Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Государственный университет путей сообщения»

Кафедра: «Телекоммуникационные системы»

Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи

Контрольная работа № 1

Выполнила:

Маракулина С.А.

Шифр:

0742013

Проверил:

преподаватель

Бардаков

Иркутск 2011

Задача №1

Преобразование сигналов при временном разделении каналов.

В основу временного разделения каналов положен принцип поочередной передачи в групповом тракте кодированных дискретных отсчетов каждого канала с помощью коммутатора, называемого мультиплексором.

Частотно-временное разделение каналов заключается в том, что сначала полоса частот, предназначенная для передачи аналоговых сигналов разбивается на несколько подполос, а затем в каждой из них производится разделение каналов по временному принципу (временное разделения каналов). В индивидуальных цифровых каналах, сформированных таким образом, может использоваться любой вид модуляции дискретных сигналов, а для модуляции групповых сигналов в каждой из подполос - любой вид модуляции аналоговых сигналов (AM, ЧМ, ФМ и др). Принцип частотно-временного разделения каналов используется в телеграфной каналообразующей аппаратуре.

Принцип временного разделения основан на том, что общий тракт связи предоставляется поочередно каждому абоненту на некоторое время Тк, так называемый канальный интервал. Каждый абонент подключается к тракту периодически с периодом Тi, и посылает в групповой тракт свой канальный сигнал (КС). Длительность КС должна быть Тк<Тi. При N абонентов Тк?Тi/N и чем больше N, тем меньше (короче) КС.

Таким образом, на передаче непрерывные сигналы преобразуются в импульсные, дискретные во времени КС. Они ортогональны, поэтому на приеме их можно разделить при помощи синхронной системы коммутации. После разделения, по каждым КС восстанавливают исходную информацию, т.е. осуществляют интерполяцию.

Следовательно, в системах с временным разделением каналов (ВРК) осуществляется передача циклами равной Тi. Причем для синхронной коммутации в цикле передают цикловой сигнал. Кроме того, в цикле отводится время для передачи КС служебной связи.

В системах с временным разделением каналов осуществляется следующая последовательность преобразований.

1. Дискретизация - замена непрерывного сигнала S(t) последовательностью дискретных отсчетов его мгновенных значений.

2. Импульсная модуляция - формирование КС, которые будут нести информацию от отсчетах S(tк) или она называется первой ступенью модуляции.

3. Уплотнение во времени всех КС или формирование группового сигнала.

Модуляция групповым сигналом высокочастотной несущей, т.е. формирование группового радиосигнала который передается по тракту связи - вторая ступень модуляции.

Перечисленные преобразования ведутся на передающем конце.

На приеме осуществляется обратное преобразование.

4. Выделение группового импульсно-аналогового сигнала Uгр(t) из принятого радиосигнала.

5. Разделение сигнала Uгр(t) на отдельные КС.

6. Преобразование каждого КС с восстановлением соответствующего отсчета S(tк) функции S(t).

7. Интерполяция сигнала S(t) по полученным отсчетам S(tк).

Формирование сигнала линейного тракта систем передачи при ВРК и аналоговых методах передачи. При ВРК на передающей стороне непрерывные сигналы от абонентов передаются поочерёдно (рисунок 1)



Рисунок 1 - Принцип временного разделения каналов

Сигналы преобразуются в ряд дискретных значений, периодически повторяющихся через определённые интервалы времени Тд, которые называются периодом дискретизации (см. рисунок 2).



Рисунок 2 - Преобразование сигналов при ВРК

Задача №2

Структурная схема нелинейного кодера взвешивающего типа.

Квантование сигнала с линейной шкалой характеристики не позволяет получить высокое качество передачи сигнала с малой амплитудой. Поэтому в системах ИКМ-ВРК квантование с линейной шкалой практически не применяется.

В системах ИКМ-ВРК (импульсно-кодовая модуляция с временным разделение каналов) вместо плавной амплитудной характеристики, которую имеют аналоговые компандеры, применяются сегментные характеристики. Они представляют собой кусочно-ломаную аппроксимацию плавных характеристик, при которой изменение крутизны происходит дискретными ступенями. Наибольшее распространение получила сегментная характеристика компандирования типа А-87,6/13, где аппроксимация логарифмической характеристики производится по так называемому А-закону.

Характеристика строится из 13 сегментов. Такая характеристика показана па рисунке 3.

Она содержит в положительной области сегменты C1, С2, Сз,...C8, находящиеся между точками (узлами) 0-1, 1-2, 2-3, …, 7-8.

Аналогичным образом строится характеристика для отрицательной области значений входного сигнала. Четыре центральных сегмента (два в положительной и два в отрицательной областях) объединяются в один центральный сегмент, поэтому общее число сегментов на двухполярной характеристике равно 13. Каждый из 16 сегментов характеристики содержит по 16 шагов (уровней), квантования, а общее число уровней равно 256, из них 128 положительных и 128 отрицательных.

Каждый сегмент начинается с определенного эталона, называемого основным. Эти эталоны на рисунке 3 указаны в начале каждого сегмента. Шаг квантования внутри каждого сегмента равномерный, а при переходе от одного к другому сегменту изменяется в 2 раза, начиная с центрального сегмента, куда входят С1, и С2.



Рисунок 3 Характеристика компрессии типа А-87,6/13.

Четыре центральных сегмента (два в положительной и два в отрицательной областях характеристики) имеют одинаковую крутизну и равные шаги квантования. При таком построении характеристики минимальный шаг квантования Д min имеют сегменты С1 и С2 а максимальный Д max -сегмент C8, причем отношение Д max/ Дmin составляет 26 или 64. Это значение примерно характеризует параметр сжатия для сегментной характеристики компандирования, или параметр А.

Эффективность рассмотренной характеристики можно оценить визуально, если обратить внимание на то, что 112 уровней из 128 используются для квантования сигналов, амплитуда которых не превышает половины максимальной, 64 уровня для квантования сигналов, амплитуда которых не превышает 6,2% максимальной.

Рассмотрим особенности этапов кодирования и декодирования сигналов при нелинейной характеристике квантования. В случае сегментной характеристики компрессии типа А-87,6/13 для кодирования абсолютных величин отсчетов необходимо 11 эталонов с условными весами, равными 20, 21, 22, 23, ..., 210, или 1, 2, 4, ..., 1024 уровнями квантования. При нелинейном кодировании для обеспечения такой же защищенности Акв? 25 дБ потребуются 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а кодовая группа - 8 разрядная.

Кодирование осуществляется за восемь тактов и включает три основных этапа:

1 -определение и кодирование полярности входного сигнала;

2 -определение и кодирование номера сегмента узла, в котором заключен кодируемый отсчет;

3 -определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в зоне которого заключена амплитуда кодируемого отсчета.

Первый этап кодирования осуществляется за 1-й такт, второй этап--за 2...4-й такты, третий этап--за 5...8-й такты кодирования.

На втором этапе определяется и кодируется узел характеристики, определяющей начало сегмента, в котором находится амплитуда кодируемого отсчета, например узла 0, если отсчет находится в сегменте 1; узла 1, если отсчет находится в сегменте 2; узла 2, если отсчет находится в сегменте 3, и т. д. Для этого выбирается алгоритм работы, обеспечивающий определение узла характеристики за три такта кодирования.

В первом такте кодирования амплитуда отсчета Ic сравнивается с эталонным током Iэт4. Если при сравнении окажется, что Ic<>Iэт4, это означает нахождение Ic в 5...8-м сегментах характеристики, и вместо тока Iэт4 включается ток Iэт6. Если при сравнении окажется, что Ic<Iэт4, это означает нахождение Ic в 1...4-м сегментах характеристики, и вместо тока Iэт4 включается ток Iэт2. Далее в зависимости от результата сравнения на втором этапе кодирования, если Ic>Iэт6, включается ток Iэт7. или если Ic<Iэт6, включается Iэт5. Аналогично подбираются эталоны, если на втором этапе был включен Iэт2.

Результат сравнения в третьем такте кодирования позволяет окончательно выбрать номер узла характеристики, определяющий начало сегмента. Результат представляется двоичной кодовой комбинацией, занимающей 2...4-й разряды кодовой группы.

На третьем этапе определяется и кодируется номер уровня квантования внутри выбранного сегмента, в зоне которого находится амплитуда кодируемого отсчета. Число шагов квантования внутри сегмента равно 16, шаг квантования равномерный, равен ?с и для каждого сегмента свой. Третий этап осуществляется за четыре такта методом линейного кодирования. При кодировании в дополнение к основному эталону, определяющему начало сегмента, подключаются дополнительные эталоны с весами 8?с, 4?с, 2?с, ?с. В результате сравнения определяется номер уровня квантования, в зоне которого находится амплитуда отсчета.

Итак, в результате выполнения указанных операций получается 8-разрядная кодовая комбинация двоичных символов,

1-й разряд который указывает полярность кодируемого отсчета;

2..4-й разряды -номер сегмента узла характеристики компрессии;

5...8-й разряды -номер шага квантования внутри этого сегмента, в зоне которого заключена амплитуда кодируемого отсчета.

Например, кодовая комбинация двоичных символов 11011010 означает, что кодированию подлежит отсчет положительной полярности, амплитуда которого находится в сегменте 6 и заключена в зоне 10-го уровня квантования этого сегмента. На характеристике компрессии это соответствует сигналу с амплитудой в зоне 90-го уровня квантования.



Рисунок 4 Структурная схема нелинейного кодера.

Принцип построения нелинейного кодера взвешивающего типа с цифровой компрессией эталонов дан на рисунке 4.

Кодер содержит компаратор (К), блок выбора и коммутации эталонных токов (БКЭ), генератор положительных (ГЭТ1) и отрицательных (ГЭТ2) эталонных токов, компрессирующую логику (КЛ), цифровой регистр (ЦР) и преобразователь кода (ПК). Компаратор определяет знак разности между амплитудами токов кодируемого отсчета Iс и эталона Iэт. Принцип работы компаратора при оценке импульсов положительной и отрицательной полярности описан ранее. Генератор эталонов формирует полярность и величины эталонов. По построению он аналогичен ГЭТ линейного кодера, только количество формируемых эталонов равно 11, а значения этих эталонов равны 1, 2, 4, .... 1024 уровней квантования.

Цифровой регистр, служит для записи решений компаратора после каждого такта кодирования и формирования структуры кодовой группы. В зависимости от решений компаратора ЦР выбирает полярность ГЭТ и управляет работой компрессирующей логики. По мере образования кодовой комбинации формирователь считывает состояние выходов 1, 2, ..., 8 ЦР, преобразуя параллельный код в последовательный. Работой узлов кодера управляют устройства генераторного оборудования системы передачи.

Принцип работы нелинейного кодера. Поясним работу нелинейного кодера на примере кодирования отсчета положительной полярности с амплитудой, равной 0,2·Im, что равно примерно 410 уровню квантования.

Первый этап. В исходном положении выходы 1...8 ЦР находятся в состоянии 0, ГЭТ отключены и Iэт=0. Кодируемый отсчет Iс подается па вход 1 компаратора. В момент, предшествующий первому такту кодирования, первый выход ЦР переводится в состояние 1, чем включается ГЭТ1 положительной полярности. Ток Iэт=0, а Iс >0, поэтому на выходе компаратора (точка 3) в первом такте кодирования будет сформирован 0, и состояние 1 первого выхода ЦР сохранится. На этом заканчиваемся первый этап, в котором определяется и кодируется полярность отсчета.

Второй этап кодирования определение и кодирование номера сегмента, в котором заключена амплитуда отсчета, начинается с того, что в состояние 1 переводится второй выход ЦР и па вход 2 компаратора подается ток Iэт4 величиной 128 уровней квантования (узел 4 характеристики компрессии). Поскольку в этом случае Iс > Iэт, во втором такте кодирования на выходе компаратора будет сформирован 0, и состояние 1 второго выхода ЦР сохранится. Далее эталон 128 уровней квантования снимается и в состояние 1 переводится третий выход ЦР, в результате чего на вход 2 компаратора вместо Iэт4 подается Iэт6 величиной 512 уровней квантования. В этом случае Iс < Iэт, поэтому в третьем такте кодирования на выходе компаратора будет сформирована 1, которая изменит состояние третьего выхода ЦР с 1 на 0. В состояние 1 переводится четвертый выход ЦР и па вход 2 компаратора вместо Iэт6 подается Iэт5 величиной 256 уровней квантования. Так как Iс > Iэт5, то в четвертом такте кодирования на выходе компаратора будет 0, и состояние четвертого выхода ЦР сохранится. Итак, по окончании второго этапа кодирования 2...4-й выходы ЦР будут отмечены состоянием 101 соответственно, что в двоичном коде определяет номер узла (сегмента), в пределах которого находится амплитуда кодируемого отсчета узел 5 (сегмент C5).

Третий этап кодирования определение и кодирование номера уровня квантования сегмента, в пределах которого находится амплитуда отсчета Iс. Таких уровней квантования в пределах каждого сегмента 16, и все они могут быть получены с помощью дополнительных эталонных значений.

Задача №3

сигнал канал мультиплексор цифровой

Рассчитать основные параметры первичного мультиплексора. Построить структуру первичного цифрового сигнала Е1, указать назначения всех канальных интервалов.

Дано:

Fн = 500 Гц - нижняя частота первичного сигнала;

Fв = 6000 Гц - верхняя частота первичного сигнала;

m = 6 - число зарядов;

N = 6 - заданное число каналов;

Nс = 2 - количество служебных каналов;

СУВ - сигнал управления и взаимодействия с приборами АТС.

ЦС - цифровой синхросигнал;

СЦС - сверхцикловой синхросигнал.

Поток Е1 с цикловой структурой предусматривает разделение на 32 канала ОЦК по 64 кбит/с в форме разделения на канальные интервалы (Time Slot - TS) от 0 до 31. Для каждого канального интервала в составе цикла отводится 8 битов, таким образом длина цикла равна 256 битов, что при заданной скорости передачи Е1 составляет 125 мкс (длительность одного цикла). Нулевой канальный интервал отводится под передачу сигнала цикловой синхронизации FAS (Frame Alignment Signal).

Структура цикла FAS представлена на рисунке ниже. Различаются четные и нечетные циклы. В TS0 нечетных циклов передается сигнал FAS (на рисунке - первая строчка), который включает в себя последовательность цикловой синхронизации 0011011 и один служебный бит, зарезервированный под задачи международного использования. В TS0 четных циклов передается сигнал NFAS, не содержащий кодовую последовательность цикловой синхронизации.

Первая строка содержит сигнал FAS

Вторая строка содержит сигнал NFAS

Sn = биты, зарезервированные под задачи национального использования

Si = биты, зарезервированные под задачи международного использования

Последовательность FAS = 0011011

В составе сигнала NFAS передается бит Si, зарезервированный под задачи международного использования, бит А, используемый для передачи сигналов о неисправностях, а также пять служебных битов Sn4, Sn5, Sn6, Sn7, Sn8, используемые для передачи сигналов сетевого управления первичной сети Е1, диагностики и дополнительных процедур контроля ошибок.

Gоток Е1 имеет дополнительно к цикловой структуре еще и сверхцикловую структуру (MFAS - Multi Frame Alignment Signal). В отечественной терминологии такой вариант цикловой структуры Е1 получил название ИКМ-30. При этом 16 циклов объединяются в сверхцикл размера 4096 битов и длительностью 2 мс. Когда идет передача/прием информации в виде сверхциклов MFAS, индивидуальная информация FAS каждого цикла теряет значимость. Необходимо рассматривать всю информацию FAS - 16 циклов.

Первый цикл содержит информацию MFAS о сверхцикле в шестнадцатом канальном интервале, а остальные 15 интервалов используются для передачи сигнальной информации.

Сигнал MFAS=0000XYXX

X- запасные биты (1 обычно не используется)

Y- удаленная неисправность MFAS ( равно 1 в случае, если потеряна сверхцикловая синхронизация)

Основными параметрами первичного мультиплексора являются: количество всех каналов, длительность цикла, длительность канального интервала, период между кодовыми импульсами, длительность кодового символа, тактовая частота линейного сигнала, длительность АИМ-импульсов с выхода дискретизатора, длительность сверхцикла.

Количество всех каналов, организуемых по мультиплексору и ИКМ-ВД

N0 = N+Nc=26+2=28 каналов

Длительность цикла

Тd=, где fd=2.4 Fв, выполняется, т.к

Тd ==0.00006944 Тd ==0.000833

Длительность канального интервала

Тk== =0,00000248

Период между кодовыми импульсами в канальном интервале

Тm= ==0.000000413.

Длительность кодового символа

=0,5Тm=0.50.000000413=0.000000206.

Тактовая частота линейного сигнала

fт = N0m fd = 28х6х2,4 =403,2

Длительность АИМ-импульсов с выхода дискретизатора, длительность сверхцикла

tu ===0.00000062

Определяем длительность сверхцикла Тсцс

Тсцс=STц

S===14

Тсцс=STц =140.00000062=0,000000868

Задача №4

Привести функциональную схему мультиплексора Е2. Пояснить формирование вторичного цифрового потока. Определить, через сколько считываний (или через сколько информационных символов на выходе мультиплексора) происходят временные сдвиги ВС, период этого временного сдвига Твс . Определить в каком Твс возникает неоднородность, пояснить на диаграмме.

Дано:

Мультиплексор - коммутатор цифровых сигналов. Мультиплексор представляет собой комбинационное устройство с m информационными, n управляющими входами и одним выходом. Функционально мультиплексор состоит из m элементов конъюнкции, выходы которых объединены дизъюнктивно с помощью элемента ИЛИ с m входами. На одни входы всех элементов конъюнкции подаются информационные сигналы, а другие входы этих элементов соединены с соответствующими выходами дешифратора с n входами.

Функциональная схема мультиплексора приведена на рис.5



Мультиплексор содержит дешифратор на соответствующее число выходов (число выходов дешифратора определяется числом информационных входов мультиплексора), элементы конъюнкции на два или на три входа каждый и элемент дизъюнкции с числом входов, равным количеству информационных линий D0 . . . Dm. Число входов элементов И может быть равным только двум, однако, во многих случаях возникает необходимость стробирования выходного сигнала мультиплексора импульсами независимого источника. В таких случаях в структуре мультиплексора используются элементы И с тремя входами. Одни из входов всех элементов конъюнкции, в последнем случае, объединяются, и по этой линии подается сигнал разрешения работы мультиплексора (стробирующий сигнал). Наличие дополнительного управляющего входа расширяет функциональные возможности мультиплексора и позволяет проще реализовать методы борьбы с гонками.

На рис. 6 показано обозначение мультиплексора на принципиальных и функциональных электрических схемах.

Из уравнения мультиплексора видно, что на его выход будет передаваться сигнал только с одного входа, номер которого совпадает с числом, соответствующим кодовой комбинации Х1 и Х2. Если Х1=Х2=0, на выход мультиплексора будет передаваться сигнал с входа D0. Когда на адресных (управляющих) входах Х1=1 и Х2=0, то на выход будет передаваться сигнал с входа D1 и т.д.

При fз. < fсч.и производится положительное выравнивание скоростей: в считанную последовательность вводится дополнительный балластный тактовый интервал, который на приеме должен быть изъят из передаваемой последовательности информационных символов.

Рис. 7

На рисунке 8, б показана последовательность считываемых импульсов, для которых fсч > fз (?t>0), с конкретным значением отношения Тсч/Тз=14/17. Как видно из рисунка, импульсы считывания опережают записанные импульсы и через некоторое время наступит момент, когда ячейки памяти будут свободны от информационных импульсов и появятся нулевые символы, которые называются временными сдвигами (рисунок 8, в). Интервалы времени между такими символами в последовательности считанных импульсов определяют период временных сдвигов.

Рисунок 8 Временные диаграммы, поясняющие принцип возникновения временных сдвигов и неоднородностей.

Число информационных импульсов между соседними временными сдвигами будет

R=П(=)===4,66,

Период временного сдвига Твс

Твс= Тсч(R+1)=14(4,66+1)=18.66

При синхронном объединении потоков отношение Твс= const,

R= const ,Тсч/(Тз-Тсч)

есть целое число. При Тсч/Тз = 14/17 символ П=5, т. е. временной сдвиг будет после каждых пяти позиций передачи информации. Тогда в считанной последовательности импульсов интервалы между временными сдвигами будут постоянными. Такую последовательность импульсов называют однородной, так как временные сдвиги формируются на строго определенных позициях в цикле передачи и могут использоваться для передачи служебных сигналов. Частота следования последних постоянна, что позволяет выделить их на приеме.

При асинхронном объединении цифровых потоков из-за нестабильности задающих генераторов, вырабатывающих тактовые частоты, отношение Тсч/(Тз-Тсч) - дробное число и его величина будет меняться во времени. В этом случае (рисунок 8, в) через определенное число временных сдвигов число импульсов между соседними временными сдвигами изменяется и появляется неоднородность.

Неоднородность определяется по формуле:

=R

=0

Размещено на Allbest.ru