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 4. Структурная схема оконечной станции первичной ЦМТС и основные узлы оборудования (12 часов) Введение. Рассмотрим структурную схему оконечной станции первичной ЦМТС и основные узлы оборудования Раздел 4.1 Структурная схема оконечной станции первичной ЦМТС и основные узлы оборудования Структурная схема оконечной станции ЦМТС показана на рис. 6.1 ЭК КЛТ УВУ кодер аим1 - аим2 Генераторное оборудование передачи СУ Пер СС Генераторное оборудование приема СУ Пр СС к ОЛТ СР ЭК Деко дер ДЛТ Индивидуальное оборудование Групповое оборудование N 4 1 2 3 fд Nfд fт СУВ СУВ fт fд 1 2 3 4 N к ОЛТ ОС ОС Рис. 6.1. Схема оконечной станции ЦМТС Тракт передачи. Речевой сигнал, пройдя через фильтр нижних частот, ограничивающий спектр сигнала частотой 3,4 кГц. Подается на амплитудно-импульсный модулятор, в качестве которого служит электронный ключ. Работой электронного ключа управляет импульсная несущая, поступающая от генераторного оборудования передачи и следующая с частотой дискретизации. Время замыкания ключа определяется длительностью этой несущей и , таким образом, электронные ключи выполняют функцию модулятора АИМ1. Импульсные последовательности, управляющие работой электронных ключей каналов, смещены относительно друг друга на одинаковые временные интервалы, равные длительности канальных импульсов к Импульсы сигналов АИМ1 всех каналов объединяются в групповой АИМ сигнал и подаются к формирователю импульсов АИМ2, где импульсы АИМ1 расширяются и обеспечивается плоская их вершина. Групповой АИМ2 сигнал квантуется и кодируется в кодере. Таким образом, за период дискретизации происходит по одному разу отсчет дискретных значений речевых сигналов во всех каналах, их квантование и кодирование. Устройство временного уплотнения объединяет этот сигнал с импульсными сигналами управления и взаимодействия, а также с синхросигналом, поступающим от передатчика 30 синхросигнала. В кодере линейного тракта сигнал перекодируется в код удобный для передачи в линии и поступает через линейный трансформатор в линейный тракт. Тракт приема. Из линейного тракта через линейный трансформатор цифровой сигнал поступает на станционный регенератор, где происходит восстановление импульсов по форме и временному положению. Декодер линейного тракта преобразует линейный код в станционный. Здесь же из цифрового сигнала выделяют колебания тактовой частоты, управляющие работой генераторного оборудования, обеспечивающие синфазность работы генераторного оборудования передающей и приемной частей СП. В декодере групповой сигнал преобразуется в АИМ сигнал. Затем он поступает в индивидуальное оборудование, где происходит его распределение с помощью временных селекторов по отдельным каналам. Работой временных селекторов управляют импульсные последовательности от генераторного оборудования приема. Затем из АИМ сигнала в каждом канале с помощью ФНЧ выделяется исходный речевой сигнал, который усиливается усилителем низких частот. Приемник синхросигнала выделяет синхроимпульсы, служащие для синхронизации генераторного оборудования приема. Здесь же выделяются СУВ, которые поступают на согласующие устройства, где импульсные последовательности преобразуются в импульсы постоянного тока. Последние управляют работой узлов АТС. Выводы. 1. Оборудование формирования потока Е1 включает в себя узлы, которые преобразуют аналоговый сигнал в цифровой с ИКМ. 2. На приемном конце осуществляется обратное преобразование. 3. При формировании ИКМ сигнала используется нелинейное кодирование. Контрольные вопросы 1. Нарисуйте схему АИМ тракта на передаче и поясните принцип работы. 2. Нарисуйте схему АИМ тракта на приеме и поясните принцип работы. 3. Что такое нелинейное кодирование? Достоинства, недостатки. 4. Нарисуйте схему тракта передачи ЦМТС и поясните принцип работы. 5. Нарисуйте схему тракта приема ЦМТС и поясните принцип работы. 31 Лекция 7 Раздел 4.1 Структурная схема оконечной станции первичной ЦМТС и основные узлы оборудования (продолжение) Рассмотрим передачу сигналов в произвольном, например, i-м канале (рис.7.1) в течение k циклов (k=1,2,3, …). В первичном сигнале c i (t) с частотой f д выбирается множество отсчетов c 1i , c 2i , c 3i , …, соответствующих мгновенным значениям c i (t) в моменты t 1 , t 2 , t 3 ,…(рис.1.8). Модулятор i-канала Мi вырабатывает последовательность сигналов u 1i (t), u 2i (t), u 3i (t), …, которые содержат информацию о вышеупомянутых отсчетах, так что канальный сигнал u i (t)=u 1i (t)+u 2i (t)+u 3i (t)+… u 0 u 0 C i (t) C 1i C 2i C 3i t 1 t 2 t 3 u 1i (t) u 2i (t) u 3i (t) T 0 T 0 Рис.7.1. К пояснению работы модулятора Временное расположение этих сигналов определяется воздействием импульсов, вырабатываемых распределителем канальных импульсов (РИК) (см. рис. 7.2), действующих на i-м выходе РИК. 32 t t t t КИ 1 КИ 1 КИ 2 КИ 3 t КИ … КИ N T 0 Вых. 1 Вых. N Рис.7.2. Временные диаграммы на выходах РИК Распределитель на приеме работает синхронно с РИК на передаче. Под воздействием импульсов РИК на приеме замыкается ключ i-го канала (Кл i ), в результате чего на выходе Кл i действует только сигнал u i (t). Демодулятор выделяет из u i (t) последовательность отсчетов c 1i , c 2i , c 3i , …, и преобразует ее в первичный сигнал. Теоретическое обоснование возможности передачи информации в СП с ВРК связано с теоремой Котельникова, которая доказывает возможность передачи информации с помощью системы отсчетов, если f д 2F мах , где F мах – максимальная частота в спектре первичного сигнала. В качестве канальных сигналов в СП-ВРК широко используются модулированные импульсные последовательности, и в частности АИМ сигналы. В этом случае высота импульсов пропорциональна отсчетам первичного сигнала. t t t Т 0 Т 0 U 11 C 1 (t) U 21 U 31 C 2 (t) U 12 U 22 U 2N U 1N C N (t) U г (t) t t КЧ Рис.7.2. Сигналы в системе передачи с ВРК при использовании АИМ 33 На рис.7.2 показаны временные диаграммы канальных и группового АИМ сигналов СП-ВРК. Однако групповой АИМ сигнал затруднительно передавать по линии из-за искажения формы импульсов, связанного с резким увеличением длительности фронтов и спадов. В результате возникает взаимное наложение импульсов, находящихся в разных канальных интервалах, что вызывает взаимное влияние между каналами. Это обстоятельство является одной из причин внедрения цифровых СП ВРК (ЦМТС). На передающем конце ЦМТС в точке А (рис.7.3, а) действует групповой АИМ сигнал. С помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) каждому импульсу группового АИМ сигнала ставится в соответствие кодовая комбинация, т.е. последовательность импульсов и пауз, причем длительность кодовой комбинации равна t ки (рис. 7.3, б). В результате на выходе АЦП формируется групповой ИКМ сигнал в виде цифрового потока. В настоящее время принято, что Т 0 =125 мкс (f д =8 кГц), число элементов кодовой комбинации m=8. Частота следования элементов цифрового потока или тактовая частота N-канальной ЦМТС f т =Nmf д =64N кГц. На приеме с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦМТС) групповой ИКМ сигнал преобразуется в групповой АИМ сигнал, после чего происходят его разделение на канальные сигналы и демодуляция. Сравнение СП-ЧРК и ЦМТС показывает, что ширина спектра группового сигнала в случае ЧРК примерно равна N f с , где f с - ширина спектра первичного сигнала. В случае ЦМТС ориентировочно можно считать, что ширина спектра группового ИКМ сигнала сверху ограничивается f т . Таким образом, если в СП с ЧРК на один канал отводится диапазон частот, равный 4 кГц (ширина сигнала f с =f в -f н =3,4-0,3=3,1 кГц; полоса частот, отводимая на расфильтровку f р =0,9 кГц), то в ЦСП этот диапазон составляет 64 кГц. Необходимость существенного расширения спектра сигналов, передаваемых по линейному тракту в случае ЦМТС, является существенным недостатком систем передачи этого типа. Однако их высокая помехозащищенность, возможность использования современной элементной базы, стабильность в работе обуславливают широкое внедрение ЦМТС на различных участках сети связи. 1 1 N N 1 N 1 N A АЦП 1 2 N 1 2 N РИК а) КК i … … t ки 1 1 1 0 1 0 0 1 б) M 1 M N ЦАП Кл 1 Кл N ДМ 1 ДМ N РИК КК 1 КК 2 КК N КИ 1 КИ 2 КИ N Т 0 Линейный тракт Рис.7.3. К пояснению принципа функционирования ЦМТС 34 В системах передачи с ВРК каждый канальный сигнал представляет собой периодическую последовательность импульсов, промодулированных исходным сигналов. При этом чаще всего используется амплитудно-импульсная модуляция, при которой модулируется амплитуда импульсов, а другие параметры (длительность, частота, временное положение) остаются неизменными. Таким образом, в процессе АИМ сигнала осуществляется дискретизация непрерывного (аналогового) сигнала по времени в соответствии с известной теоремой дискретизации: любой непрерывный сигнал, ограниченный по спектру верхней частотой F в , полностью определяется последовательностью своих отсчетов, взятых через промежуток времени Т д 1/2F в , называемой периодом дискретизации. В соответствии с этим частота дискретизации, т.е. следования дискретных отсчетов, выбирается из условия F д 2 F в При АИМ амплитуда периодической последовательности импульсов изменяется в соответствии с изменениями амплитуды модулирующего сигнала с(t) (например, телефонного сигнала). Различают амплитудно-импульсную модуляцию первого (АИМ-1) и второго (АИМ-2) рода. При АИМ-1 амплитуда отсчетов, следующих с частотой дискретизации F д , изменяется в соответствии с изменениями модулирующего сигнала с(t), а при АИМ-2 амплитуда каждого отсчета неизменна и равна значению модулирующего сигнала с(t) в момент начала отсчета. На рис. 7.4 представлен исходный модулирующий сигнал с(t), а также сигналы при АИМ-1 и АИМ-2 в случае дискретизации двухполярных сигналов. Поскольку все реально существующие непрерывные сигналы связи представляют собой случайные процессы с бесконечно широким спектром. причем основная энергия сосредоточена в относительно узкой полосе частот, перед дискретизацией на передаче необходимо с помощью фильтра нижних частот ограничить спектр сигнала некоторой частотой F в . Для телефонных сигналов необходимо использовать ФНЧ с частотой среза. F в =3,4 кГц. Fн Fв Fд 3Fд 2Fд f G(f) G 0 р F Рисунок 7.5. Спектральный состав АИМ сигнала Рис.7.4. Формирование АИМ сигнала Если длительность АИМ отсчетов и много меньше периода их следования Т д , т.е. скважность q=Т д / и 1, то разница между АИМ-1 и АИМ-2 оказывается несущественной. Это 35 условие выполняется в системах передачи с ЧРК, так как длительность канальных импульсов должна выбираться из условия и Т д /N, где N – число каналов. Частотный спектр модулированной последовательности при АИМ однополярного сигнала содержит (рис. 7.5): постоянную составляющую G 0 ; составляющие с частотами исходного модулирующего сигнала F н … F в ; составляющие с частотой дискретизации F д и ее гармоники kF д ; составляющие боковых полос (нижней и верхней) при частоте дискретизации и ее гармониках kF д (F н … F в ). При дискретизации двухполярных сигналов (телефонных звукового вещания) в спектре АИМ сигнала практически отсутствует постоянная составляющая и составляющие с частотами F д и kF д Из рис. 7.4 видно, что для восстановления исходного непрерывного сигнала из АИМ сигнала на приеме достаточно поставить ФНЧ с частотой среза, равной F в , который выделит исходный сигнал. Поскольку для телефонного сигнала F в =3,4 кГц, то Fд должна выбираться из условия F д 6,8 кГц. Реально выбрана F д =8 кГц, что позволяет упрощать требования к ФНЧ приема. При F д =8 кГц полоса расфильтровки F р оказывается достаточно большой и составляет F р =( F д -F в )-F в =1,2 кГц, а при F д =6,8 кГц F р =0 и потребовался бы ФНЧ приема с бесконечно большой крутизной («идеальный» фильтр, рис. 7.5). Кроме того, следует иметь в виду, что если на выходе ФНЧ передачи появятся плохо подавленные составляющие исходного сигнала с частотами выше F в + F р , то это неизбежно (даже в случае идеального ФНЧ приема) приведет к искажениям сигнала при его восстановлении на приеме. G(f) f, кГц Рис. 7.6. К вопросу необходимости выбора Рис. 7.7. Групповой АИМ сигнал f д >2 Выбор частоты дискретизации широкополосных групповых сигналов имеет свои особенности. В соответствии с рис. 7.7 после дискретизации канальные сигналы, представляющие собой последовательности АИМ отсчетов, сдвинутых по времени друг относительно друга, объединяются, в результате чего образуется групповой АИМ сигнал (АИМгр). На рис. 7.7 над каждым отсчетом указан номер канала, к которому он относится. Групповой АИМ сигнал передается между выходом формирователя АИМ сигнала (АИМ модулятора) и входом кодирующего устройства в оконечном оборудовании передачи и входом декодирующего устройства и входом устройства разделения канальных сигналов (временного селектора) в оконечном оборудовании приема. Прохождение группового АИМ сигнала по цепям с ограниченной полосой пропускания или неравномерной АЧХ 36 сопровождается искажением формы импульсов, выражающейся в затягивании фронтов и срезов импульсов и возникновении выбросов. Это может привести к перекрытию временных интервалов между каналами и вызвать переходные помехи. Искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот сверху, называются искажениями первого рода. Ограничение полосы частот сверху связано наличием реактивных элементов в цепях, по которым проходит групповой АИМ сигнал, с ограниченным быстродействием транзисторов, используемых в узлах формирования АИМ сигнала, и с другими факторами. Характер возникающих искажений при передаче прямоугольных импульсов показан на рис. 7.8,а. При этом, как правило, достаточно учитывать влияние только предшествующего канала, тат как влияние более отдаленных по времени каналов оказывается малозаметным. Искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот снизу, называются искажениями второго рода. Это ограничение происходит из-за наличия в цепях группового сигнала реактивных элементов (трансформаторов, емкостей и др.). Характер показан на рис. 7.8, б. В отличие от искажений первого рода выбросы обратной полярности затухают медленно, поэтому влиянию подвергаются даже каналы существенно удаленные по времени от влияющего канала. Это делает искажения второго рода более опасными по сравнению с искажениями первого рода. В реальных трактах возникают искажения обоих типов. Таким образом, линейные искажения в системах с ВРК приводят к возникновению переходных помех между каналами. В тоже время при прохождении группового АИМ сигнала по тракту, обладающему нелинейностью (например, через амплитудные ограничители, импульсные усилители, электронные ключи и др.), изменяются амплитуды отсчетов каждого из каналов, однако отсутствуют переходные помехи между каналами, поскольку длительность импульсов не изменяется. Следовательно, в отличие от систем с ЧРК в системах с ВРК качество передачи в большей степени определяется величиной и характером линейных искажений. 1 2 3 1 2 3 t t АИМгр АИМгр а) б) Т1 Т2 1 N Uу Ес R н I у2 I у1 Ic Рис.7.8. Искажения АИМ сигнала Рис.7.9. Схема АИМ модулятора Выводы. 1. Прохождение группового АИМ сигнала по цепям с ограниченной полосой пропускания или неравномерной АЧХ сопровождается искажением формы импульсов, выражающейся в затягивании фронтов и срезов импульсов и возникновении выбросов. Это может привести к |