ЦМТС. ЦМТС Лекции. Конспект лекций по учебной дисциплине цифровые многоканальные телекоммуникационные системы (цмтс) 3 курс (ускоренная подготовка) по специальности (направлению подготовки)
 Скачать 3.38 Mb.
|
|
Тема 9. Линейные коды ОЦТС и оценка их параметров (2 часа) Введение. Для формирования линейных сигналов ЦМТС используются блочные коды вида nВmВ, где n означает число кодируемых цифровых разрядов, В определяет двоичное основание системы счисления исходного кода, т — число передаваемых по 0В двухуровневых сигналов, соответствующих п разрядам. Рассмотрим более детально алгоритмы формирования линейных кодов Раздел 9.1. Линейные коды ЦМТС и оценка их параметров К линейным сигналам ВОСП предъявляются следующие требования: - спектр сигнала должен быть узким и иметь ограничение как сверху, так и снизу. Чем уже спектр сигнала, тем. меньше требуется полоса пропускания фотоприемника, а соответственно уменьшаются мощность шума н его влияние. Ограничение спектра сверху снижает уровень межсимвольной помехи, а ограничение снизу—флуктуации уровня принимаемого сигнала в электрической части фотоприемника, имеющего цепи развязки по постоянному току. Минимальное содержание низкочастотных составляющих позволяет также обеспечивать устойчивую работу цепи стабилизации выходной мощности оптического передатчика; - код линейного сигнала должен обеспечивать возможность выделения колебания тактовой частоты, необходимой для нормальной работы тактовой синхронизации; - код линейного сигнала должен обладать максимальной помехоустойчивостью, которая позволяет получать при прочих равных условиях максимальную длину участка регенерации; - код линейного сигнала должен обладать избыточностью, которая позволяет по нарушениям правила образования кода судить о возникновении ошибок; - код линейного сигнала должен быть простым для практической реализации преобразователей кода. Для формирования линейных сигналов ЦМТС используются блочные коды вида nВmВ, где n означает число кодируемых цифровых разрядов, В определяет двоичное основание системы счисления исходного кода, т — число передаваемых по 0В двухуров- невых сигналов, соответствующих п разрядам. Например. 1В2В обозначает, что входной блок состоит из одного разряда (n=1), затем он передается в линию в виде блока из двух разрядов (m=2) и относительная скорость передачи в линейном тракте в 2 раза выше скорости входных символов. 135 t t M t CMI t NRZ t RZ t BIF t 2B3B 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 е д г в б а G 0,8 0,4 0,4 0,8 1,2 1,6 BIF CMI NRZ M RZ f/f т Рисунок 26.1. Линейные коды ЦМТС Рисунок 26.2 Нормированные спектры линейных кодов ЦМТС Наиболее простыми линейными кодами являются так называемые МК2 - КОДЫ (без возвращения к нулю, NRZ) и К2-коды (с возвращением к нулю, RZ). В МК2-коде «I» передается импульсами, а «0»—паузой (рис. 26.1, а). В К2-коде «I» передается последова- тельностью из импульса и паузы, причем имеет в 2 раза меньшую длительность, а «0», как и раньше, передается паузой (рис. 26.1, б). Нормированные спектры кодов МК2 и К2 показаны на рис. 26.2. Недостатком кода К2 по сравнению с М'К2 является необходимость использования более широкой полосы передачи из-за применения импульсов меньшей длительности, а преимуществом его является то, что источник оптического излучения в этом случае работает в течение меньшего времени и соответственно степень деградации его параметров снижается. Согласно принятому определению К2-код является примером 1В2В- снгнала. Недостаток рассмотренных кодов заключается в том, что они не удовлетворяют перечисленным требованиям (за исключением последнего пункта), поэтому такие коды могут быть рекомендованы лишь на линиях небольшой протяженности при отсутствии регенерационных участков. Для снижения содержания в спектре сигналов низкочастотных компонент применяют манчестерский, или бифазный, код В1F, в котором 0 - передается последовательностью из паузы и импульса, а I—последовательностью из импульса и паузы, причем длительность импульса в 2 раза меньше длительности «I» (рис. 26.1, в). В данном коде отсутствуют подряд более чем два идентичных символа, что определяет снижение в спектре низкочастотных компонент. Такой код также целесообразен при передаче в линиях малой протяженности без регенераторов и является примером 1В2В-сигнала. Пример кода 2ВЗВ приведен на рис. 26.1, г. Алгоритм образования следующий: разряды О0 заменяются на 001; 01 на 010; 10 на 100 и 11 на 011. Такой код обеспечивает возможность снижения скорости передачи в линии по сравнению с 1В2В-сигналами. К общим недостаткам рассмотренных кодов относятся следующие: невысокая помехозащищенность, сложности с выделением тактовой частоты, а также с обнаружением ошибки. По этой причине коды не могут быть рекомендованы для организации линейного тракта ВОСП большой протяженности. Введение корреляционных связей между амплитудами передаваемых двухуровневых сигналов позволяет устранять отмеченные недостатки. Примером сигнала с корреляционными связями является код СМ1 или код с поочередной инверсией токовых сигналов, временные диаграммы и энергетический спектр которого показаны на рис. 26.1, д и рис. 726.2. Введение корреляционных связей в СМ1 позволяет обнаруживать ошибки, приводящие к сбою чередования комбинаций 11 и 00 при передаче двоичной 1. 136 Одной из разновидностей сигналов 1В2В является код Миллера (М). Этот код, в котором кодовой посылке 0 бинарного сигнала ставится в соответствие кодовое слово 11 или 00, а кодовой посылке 1—01 или 10, причем последовательность нулей исходного бинарного сигнала передается чередованием кодовых слов 11 или 00. При других комбинациях посылок бинарного сигнала первая кодовая посылка кодового слова должна быть такой же, как последняя предыдущего кодового слова (рис. 26.1е, и 26.2). Например, бинарная последовательность 01100 передается в линейном тракте последовательностью 1110011100. В результате соседние переходы вида 10 или 01 в линейном сигнале будут находиться не ближе, чем на тактовый интервал Т, и не дальше, чем на 2Т, вследствие чего основная часть энергетического спектра линейного сигнала сосредоточена в области ниже тактовой частоты ^т и низкочастотная составляющая энергетического спектра оказывается частично подавленной (составляет 30% низкочастотной составляющей бинарного сигнала в формате МК2). Контроль за появлением переходов с частотой, большей 1/Т, позволяет просто осуществлять оперативный контроль за появлением ошибок в регенераторе. В качестве перспективных для использования в цифровых волоконно-оптических системах связи МСЭ предлагает двухуровневые коды 1В2В, 2ВЗВ, 5В6В. 6В8В и М51Р, где символ 1Р обозначает добавление одной балансовой посылки к М бинарным (например, таким образом, чтобы число единиц и нулей в кодовом слове всегда было четным или нечетным). В цифровых ЦМТС для первичной ступени ИКМ иерархии целесообразно использовать код СМ1; для вторичной — СМ1 и В1F; для третичной — В1F и код Миллера; для более высоких ступеней — код Миллера и скремблированный бинарный сигнал в формате МК2. Использование многоуровневых кодов по сравнению с двух уровневыми на городских, зоновых и магистральных сетях связи приводит к снижению энергетического потенциала системы на 15...20 дБ. Поэтому многоуровневые коды рекомендуется исполь- зовать во внутриобъектовых линиях связи специального назначения. Выводы. 1. Для формирования линейных сигналов ЦМТС используются блочные коды вида nВmВ, где n означает число кодируемых циф- ровых разрядов, В определяет двоичное основание системы счис- ления исходного кода, т — число передаваемых по 0В двухуров- невых сигналов, соответствующих п разрядам. 2. В цифровых ЦМТС для первичной ступени ИКМ иерархии це- лесообразно использовать код СМ1; для вторичной — СМ1 и В1F; для третичной — В1F и код Миллера; для более высоких ступеней — код Миллера и скремблированный бинарный сигнал в формате МК2. Контрольные вопросы. 1. Сформулируйте требования к линейным кодам ЦМТС. 2. Что такое блочные коды? 3. Рекомендации по использовании блочных кодов 1В2В. 137 Лекция 27 Тема 10. Ретрансляция сигналов в ЦМТС (2 часа) Введение. Передача информации по ОВ ограничивается максимальной мощностью излучения передатчика, затуханием и дисперсией ОВ, а также чувствительностью приемника. Эти обстоятельства накладывают ограничения на дальность передачи и объясняют необходимость установки ретрансляторов сигнала через участок определенной длины. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием. Раздел 10.1. Ретрансляция сигналов в ЦМТС Передача информации по ОВ ограничивается максимальной мощностью излучения передатчика, затуханием и дисперсией ОВ, а также чувствительностью приемника. Эти обстоятельства накладывают ограничения на дальность передачи и объясняют необ- ходимость установки ретрансляторов сигнала через участок определенной длины. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием. Оптические ретрансляторы корректируют и усиливают световые сигналы непосредственно, не преобразуя их в электрические. Они содержат лазерный усилитель (оптический квантовый усилитель) и нелинейный поглотитель для частичной регенерации световых импульсов. Усилитель компенсирует потери передачи сигнала в световоде и нелинейном поглотителе, т. е. возвращает световым импульсам их первоначальную интенсивность. Нелинейный поглотитель сужает импульсы и тем самым частично компенсирует расширение импульсов и их перекрытие, которое происходит в 0В из-за дисперсии материала и разброса времени пробега. Принцип работы оптического усилителя и нелинейного поглотителя были рассмотрены в главе 3 данного пособия. Наибольшее применение в технике оптической связи получили ретрансляторы с преобразованием оптического сигнала в электрический и последующей обработкой и регенерацией сигнала электронными схемами (рис. 27.1). Оптический ретранслятор отличается от регенераторов проводных ЦМТС только наличием оптических модулей (ПрОМ и ПОМ). Электронный регенератор (ЭР) содержит решающее устройство (РУ), устройство тактовой синхронизации (УТС) и формирователь сигналов (ФС). ПрОМ РУ ФС ПОМ УТС ОВ ОВ Рисунок 27.1. Структурная схема линейного ретранслятора для цифровых ЦМТС 138 T U п а) б) в) 0 р пр min р пер р пр l уч Рис. 27.2. Временные диаграммы Рис. 27.3. Зависимость уровня мощности работы линейного ретранслятора оптического сигнала от длинны участка ретрансляции Процесс регенерации в ЭР происходит следующим образом. Значения передаваемых символов (0 или 1) оцениваются решающим устройством, которое анализирует поступающий сигнал и принимает решение о том, какой символ передается по ОВ. В ре- генераторах при оценке значений символов используется прием методом однократного отсчета, что позволяет при относительно простой реализации получать высокую помехоустойчивость. Временные диаграммы (рис. 27.2) приведены для случая, когда с оконечной ЦМТС передается в оптическую линию двухуровневый код с пассивной паузой (рис. 27.2а). При этом в решающем устройстве периодически с тактовой частотой f t =1/T производится стробирование сигнала на выходе ПрОМ и сравнение полученного отсчета с порогом. При превышении порога в формирователе сигнала формируются импульсы прямоугольной формы с определенной амплитудой и длительностью (рис. 27.2,в). Стробирование сигнала осуществляется с помощью узких импульсов, которые вы- рабатываются устройством тактовой синхронизации (рис 27.2,б). При передаче сигналов по 0В величина ослабления и искажений зависит от длины участка регенерации l уч . При увеличении l уч уровень оптического сигнала P пр падает плавно на строительных отрезках 0В и скачком в точках их соединении. Для восстановления сигнала необходимо, чтобы на входе ЭР уровень сигнала P пр≥ P пр min где P пр min —минимальный уровень приема оптического излучения, при котором происходит полное восстановление сигнала, т. е. можно записать P пер —α в —n p α p —n н α н — l уч≥ P пр , где P пер — уровень передачи на выходе станпии или регенератора; α в —потери при вводе и выводе излучения в волокно; а р , а н — потери в разъемных и неразъемных соединениях на длине регенерационного участка. Это выражение удобно записать в виде: α l уч+ n p α p +n н α н ≤ Q, где Q= P пер — α в — P пр min — энергетический потенциал ЦМТС. Из данного выраженя можно получить значение l уч по затуханию: l уч ≤(Q— n p α p —n н α н )/α. Кроме затухания 0В длина участка регенерации ограничивается за счет дисперсионных потерь. Для уменьшения межсимвольной интерференции необходимо выполнение неравенства B≤0,25/σ, где В—скорость передачи информации; σ—среднеквадратическая ширина импульсной характеристики в кабеле длиной l уч . Из приведенного выражения следует, что l уч ≤0,25/(σ 0 B), где σ 0 —среднеквадратическое уширение импульса в 0В длиной 1 км. 139 Следовательно, для определения максимальной длины регенерационного участка необхо- димо решить систему неравенств: l уч ≤(Q- n p α p —n н α н ) / α , l уч ≤ 0,25/(σ 0 B). Расчеты по определению l уч показывают существенные преимущества оптических систем передачи, где регенерационные расстояния превышают 100 км. При использовании коаксиальных кабелей длина l уч составляет 1,5 ...6 км. Оптические регенераторы. В настоящее время разработаны полностью оптические регенераторы. Достоинством таких регенераторов является то, что возможно создать сети прозрачные для оптического сигнала. Использование таких регенераторов позволяет снизить потребление энергии, уменьшить вес, габариты и повысить надежность оборудования. Размеры модуля 19 х 39 мм. Пространственное разделение индивидуальных каналов для последующей обработки сигналов и последующее их объединение в один оптический поток производится соответственно оптическими демультиплексором и мультиплексором. Полностью оптический регенератор (3R) описан во многих работах. Напомним, что 3R обозначает следующее: 1R (amplification — resharping) — восстановление амплитуды; 2R — восстановление амплитуды и формы (resharping — reforming) и 3R — восстановление амплитуды, формы и временных соотношений цифрового сигнала (resharping — reforming — retiming). На рис. 8.4а - представлена схема последовательности операций при регенерации оптического цифрового сигнала, на рис. 8.4б — осциллограммы сигналов в процессе регенерации.О разработке готовых к практическому применению полностью оптических 3R- регенераторов сообщается в докладах на конференциях ЕСОС-01, ЕСОС-02, ЕСОС-03, OFC- 01, OFC-02 и OFC-03. Таким образом, использование в главном оптическом тракте полностью оптических ОУ, компенсаторов дисперсии и оптических регенераторов свидетельствует о том, что для протяженных ЦМТС -СР задача полной фотонизации на участке оптического тракта может считаться решенной. Усилитель для восстановления амплитуды Выделение тактовой частоты Восстановление формы и временных соотношений Выход регенератора Вход искаженных сигналов Оптическая мощность Время а) б) Рис. 27.4 Схема последовательности операций при регенерации оптического цифрового сигнала и осциллограммы сигналов в процессе регенерации 140 Одной из ключевых проблем при создании полностью оптических 3R-регенераторов цифровых оптических сигналов является выделение синхрочастоты (тактовой частоты) цифровых сигналов. С помощью этого устройства выделяются тактовые частоты 22-х оптических цифровых сигналов. На рис. 27.5 показаны осциллограммы сигналов тактовой частоты для четвертого и седьмого спектральных каналов. Входные данные ГГц 100 Тактовая частота (канал 4, нм 84 , 1533 ) Тактовая частота (канал 7, нм 24 , 1536 ) 0 0,5 0,25 Рис. 27.5. Осциллограммы сигналов тактовой частоты 4 и 7 каналов Однако в оконечных пунктах этих ВОСП-СР, а также для гибкого и эффективного управления и конфигурирования оптических сетей, особенно оптических сетей доступа, проблема далека от решения. Как уже отмечалось, для ее разрешения необходимы полностью оптические процессоры, основанные также на полностью оптических элементах, о которых говорилось выше. Выводы. 1. Ретрансляторы строятся как чисто оптические, так и с преобразованием оптических сигналов в электрические, с последующей регенерацией электрических сигналов и обратным преобразованием. 2. В настоящее время разработаны полностью оптические регенераторы. Достоинством таких регенераторов является то, что возможно создать сети прозрачные для оптического сигнала. Использование таких регенераторов позволяет снизить потребление энергии, уменьшить вес, габариты и повысить надежность оборудования. Контрольные вопросы. 1. Назначение ретрансляторов? 2. Перечислите виды ретрансляторов и назовите их особенности. 3. Поясните, в чем отличие 1R, 2R и 3R ретрансляторов? 4. Нарисуйте схему ретранслятора и поясните принцип ее работы. |