи реализуются потенциальные возможности выбранных способов передачи, определить пути улучшения характеристики системы связи для приближения их к потенциальным.

Современный специалист в области телекоммуникаций, проектируя систему связи, удовлетворяющую конкретным требованиям, должен уметь также оценить, достаточно ли полно в проектируемой системе связи реализуются потенциальные возможности выбранных способов передачи, определить пути улучшения характеристик системы связи для приближения их к потенциальным.

1. Краткие технические данные аппаратуры и кабелей

1.1 Аппаратура ИКМ-480

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.2 Аппаратура ИКМ-1920

Аппаратура ИКМ-1920 предназначена для организации на внутризоновых и магистральных сетях мощного пучка телефонных каналов и передачи телевизионных вещательных сигналов по кабелям типа КМ-4 с коаксиальными парами 2,6/9,5 мм. Скорость цифрового потока 139264 кбит/с. Максимальная дальность связи 12500 км.

Аппаратура состоит из оборудования: аналого-цифрового оборудования АЦО, оборудования вторичного временного группообразования ВВГ, оборудования третичного временного группообразования ТВГ, четверичного временного группообразования (ЧВГ), аналого-цифрового преобразования сигналов телевизионного вещания (АЦО-ТС), линейного тракта коаксиальных кабельных линий и специализированных контрольно-измерительных приборов. Оборудование ЧВГ осуществляет асинхронное или синхронное побитовое объединение четырех третичных цифровых потоков, имеющих скорость 34 368 кбит/с, в групповой четверичный цифровой поток со скоростью передачи 139264 кбит/с. При этом в четверичном потоке обеспечивается организация 1920 каналов ТЧ.

Оборудование АЦО-ТС осуществляет преобразование телевизионного сигнала в цифровой поток, поступающий на оборудование ЧВГ в виде трех третичных цифровых потоков. В этом случае в четверичном потоке организуется канал передачи телевизионного сигнала и 480 каналов ТЧ.

Оборудование линейного тракта обеспечивает передачу по кабелю КМ-4 четверичного цифрового потока, дистанционное питание и телеконтроля оборудования НРП, организацию служебной связи на магистрали. В линейном тракте используется однокабельный режим работы. Номинальная длина участка регенерации 3 км, максимальное расстояние между обслуживаемыми регенерационными пунктами 240 км. В одном кабеле КМГ-4 может быть организовано два двусторонних четверичных цифровых тракта, что соответствует 3840 каналам ТЧ.

Принципы организации линейного тракта ИКМ-1920 аналогичен организации тракта в аппаратуре ИКМ-480. Оконечное оборудование линейного тракта размещается на двух стандартных стойках. На стойке оборудования линейного тракта (СОЛТ) размещаются станционные регенераторы, оборудование УТМ, МТМ и служебной связи. На другой стойке (СДП) размещается оборудование дистанционного питания двух четверичных цифровых трактов. Ток дистанционного питания 400 мА, максимальное напряжение 1700 В. В полусекцию обслуживания входит до 40 НРП.

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

1.3 Параметры кабелей связи

При расчете длины участка регенерации, необходимо знать значения ряда параметров кабелей связи: коэффициента затухания, переходных затуханий, волнового сопротивления и др.

Расчет коэффициента затухания б(f) для симметричных высокочастотных и коаксиальных кабелей на той или иной частоте (в рабочем диапазоне частот ЦСП) можно осуществлять по формулам, приведенным в таблице 4.

С достаточной для практических расчетов точностью номиналь-ные значения модулей волновых сопротивлений кабельных цепей Zв можно считать независимыми от частоты. Строительные длины электрических кабелей зависят от их емкос-ти и конструкции и, как правило, не превышают 1000 м (для всех типов электрических кабелей строительную длину можно принять равной 825 м).

Таблица 4 - Коэффициенты затухания высокочастотных кабелей

Тип кабелей	б(f), дБ/км	Zв, Ом
МКТ 1,2 / 4,6	5,26 vf+0,017f	73
КМ 2,1 / 9,4	2,43 vf+0,0078f	74

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

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

Переходные затухания на дальнем конце А₁ (для строительной длины) оказываются выше приведенных значений для Ао примерно на 15-20 дБ.

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

- на ближнем конце - 60...70дБ;

- на дальнем конце - 80...90 дБ.



2. Расчет длины участка регенерации

2.1 Расчет внутризонового участка сети

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

А_З.ДОП. = 5.23 + 11 lg lg Р _ОШ1^-1 + 20 lg (m_У -1) + ДА_З , дБ (2.1)

где Р _ОШ1 - вероятность ошибки одного регенератора;

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

ДА_З = 11 дБ - запас помехоустойчивости регенератора, учитывающий не идеальность его узлов и влияние различных дестабилизирующих факторов;

Р_ОШ = 10^-8 - для внутризонового участка сети.

А_З.ДОП. = 5.23 + 11 lg (lg Р _ОШ1^-1 )+ 20 lg (m_У -1) + ДА_З = 5.23 + +11lg(lg1/10)+20lg2+11 = 32.18 дБ.

Защищенность от собственных помех

А_З.СП. = Р_ПЕР + 121 - 10 lg F - 10 lg(f_Т / 2) - 1.175А_Ц , дБ, (2.2)

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

F=5 - коэффициент шума корректирующего усилителя;

f_Т - тактовая частота для заданной СП, f_Т =34.368 МГц;

А_Ц = (f_РАСЧ)l_Р, дБ - затухание кабеля длиной, равной длине участка регенерации; l_Р - длина участка регенерации.

Соответственно типу кабеля значение (f_РАСЧ) берется из таблицы 4.

(f_РАСЧ)=5.26= 5.26=22,096 дБ/км

Подставив в формулу 2.2, получаем

А_З.СП. = Р_ПЕР + 121 - 10 lg F - 10 lg(f_Т / 2) - 1.175А_Ц =10+121- 10lg5 - 10lg(17,184) - 1.175^.22,096^.= 115,66 - 25,962^.

Решением неравенства А_ЗСПА_З.ДОП. нужно найти длину участка регенерации

l_Р = (111,66- А_З.ДОП.)/ 25,19= (115,66 -32.18_.)/ 25,962= 3,214 км.

Исходя из того, что в описании СП длина участка регенерации равна 3км, будем считать что расчёт совершён правильно.

Число промежуточных станций К определяется по формуле:

К =(L_внз/l_рег) - 1. (2.3)

К =(510/3,214)-1=158шт

Из них часть промежуточных станций может быть обслуживаемыми ОРП, а часть - необслуживаемыми НРП. Количество ОРП зависит от длины секции дистанционного питания L_ДП.

N_ОРП = (L_внз / L_ДП) - 1. (2.4)

N_ОРП =(510/200)-1=2шт



Тогда общее количество НРП равно

N_НРП = К - N_ОРП. (2.5)

N_НРП =158-2=156шт

Рассчитанное количество НРП необходимо поделить по секциям дистанционного питания, оно отражено на схеме организации связи на рисунке 2.1.

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

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

Общая длина укороченных участков определяется как

L_ост= l_внз - К·l_рег . (2.6)

L_ост=510-158·3,214=2,188 км

Длина укороченных участков определяется как

L_укор = l_ост/2. (2.7)

L_укор =2,188/2=1,094 км

Рассчитанные величины отражены в схеме организации связи на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Структура линии внутризоновой сети

2.2 Расчет магистрального участка сети

Для оценки допустимого значения защищенности, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибки, можно воспользоваться выражением 2.1.

А_З.ДОП. = 5.23 + 11^.lg lg P-1_ОШ1 + 20 lg (m_У-1) + A_З дБ,

где Р_ОШ1 - вероятность ошибки одного регенератора; m_У = 3 - количество уровней кода в цифровом линейном тракте.

В системе передачи магистрального участка используются коды КВП-3 или ЧПИ со скремблированием, т.е. трехуровневые коды.

A_З = 11 - запас помехоустойчивости регенератора, учитывающий не идеальность его узлов и влияние различных дестабилизирующих факторов;

P_ОШ = 10^-9 для магистрального участка сети;

А_З.ДОП. = 5.23 + 11^.lg lg P-1_ОШ1 + 20 lg (m_У-1) + A_З=5.23+11lglg10⁹+20lg2+11= =32.747 дБ;

Защищенность от собственных помех (2.2)



А_З.СП. = P_ПЕР + 121-10lgF - 10 lg (f_Т/2) - 1,175A_Ц дБ,

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

F=4 - коэффициент шума корректирующего усилителя;

f_Т - тактовая частота для заданной СП, f_Т = 139,264 МГц;

А_Ц = (f_РАСЧ)l_Р, дБ - затухание кабеля длиной, равной длине участка регенерации;

l_Р - длина участка регенерации.

Соответственно типу кабеля значение (f_РАСЧ) берется из таблицы 4.

(f_РАСЧ)=20,82 дБ/км;

А_З.СП. = P_ПЕР + 121-10lgF - 10 lg (f_Т/2) - 1.175A_Ц= 10+121-10lg5-10lg69,632- 1.175^.20,82= 109,561-24,46.

Решением неравенства А_ЗСПА_З.ДОП. нужно найти длину участка регенерации

l_Р = (109.561- А_З.ДОП.)/24.46= (109,561-32,747)/24,46=3,14 км.

Число участков регенерации (по формуле 2.3)

k=l_маг/l_РЕГ=950/3,14-1=302шт

Из них часть промежуточных станций может быть обслуживаемыми ОРП, а часть - необслуживаемыми НРП. Количество ОРП зависит от длины секции дистанционного питания L_ДП(по формуле 2.4)

N_ОРП =(950/240)-1=3шт

Тогда общее количество НРП равно (по формуле 2.5)

N_НРП =302-3=299шт

Остаточная длина кабеля

l_ОСТ=l_маг-kl_РЕГ=950-302^.3,14=1.72 км;

l_УКОР=l_ОСТ/2=1,72/2 = 0.86 км

Рисунок 2.2 Структура линии магистральной сети



3. Расчет цепи дистанционного питания

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

Дистанционное питание подается в линию от блоков ДП, устанавливаемых либо на стойках ДП, либо на стойках оборудования линейного тракта, которые размещаются на оконечных (ОП) и промежуточных обслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП). При этом на секции ОРП-ОРП (или ОП - ОРП), называемой секцией дистанционного питания, организуется два участка дистанционного питания: половина НРП обеспечивается питанием от одного ОРП, а вторая половина - от другого ОРП.

При расчете напряжения на выходе блока ДП следует учитывать падение напряжения на участках кабеля и на НРП:

Uдп = Iдп^.R₀^.lдп +Uнрп^.n, (3.1)

где Iдп - ток дистанционного питания, А;

R₀- километрическое сопротивление цепи кабеля, используемой для передачи ДП постоянному току, Ом/км;

lдп - длина участка ДП, км;

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

Uнрп - падение напряжения на одном НРП, В;

R₀ для МКТ- 4 1.2/4.6 = 31.7 Ом/км;

R₀ для КМ-4 2,6/9,5 = 7,1Ом/км;

lдп (ИКМ- 480) = 200 км, Iдп = 400 мА, n =57

lдп(ИКМ-1920)=240 км, Iдп = 400 мА, n=72;

где Lвз и Lмаг - длины участков между ОП и ОРП (ОРП и ОРП),

Lусил.уч - длина усилительного участка ЦСП, т.е длина участка регенерации, км:

для ИКМ-480 Lусил.уч =3,15 км.

для ИКМ-1920 Lусил.уч =2,98 км.

Таким образом,Uдп равен:

Uдп (ИКМ-480) = 200^.10^-3.31,7^.170+10^.52=1597,8 В.

Uдп (ИКМ-1920) = 400^.10^-3.7,1^.210+10 ^.74=1336,4 В.

Так как в результате расчетов величина U_ДП для ИКМ-480 получился больше чем U_{ДП доп} ), то секцию дистанционного питания разделю на полусекции и повторю расчет для L = L_ДП /2 и n = N_НРП /2.

Uдп (ИКМ-480) = 200^.10^-3.31,7^.85+10^.26=798,9 В.



4. Расчет требуемой и ожидаемой защищенности на входе регенератора

4.1 Расчет требуемой защищенности на входе регенератора

Допустимое значение вероятности ошибки для одного регенератора определяется как

Р_ОШ1 =Р'_ОШ · l_Р (4.1)

Значение Р'_ОШ можно определить следующим образом.

Если принять, что вероятность ошибки при передаче цифрового сигнала между двумя абонентами не должна превышать значения Р_ОШ = 10^-6 при организации международной связи (рисунок 4.1, а), то при равномерном распределении ошибок на отдельных участках национальной сети, т.е. ВСС, получим значения Р_{ОШ УЧ}= 10^-7 (рисунок 4.1, б).

В этом случае Р'_ОШ равно:

Р'_ОШ = Р_{ОШ УЧ}/l_УЧ,

где l_УЧ - длина участка номинальной цепи основного канала (ОЦК), на котором используется ЦСП, км (рисунок 4.1, б).

Рисунок 4.1 Схема организации связи

P_ОШ1 = P_ОШ / n, (4.2)

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

n - сумма НРП и ОРП на линейном участке.

Для внутризонового участка сумма НРП и ОРП равна 156, тогда

Р'ош=.

Для магистрального участка сумма НРП и ОРП равна 302, тогда

.

Полученные значения должны быть в пределах неравенства для Р_ОШ 10^-15 <Р_ОШ< 10^-4 .

Как известно, вероятность ошибки в регенераторе однозначно связана с защищенностью сигнала от помех в ТР. Для оценки допустимого значения защищенности, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибок, можно воспользоваться следующим выражением

А_треб= 4.63 + 11.42^.lg lg P_ОШ1^-1 + 20 lg (m_У-1) + А_З (4.3)

где m_У - количество уровней кода в цифровом линейном тракте;

А_З = 11 запас помехозащищенности, учитывающий неидеальность узлов регенератора и влияние различных дестабилизирующих факторов.

Для первых слагаемых определяют значение А_З.ДОП для двухуровневых кодов, а третье слагаемое - необходимое увеличение защищенности при увеличении количества уровней в коде.

Для зонового участка

А_треб= 4.63+11.42lglg + 20lg(3-1) + 11 = 33,45 дБ.

Для магистрального участка

А_треб= 4.63+11.42lglg + 20lg(3-1) + 11 = 33,32дБ.

На основании полученных результатов, мы убедились, что вычисленные значения соответствуют требуемым условиям и реальным условиям работы ЦСП.

4.2 Расчет ожидаемой защищенности на входе регенератора

Расчет длины участка регенерации в данном случае будет производиться с учетом формы одиночного отклика в ТР (см. рис.4.2), т.е. отклика тракта кабель-корректирующий усилитель.

Рисунок 4.2 Схема участка регенерации

При этом будем полагать, что на вход регенерационного участка, поступает прямоугольный импульс со спектральной плотностью S(f).

Модуль спектральной плотности сигнала в ТР S0(f) (на выходе КУ) может быть найден как:

S0(f) = S(f) · Кц(f) · Ку(f) (4.4)

где К_ц(f)-коэффициент передачи кабельной цепи;

К_ку(f)-коэффициент передачи КУ.

При этом требования к частотно-временным характеристикам импульса в ТР носят противоречивый характер. С одной стороны, импульс должен быть достаточно узким, что необходимо для обеспечения малой МСИ, а с другой стороны, его частотный спектр должен быть по возможности более узким и сосредоточенным в более низкочастотной части диапазона частот, что необходимо для поддержания требуемого отношения сигнал/помеха в ТР. Одна из относительно оптимальных форм этого импульса, используемая в дальнейшем, представлена на рисунке 4.3 и описывается выражением вида:

g0(t)=U0·(sin 2 · р · (t/T_т))/(2 · р · (t/T_т)·(1 - 4())) (4.5)

где U₀ - амплитуда импульса (при t = 0),

T_т - тактовый интервал.

Рисунок 4.5 Оптимальная форма импульса

Как видно из рисунка, МСИ в тактовые моменты времени t = n · T_T (моменты принятия решения в РУ) отсутствуют, что благоприятствует правильному принятию решения.

Ожидаемая защищенность от собственных помех в ТР будет равна:

А_з.ож.= Р_пер + 101 - 10lgF - 10lg(f_т/2) - 10lg h(А_ц) (4.6)

10lg(А_ц)=1,175·А_ц - 20, дБ.

А_з.ож= Рпер + 121 - 10lgF - 10lg(fт/2) - 1,175Ац (4.7)

Р_пер = 10lg(U²_пер · 10³/Z_в)

ИКМ-480 использует кабель МКТ - 4 1,2/4,6

Z_в = 73 Ом для МКТ - 4 1,2/4,6,

F_ку = 5,

f_т = 34,368 кГц,

U_пер = 3В,

(f_РАСЧ)= 22,096 дБ/км;

Ац=(fрасч)^.=22,096·3,214=71,01

дБ,

А_з.ож= 20.9 + 121 - 10lg2 - 10lg(34,368/2) - 1.175 · 71,01 = 43,10дБ.

ИКМ-1920 использует кабель КМ - 4 2,6/9,5

Zв = 74 Ом для КМ - 4 2,6/9,5

F_ку = 5 дБ,

f_т = 139,264 кГц,

Uпер = 3В,

(f_РАСЧ)= 20,82 дБ/км;

Ац=(f_расч)^.=20,82^.3,14=65,37дБ,

дБ,

А_з.ож.= 20.85 + 121 - 10lg2 - 10lg(139,264/2) - 1.175 · 65,37 = 43,60 дБ.



5. Расчет требуемого числа уровней квантования

5.1 Равномерное квантование

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

В случае равномерного квантования, когда каждый шаг квантова-ния имеет величину ?Up, мощность шума квантования в полосе частот канала ?F равна

Р_ШК = (?U_Р ²/12)(2?F /f_Д), (5.1)

где f_Д - частота дискретизации сигнала.

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

Известно, что плотность вероятности распределения волюмов соответствует гауссовскому закону распределения (рисунок 5.1, а)

W(y)=1/(у_Уv2р )^. exp [-(y-y₀)²/2^. у_У], (5.2)

где у₀ - среднее значение волюма, дБ;

у_У - его среднестатистическое отклонение, дБ.

График плотности распределения мощностей соответствующих динамическим уровням, показан на рисунке 5.1(б), его максимум соответствует волюму, но значение средней мощности Р_СР очевидно, смещено вправо, поскольку мощности не принимают отрицательных значений.

Из математической статистики известно, что уровень средней мощности может быть подсчитан по формуле

р_СР = у₀+(ln 10/20) у_y²=у₀+0.1151 у_y², (5.3)

а средняя мощность Р_СР = 10^0,1р_ср, мВт0.

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

Рисунок 5.1 Распределение вероятности волюмов

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

W(u)=(б/2) exp (-б|u|).



Причем часто считают, что б?

где Uc - эффективное значение сигнала (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 Закон распределения мгновенных значений сигнала

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

Тогда

10^-3=0.5 exp (-б|U_МАКС|), U_МАКС б= 4.933 Uc.

Q_ПИК = 20 lg (U_МАКС/Uc) = 10 lg (P_МАКС/Р_СР)=р_МАКС

р_СР называется пикфактором.

Таким образом,

р_МАКС = р_СР+Q_ПИК (5.4)

Согласно рекомендациям МСЭ (МККТТ) следует принимать р_МАКС для ЦСП равным +3 дБм0.

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

U_ОГР=U_МАКС= 0.7746^.10^0.05Р_МАКС, В. (5.5)

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

у_МИН = у₀ - 3.09у_у, (5.6)

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 5.2 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, (5.7)

а с учетом (5.3),(5.4),(5.6) находим динамический диапазон сигнала

Dc = р_МАКС - р_МИН = 2 Q_ПИК+3.09у_у+0.115у_у ². (5.8)

Величина шага квантования

?U_Р=2U_ОГР/N_КВ, (5.9)

где Nкв - число шагов квантования, причем Nкв=2^М_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 lg10 lg (3/2) + 10 lg(f_Д/?F)-2+0 lg К_П - D_С+m_p20 lg 2=6m_p-D_С+7,3, Дб. (5.10)

Максимальный и минимальный уровни сигнала:

Р_MAX = y_O + 3_У + Q_ПИК (5.11)

Р_MIN = y_O - 3_У (5.12)

где y_O-среднее значение сигнала,

_У - среднеквадратическое отклонение волюма сигнала.

Р_MAX = -14+3^.6+15=19 дБ,

Р_MIN = -12-3^.6=-30 дБ,

Динамический диапазон сигнала

Д_С = Р_MAX- Р_MIN , дБ. (5.13)

Д_С = Р_MAX- Р_MIN = 19+30 = 49 дБ.

Минимальная защищенность от шумов квантования равна

А_З.КВ.MIN = 6 m_Р - Д_С +7,3. (5.14)

Зная Д_С и А_З.КВ.MIN, находим число разрядов двоичного кода при равномерном квантовании

m_Р = (А_З.КВ.MIN + Д_С - 7.3)/6 (5.15)

m_Р = (26+49-7,3)/6 =11.

Число уровней квантования

N_КВ = 2 = 2¹¹= 2048.

Величина шага квантования при равномерном квантовании будет равна:

_р=2U_ОГР/N_КВ, (5.16)

где U_ОГР-напряжение ограничения;

U_ОГР=U_MAX= 0.7746^.10^0.05Pmax (5.17)

P_MAX = +3дБ - по рекомендации МККТТ для ЦСП.

U_ОГР = U_MAX = 0.7746^.10^0.05Pmax = 0.7746^.10= 6,9 В.

_р = 2U_ОГР / N_КВ (5.18)

_р = 2U_ОГР / N_КВ = 2^.6,9/2024 = 0.007 дБ.

Мощность шума квантования в полосе частот

P_ШКВ = ²_Р /12 , дБ. (5.19)

P_ШКВ = 0.007/12 = 4,08*10^-6 дБ.

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).



6. 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 Дt_i носят случайный характер. Эти отклонения приводят к изменению формы принимаемого сигнала (как показано на рис.6.1), что субъективно воспринимается как характерная помеха, называемая шумами дискретизации.

Величины Дt_i определяются главным образом низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов, вызванными неточностью работы линейных регенераторов, и нестабильностью задающих генераторов станций передачи. Если величину отклонения, вызванного нестабильностью задающих генераторов, обозначить как б_Д, а вызванного фазовыми флуктуациями, как в_Д, то, считая, что между ними существует статистическая связь, можно показать, что мощность шумов дискретизации на переприемном участке не будет превышать:

P_ш.д р² · Uc² · ((б_д/Т_Д)² + (в_Д/Т_Д)²), (6.1)

где U_c- эффективное напряжение сигнала.

Рисунок 6.1 Изменение формы принимаемого сигнала при изменении периода дискретизации

Поскольку щ_Д = 2·р/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:

P_ш.д ? р² · Uc² · ( а_д² + b_д²). (6.2)

В этом случае защищенность сигнала от шумов дискретизации запишется как:

А_зд ?10lg (р² · (а_д² + b_д²))^-1 (6.3)

В основном цифровом канале (ОЦК) с переприемами защищенность снизится на 10lg · (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 = 125 мкс), предельная величина Дt_i не должна превышать 810 нс. Это соответствует минимально допустимой защищенности от шумов дискретизации в канале ТЧ А_зид = 34 дБ. Однако номинальная цепь ОЦК первичной сети может содержать до 59 переприемов, к числу которых следует добавить 2 возможных переприема на абонентских участках. Таким образом, n_пп может достигать 61, а А_зд в канале, образованном на базе ОЦК без переприемов, должна быть не менее

А_зд = 34 + 10lg (61+ 1) ? 52 Дб. (6.4)

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), (6.5)

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);

a²_д = (5)+(3=3.625.

в) посредством преобразования неравенства (6.3), определяется допустимая относительная величина отклонения из-за НЧ фазовых флуктуаций (b_д) на отдельном участке ОЦК (считаем, что b_д одинаковы для всех участков)

, (6.6)

.

г) по величине b_д найдем относительную величину фазовой флуктуации В_фф в линейных трактах на каждом из участков, которая должна быть во столько раз больше b_д, во сколько раз тактовая частота сигнала в соответствующем линейном тракте F_т больше частоты дискретизации f_д = 8 кГц.

(6.7)

?T_i = В_ФФЧТ_д, мкс, при Т_д = 125 мкс. (6.8)

На внутризоновом участке применена ЦСП ИКМ - 480 с тактовой частотой f_т = 34368 кГц:

,

На внутризоновом участке применена ЦСП ИКМ - 480 с тактовой частотой

f_т = 34,368 кГц:

,

На магистральном участке применена ЦСП ИКМ - 1920 с тактовой частотой

f_т = 139,264 кГц:

,



7. Комплектация оборудования и расчет надежности цсп

При составлении комплектации необходимо выбрать стойки оборудования, которые входят в состав проектируемой системы передачи. Количество НРП необходимо взять из расчетов пункта 1. Составить таблицу.

Таблица 5 - Комплектация оборудования

	САЦО (САЦК)	СВВГ	СТВГ	СЧВГ	СОЛТ	НРП
ИКМ-480	32	2	2	-	6	171
ИКМ-1920	128	4	2	2	8	285

САЦО - стойка аналого-цифрового оборудования, содержит 4 комплекта АЦО и рассчитана на 120 каналов ТЧ.

САЦК - стойка аналого-цифровой коммутации (аналог САЦО, имеет немного другую конструкцию).

СВВГ - стойка вторичного временного группообразования, содержит 8 комплектов ВВГ и рассчитана на 960 каналов ТЧ.

СТВГ - стойка третичного временного группообразования, содержит 4 комплекта ТВГ и рассчитана на 1920 каналов ТЧ.

СЧВГ - стойка четверичного временного группообразования, содержит 4 комплекта ЧВГ и рассчитана на 1920х4 каналов ТЧ.

НРП - необслуживаемый регенерационный пункт, содержит от 2 до 12 двухсторонних линейных регенераторов

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, сохранностью, 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 (t), тогда вероятность безотказной работы

P(t)e^-t .

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/

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.

_N

Р_СИСТ(t) = (1-q_i) , (7.1)

ⁱ⁼¹

где q_i - интенсивности отказов отдельных её элементов.

_N

Р_i(t)=e_i^-t = e_СИСТ^- t , (7.2)

ⁱ⁼¹

где _СИСТ = q_{i .}

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

К_Г = Т_СР / (Т_СР + Т_В). (7.3)

Таблица 6 - Показатели надежности аппаратуры ЦСП

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

В качестве примера можно рассмотреть расчет показателей надежности образования между станциями А и Б.

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

_СИСТ=N_САЦК+N_ВВГВВГ+N_ТВГТВГ+N_ЧВГЧВГ+N_ОЛТОЛТ (7.4)

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

Для ИКМ-480

_СИСТ=32·2·10^-6+2·3·10^-6+2·3·10^-6+6·2·10^-688·10^-6

Для ИКМ-1920

_СИСТ=128·2·10^-6+4·3·10^-6+2·3·10^-6+2 ·4 · 10^-6+8·2·10^-6298·10^-6

Исходя из полученной интенсивности отказа _СИСТ, можно определить коэффициент простоя

К_Поп = _СИСТ Т_В / (1+_СИСТ Т_В) (7.5)

Для ИКМ-480

К_Поп =

Для ИКМ-1920

К_Поп =



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

_НРП = N_НРП 2_ОЛТ (7.6)

Для ИКМ-480

_НРП = = = 0.000684 1/ч.

Для ИКМ-1920

_НРП = = 0.00114 1/ч.

При оптимальной стратегии восстановления с учетом того, что время подъезда составит в этом случае t₁ = 2часа, имеем по типу выражение

К_Пнрп=_НРП(Т_Внрп-0.7t₁)/(1+_НРП Т_Внрп) (7.7)

Для ИКМ-480

К_Пнрп= 0.000684(2.5-0.7^.2)/(1+0.000684^.2.5)=0.00075

Для ИКМ-1920

К_Пнрп= 0.00114(2.5-0.7^.2)/(1+0.00114^.2.5)=0.0012.

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

К_Псум = К_Поп + К_Пнрп (7.8)

Для ИКМ-480

К_Псум. = .

Для ИКМ-1920

К_Псум. = .

Полученные результаты необходимо сравнить с данными таблицы 8 и убедиться, что какая-то из указанных стратегий позволяет обеспечить требования к проектируемой системе. В противном случае необходимо использование более высоконадежной аппаратуры.

Таблица 7

Наименование элемента	АОП	ВВГ	ТВГ	ЧВГ	ОЛТ	СДП	НРП	Один км кабельной линии
, 1/ч	2.10-6	3.10-6	3.10-6	4.10-6	2.10-6	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



Заключение

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 местный 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 (местного и магистрального) с использованием электрических и оптических кабелей, при построении трактов передачи, что играет немаловажную роль, в будущем, при проектировании реальных цифровых каналов передач.



Список литературы

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

2. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи: Учебное пособие для Вузов / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, В.И. Иванов и др. Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева - М.: Радио с связь, 1996.

3. Иванов В.И., Гордиенко В.Н., Попов Г.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы передачи. - М.: Радио и связь, 1995. - 232с.

4. Берганов И.Р., Гордиенко В.Н., Крухмалев В.В. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи. - М.: Радио и связь,1989. - 272с.

5. Четкин С.В. Методические задания и задания на курсовой проект «Цифровая многоканальная система передачи с ИКМ». - М.: МИС, 1991.

6. Баева Н.Н., Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С. Проектирование цифровых каналов передачи. Учебное пособие / МТУСИ - М.: 1996.

7.Агатаева Б.Б., Шахматова Г.А. Многоканальные телекоммуникационные системы. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АИЭС, 2013.- 42с.

Размещено на Allbest.ru