Цифровые системы многоканальной передачи

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПЕРЕДАЧА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

1.1 Расчет f_д

1.2 Расчет m для телефонных каналов

1.3 Расчет Д1 по допустимой защищенности сигналов от шумов на выходе канала

1.4 Расчет Uогр

1.5 Расчет m

1.6 Расчет зависимости a_ш(р)

2. ПЕРЕДАЧА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

2.1 Расчет параметров подсистемы преобразования дискретных сигналов

2.1.1 Способ кодирования амплитуды сигнала

2.1.2 Способ скользящего индекса

2.1.3 Способ фиксированного индекса

2.2 Выбор способа передачи

3. ЦИКЛ ПЕРЕДАЧИ

3.1 Начальные параметры

3.2 Расчёт параметров и разработка структуры цикла

4. ЛИНЕЙНЫЙ ТРАКТ

4.1 Расчёт амплитуды входе регенератора

4.2 Расчёт затухания импульсного сигнала на регенерационном участке наибольшей длины

4.3 Расчёт предельно допустимой длины регенерационного участка

4.4 Расчёт допустимой вероятности ошибок в передаче символов на регенерационном участке предельно допустимой длины

4.5 Требования к защитному интервалу на этапе итерации i+1

5. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АППАРАТУРЫ ОКОНЕЧНОЙ СТАНЦИИ

5.1 Структурная схема мультиплексора и демультиплексора

5.2 Оконечная аппаратура линейного тракта

5.3 Генераторная аппаратура

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК



ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Исходные данные для проектирования

Таблица 1 - Каналы цифровой системы передачи

Наименование	Параметры	Номер варианта
		18
Канал телефонный	Число каналов	16
	Частота следования код.гр., кГц	Расчет
	Число битов в код. слове, бит	Расчет
Канал ПДС-1,2 кбит/с	Число каналов	20
	Частота следования код.гр., кГц	8 - 10
	Число битов в код. слове, бит	1
Канал ПДС-19,2 кбит/с	Число каналов	40
	Частота следования код.гр., кГц	Расчет
	Число битов в код. слове, бит	Расчет
Канал ПДС-2048 кбит/с	Число каналов	1
	Частота следования код.гр., кГц, доп.	0,4 - 1,6
	Число битов в код. слове, бит, доп.	3
Канал перед. СУВ	Число каналов	100
Тип кабеля		Т

Входное и выходное сопротивления телефонного канала - 600 Ом.

аналоговый цифровой дискретный сигнал многоканальный

Таблица 2 - Требования к каналам.

Каналы	Параметры	Номер варианта
		1
телефонные каналы	fн, кГц	0,3
	fв, кГц	2,7
	Дfф, кГц	1
	P1, дБм0	-35
	P2, дБм0	-5
	Pш.н, дБм0	-45
	ан, дБ	25
	Pш.и, пВт	500
	Номер шкалы	12
каналы ПДС	дн , %	15

В таблице используются следующие обозначения:

f_н - нижняя граница эффективно передаваемых частот канала;

f_в - верхняя граница эффективно передаваемых частот канала;

?f_ф - ширина полосы расфильтровки фильтров, используемых в дискретизаторе и восстановителе аналоговой формы сигнала;

p₁ - нижняя граница нормируемого диапазона уровней преобразуемого сигнала в ТНОУ;

p₂ - нижняя граница нормируемого диапазона уровней преобразуемого сигнала в ТНОУ;

a_н - минимально допустимое значение защищенности передаваемого сигнала от шумов в заданном диапазоне изменения его уровней;

P_ш.н. - допустимое значение абсолютного уровня шумов на выходе незанятого телефонного канала или канала вещания в ТНОУ;

P_ш.и. - ожидаемое значение средней мощности шумов в канале, возникающих из-за погрешностей изготовления кодеков. Это значение приведено в ТНОУ и относится к полосе, равной половине частоты дискретизации;

R - сопротивление телефонного или канала видеотелефонной связи;

д_н - предельно допустимое значение фазовых дрожаний (краевых искажений) передаваемого дискретного сигнала.

Синтез оптимальной шкалы квантования данный курсовой проект в себя не включает, для него задана семисегментная шкала. В пределах одного сегмента шаги квантования одинаковы. Шкала характеризована отношением шага квантования каждого сегмента к шагу квантования первого сегмента, а также отношение числа шагов в каждом сегменте к числу шагов в первом сегменте. Параметры шкалы квантования представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Шкалы квантования.

Номер шкалы	Сегмент № 2	Сегмент № 3	Сегмент № 4
3	2		4		16

В таблице используются следующие обозначения:

?₁ - шаг квантования первого сегмента;

?₂ - шаг квантования второго сегмента;

?₃ - шаг квантования третьего сегмента;

?₄ - шаг квантования четвертого сегмента

n₁ - число шагов квантования в первом сегменте;

n₂ - число шагов квантования во втором сегменте;

n₃ - число шагов квантования в третьем сегменте;

n₄ - число шагов квантования в четвертом сегменте;

При проектировании линейного тракта в данном варианте используется телефонный кабель, параметры которого приведены в таблице 4. В таблице 5 приведены параметры линейного тракта, необходимые для проектирования цифровой системы передачи.

Таблица 4 - Параметры линейного тракта.

Параметры	Номер варианта
	9
L, км	50
Дa3, дБ	18
Pв.п., дБм	-40
Uвых, В	5,0

Таблица 5 - Параметры кабелей связи.

Кабель	б (f), дБ/км	zв, Ом
С симметричными парами типа Т		135

В таблице использованы следующие обозначения:

б(0,5*f_т.п.) - километрическое затухание кабеля;

Z_в - волновое сопротивление;

L - длина линейного тракта проектируемой системы;

?a_з - помехи помехозащищенности регенератора;

P_вп - абсолютный уровень помех на входе регенератора;

U_вых - амплитуда импульсов в кабеле на выходе регенератора.

Порядок выполнения курсового проекта

1) Проектирование подсистемы аналого-цифрового преобразования.

В данном курсовом проекте в результате проектирования необходимо получить значения следующих параметров:

f_д - частота дискретизации преобразуемых сигналов при частоте повторения кодовых слов (кодовых групп);

m - число бит в кодовом слове на выходе АЦП;

U_огр - напряжение соответствующее порогу ограничения квантующей характеристики;

a_ш(p) - зависимость помехозащищенности передаваемых сигналов от их уровня в заданном диапазоне.

Необходимо также построить график зависимости помехозащищенности передаваемых сигналов от их уровня в заданном диапазоне.

2) Проектирование подсистемы преобразований дискретных сигналов.

В результате проектирования необходимо получить:

m - минимально допустимое число бит в кодовых словах или кодовых группах канального цифрового сигнала ЦСП, обеспечивающего организацию цифрового канала заданной пропускной способности и заданного качества;

f_г - частоту повторения кодовых групп в данном цифровом канале;

з - коэффициент использования пропускной способности цифрового канала.

3) Проектирование циклов передачи.

В результате проектирования необходимо получить значения следующих параметров:

f_т - тактовая частота цифрового группового сигнала;

f_ц - частота повторения циклов;

f_сц - частота повторения сверхциклов;

N_ц - число тактовых интервалов в цикле;

N_сц - число тактовых интервалов в сверхцикле;

з - коэффициент использования пропускной способности, проектируемой ЦСП.

Также необходимо представить структуру цикла.

4) Проектирование линейного тракта.

В результате проектирования необходимо получить:

l_s - предельно допустимую длину регенерационного участка;

a_s - допустимое затухание сигнала на регенерационном участке;

n - наиболее вероятное число регенерационных участков в линейном тракте проектируемой системы;

U_вх - амплитуду импульсов, приведенная ко входу регенераторов;

P_l - допустимую вероятность ошибок в передаче символов в регенерационном участке.

5) Разработка структурной схемы аппаратуры оконечной станции ЦСП.

В результате разработки должны быть получены:

а) структурная схема мультиплексора и демультиплексора;

б) схема оконечной аппаратуры линейного тракта передачи и приема;

в) схема генераторной аппаратуры.



ВВЕДЕНИЕ

Цифровые системы многоканальной передачи занимают господствующее положение на сетях местной связи и находятся в стадии внедрения на сетях зоновой и магистральной связи. Ряд, связанных с этим технических и организационных проблем до сих пор не решен. Продолжается поиск оптимальных решений. Разработка норм и рекомендаций по цифровым системам передачи, выполняемая международными специализированными организациями, продолжается.

В этих условиях базирование курсового проектирования только на уже принятых рекомендациях представляется нецелесообразным. Оно привело бы к сужению задач курсового проектирования и повторной разработке систем ИКМ-30, ИКМ-120 и других цифровых систем передачи действующей иерархической структуры. Поэтому объектами курсового проектирования названы локальные цифровые системы, лишь частично связанные с разработанными рекомендациями. С их помощью предполагается организовывать каналы связи различных типов. Структура курсового проектирования отражает направленность на приобретение навыков разработки нетиповых цифровых систем передачи.



1. ПЕРЕДАЧА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

1.1 Расчет частоты дискретизации

Частота дискретизации должна быть выбрана таким образом, чтобы исходный сигнал мог быть выделен в неискаженном виде из спектра дискретизированного сигнала.

Выбор частоты дискретизации осуществляется в соответствии с теоремой дискретизации (теоремой В.А.Котельникова), в соответствии с которой частота дискретизации выбирается из условия:

f_д ? 2f_в + ?f_ф, кГц, (1.1)

где f_д - частота дискретизации преобразуемых сигналов при частоте повторения кодовых слов (кодовых групп);

f_в - верхняя граница эффективно передаваемых частот (табл. 2);

?f_ф - ширина полосы расфильтровки фильтров, используемых в дискретизаторе и восстановителе аналоговой формы сигнала (табл. 2).

f_д ? 2Ч2,7 + 1,

f_д ? 6,4 кГц.

Если отношение верхней и нижней частот менее двух, то частоту дискретизации можно уменьшить и выбрать из условия:

(f_в + ?f_ф/2) ? f_д ? 2Ч(f_н - ?f_ф/2), (1.2)

f_н - нижняя граница эффективно передаваемых частот (табл. 2).

В данном варианте это условие не выполняется, поэтому частота дискретизации выбирается по теореме Котельникова.

Для дальнейшего проектирования и расчетов удобно выбрать частоту дискретизации: f_д = 6,6 кГц

Для проверки правильности выбора частоты дискретизации строится спектр дискретизированного сигнала, представленный на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Спектр дискретизированного сигнала

При дальнейших расчетах необходимо будет также использовать значение ширины спектра преобразуемого сигнала, которое рассчитывается по формуле:

?f = f_в - f_н, кГц (1.3)

?f = 2,7 - 0,3 = 2,4 кГц



1.2 Расчет m и зависимости a_ш(р) для телефонного канала

При проведении всех расчетов значение частоты дискретизации следует принять равным минимальному. Окончательный выбор значения частоты дискретизации производится при разработке цикла системы. Расчет рекомендуется выполнять в следующем порядке.

Расчет по допустимому уровню шумов в незанятом канале

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

, (1.4)

где ? f = f_в - f_н ,

- множитель, учитывающий попадание в полосу частот канала, только спектральных составляющих шума при их равномерном распределении в интервале, равном половине частоты дискретизации.

Известно, что средний квадрат ошибки квантования в незанятом канале равен

. (1.5)

Тогда мощность шумов квантования на выходе незанятого канала в интервале, равном половине частоты дискретизации, может быть рассчитана по формуле

(1.6)

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

(1.7)

Отсюда следует, что

, (1.8)

0,323 В

где P_{ш.н ,} Рш.и - должны быть выражены в ваттах, тогда шаг квантования будет иметь размерность в вольтах.

1.3 Расчет Д₁ 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:

(1.9)

Защищенность сигнала от этих шумов:

, (1.10)

не должна превышать значение номинальной защищенности (таблица 2). Это может иметь место только при:

(1.11)

0,00251 В

Из двух рассчитанных предельных значений шагов квантования в первом сегменте (расчет по уровню шумов в незанятом канале и расчет по защищенности сигналов от шумов) для дальнейших расчетов следует принять наименьшее предельное значение ?₁. Принимаем 0,00251 В.

1.4 Расчет U_огр

Известно, что ошибки квантования резко возрастают и соответственно этому падает защищённость сигнала от шумов, когда мгновенные значения преобразуемого сигнала попадают в зону ограничения квантующей характеристики. Поэтому в системе следует принимать напряжение ограничения таким, чтобы при наивысшем уровне преобразуемого сигнала мгновенные значения сигнала превышали напряжение ограничения крайне редко. Пикфактор сигнала (отношение пикового значения сигнала к его эффективному или к среднеквадратичному значению) в данном случае при нормальном распределении вероятностей мгновенных значений может быть принят равный 4,0. А так как эффективное напряжение сигнала наиболее высоко уровня равно

, то (1.12)

(В)

(В)

1.5 Расчет m

Согласно данным 12 шкалы квантования характеристика семисегментная (в положительной ветви - четырёхсегментные) с параметрами:

Входные напряжения, соответствующие верхним границам сегментов, обозначены соответственно через U₁, U_2, U_3, U₄

Напряжение ограничения, соответствующее началу зоны ограничения квантующей характеристики, в данном случае равно U_огр = U₄.

В общем случае для сегментных шкал справедливо:

, (1.13)

где N - число сегментов в положительной ветви квантующей характеристики 2 ? l ?N



з пояснений к таблице 3 следует:

, (1.14)

U_огр = лЧ 2^m-1 Ч Д₁ тогда количество битов в кодовом слове может быть рассчитано по формуле

, (1.15)

Значение количества битов в кодовом слове m=9

Рассчитаем новое значение шага квантования в первом сегменте, значения шагов квантования в других сегментах и значения напряжений, соответствующих верхним границам сегментов.

U_огр = 1,742 В, a m = 9, то л =3,875

(1.16)

Так как используется семисегментная шкала квантования, которая имеет четыре сегмента в положительной области, то:

U₄ = U_огр, В (1.17)

где U_огр - напряжение ограничения сигнала

U₄ = 1,742 В

1.6 Расчет зависимости a_ш(р)

Необходимо выполнить расчет зависимости защищенности от уровня передаваемого сигнала. Рекомендуется выбрать следующие значения уровней сигнала:

дБ

здесь р₁ и р₂ - данные о динамическом диапазоне из таблицы 2. Этим значениям уровней необходимо найти соответствующие значения эффективного напряжения:

,

,

,

При использовании реальных кодеков с сегментными шкалами квантования, основными составляющими шумов являются:

- шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 1; вероятность этого события обозначим W₁;

- шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зоны сегментов 2,3 и 4; вероятности этих событий обозначим соответственно W₂, W₃ и W₄;

- шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону ограничения квантующей характеристики;

- шумы, вызванные погрешностями изготовления цифровых узлов.

Если принять, что распределение вероятностей случайных сигналов нормальное со среднеквадратическим значением равным эффективному значению напряжения, то значения вероятностей попадания в сегменты рассчитываются по следующим формулам:

, (1.18)

, (1.19)

, (1.20)

(1.21)

где U₁ - напряжение верхней границы первого сегмента

U₂ - напряжение верхней границы второго сегмента

U₃ - напряжение верхней границы третьего сегмента

U₄ - напряжение верхней границы четвертого сегмента

U_ci - эффективное значение напряжения при соответствующем уровне динамического диапазона

Сначала необходимо рассчитать значения вероятностей попадания сигнала в сегменты для первого значения уровня динамического диапазона (i = 1):

U_ci = U_c1, (1.22)

где U_c1 - эффективное значение напряжения для первого значения уровня динамического диапазона

Для этого же уровня рассчитывается величина ошибки ограничения:

, В, (1.23)

где U_ci - эффективное значение напряжения при соответствующем уровне динамического диапазона

U_огр - напряжение ограничения сигнала (1.12).

Теперь можно определить полную мощность шумов на выходе канала в ТНОУ при передаче сигнала в случае использования семисегментной шкалы квантования:

, (1.24)

где W₁ - шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 1

W₂ - шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 2

W₃ - шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 3

W₄ - шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 4

?₁ - шаг квантования первого сегмента

?₂ - шаг квантования второго сегмента

?₃ - шаг квантования третьего сегмента

?₄ - шаг квантования четвертого сегмента

?_огр - ошибка ограничения (1.23);

R - сопротивление телефонного канала (табл. 2);

P_ш.и. - ожидаемое значение средней мощности шумов в канале, возникающих из-за погрешностей изготовления кодеков (табл. 2);

?f - ширина спектра преобразуемого сигнала (1.3);

f_д - частота дискретизации преобразуемых сигналов при частоте повторения кодовых слов (кодовых групп) (1.1).

.

Используя найденное значение мощности шумов, можно рассчитать величину помехозащищенности:

, (1.25)

где U_ci - эффективное значение напряжения при соответствующем уровне динамического диапазона

P_ш - полная мощность шумов на выходе канала при данном значении уровня динамического диапазона (1.24);

R - сопротивление телефонного канала (табл.2)

.



Аналогичные вычисления проведем для остальных четырех уровней.

Для уровня В

Для уровня В:

Для уровня В:

Для уровня В:

Полученные значения необходимо сравнить с заданным значением допустимой защищенности сигнала. В динамическом диапазоне должно выполняться условие:

a_ш ? a_н, (1.26)

где a_ш - значение защищенности передаваемого сигнала от шумов при данном уровне динамического диапазона (1.25);

a_н - минимально допустимое значение защищенности передаваемого сигнала от шумов в заданном диапазоне изменения его уровней (табл. 2).

Результаты вычислений приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Результаты расчетов для разных значений уровней сигнала при m=9

pci, дБ	Uci, В	W1	W2	W3	W4	, В	Pш, нВт	aш, дБ
-40	0,00774	1	0	1,665Ч10-15	1,441Ч10-15	0	6,752Ч10-10	21,705
-35	0,01377	1	1,044Ч10-14	5,151Ч10-14	3,486Ч10-14	0	6,752Ч10-10	26,705
-20	0,07746	0,97	0,029	3,695Ч10-7	-1,872Ч10-7	0	7,027Ч10-10	41,533
-5	0,43559	0,3016	0,332	0,313	0,053	1,27Ч10-5	2,202Ч10-8	41,571
0	0,7746	0,1725	0,216	0,335	0,252	0,017	2,058Ч10-5	16,866

В таблице:

p_ci - уровень сигнала динамического диапазона (1.16);

U_ci - эффективное значение напряжения при соответствующем уровне динамического диапазона (1.17);

W₁ - шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 1 (1.18);

W₂ - шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 2 (1.19);

W₃ - шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 3 (1.20);

W₄ - шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 4 (1.21);

?_огр - ошибка ограничения (1.23);

P_ш - полная мощность шумов на выходе канала при данном значении уровня динамического диапазона (1.24);

a_ш - значение защищенности передаваемого сигнала от шумов при данном уровне динамического диапазона (1.25).

Теперь необходимо построить график зависимости защищенности сигнала от величины его уровня (рис. 1.2).



Рисунок 1.2 - График зависимости защищенности сигнала от величины его уровня

На графике хорошо видно, что значение защищенности сигнала в динамическом диапазоне больше минимально допустимого.

Таким образом, при расчете канала передачи аналоговых сигналов выбрано число бит в кодовом слове равное 9, частота дискретизации 6,6 кГц, рассчитано значение напряжения ограничения, которое составило 1,742 В и построен график зависимости защищенности сигнала от величины его уровня, который удовлетворяет требованиям к защищенности сигнала.



2. ПЕРЕДАЧА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ

2.1 Расчет параметров подсистемы преобразования дискретных сигналов

2.1.1 Способ кодирования амплитуды сигнала

Число битов в кодовых группах канального цифрового сигнала ЦСП при использовании в кодере способа кодирования амплитуды равно единице. На кодер поступает только одна управляющая последовательность, частота следования импульсов которой равна f_к.

Максимальная абсолютная величина фазовых дрожаний равна длительности тактового интервала канального сигнала:

(2.1)

Минимальное значение частоты следования кодовых групп зависит от заданной величины фазовых дрожаний

, (2.2)

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

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала равен:

(2.3)

кГц

µс

2.1.2 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, частоты следования которых равны: f_к и

Первый символ в кодовой группе равен “единице” при появлении любого фронта импульса дискретного сигнала, один символ используется для передачи характера фронта сигнала, остальные символы - для передачи расположения фронта дискретного сигнала по отношению к тактовым импульсам канального цифрового сигнала. Номер подинтервала, в котором наблюдается фронт импульса дискретного сигнала, кодируется натуральным арифметическим кодом.

Если для передачи расположения фронта используется один символ, то точность передачи и максимальная величина фазовых дрожаний равны половине тактового интервала, если два, то максимальная величина фазовых дрожаний равна четвертой части тактового интервала и т.д. Начало кодовой группы - это всегда “единица”. Положения этих стартовых символов не синхронизированы с последовательностью тактовых импульсов канального сигнала. Это вызывает скольжение стартового символа по временной оси, отсюда название способа.

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

где T_к - период следования тактовых импульсов канального цифрового сигнала.

Способ СИ может быть реализован в кодере при условии, что T_с ? mЧ T_к.

Относительная величина фазовых дрожаний будет равна:

(2.4)

Примем T_с = mЧ T_к , тогда

Принимаем m = 4, тогда

Минимальное значение количества битов в кодовом слове равно трем. Следует подставить это значение в вышеприведенную формулу и рассчитать величину фазовых дрожаний. Если рассчитанное значение фазовых дрожаний меньше допустимого, то для реализации способа СИ достаточно иметь кодовые группы с числом битов, равным трем. Если полученное значение больше допустимого, то необходимо более точно передавать положение фронта дискретного сигнала и использовать в кодере число битов, равное четырем и т.д.

Минимальное значение частоты следования кодовых групп следует принять равным

кГц

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала может быть рассчитан по формуле:

Способ СИ характеризуется размножением ошибок, т.е. одиночные ошибки (сбои символов) в групповом цифровом тракте системы передачи вызывают более чем одну ошибку в дискретном сигнале на приеме. Коэффициент размножения ошибок при средней длительности импульса дискретного сигнала 4Ч mЧ T_к равен (m + 3).

2.1.3 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. Но кодовые группы формируются в фиксированные моменты времени, определяемые управляющими сигналами ЦСП. При этом на кодер, в котором реализуется способ ФИ, должны поступать от генераторной аппаратуры ЦСП три управляющие последовательности, частоты следования импульсов которых равны:

f_к, и

Допустим, число битов в кодовой группе в кодере равно трем. При передаче информации о положении фронта дискретного сигнала первый символ в кодовой группе имеет значение “1”, если наблюдался передний фронт сигнала, и “0”, если наблюдался задний фронт сигнала. Следующие два символа передают в простом двоичном коде информацию о номере подинтервала, в котором наблюдался фронт дискретного сигнала, таких подинтервалов только три. При отсутствии фронта импульса дискретного сигнала формируется кодовая группа, первый символ которой совпадает по своему значению со значением дискретного сигнала (“0”, если в дискретном сигнале пробел, и “1”, если передавался импульс дискретного сигнала). Последующие два символа кодовой группы равны при этом “единицам”.

Относительная величина фазовых дрожаний при использовании способа ФИ равна:

При m = 3

При m = 4

Для определения величины числа битов в кодовой группе следует рассчитать значение фазовых дрожаний при минимальном числе битов. Сравнить рассчитанное значение с допустимым и, если качество передачи не соответствует требованиям, увеличить число битов до четырех и опять рассчитать значение фазовых дрожаний и т.д.

Минимальное значение частоты следования кодовых групп следует принять равным

кГц

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала может быть рассчитан по формуле

Для способа ФИ коэффициент размножения ошибок равен значению m.

2.2 Выбор способа передачи

Подсистемы преобразования дискретных сигналов, или кодеки, которые могут быть названы и устройствами преобразования типа “цифра-цифра”, при использовании различных способов передачи дискретных сигналов отличаются, значениями частот следования кодовых групп и числом битов в кодовых группах, степенью аппаратурной сложности соответствующих узлов в ЦСП и значениями коэффициента размножения ошибок. При этом все кодеки обеспечивают заданное качество передачи в отношении фазовых дрожаний.

Наиболее сильное влияние на параметры проектируемой ЦСП оказывают численные значения частот следования кодовых групп и числа битов в кодовых группах. С их увеличением увеличивается тактовая частота группового цифрового сигнала ЦСП и уменьшается длина регенерационного участка. При незначительном уменьшении длины регенерационного участка можно считать допустимым использование способа кодирования амплитуды как наиболее простого в реализации. В противном случае предпочтение должно быть отдано способам СИ или ФИ, требующим узлов примерно одинаковой сложности. Но эти способы различаются коэффициентами ошибок.

С учетом сказанного анализ результатов расчета и выбор способа передачи производится в следующем порядке:

Рассчитаем ориентировочные значения тактовых частот группового цифрового сигнала проектируемой ЦСП для случаев использования способов кодирования амплитуды, СИ и ФИ f_т.н , f_т.СИ, f_т.ФИ.

Известно, что для двоичных сигналов численные значения скоростей сигналов и тактовых частот одинаковы (например, С (кбит/с) = f (кГц)), поэтому для расчета значений тактовых частот можно использовать следующие формулы:

где N_т - число телефонных каналов (табл. 1);

m_т - число бит в кодовом слове телефонного канала (рассчитано в предыдущем разделе);

f_т - частота следования кодовых групп телефонного канала (рассчитано в предыдущем разделе);

N_ПДС-1,2 - число каналов ПДС-1,2 (табл. 1);

m_ПДС-1,2 - число бит в кодовом слове канала ПДС-1,2 (табл. 1);

f_ПДС-1,2 - частота следования кодовых групп канала ПДС-1,2 (табл. 1);

N_ПДС-2048 - число каналов ПДС-2048 (табл. 1);

m_ПДС-2048 - число бит в кодовом слове канала ПДС-2048 (табл. 1);

f_ПДС-2048 - частота следования кодовых групп канала ПДС-2048 (табл. 1);

N_ПДС-19,2 - число каналов ПДС-19,2 (табл. 1);

m_н - число бит в кодовом слове канала ПДС-19,2 при использовании способа наложения

f_г.н. - минимальная частота следования кодовых групп канала ПДС-19,2 при использовании способа наложения

m_СИ - число бит в кодовом слове канала ПДС-19,2 при использовании способа скользящего индекса;

f_г.СИ - минимальная частота следования кодовых групп канала ПДС-19,2 при использовании способа скользящего индекса ;

m_ФИ - число бит в кодовом слове канала ПДС-19,2 при использовании способа фиксированного индекса;

f_г.ФИ - минимальная частота следования кодовых групп канала ПДС-19,2 при использовании способа фиксированного индекса

Для выбора способа кодирования используется неравенство:

, (2.5)

Так как условие (2.5) не выполняется, выбор ограничивается способами СИ и ФИ, из которых согласно методике предпочтение в данной ситуации отдается способу СИ.

Таким образом, для канала ПДС-19,2 получены следующие параметры:

f_г=19,2 кГц,

m = 4,

з = 0,25,

f_т.СИ. = 10328 кГц.



3. ЦИКЛ ПЕРЕДАЧИ

3.1 Начальные параметры

В таблице 3.1 приведены начальные параметры каналов, которые будут необходимы для последующих расчетов.

Таблица 3.1 - Начальные параметры заданных каналов

Тип канала	Число каналов	min fгi, кГц	max fгi, кГц
Канал телефонный	16	6,6
Канал ПДС-1,2 кбит/с	20	8	10
Канал ПДС-19,24 кбит/с	40	19,2
Канал ПДС-2048 кбит/с	1	2048

В таблице используются следующие обозначения:

min f_гi - минимальное значение частоты следования кодовых групп;

max f_гi - максимальное значение частоты следования кодовых групп.

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.

Число битов в цикле и число циклов в сверхцикле ограничены:

N_ц ? 2000, (3.1)

N_ц.сц ? 70, (3.2)

где N_ц - число битов в цикле;

N_ц.сц- число циклов в сверхцикле.

Для расчета ориентировочного минимального числа битов в цикле можно использовать формулу:

, (3.3)

где f_т - ориентировочное значение тактовой частоты группового цифрового сигнала, выбранное при определении способа кодирования в предыдущем пункте;

f_ц - частота повторения циклов, равная наименьшему значению частоты повторения кодовых групп из всех частот, представленных в таблице 3.1.

Так как это значение меньше 2000, то групповой сигнал необходимо создавать на основе циклов и сверхциклов.

3.2 Расчет параметров и разработка структуры цикла

Для расчетов необходимо определить область разрешенных значений частот повторения циклов и сверхциклов:

, (3.4)

, (3.5)

где f_т - ориентировочное значение тактовой частоты группового цифрового сигнала, выбранное при определении способа кодирования в предыдущем пункте;

f_ц - частота повторения циклов;

min(minf_гi) - наименьшее значение частоты повторения кодовых групп из всех частот, представленных в таблице 3.1 (для частоты повторения сверхциклов с учетом также каналов СУВ);

f_сц - частота повторения сверхциклов.

10328 / 2000 ? f_ц ? 70Ч6,6

5,164 кГц ? f_ц ? 462 кГц.

0,4 кГц ? f_сц ? f_ц.

При выборе частот повторения циклов и сверхциклов необходимо учитывать следующие условия:

, для f_гi ? f_ц, (3.6)

, для f_гi ? f_ц, (3.7)

, (3.8)

где n_i - целые числа;

f_гi - частоты повторения кодовых групп, выбранные из промежутков [min f_гi; max f_гi];

f_ц - частота повторения циклов;

f_сц - частота повторения сверхциклов;

N_ц.сц. - число циклов в сверхцикле (целое число).

Частоты повторения циклов и сверхциклов можно выбрать:

f_ц = 6,6кГц. (3.9)

f_сц = 3,3 кГц. (3.10)

Тогда можно записать значения n и найти число циклов в сверхцикле по (3.6)-(3.8):

Для расчета количества занимаемых тактовых интервалов цикла и сверхцикла в случае (3.6) используются формулы:

(3.11)

_. (3.12)

где N_i - число каналов данного типа (табл. 3.1);

m_i - число бит в кодовом слове канала данного типа (табл. 3.1);

n_i - отношение частоты повторения группового сигнала и частоты повторения цикла соответствующего канала (3.6),

N_ц.сц. - число циклов в сверхцикле (3.8);

N_цi - число бит в цикле для данного канала (3.11).

N_тел. = 16Ч9Ч1 = 144

N_сц.тел. = 2Ч144=288

N_{ц.ПДС-1,2} = 20Ч1Ч2 = 40

N_{сц.ПДС-1,2} = 2Ч40=80

N_{ц.ПДС-19,2} = 40Ч4Ч3 = 480

N_{сц.ПДС-19,2} = 2Ч480=960

N_{ц.ПДС-2048} = 1Ч3Ч311 = 933

N_{ц.ПДС-2048(0,4)} = 1Ч3Ч1 = 3

N_{сц.ПДС-2048} = 2Ч933=1866

N_{сц.ПДС-2048(0,4)} = 2Ч3=6

Для синхронной работы приемника и передатчика необходимо ввести сигналы синхронизации: цикловой, которые передаются в начале каждого цикла, и сверхцикловой, которые передаются только в первом цикле каждого сверхцикла.

N _{ц.синхр} = 8,

N_{ц. сц.синхр} =2Ч8=16,

N_{сц. ц.синхр.} = 8,

Для расчета минимально необходимого числа тактовых интервалов в цикле используется формула:

, (3.13)

Необходимо рассчитать коэффициент использования пропускной способности цифровой системы передачи. Для этого нужно знать число битов в сверхцикле:



N_сц. = ·N_ц.сц, (3.14)

где N_ц. - число тактовых интервалов в цикле ;

N_ц.сц - число циклов в сверхцикле .

Коэффициент использования пропускной способности канала рассчитывается по формуле:

, (3.15)

где N_сц - число битов в сверхцикле (3.15);

N_{сц.ц.синхр} - число битов сигналов цикловой синхронизации в сверхцикле;

N_{сц.сц.синхр} - число битов сигналов сверхцикловой синхронизации в сверхцикле;

N_св. - число свободных тактовых интервалов в сверхцикле.

Для того чтобы коэффициент использования пропускной способности не превышал значения 0,94, можно увеличить число тактовых интервалов в цикле, например, до 3600. Тогда:

Таким образом, для построения циклов необходимо учитывать, что сверхцикл содержит 2 цикла, а каждый цикл - по 1571 тактовых интервалов. Длительность сверхцикла можно рассчитать по формуле:

, мс, (3.16)

где f_сц - частота повторения сверхциклов (3.10).

мс

Эти параметры удовлетворяют требованиям, предъявляемым к циклу и сверхциклу:

1) длительность сверхцикла не должна превышать (2-3)мс;

2) число бит в цикле и циклов в сверхцикле:

N_ц ? 2000,

N_сц ? 70.

Для расчета тактовой частоты цифрового группового сигнала можно использовать следующую формулу:

(3.17)

Таким образом, при проектировании циклов были рассчитаны значение тактовой частоты (11880 кГц), коэффициент использования пропускной способности системы (0,915), частота повторения циклов (6,6 кГц) и сверхциклов (3,3 кГц).

Для удобства распределения циклов и тактовых интервалов построим таблицу:

Таблица 3.1. Распределение циклов

n	1-8	9-152	153-192	193-352	353-512	513-672	673-983	984-1294	1295-1605	1606-1608	1609-1708	1709-1716	1717-1800
1	8	144	40	160	160	160	311	311	311	3	100	8	84	1800
n	1-8	9-152	153-192	193-352	353-512	513-672	673-983	984-1294	1295-1605	1606-1608	1609-1708		1709-1800
2	8	144	40	160	160	160	311	311	311	3	100		92	1800
	Цикл. синхр.	Телефонный	ПДС-1,2	ПДС-19,2	ПДС-2048	ПДС-2048(0,4)	СУВ	Сверхц. Синх	Свободные	Min Nц

Полученные значения можно свести в таблицу 3.2, в которой также представлена структура циклов.

Таблица 3.2 - Параметры цифровой системы передачи

Тип канала	Число каналов	min fгi, кГц	max fгi, кГц	fгi, кГц	fгi, бит	Nц.i	Nсц.i	Номера тактовых интервалов в цикле	Номера циклов
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Телефонный	16			6,6		144	288	9-152	1-2
ПДС-1,2	20	8	10	8	1	40	80	153-192	1-2
ПДС-19,2	40			19,2	4	480	960	193-352 353-512 513-672	1-2 1-2 1-2
ПДС-2048	1			2048	3	933	1866	673-983 984-1294 1295-1605	1-2 1-2 1-2
ПДС-2048(0,4)	1				3	3	6	1606-1608	1-2
Цикл. синхр.	1			6,6	8	8	16	1-8	1-2
Сверхциклсинхр.	1			3,3			8	1709-1716	1
СУВ	100			0,5	1		100	1609-1708	1-2
Свободные							176	1717-1800 1709-1800	1-2 2

В таблице используются следующие обозначения:

min f_гi - минимальное значение частоты следования кодовых групп;

max f_гi - максимальное значение частоты следования кодовых групп;

f_гi,кГц - выбранное значение частоты следования кодовых групп;

f_гi,бит - число бит в кодовых группах;

N_цi - число бит в цикле каналов;

N_сц.i- число тактовых интервалов в сверхциклах каналов.

Структура цикла, представлена на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 - Структура цикла

На рисунке СЦ - сверхциклы;

Ц - циклы;

Р - тактовые интервалы.



4. ЛИНЕЙНЫЙ ТРАКТ

Расчет линейного тракта в данном проекте упрощен. В частности, полагается, что все виды помех в линии, включая переходные, имеют нормальный или гауссовский закон распределения вероятностей мгновенных значений. Полагается также, что потери помехозащищенности регенератора не зависят от характеристик используемого корректора (т.е. от фактической длины регенерационного участка). Процесс проектирования имеет итерационный характер.

Так как в данной работе используется телефонный кабель, то целесообразно при кодировании использовать код 4В3Т, который уменьшает тактовую частоту, что приводит к увеличению длины регенерационного участка:

(4.1)

где f_т - значение тактовой частоты.

кГц.

4.1 Расчет амплитуды на входе регенератора

Помехи, приведенные ко входу регенератора, складываются из шумов термического происхождения участка линии и внешних помех. Эффективное значение напряжения помех, приведенное ко входу регенератора:

(4.2)

где f_т.л. - значение тактовой частоты в линии, подставляемое в МГц (4.1);

Z_в - волновое сопротивление (табл. 5).

В.

Защитный интервал 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.

На первом этапе значение вероятности принимается:

(P_l)₁ = 8Ч10^-10

Это значение обеспечивается, если отношение защитного интервала и напряжения помехи составляет:

(4.3)

В

Для реального регенератора амплитуда импульса на входе составляет:

, В (4.4)

где - отношение защитного интервала и напряжения помехи (4.3);

U_п - эффективное напряжение помех (4.2);

?a_з - потери помехозащищенности регенератора (табл.4)

В.

4.2 Расчет затухания импульсного сигнала на регенерационном участке наибольшей длины

В ЦСП длина любого регенерационного участка должна быть меньше некоторого предельно допустимого значения. Незначительное превышение длины приводит к чрезвычайно резкому возрастанию вероятности ошибок.

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

дБ, (4.5)

где U_вых - амплитуда импульсов в кабеле на выходе регенератора (табл.4);

(U_вх)₁ - амплитуда импульсов на входе регенератора (4.4).

дБ.



4.3 Расчет предельно допустимой длины регенерационного участка

При расчете предельно допустимой длины регенерационного участка используется формула:

км, (4.6)

где (a_s)₁ - затухание импульсного сигнала на регенерационном участке (4.5);

a(0,5*f_т.л) - километрическое затухание кабеля, рассчитанное по формуле, приведенной в таблице 4 для заданного типа кабеля, на частоте f=0,5*fт.л (МГц).

км.

При проектировании линейного тракта удобно взять за строительную длину участок 1,5 км.

4.4 Расчет допустимой вероятности 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. Это означает, что:

(4.7)

где (l_s)₁ - предельно допустимая длина регенерационного участка (4.6);

к - коэффициент размножения ошибок, величина которого зависит от кода в линии. Для кода 4В3Т составляет 1.25.

.

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

Для очередного этапа итерации:

, (4.8)

где (P_l)_i+1 - допустимая вероятность ошибок в передаче символов на регенерационном участке предельно допустимой длины (4.7).

В.

Для этого значения отношения защитного интервала и напряжения помехи аналогичным образом рассчитываются значения амплитуды на выходе регенератора, затухания импульсного сигнала и предельно допустимая длина регенерационного участка.

В,

дБ.

км.

Расчет следует закончить в тот момент, когда:

, (4.9)

.

Условие (4.9) выполняется, значит, расчет может быть окончен.

Таким образом, по результатам расчетов:

l_s = 1,5 км,

a_s = 88,8дБ,

U_вх = В,

P_l = Вт.

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

, (4.11)

где L - длина линейного тракта проектируемой системы (табл.4);

l_s - предельно допустимая длина регенерационного участка (4.6)



Следовательно, при проектировании необходимо установить не более 35 регенерационных пунктов через расстояния, не превышающие 1,5 км.



5. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АППАРАТУРЫ ОКОНЕЧНОЙ СТАНЦИИ

5.1 Структурная схема мультиплексора и демультиплексора

Схема мультиплексора в данном курсовом проекте должна содержать аналого-цифровые преобразователи и кодеры для подсистем аналоговых сигналов и кодеры для подсистем передачи дискретных сигналов. На вход мультиплексора должны подаваться сигналы четырех типов: телефонный, ПДС-1,2, ПДС-19,2, ПДС-2048

На рисунке 5.1 представлена структурная схема мультиплексора.



Рисунок 5.1 - Структурная схема мультиплексора



На схеме :

усилитель;

ограничитель амплитуды;

полосовой фильтр;

модулятор;

преобразователь АИМ-1/АИМ-2;

кодер;

СУ пер - согласующее устройство передающей части;

ГО_пер - генераторное оборудование передающей части;

ФЛС - формирователь линейного сигнала;

Аналоговые сигналы поступают на усилитель и ограничитель амплитуд, защищающий дальнейшие узлы оборудования от импульсных помех. Далее на полосовой фильтр и амплитудно-импульсный модулятор. Полосовой фильтр ограничивает полосу сигнала, что обеспечивает безыскаженное восстановление сигнала на приеме.

Амплитудно-импульсный модулятор (АИМ) дискретизирует поступающий сигнал. Его работой управляет соответствующая номеру канала последовательность канальных импульсов, поступающая от генераторного оборудования передачи (ГО пер).

АИМ-сигналы, смещенные друг относительно друга во времени согласно принципу временного разделения каналов, объединяются в групповой поток, в формате амплитудно-импульсной модуляции первого рода (АИМ-1) и поступают на вход преобразователя АИМ-1/АИМ-2 (амплитудно-импульсная модуляция второго рода).

Формат АИМ-2 (плоские вершины импульсов) необходим для удержания неизменным напряжения, соответствующего тому или иному мгновенному значению аналогового сигнала, на время его обработки кодером.

В кодере производится кодирование сигнала с числом бит в кодовом слове, равным m, для каждого канала это число свое. На выходе кодера наблюдается цифровой сигнал.

Дискретный сигнал усиливается, после чего отчеты сигналов из разных каналов одного типа объединяются в один групповой поток и далее идут в кодер (аналогично аналоговым сигналам, за исключением дискретизации, так как они уже дискретны).

Сигналы управления и взаимодействия подаются на согласующее устройство, где они дискретизируются с частотой 500 Гц и подаются на формирователь группового сигнала, тем самым входя в групповой поток.

После того как сигналы преобразовались в цифровой вид, они поступают на вход формирователя линейного сигнала. Туда же на отдельные входы поступают сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации. В ФЛС происходит распределение сигналов различных каналов по циклу в соответствии с заданной структурой цикла.

С выхода ФЛС линейный сигнал поступает на преобразователь кода передачи (ПК пер). Преобразователь кода предназначен для преобразования натурального симметричного кода в линейный, принятый в данной ЦТС. Далее сигнал через линейный трансформатор Л Тр, позволяющий ввести в линию ток дистанционного питания (ДП) поступают в кабель.

Мультиплексор содержит также генераторную аппаратуру, которая выдает необходимые частоты, в том числе и сигналы синхронизации.

На приеме происходит операция обратная операции в передатчике: групповой цифровой сигнал преобразовывается в аналоговые и дискретные сигналы разных каналов. Эта операция производится в демультиплексоре.

На рисунке 5.2 представлена структурная схема демультиплексора.



Рисунок 5.2 Структурная схема демультиплексора



Сигнал, пришедший из линии, через линейный трансформатор поступает на регенератор, который осуществляет регенерацию сигнала - восстановление его формы и временных соотношений. Восстановленный сигнал поступает на преобразователь кода, в котором происходит преобразование линейного кода сигнала в натуральный симметричный. К выходу ПК пр подключены:

- приемник синхросигналов ПСС, который обеспечивает работу системы цикловой и сверхцикловой синхронизации;

- декодер, который преобразует канальные сигналы ИКМ в АИМ сигналы;

- приемные части согласующих устройств, которые выделяют и преобразуют в исходную форму сигналы управления и взаимодействия соответствующих каналов;

- приемник дискретной информации, который выделяет и преобразует к исходному виду сигналы дискретной информации.

Все перечисленные устройства выделяют соответствующие сигналы из линейного сигнала по принципу ВРК, согласно импульсным последовательностям, поступающим от приемного генераторного оборудования (ГО пр).

К выходу декодера подключены приемные части приемопередатчиков ПП, которые посредством временных селекторов временных селекторов, управляемых ГО пр, выделяют соответствующие АИМ канальные сигналы. Проходя через активные фильтры нижних частот, эти сигналы преобразуются в непрерывные сигналы.

5.2 Оконечная аппаратура линейного тракта

Линейный тракт подключается на передающей стороне к мультиплексору, а на приемной к демультиплексору. На всей длине магистрали должны находиться обслуживаемые и необслуживаемые регенерационные пункты, а также при необходимости промежуточные станции. Необходимо чтобы регенерационные пункты находились на расстоянии не более 1,5 км, и на длине 50 км их должно быть не более 35.

Рисунок 5.3 - Структурная схема линейного тракта

На схеме ОС - оконечная станция (2);

НРП - необслуживаемые регенерационные пункты (13);