Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Кафедра многоканальных систем передачи

Курсовая работа

Проектирование цифровых систем передачи

Выполнил:

студ. группы МТВ-63

Паньков А.

Санкт-Петербург 2010



Постановка задачи курсового проектирования

Современные транспортные телекоммуникационные сети используют технологии плезиохронной цифровой иерархии, синхронной цифровой иерархии, а также технологию мультиплексирования с разделением по длинам волн. Задача курсового проектирования - разработать нетиповую локальную цифровую систему передачи, обеспечивающую топологию «точка-точка».

Таблица 1 Каналы цифровой системы передачи

Наименование	Параметры
Канал телефонный	Число каналов Частота следования код. гр., кГц Число битов в код. слове, бит	12 7-9 8
Канал вещания	Число каналов Частота следования код. гр., кГц Число битов в код. слове, бит	4 Расчет Расчет
Канал ПДС-0,2 кбит/с	Число каналов Частота следования код. гр., кГц	4 1,2-2,0
Канал ПДС-4,8 кбит/с	Число каналов Частота следования код. гр., кГц, осн. Число битов в код. слове, бит	10 Расчет Расчет
Канал ПДС-2048 кбит/с	Число каналов Частота следования код. гр., кГц, осн. Частота следования код. гр., кГц, доп.	1 2052 5-6
Групповой канал СУВ	Число каналов	30
Тип кабеля		МКСА

Таблица 2 Требования к каналам

Для каналов ПДС
Параметры	,%
Значение	10

, - соответственно нижняя и верхняя границы эффективно передаваемых частот канала;

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

, - соответственно нижняя и верхняя границы нормируемого диапазона уровней преобразуемого сигнала в ТНОУ;

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

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

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

Входное и выходное сопротивление телефонного канала равно 600 Ом.

Таблица 3 Шкала квантования. Для положительной ветви квантующей характеристики

Номер шкалы	Сегмент №2	Сегмент №3	Сегмент №4
9	4	2/3	8	1/2	16	1

Таблица 4 Параметры линейного тракта

Кабель МКСА
Параметры	, км	, дБ	, дБм	, В
Значение	500	12	-100	3,5

- длина линейного тракта проектируемой системы;

- потери помехозащищенности регенератора;

- абсолютный уровень внешних помех на входе регенератора

- амплитуда импульсов в кабеле на выходе регенератора.

Затухание используемого кабеля и его волновое сопротивление указано в табл. 5. Значение частоты в приведенной формуле следует подставлять в мегагерцах.

Таблица 5. Параметры кабеля связи

Кабель	, дБ/км	, Ом
Кабель с симметричными парами (Т)		135



1. Передача аналоговых сигналов

Результатом проектирования подсистемы являются следующие ее параметры, приведение окончательных и промежуточных значений которых является обязательным.

1.1 Расчет

Необходимо выбрать такое значение частоты дискретизации, чтобы:

- спектр исходного сигнала не перекрывался боковыми спектрами при частоте дискретизации и ее гармониках;

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

fн =0,05кГц, fв = 4,4 кГц и = 0,5 кГц.

В соответствии со сказанным можно принять

кГц.

Следовательно, минимальное значение частоты дискретизации равно 20,7 кГц.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1 Спектр исходного сигнала



1.2 Расчет и зависимости для телефонного канала

1.2.1 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

,

где

Мощность шумов в незанятом канале не должна быть больше, чем

, мВт ;

;

1.2.2 Расчет по допустимой защищенности сигналов от шумов на выходе канала

Мощность шумов на выходе канала в ТНОУ равна

;

Защищенность сигнала от этих шумов

;

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

;

В.

Для дальнейших расчетов В.

1.2.3 Расчет порога ограничения

Принимаем напряжение ограничения таким, чтобы при наивысшем уровне преобразуемого сигнала мгновенные значения сигнала превышали напряжение ограничения крайне редко. Пикфактор сигнала при нормальном распределении вероятностей мгновенных значений может быть принят равным 4,0. Так как эффективное напряжение сигнала наиболее высокого уровня равно

В

1.2.4 Расчет

Количество битов в кодовом слове может быть рассчитано по формуле

;

где

;

При округлении до целого m=10.

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

В;

В;

В;

В

В;

;

В;

В;



1.2.5 Расчет зависимости

Значения уровней сигнала:

;

;

;

;

;

где , - данные о динамическом диапазоне из табл. 2.

дБм0;

дБм0;

дБм0;

дБм0;

дБм0.

Этим значениям уровней соответствуют значения эффективного напряжения:

(В).

В;

В;

В;

В;

В.

Средняя мощность шумов в таких системах равна

.

Полная мощность шумов на выходе канала в ТНОУ при передаче сигнала в случае использования трехсегментной шкалы квантования равна:

.

Вероятность попадания преобразуемых мгновенных значений в один сегмент находится по формуле:

где - интеграл вероятностей.

Ошибка ограничения приблизительно рассчитывается по формуле

Расчет помехозащищенности проводится по формуле

.

Таблица 6. Результаты расчёта.

, дБм0	, В	W1	W2	W3	W4	, Вт		, дБ
-32	0.019	1					0	29.706
-27	0.035	1					0	34.706
-12.5	0.184	0.63	0.369				0	45.103
2	0.975	0.134	0.33	0.34	0.195			41.279
7	1.734	0.076	0.197	0.261	0.442		0.085	15.616

Пусть дБм0.

В;

- вероятность попадания в первый сегмент шкалы квантования;

- вероятность попадания во второй сегмент шкалы квантования;

-вероятность попадания в третий сегмент шкалы квантования;

- вероятность попадания в четвертый сегмент шкалы квантования

дБ. Данное требование выполнено.



Рис. 2 График зависимости помехозащищенности от уровней передаваемого сигнала

Рассчитаем уровень шумов в незанятом канале, используя окончательное значение шага квантования в первом сегменте:

Вт;

дБм0.



2. Передача дискретных сигналов

В результате проектирования подсистемы дискретных сигналов должны быть рассчитаны:

- минимально допустимое число битов в кодовых словах или кодовых группах канального цифрового сигнала ЦСП, обеспечивающего организацию цифрового канала заданной пропускной способности и заданного качества (табл. 1 и 2);

- частота повторения кодовых групп в данном цифровом канале;

- коэффициент использования пропускной способности цифрового канала.

Ожидаемые фазовые дрожания не должны превышать значения

%.

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 одна управляющая последовательность с частотой следования импульсов .

Максимальная абсолютная величина фазовых дрожаний:

.

Минимальное значение частоты следования кодовых групп:



,

где - частота следования символов дискретных сигналов, для двоичных сигналов численно равна скорости (табл.1).

кГц;

кГц;

мкс.

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала равен

.

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.

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 значение количества битов в кодовом слове равно трем. Рассчитаем величину фазовых дрожаний при :

%.

Полученное значение больше 10 %. Поэтому необходимо более точно передавать положение фронта ДС и использовать в кодере число битов равное 4.

%

Минимальное значение частоты следования кодовых групп примем равным

кГц.

Следовательно, на кодер будут поступать две управляющие последовательности с частотами

19,2 кГц и 4,8 кГц .

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала

.

Коэффициент размножения ошибок при средней длительности импульса дискретного сигнала мс равен .

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

и .

Относительная величина фазовых дрожаний при использовании способа ФИ:

.

Для определения величины числа битов в кодовой группе рассчитаем значение фазовых дрожаний при минимальном числе битов ()

%;

Т.к. качество передачи не соответствует требованиям, увеличим число битов до : %;

Полученное значение меньше допустимых 10%. Следовательно увеличим до 5: %.

Минимальное значение частоты следования кодовых групп примем равным

кГц.

Следовательно, на кодер будут поступать три управляющие последовательности с частотами

и .

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала

Коэффициент размножения ошибок равен значению .

2.2 Выбор способа передачи

1.Рассчитаем ориентировочные значения тактовых частот группового цифрового сигнала проектируемой ЦСП для случаев использования способов наложения, СИ и ФИ

, , .

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

;

;

;

где , , - соответственно число каналов данного типа, число битов в кодовых группах и частота повторения кодовых групп.

Получаем:

Гц

Гц

Гц

2. Сравним между собой рассчитанные значения тактовых частот при использовании в кодеках способов наложения и СИ. Если

,

то выберем для реализации подсистемы преобразования дискретных сигналов способ наложения. В противном случае анализ результатов расчета должен быть продолжен.

Видим, что условие не выполняется. Поэтому выбираем для реализации подсистемы преобразования дискретных сигналов способ СИ как обеспечивающий большую длину регенерационного участка. % .

цифровой система передача сеть



3. Цикл передачи

3.2 Алгоритм проектирования цикла

1) Подготовим таблицу исходных данных для проектирования цикла.

Таблица 7 Параметры ЦСП

№	Тип канала	Число каналов	Min , кГц	Max , кГц	Оконч. , кГц	, бит			Номера тактовых интервалов в цикле	Номера циклов
1	Телефонный	12	7	9	7.2	7	-	42	1-6	8-14
2	Вещания	4	20,7	-	24	10	80	800	1-10	15-94
3	ПДС-0,2	4	1,2	2,0	1.2	9	-	36	1-4	95-103
4	ПДС-4,8	10	4,8	-	4.8	4	-	160	1-10	104-119
5	ПДС-2048 (осн.)	1	-	-	2052	1	171	1710	1-10	120-290
6	ПДС-2048 (доп.)	1	5	6	6	3	-	15	1-5	291-293
7	Канал передачи СУВ	30	-	-	1.2	1	-	30	6-7 2-7	291-293 294-297
8	Цикл. синхр.				12	7	-	70	1-10	1-7
9	Сверхцикл. синхр.				1.2	4	-	4	1-1	294-297
10	Своб.такт. интервалы							115	7-10 5-10 8-10 8-10	8-14 95-103 291-293 294-297

2) В качестве ориентировочного значения тактовой частоты группового цифрового сигнала возьмем значение этой частоты, рассчитанное при выборе способа передачи дискретных сигналов.

Гц.

3) Примем в качестве частоты повторения циклов наименьшее значение частоты следования кодовых групп:

Гц.

4) ;

т.е. (тактовых интервалов);

Необходим сверхцикл, поскольку .

5) Определим области предполагаемых значений и выберем окончательные значения частот следования кодовых групп, частот повторения циклов и сверхциклов

Гц

6) Выберем окончательные значения частот следования кодовых групп, частот повторения циклов и сверхциклов. Принятые значения должны удовлетворять требованиям :

7) Определим число битов в кодовых словах цикловой и сверхцикловой синхронизации.

Nц.с.sync =10*7=70 - число битов сигнала цикловой синхронизации в сверхцикле. 4 - число битов сигнала сверхцикловой синхронизации в сверхцикле.

8) Рассчитаем число тактовых интервалов в цикле и сверхцикле, необходимых для организации каналов каждого типа.

; ; для ;

; для

Телефонный канал:

(тактовых интервалов) - для организации телефонный каналов;

Канал вещания:

- (т.и.) для организации каналов вещания;

ПДС- 0,2:

(т.и.) - для организации каналов ПДС-0,2 (кбит/с);

Канал ПДС - 4,8:

(т.и.) - для организации каналов ПДС-4,8 (кбит/с);

ПДС - 2048 (осн.):

(т.и.) - для организации каналов ПДС-2048(осн.);

ПДС - 2048 (доп.):

(т.и.) - для организации каналов ПДС-2048(доп.);

Канал передачи СУВ:

(т.и.) - для организации каналов передачи СУВ.

9) Минимально необходимое количество тактовых интервалов в цикле:

;

(т.и.), из которых свободными являются 103 тактовых интервалов.

Число тактовых интервалов в одном цикле: .

10) Коэффициент использования пропускной способности группового тракта ЦСП:

;

Как видим, условие выполнено.

11) Точное значение тактовой частоты цифрового группового сигнала ЦСП: .



4. Линейный тракт

Результатом проектирования являются численные значения следующих параметров:

- предельно допустимая длина регенерационного участка;

- допустимое затухание сигнала на регенерационном участке;

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

- амплитуда импульсов, приведенная ко входу регенераторов;

- допустимая вероятность ошибок в передаче символов в регенерационном участке.

В качестве кода линейного тракта выберем алфавитный код HDB-3 (МЧПИ)

Параметры данного кода:

Количество уровней в линии, - 3;

Тактовая частота в линии, =3.564МГц;

Коэффициент размножения ошибок - 1.

4.1 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

.

Средняя мощность этих помех равна

(Вт); (для коаксиального кабеля).

- абсолютная температура кабеля.

Эффективное напряжение помех, приведенное ко входу регенератора, равно

,

где выражена в мегагерцах.

4.2 Требования к защитному интервалу

Необходимо проведение расчетов итерационного характера.

На первом этапе проектирования примем

.

Регенератор может обеспечить такую вероятность ошибок, если

;

тогда

;

В.

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.



4.3 Амплитуда на входе регенератора

При идеально точном выполнении всех узлов регенератора, амплитуду импульса на входе регенератора, определенную с учетом действия корректора, можно принять .

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

.

В.

4.4 Затухание импульсного сигнала на регенерационном участке наибольшей длины

Предельно допустимое наибольшее затухание импульсов может быть рассчитано по формуле

дБ,

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

- амплитуда импульсов на входе регенератора, значение которой рассчитано выше.



4.5 Предельно допустимая длина регенерационного участка

Предельно допустимая длина равна

(км),

где - километрическое затухание кабеля, рассчитанное по формуле, приведенной в табл. 5, на частоте .

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

Проектирование линейных трактов ЦСП выполняется из расчета, что суммарная, результирующая вероятность ошибок на трактах длиной 10000 км не должна превышать . Это означает, что

,

где - коэффициент размножения ошибок, величина которого зависит от кода в линии.



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

Вероятность превышения абсолютными значениями помех напряжения защитного интервала равна

.

Соотношение между и зависит от структуры регенератора и вероятности появления символов в регенерационном сигнале. Обычно

.

Примем ,

из вышеприведенной формулы для очередного этапа итерации можно получить

Амплитуда на входе регенератора

Затухание импульсного сигнала на регенерационном участке наибольшей длины

Предельно допустимая длина регенерационного участка



4.8 Завершение расчета

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

Расчет количества регенераторов на магистрали заданной длины следует помнить, что длины регенерационных участков не могут превышать предельно допустимое значение, рассчитанное выше, но могут иметь меньшее значение, поэтому

В кабельных цифровых системах используют трехуровневую передачу; для выделения колебания тактовой частоты цифровой сигнал нужно предварительно выпрямить, поэтому регенератор содержит два РУ - для положительных и отрицательных импульсов. Структурная схема регенератора приведена ниже, а также приведены временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.

В аналоговой части регенератора (корректирующий усилитель и выходной каскад усилителя) производится коррекция импульсов, искаженных на предыдущем участке кабеля, и усиление их до велечины, обеспечивающей надежную работу решающего устройства. В корректирующем усилителе предусмотрена также автоматическая компенсация влияния возможных отклонений длины регенерационного участка от номинала и температурных изменений затухания кабеля на уровень и форму сигнала на входе РУ.

Колебание тактовой частоты выделяется из выпрямленной последовательности импульсов цифрового сигнала узкополосным фильтром ВТЧ. Формирователь стробимпульсов создает две сдвинутые на полпериода тактовой частоты последовательности узких стробирующих импульсов. Одна из них определяет моменты решения (сравнения сигнала с пороговым уровнем в РУ) и определяют передние фронты регенирируемых импульсов. Необходимые временные соотношения для принятия решения (совпадение стробоимпульса с максимальным значение сигнала) подбираются с помощью фазовращателя (ФВ).

Вторая последовательность стробирующих импульсов определяет задние фронты регенерированных импульсов.

Рис.6 Структурная схема регенератора

В выходном каскаде регенератора происходит объединение сформированных двумя решающими устройствами импульсов в биполярный сигнал и усиление его до требуемой амплитуды. В идеальном случае восстановленная импульсная последовательность на выходе регенератора является точной копией передаваемой импульсной последовательности. Практически последовательность регенерируемых импульсов отличается от исходной из-за ошибок при регенерации за счет воздействия помех и из-за изменения интервалов между импульсами, возникающих вследствие флуктуаций стробимпульсов.

5. Структурная схема аппаратуры оконечной станции

В результате разработки должны быть составлены:

- cтруктурная схема мультиплексора и демультиплексора;

- cхема оконечной аппаратуры линейного тракта передачи и приема;

- cхема генераторной аппаратуры.



Список литературы

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

2. Курицын С.А. Основы построения телекоммуникационных систем передачи. СПб: ИЦ «Выбор», 2004.

Размещено на Allbest.ru