Разработка цифровой системы передачи с несколькими типами каналов связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Транспортные телекоммуникационные сети в настоящее время используют технологии плезиохронной цифровой иерархии, синхронной цифровой иерархии, а также технологию мультиплексирования с разделением по длинам волн. В данном курсовом проекте разрабатывается нетиповая локальная цифровая система передачи, обеспечивающая топологию “точка-точка”.

В данном курсовом проекте разработана цифровая система передачи с несколькими типами каналов связи: 16 телефонных каналов, 20 каналов ПДС-1,2 кбит/с, 40 каналов ПДС-4,8 кбит/с, 1 канал ПДС-2048 кбит/с и 100 каналов СУВ. Технические параметры рассчитаны для телефонного канала и канала ПДС-4,8 кбит/с.

Для данной системы передачи рассчитаны и проанализированы основные параметры.

Цифровая система характеризуется большим числом параметров, но одним из главных является коэффициент использования пропускной способности ЦСП, так как система должна использоваться рационально. Для более эффективного использования проектируемой ЦСП необходимо получить значение пропускной способности не менее 0,94.

Большую роль играет цикл передачи проектируемой ЦСП. От цикла передачи зависят следующие параметры: скорость передачи, время поиска, время вхождения в синхронизм при сбое синхронизации, коэффициент использования пропускной способности. Может существовать несколько вариантов построения цикла и в процессе проектирования выбирается наилучший вариант.

Основными этапами разработки ЦСП являются выбор частоты дискретизации, расчет разрядности и зависимости помехозащищенности для телефонного канала, передача дискретных сигналов, проектирование цикла передачи, расчет параметров линейного тракта, разработка структуры оконечной станции.

Разрабатываемая цифровая система передачи является абстрактной моделью и может быть использована в учебных целях.

1. Расчет параметров телефонного канала

Таблица 1 - Требования к телефонному каналу

Номер варианта	Параметры
	, кГц	, кГц	, кГц	, дБм0	, дБм0	, дБм0	, дБ	, пВт	Номер шкалы
8	0,1	4,4	1,2	- 30	- 5	- 55	30	400	9

Результатом проектирования подсистемы являются следующие ее параметры:

f_Д- частота дискретизации преобразуемых сигналов или частота повторения кодовых слов (кодовых групп);

m- число битов в кодовом слове на выходе АЦП;

- напряжение, соответствующее порогу ограничения квантующей характеристики;

- зависимость помехозащищенности передаваемых сигналов от их уровня;

- уровень шумов на выходе незанятого канала вещания в ТНОУ.

1.1 Расчет частоты дискретизации f_Д

Для рассчитываемого телефонного канала заданы параметры:

? нижняя частота сигнала f_Н = 0,1 кГц;

? верхняя частота сигналаf_В = 4,4 кГц;

? ширина защитного интервала D_fф = 1,2 кГц.

Расчет заключается в выборе такого значения 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

Полоса пропускания канала равна:

.

Т.к. нижняя частота меньше полосы пропускания, частоту дискретизации следует выбирать по теореме Котельникова:

Частота дискретизации сигнала с защитным интервалом:

Частоту дискретизации сигнала примем равной (в соответствии с рекомендацией должна быть кратной 4). Тогда и ширина защитного интервала увеличится: D_fф = 3,2 кГц.

Спектр сигнала после дискретизации изображен на рисунке А1.

1.2Расчет разрядности и зависимости помехозащищенности для телефонного канала

1.2.1Расчет шага квантования в первом сегменте 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 квантования на выходе незанятого канала в интервале, равном половине частоты дискретизации, может быть рассчитана по формуле

.

Отсюда следует, что шага квантования

.

Для проектируемых каналов R = 600 Ом.

В соответствии с исходными данными мощность шумов в незанятом канале не должна быть больше, чем:

Тогда шаг квантования будет равен:

1.2.2Расчет шага квантования в первом сегментепо 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 цифровой телефонный дискретизация

.

Защищенность сигнала от этих шумов

Защищенность сигнала от этих шумов не должна превышать значение номинальной защищенности. Это имеет место только при

.

Тогда шаг квантования будет равен:

Из двух рассчитанных предельных значений шагов квантования в первом сегменте для дальнейших расчетов используем наименьшее предельное значение

Таким образом, примем наименьшее предельное значение .

Мощность шумов на выходе канала в ТНОУ:

Защищенность сигнала от этих шумов:

1.2.3Расчет порога ограничения

Пик-фактор сигнала при нормальном распределении вероятностей мгновенных значений может быть принят равным 4,0. А так как эффективное напряжение сигнала наиболее высокого уровня равно:

Тогда напряжение ограничение равно:

1.2.4Расчет числа битов в кодовом слове:

Таблица 2 - Шкала квантования для положительной ветви квантующей характеристики

Номер шкалы	Сегмент № 2	Сегмент № 3	Сегмент № 4
9	4	1	8	2	-	-

Число битов в кодовом слове равно:

, где ,

N = 3 - число сегментов в положительной ветви квантующей характеристики.

Для заданной шкалы квантования получим:

, тогда

.

Принимаем m = 8. Рассчитаем новое значение шага квантования в первом сегменте:

В соответствии с таблицей 2 рассчитаем значения шагов квантования в других сегментах и значения напряжений, соответствующих верхним границам сегментов:

Число уровней квантования равно:

Зная отношения (из задания таблицы 2) (i= 2, 3)получим:

Амплитудная характеристика квантования кодера приведена на рисунке А2.

1.2.5Расчет зависимости помехозащищенности от уровня передаваемого сигнала.

Выбираем следующие значения уровней сигнала:

Этим значениям уровней соответствуют значения эффективного напряжения, рассчитанные по следующей формуле:

, тогда:

Известно, что в системах с линейными шкалами квантования при идеально точном выполнении всех ее узлов шумы в каналах имеют две основные составляющие:

- шумы, возникающие при попадании мгновенных значений преобразуемого сигнала в зону квантования;

- шумы, возникающие при превышении мгновенными значениями порога ограничения.

Расчет помехозащищенности производится по формуле:

.

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

Вероятность попадания преобразуемого сигнала в i-ый сегмент:

где - интеграл вероятностей.

В нашем случае:

Рассчитаем вероятность попадания преобразуемого сигнала в i-ый сегмент:

Ошибка ограничения может быть приблизительно рассчитана по формуле:

Полная мощность шумов на выходе канала в ТНОУ:

Рассчитаем помехозащищенность:

В таблице 3 представлена зависимость от .

Таблица 3 - Зависимость от

,	- 35	- 30	- 17,5	- 5	0
, дБ	25,196	30,164	35,347	41,899	34,3

График зависимости помехозащищенности от уровней передаваемого сигнала показан на рисунке А3.

Из графика видно, что при некоторых уровнях входного сигнала помехозащищенность будет ниже номинальной .

Но при заданном динамическом диапазоне она полностью соответствует требованию:

Уровень шумов в незанятом канале, при окончательном значении шага квантования в первом сегменте, равен:

Таким образом, при дальнейших расчетах используем следующие значения:

1) число каналов N = 16;

2) частота следования кодовых групп f_Г = 12 кГц;

3) число битов в кодовом слове m = 8 бит.

2. Расчет параметров канала ПДС-4,8 кбит/с

Таблица 4 - Исходные данные для каналов ПДС

Номер варианта	Параметры
	, %
8	10

В результате проектирования подсистемы передачи дискретных сигналов должны быть рассчитаны:

m- минимально допустимое число битов в кодовых словах канального цифрового сигнала ЦСП, обеспечивающего 40 каналов передачи данных со скоростью 4,8 кбит/с;

f_г- частота повторения кодовых групп в данном цифровом канале;

з- коэффициент использования пропускной способности цифрового канала.

В настоящее время основными способами передачи дискретных сигналов (ДС) являются: способ кодирования амплитуды сигнала (способ наложения), способ скользящего индекса (СИ) и способ фиксированного индекса (ФИ).

Фактически предлагается рассчитать параметры трех кодеков. Затем производится анализ параметров с учетом числа организуемых каналов и других характеристик проектируемой ЦСП. По результатам анализа делается выбор способа передачи.

2.1 Расчет параметров канала ПДС-4,8 кбит/с при передаче сигналов способом кодирования амплитуды сигнала

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

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

Минимальное значение частоты следования кодовых групп:

где - частота следования символов дискретных сигналов, для двоичных сигналов численно равна скорости, т. е. равна 4,8 кГц.

Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала равен:

Таким образом, при дальнейших расчетах используем следующие значения:

1) число каналов N = 40;

2) частота следования кодовых групп f_Г = 48 кГц;

3) число битов в кодовом слове m = 1 бит.

2.2 Расчет параметров канала ПДС-4,8 кбит/с при передаче сигналов способом скользящего индекса (СИ)

Способ скользящего индекса 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:

и

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

где Tк - период следования тактовых импульсов канального цифрового сигнала.

Относительная величина фазовых дрожаний будет равна:

Способ СИ может быть реализован в кодере при условии, что , тогда:

Величина фазовых дрожаний при минимальном значении количества битов в кодовом слове m=3:

Т.к. полученное значение больше допустимого то необходимо более точно передавать положение фронта дискретного сигнала и использовать в кодере число битов, большее трех.

Рассчитаем величину фазовых дрожаний при m=4:

Полученное значение меньше допустимого следовательно, можно использовать кодовые группы с числом битов, равным 4.

Минимальное значение частоты следования кодовых групп следует принять равным

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

Коэффициент размножения ошибок при средней длительности импульса дискретного сигнала равен (m+3) = (4+3)=7.

Таким образом, при дальнейших расчетах используем следующие значения:

1) число каналов N = 40;

2) частота следования кодовых групп f_Г = 4,8 кГц;

3) число битов в кодовом слове m = 4 бита.

2.3 Расчет параметров канала ПДС-4,8 кбит/с при передаче сигналов способом фиксированного индекса (ФИ)

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 равна:

Величина фазовых дрожаний при минимальном значении количества битов в кодовом слове m = 3:

Т.к. полученное значение больше допустимого то необходимо более точно передавать положение фронта дискретного сигнала и использовать в кодере число битов, большее трех.

Рассчитаем величину фазовых дрожаний при m=4:

Полученное значение больше допустимого необходимо использовать число битов больше четырех.

Рассчитаем величину фазовых дрожаний при m=5:

Полученное значение меньше допустимого, следовательно, можно использовать кодовые группы с числом битов, равным 5.

Минимальное значение частоты следования кодовых групп следует принять равным

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

Для способа ФИ коэффициент размножения ошибок равен значению m = 5.

Таким образом, при дальнейших расчетах используем следующие значения:

1) число каналов N =40;

2) частота следования кодовых групп f_Г = 4,8 кГц;

3) число битов в кодовом слове m = 5 бита.

2.4 Выбор способа передачи

Рассчитаем ориентировочные значения тактовых частот группового цифрового сигнала проектируемой ЦСП для случаев использования способов кодирования амплитуды, СИ и ФИ по следующим формулам:

где i - индекс типа канала по таблице 1, кроме каналов ПДС - 4,8 кбит/с, произведение параметров которых составляет отдельное слагаемое;

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

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

,

то рекомендуется выбрать для реализации подсистемы преобразования дискретных сигналов способ наложения. Сосчитаем данное неравенство:

Т. к. полученное значение оказалось больше 0,01, то анализ результатов расчета должен быть продолжен.

Так как , предпочтение отдаем способу СИ, так как в данном случае он обеспечивает большую длину регенерационного участка.

3. Проектирование цикла передачи

Массив исходных данных для проектирования цикла и сверхцикла образуется данными, приведенными в таблице 1 задания на курсовое проектирование и результатами проектирования подсистем аналого-цифрового преобразования и передачи дискретных сигналов. Полагаем, что все преобразователи являются одноканальными. Цифровые потоки на выходах преобразователей состоят из кодовых групп, биты в которых следуют друг за другом через интервалы, определяемые структурой проектируемого цикла.

Подготовим таблицу исходных данных для проектирования цикла. Заполним столбцы 2 - 5, 7 по данным таблицы 1, по данным проектирования подсистем аналого-цифрового преобразования и передачи дискретных сигналов.

Таблица 5 - Основные параметры для построения цикла передачи

№	Тип канала	Число каналов	Min кГц	Max кГц	Оконч. кГц	m, бит			Номера тактовых интервалов в цикле	Номера циклов
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Телефонный	16	8	-	12	8	128	1280	29-60 85-116 141-172 197-228	1-10
2	ПДС-1,2	20	8	10	8	1	20	200	9-28	1-10
3	ПДС-4,8	40	4,8	48	4,8	4	96	960	61-84 117-140 173-196 229-252	1-10
4	ПДСосн.-2048	1	2048	-	2048	1	256	2560	253-508	1-10
5	ПДСдоп.-2048	1	0,4	1,6	1,2	3	1	10	509	1-10
6	Канал перед. СУВ	100	-	-	0,8	1	10	100	510-519	1-10
7	Цикл.синхр.				8	8	8	80	1-8	нечет. цикл
8	Сверхцикл. синхр.				0,8	4	4	4	520-523	1
9	Своб. такт. инт.						7	70	524-530	1-10

В качестве частоты повторения циклов принимаем наименьшее значение частоты следования кодовых групп из столбца 4:

Примем в качестве ориентировочного значения тактовой частоты группового цифрового сигнала значение частоты, рассчитанное при выборе способа передачи дискретных сигналов [подраздел 2.4]

Рассчитаем ориентировочное значение числа тактовых интервалов в цикле как ближайшее большее целое отношения:

Получили значение в пределах от 2000 до , поэтому наличие сверхциклов обязательно.

Определим области предполагаемых значений частот повторения циклов и сверхциклов. Области разрешенных значений этих частот определяются требованиями:

, тогда

, тогда

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

, для ,

, для ,

,

где n_i- целые числа.

Таким образом, выберем:.

Определим число циклов в сверхцикле:

Выберем число битов в кодовых словах цикловой и сверхцикловой синхронизации, ориентируясь на результаты работ в области цикловой синхронизации, а также на параметры ЦСП европейской, североамериканской и японской плезиохронных иерархий:

Заполним для этих каналов столбцы 6 и 7.

Рассчитаем число тактовых интервалов в цикле и сверхцикле, необходимых для организации каналов каждого типа:

, для ;

для .

По данным этих расчётов заполним 8 и 9 столбцы таблицы 5:

Заполним 8 и 9 столбцы таблицы.

Рассчитаем минимально необходимое число тактовых интервалов в цикле:

,

где числитель определяется по данным столбца 9.

Количество тактовых интервалов в цикле должно превышать минимальное значение. В целях упрощения аппаратуры формирования управляющих сигналов ЦСП или генераторной аппаратуры желательно, чтобы число тактовых интервалов в цикле разлагалось на простые множители. Примем .

Согласно [2], цикл передачи должен удовлетворять следующим требованиям:

- число следующих подряд служебных символов должно быть по возможности минимальным, что обеспечивает минимизацию объема памяти запоминающих устройств в оборудовании временного группообразования (ОВГ);

- распределение символов синхросигнала должно быть таким, чтобы время восстановления синхронизма было минимальным (обычно это достигается формированием сосредоточенного синхросигнала соответствующей длительности);

- распределение команд согласования должно быть таким, чтобы обеспечивалась их максимальная помехоустойчивость (обычно это достигается за счет равномерного распределения символов команд согласования по циклу передачи, при котором уменьшается вероятность их искажения сосредоточенными помехами);

- длительность цикла должна быть по возможности минимальной, что позволяет уменьшить время вхождения в синхронизм и временные флуктуации цифрового сигнала за счет оборудования объединения;

- распределение служебных символов в цикле должно быть равномерным, что обеспечивает минимизацию объема памяти запоминающих устройств в ОВГ.

Следуя всем вышеизложенным требованиям, разместим кодовые слова и биты сигналов по тактовым интервалам цикла и сверхцикла, заполнив столбцы 10 и 11 таблицы 5.

Структура цикла передачи напоминает цикл передачи ИКМ-30. Только данный сверхцикл состоит из 10 циклов передачи по 530 бит каждый. Период сверхцикла а период цикла .

В разработанном цикле предусмотрена цикловая синхронизация (ЦС) и сверхцикловая синхронизация (СЦС):

- ЦС осуществляется в первых 8 битах в каждом нечетном цикле передачи. В четных циклах передачи вместо сигнала ЦС в этих позициях передается служебная информация (авария ЦС, контроль остаточного затухания);

- информация СЦС передается только в первом цикле сверхцикла (520-523 позициях цикла) и передается служебная информация (авария СЦС), в остальных циклах сверхцикла (со 2 по 10) на месте этих битовых позиций могут быть организованы каналы передачи служебной информации (СК) или иной телеметрической информации.

В цикле имеются свободные позиции, которые могут использоваться как для осуществления служебной связи, так и в качестве резервных, при внештатных ситуациях.

Временной спектр работы проектируемой системы передачи изображен на рисунке A4.

Рассчитаем коэффициент использования пропускной способности группового тракта ЦСП по формуле:

где - число битов в сверхцикле;

- число битов сигнала цикловой синхронизации в сверхцикле;

- число битов сигнала сверхцикловой синхронизации в сверхцикле;

- число свободных тактовых интервалов в сверхцикле.

Рассчитаем точное значение тактовой частоты цифрового группового сигнала проектируемой частоты по формуле:

4. Расчет параметров линейного тракта на ОВ

4.1 Расчет основных параметров ОВ

Длина элементарного кабельного участка (ЭКУ) волоконно-оптической линии передачи, согласно варианту

Рабочая длина волны =1550 нм.

Мощность на выходе источника оптического излучения (одномодовый лазерный диод), [4]:

Ширина спектра излучения одномодового лазерного диода, :

Уровень чувствительности фотоприемника оптической системы передачи (ОСП),:

Полученные исходные данные к расчету сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Исходные данные к расчету

Длина ЭКУ	,км	200
Рабочая длина волны	,нм	1550
Мощность оптического излучения лазера	,мВт	1,8
Ширина спектра излучения лазера	,нм	2
Уровень чувствительности фотоприемника	,дБ	-16,4
Марка ОВ		ИКБ-М4П-А8(8 кН)

Основные параметры данного ОВ представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Параметры ОВ

Параметр	Ед.изм.	ИКБ-М4П-А8(8 кН)
Затухание на = 1550 нм, б	дБ/км	0,22
Длина волны нулевой дисперсии,	нм	1550 (1530-1560)
Параметр наклона спектральной характеристики дисперсии ОВ в точке нулевой дисперсии,		0,093
Параметр ПМД ОВ, PMD		0,2

4.2 Расчет суммарных потерь ОВ на ЭКУ

Суммарные потери ОВ на ЭКУ складываются из собственных потерь ОВ, потерь в неразъемных соединениях (соединения ОВ строительных длин оптического кабеля в оптических муфтах; на протяженных ЭКУ ВОП выполняются с помощью сварочного аппарата (сварные соединения)) и потерь в разъемных соединениях (оптические разъемы на оконечных устройствах - оптические кроссы, а также оптические приемо-передающие модули):

где б - коэффициент затухания ОВ на рабочей длине волны ,

- заданная протяженность ЭКУ ;

- максимальное значение потерь в неразъемном соединении в заданной рабочей длине волны ,

- количество неразъемных соединений, определяется как:

где - строительная длина оптического кабеля, ;

- потери в разъемных соединениях; предполагая использование оптических разъемов типа FC/PC,

- количество разъемных соединений на ЭКУ, принять = 4 (2 разъема на приеме/передаче, 1 на оптическом кроссе и 1 на приемопередающем модуле оптической системы передачи).

4.3 Расчет дисперсии ОВ на ЭКУ

Дисперсией ОВ называют увеличение длительности оптических импульсов при их распространении по ОВ. Неодинаковая скорость распространения отдельных составляющих оптического сигнала является основной причиной дисперсии. Одномодовые оптические ОВ характеризуются хроматической и поляризационной модовой дисперсией (ПМД). Дисперсия ОВ создает переходные помехи, приводит к межсимвольным искажениям и, как следствие, ограничивает скорость передачи в линии (длину регенерационного участка).

Данный фактор искажения учитывается путем расчета дополнительных потерь (приращения уровня помех) из-за шумов межсимвольной интерференции (ISI - IntersymbolInterference), которые включают в себя перекрестные помехи шумы синхронизации. Потери из-за ISI определяются из следующего выражения:

где - время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника оптического излучения от 10% до 90% его максимального значения, непосредственно связано со скоростью передачи оптического сигнала в линии:

- время нарастания фронта оптического импульса на выходе фотоприемника ОСП от 10% до 90% его максимального значения:

- полоса пропускания фотоприемника, Гц, выбирается из условия

где - скорость передачи оптического сигнала в линии. В данной работе рассматривается применение блочного линейного кода оптического сигнала MBNB, где M - число символов кодовой последовательности, а N - число импульсов, необходимое для передачи:

где B - скорость передачи информации, соответствующая заданному уровню цифровой иерархии. Так, например, для уровней синхронной цифровой иерархии (SDH)STM-1 (B=155Мбит/с) и выше соответствует код 10В11В. Т.к., скорость передачи информации будет равна В = 155 Мбит/с.

- прогнозируемое среднеквадратическое значение дисперсии на ЭКУ:

где и - значения хроматической и поляризационной модовой дисперсии на ЭКУ, соответственно.

Прогнозируемое значение хроматической дисперсии на ЭКУ заданной протяженности определяется по следующей формуле:

где - ширина спектра излучения источника, выбирается согласно исходным данным;

D - коэффициент хроматической дисперсии на заданной рабочей длине волны :

- параметр наклона спектральной характеристики дисперсии ОВ в точке нулевой дисперсии,

- длина волны нулевой дисперсии.

Прогнозируемое значение ПМД на ЭКУ заданной протяженности:

где PMD - параметр ПМД волокна.

4.4 Расчет длины регенерационного участка

Длину регенерационного участка ограничивает один из двух факторов: затухание или дисперсия. При определении длины регенерационного участка необходимо найти максимально допустимое расстояние (ограниченное затуханием световодного тракта), на которое можно передать сигнал, а затем его восстановить. В многомодовых ОВ длина регенерационного участка обычно лимитируется дисперсией, а в одномодовых ОВ лимитируется затуханием.

При определении длины регенерационного участка, лимитированного затуханием, следует пользоваться выражением:

Э - энергетический потенциал системы передачи. Энергетический потенциал определяется как разность между уровнем мощности оптического сигнала, введенного в волокно, и уровнем мощности на входе приемного устройства,

С - энергетический запас системы обычно составляет , он необходим для компенсации эффекта старения элементов аппаратуры и оптического кабеля, компенсации дополнительных потерь при ремонте оптического кабеля и других отклонений параметров участка в процессе эксплуатации;

- дополнительные потери в пассивных компонентах ВОЛС (на вводе/выводе) составляют порядка дБ и возникают за счет разъемных соединителей, устройств соединения линейного кабеля со станционным и т.д.;

- коэффициент затухания оптического кабеля,

- потери в неразъемном соединении,

- строительная длина оптического кабеля,

Схема магистрали по результатам расчета представлена на рисунке А5 в приложении А.

Для передачи сигнала через участок длинной 200 км необходимо установить регенераторы. Регенераторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием.

Оптические регенераторы корректируют и усиливают световые сигналы непосредственно, не преобразуя их в электрические.

Наибольшее применение в технике оптической связи получили регенераторы с преобразованием оптического сигнала в электрический и последующей обработкой и регенерацией сигнала электронными схемами. Оптический регенератор отличается от регенераторов проводных ЦСП только наличием оптических модулей (ПрОМ и ПОМ).

Обобщенная структурная схема цифрового регенератора приведена на рисунке А6 в приложении А.

С выхода ПРОМ (приемный оптический модуль) электрический сигнал совместно с аддитивной помехой поступает на УО (усилитель-ограничитель). В УО происходит усиление этого сигнала и ограничение его амплитуды значением U_пор. Если входной сигнал больше порогового U_пор, то на выходе УО появится сигнал. Если входной сигнал меньше U_пор, то сигнал на выходе УО не появится. При этом происходит подавление части помех. С выхода УО свободный от аддитивных помех сигнал поступает на вход ПУ (пороговое устройство) и ВТЧ (выделитель тактовой частоты). Сигнал на выходе ВТЧ представляет собой периодическую последовательность импульсов, следующих с тактовой частотой f_t = 1/Т, где Т- период следования импульсов.

На один из входов РУ (решающего устройства) подается информационная последовательность с выхода ПУ, а на другой - тактовая последовательность импульсов. В случае их совпадения на выходе РУ появляются импульсы определенной амплитуды и длительности, необходимые для запуска ФУ (формирующее устройство импульсов заданной амплитуды, длительности и формы).

В ФУ происходит полная регенерация формы импульсов, которые затем поступают на вход ПОМ (передающий оптический модуль), где может осуществляться модуляция оптического излучения.

Необходимо отметить, что периодическая последовательность импульсов на выходе ВТЧ обязательно фазируется с откорректированными импульсами на выходе ПУ с целью уменьшения так называемых фазовых дрожаний (флуктуации), обусловленных погрешностями работы ВТЧ.

Пороговое устройство и усилитель-ограничитель являются основными элементами регенератора, обеспечивающими его помехоустойчивость, и требуют точной установки порогового напряжения U_пор и стабильного усиления. Изменение порогового напряжения в любую сторону снижает помехоустойчивость регенератора, так как приводит к нарушению оптимального соотношения между максимальным значением откорректированного импульса на входе УО и пороговым напряжением ПУ. Для поддержания постоянства такого оптимального соотношения в регенераторе применяется автоматическая регулировка усиления (АРУ).

5. Разработка структуры оконечной станции

Разработка структуры оконечной станции проведена в соответствии с методическими указаниями [1].

Так как разрядность рассчитанного аналогового канала невысокая (m = 8), то нет необходимости использовать другие разновидности ИКМ модуляции для снижения разрядности и, впоследствии, усложнения оборудования системы передачи, поэтому воспользуемся обычной ИКМ модуляцией.

Упрощенная структура оконечной станции приведена на рисунке А7.

Согласно [1], структурная схема разработанной системы передачи должна удовлетворять следующим требованиям:

- для организации аналоговых каналов мультиплексор должен содержать АЦП, состоящий из ИКМ-фильтра, АИМ-2 и кодера;

- для передачи дискретных сигналов со скоростями не выше 19,2 кбит/с используются кодеры;

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

- в схему мультиплексора следует включить: передатчики сигналов цикловой и сверхцикловой синхронизации. Входы этих передатчиков подключаются к генераторной аппаратуре, выходы - к отдельным входам ФГС.

- на приемной стороне на вход демультиплексора поступает двоичный сигнал с тактовой частотой. Далее включается разделитель группового сигнала (РГС), который содержит буферные устройства памяти, в которые сигналы записываются в соответствии с циклом и из которых считываются в приемные устройства каналов. Для аналоговых каналов они должны содержать ЦАП разного вида, в состав каждого их них входят при использовании ИКМ - декодер, фильтр, усилитель;

- для каналов ПДС приемные устройства должны включать декодеры;

- в схему демультиплексора включаются: приемники сигналов цикловой и сверхцикловой синхронизации. Входы приемников подключены к общему, единственному входу демультиплексора, выходы - к генераторной аппаратуре приемной части ЦСП;

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

- приемная часть оконечной аппаратуры линейного тракта приема подключается ко входу демультиплексора. В ее состав входят: станционный регенератор и декодер линейного тракта. По своей структуре станционный регенератор напоминает регенератор, приведенный на рисунке А6.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта была спроектирована цифровая система передачи, позволяющая объединить:

? Телефонных каналов - 16;

? Каналов ПДС-1,2 кбит/с - 20;

? Каналов ПДС-4,8 кбит/с - 40;

? Каналов ПДС-2048 кбит/с - 1;

? Канал передачи СУВ - 100.

Были рассчитаны следующие параметры телефонного канала:

1. Частота дискретизацииf_д = 12 кГц;

2. Разрядность кодового слова m = 8 бит;

3. Параметры характеристики квантования:

• U₁ = 0,083 В, Д₁ = 2,593 мВ;

• U₂ = 0,415 В, Д₂ = 10,372 мВ;

• U_ОГР = 1,742 В, Д₃ = 20,744 мВ;

Рисунок А3 показывает, что помехозащищенность в динамическом диапазоне от -30 до -5 дБ превышает минимально допустимый уровень, равный 30 дБ.

Были получены параметры канала ПДС-4,8 кбит/с при передаче сигналов способом скользящего индекса (СИ):

1. Коэффициент использования пропускной способности з = 0,25;

2. Коэффициент размножения ошибок равен 7;

3. Количество битов в кодовом слове m = 4;

4. Величина фазовых дрожаний д = 0,0625.

Был разработан цикл передачи со следующими параметрами:

1. Частота повторения циклов f_Ц = 8 кГц;

2. Частота повторения сверхциклов f_СЦ = 0,8 кГц;

3. Число циклов в сверхцикле N_Ц.СЦ = 10;

4. Тактовая частота цифрового группового сигнала f_Т = 4,24 МГц;

5. Коэффициент использования пропускной способности з = 97,1 %.

Передача информации производится по симметричному кабелю типа Т на расстояние 100 км. Для передачи группового сигнала по линейному тракту выбран код HDB-3. Рассчитаны параметры линейного тракта:

1. Длина регенерационного участка l = 1,84 км;

2. Число регенераторов n = 55;

3. Максимально допустимое затухание импульсов на регенерационном участке

а = 44,892 дБ.

По полученным параметрам построена структурная схема аппаратуры оконечной станции, приведена структура регенератора, схема магистрали с НРП и ОРП, характеристика квантования и рассчитан временной спектр проектируемой системы передачи.

Приложение А (графическое)

Рисунок А1 - Спектр телефонного сигнала после дискретизации.

Рисунок A2 - Амплитудная характеристика квантования кодера.

Рисунок A3 - График зависимости помехозащищенности от уровней передаваемого сигнала.

Рисунок А4 - Временной цикл проектируемой системы передачи

Рисунок А5 - Схема магистрали с НРП и ОРП

Рисунок А6 - Структурная схема регенераторакода МЧПИ

Рисунок А7 - Упрощенная структурная схема разработанной системы передачи

Рисунок А8 - Структурная схема генераторного оборудования передачи

Размещено на Allbest.ru