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.
|
|
искажениями первого рода. 3. Искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот снизу, называются искажениями второго рода. Контрольные вопросы. 1. Поясните влияние линейных и нелинейных искажений при прохождении группового АИМ сигнала по ОЛТ. 2. Поясните, что такое искажение первого рода? 3. Поясните, что такое искажение второго рода? 4. Чем отличается АИМ-1 от АИМ-11? 38 Лекция 8 Введение. В лекции рассматриваются построение тракта передачи КОО и схемы основных узлов: амплитудно - импульсные модуляторы, преобразователи АИМ-1 в АИМ-11,кодеры с равномерной и неравномерной шкалой квантования. Раздел 4.1 Структурная схема оконечной станции первичной ЦМТС и основные узлы оборудования (продолжение) Амплитудно-импульсные модуляторы. Амплитудно-импульсные модуляторы осуществляют дискретизацию аналоговых сигналов в тракте передачи. Временные селекторы распределяют на приеме импульсы группового АИМ сигнала по входам низкочастотных окончаний каналов. В качестве таких устройств применяются быстродействующие электронные ключи, управляемые импульсным напряжением, называемым импульсной несущей. Параметры амплитудно-импульсных модуляторов и временных селекторов определяют параметры цифрового канала ТЧ и влияют на уровень шумов в них. Присутствие импульсов управляющего тока на выходе амплитудно-импульсного модулятора приводит к смещению произвольным образом амплитуды отсчетов, что увеличивает погрешность при квантовании и кодировании и уровень шумов на выходе канала. Мощность остатков управляющих импульсов не должна превышать 0,001 пикового значения мощности сигнала. Это достигается применением балансных схем модуляторов и временных селекторов. Причем, требования к балансировке могут быть снижены, так как затухание ФНЧ-3,4 в тракте приема на частоте 8 кГц достаточно велико. К амплитудно-импульсным модуляторам и временным селекторам предъявляют высокие требования по быстродействию и линейности амплитудной характеристики. От их быстродействия зависит уровень переходных помех между каналами, а от линейности амплитудной характеристики – нелинейные искажения. Амплитудно-импульсные модуляторы. В качестве электронного ключа может быть использован диодный мост (рис. 8.1). U с Д1 Д2 Д3 Д4 Rн U у Rc Ес Rн H(t) Рис. 8.1. Диодный мост Управляет работой диодов напряжение импульсной несущей U у . Для обеспечения баланса необходимо подобрать диоды с одинаковыми параметрами. На практике используют интегральные сборки, в которых диоды выполнены на одном кристалле и обладают практически одинаковыми параметрами. Схема электронного ключа на транзисторах (рис. 8.2): 39 Т1 Т2 1 N Uу Ес R н I у2 I у1 Ic Рисунок 8.2. Схема электронного ключа на транзисторах Управляющее импульсное напряжение U у поступает на базы транзисторов одновременно, а токи эмиттерных цепей I у1 , I у2 в нагрузке протекают в противофазе. Таким образом, если параметры транзисторов одинаковы, то суммарный ток импульсной несущей в нагрузке будет равен 0. В типовой аппаратуре в качестве активных элементов в электронных ключах чаще всего используют интегральные транзисторные сборки. Преобразователь АИМ1 в АИМ2. Сигналы с выходов электронных ключей тракта передачи объединяются в групповой АИМ сигнал. Причем, амплитуды в течении длительности импульса будут изменяться в соответствии с изменением амплитуды исходного сигнала, т.е. на выходе электронного ключа передачи имеется сигнал – АИМ1. Для устойчивой работы кодеров необходимо преобразование группового сигнала в форму АИМ2, т.е. импульсы должны быть с плоской вершиной и значительной длительностью. Структурная схема преобразования АИМ1 в АИМ2. Кл1 1 2 N Ус1 Ус2 Кл2 Кл3 С 1 аим U 2 аим U Рис. 8.3. Структурная схема преобразования АИМ1 в АИМ2 В состав схемы входят электронный ключ, накопительный конденсатор С и операционные усилители. КЛ1 – амплитудно– импульсные модуляторы каналов; КЛ2 – работают одновременно с КЛ1, подключает на короткое время заряда ( з ). Накопительный конденсатор С заряжается до амплитуды АИМ сигнала, КЛ1 и КЛ2 – размыкаются. УС2 – имеет высокоомное входное сопротивление, что обеспечивает постоянное напряжение заряда конденсатора на время кодирования сигнала. 40 Для подготовки накопительного конденсатора и к следующему отсчету сигнала АИМ1 он разряжается на землю КЛ3. Кодеры с равномерной и неравномерной шкалой квантования. В ЦМТС с ИКМ используют три основных метода построения аналого-цифровых преобразователей: - матричный; - последовательного счета; - поразрядного взвешивания. Матричный кодер. Образуется кодовое поле, состоящее из пространственно разнесенных элементов, число которых равно числу разрешенных уровней. Кодовое поле может представлять собой набор пороговых устройств (при m 5), либо кодовую маску в специальной электронно- лучевой кодирующей трубке (m=8, 9). Недостатком матричных АЦП, построенных на обычных элементах, является низкая точность преобразования (т.к. m мало). Необходимость использования специальных электронно-лучевых приборов для повышения точности ограничивает возможность применения таких кодеров. Кодер счета (рис. 8.4.). АИМ-ШИМ И Т1 Тm Т2 Генераторное оборудование Счетчик 1 2 m АИМ Рис. 8.4. Схема кодера счета На вход кодера подаются импульсы сигнала АИМ2, которые затем преобразуются в импульсы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), длительность которых пропорциональна высоте отсчетов. Модулированные по длительности импульсы подаются на один из входов логической ячейки И, на другой вход которой от генераторного оборудования подается последовательность коротких импульсов. На выходе ячейки И получаются пачки импульсов. Причем, количество импульсов в каждой пачке будет пропорционально длительности импульсов ШИМ и, следовательно, пропорционально высоте отсчетов АИМ сигнала. Максимальное число импульсов в пачке 2 m . Число импульсов в единицу времени N·f д Ячейки двоичного счетчика производят счет импульсов, содержащихся в каждой пачке, формируя двоичную кодовую группу. Скорость работы счетчика может быть определена как N·f д 2 m . Например, для N=30, f д =8 кГц, скорость 30·8·10 3 ·2 8 =6·10 6 имп/с. Таким образом, по своему принципу действия кодеры счета требуют высокого быстродействия – основной недостаток. Достоинство – простота, надежность и высокая точность работы. Кодеры взвешивания. 1. Линейный кодер. 41 В таких кодерах величина отсчета сигнала выражается суммой определенного набора эталонных сигналов этi m i i i m m i i k с U a a U U 1 1 2 , где U этi = U k 2 m-I – эталонный сигнал i-го разряда U k – шаг квантования a i – кодовый символ i-го разряда. Структурная схема кодера приведена на рисунке, она содержит число ячеек, равное разрядности кода m. РУ РУ РУ АИМ сигнал U эт1 U эт2 U эт m 1- й разряд 2- й разряд m- й разряд СВ СВ ячейка Рис. 8.5. Кодер поразрядного взвешивания Каждая ячейка содержит решающее устройство РУ с порогами, равным эталонным напряжениям данного разряда и схему вычитания. В РУ амплитуда импульса сравнивается с эталонным пороговым напряжением данного разряда U этi . Если U c >U эт , на выходе РУ формируется «1», а на схему вычитания подается импульс с амплитудой U эт , т.е. на следующую ячейку подается сигнал U i -U этi . Если же U c , на разрядном выходе РУ будет символ «0», а импульс сигнала пройдет через схему вычитания без изменения амплитуды. Символы отдельных разрядов кодовой группы формируются последовательно, начиная с символа старшего разряда. ПРИМЕР. Пусть нужно закодировать с помощью кодера поразрядного взвешивания импульс с амплитудой 100 U k РУ С В РУ С В Р У РУ С В РУ С В РУ С В РУ С В к U 64 к U 32 к U 16 к U 8 к U 4 к U 2 к U к U 100 к U 36 к U 4 к U 4 к U 4 0 0 1 1 0 0 1 0 0 Рис. 8.6. Пример кодирования 42 Таким образом, на выходе кодера формируется кодовая группа 1100100, имеющая условный вес (64+32+0+0+4+0+0) U k =100 U k Требуемое быстродействие ячеек кодера поразрядного взвешивания определяется произведением f д ·N, поэтому гораздо меньше, чем для кодеров счета. Такой кодер может быть построен на одной ячейке. Кодовые символы будут формироваться последовательно с помощью цепи обратной связи. В ЦАП с высокой точностью формируются и суммируются U этi , соответствующие весам отдельных разрядов. 2 m-1 U k , 2 m-2 U k , …2 0 U k Компаратор ЦАП Регистр сдвига Генераторное оборудование 1 2 m a i вых Uc эт U Рис. 8.7. Кодер взвешивания на одной ячейке В начале кодирования на всех входах ЦАП кроме старшего (первого) устанавливаются нулевые импульсы. При этом ЦАП формирует эталонные напряжения старшего разряда 2 m-1 U k С этим импульсом сравнивается кодируемый отсчет в компараторе. Если U c >2 m- 1 U k , на выходе компаратора появляется «1». Он же поступает на регистр сдвига по цепи обратной связи и подтверждает правильность подачи импульса на первый выход ЦАП. Если же в начале кодирования окажется U c <2 m-1 U k , на выходе кодера формируется сигнал «0», этот символ появиться и на первом входе ЦАП и будет удерживаться на протяжении всего цикла формирования кодовой группы. Формирование символов (0 или1) следующего разряда производится аналогичным образом. Импульсы от генераторного оборудования ячейки регистра сдвига переводятся в положении, когда на всех входах ЦАП, кроме 2-го будут нулевые импульсы. На входе ЦАП появится импульс с амплитудой 2 m-21 U k . Процесс формирования кодовой группы будет повторяться до тех пор, пока не будут перепробованы импульсы всех разрядов. Нелинейный кодер. Как уже говорилось ранее квантование в современных ЦМТС происходит нелинейным способом, т.е. используется нелинейное компандирование. Более современный способ реализации требуемой характеристики компандирования состоит в управлении с помощью цифровых схем алгоритмом выбора эталонных напряжений при кодировании и декодировании. 43 вхмах вх U U выхмах вых U U 1 0,75 0,5 0,25 0 1/16 1/8 1/4 1/2 1 I II III IV V VI VII VIII Рис. 8.8. Характеристика компандирования 16-ти сегментная Используется 16-ти сегментная линейно-ломаная аппроксимация характеристики компандирования. Характеристика для одной полярности напряжения аналогового сигнала приведенная на рисунке содержит 8 сегментов. Каждый сегмент имеет 16 уровней равномерного квантования. В I и II сегментах характеристики шаг квантования одинаковый, а в каждом следующем сегменте, начиная с III, величина шага квантования удваивается. Обычно символ кодовой группы первого разряда определяет полярность сигнала «1» - для положительного, «0» - для отрицательного. 2 -й , 3 -й , 4 -й разряды определяют номер сегмента в двоичной форме (от 0 до 7). 5 -й , 6 -й , 7 -й , 8 -й разряды определяют номер уровня в сегменте. Таблица эталонных значений напряжений для определения номера сегмента, номера уровня квантования внутри сегмента. Таблица 8.1. Значения эталонных напряжений Номер сегмента 2-й, 3-й, 4-й разряды Шаг квантования Эталонное напряжение при кодировании в пределах сегмента Эталонное напряжение нижней границы сегмента I 0 000 , 2 , 4 , 8 0 II 1 001 , 2 , 4 , 8 16 III 2 010 2 , 4 , 8 , 16 32 IV 3 011 4 , 8 , 16 , 32 64 V 4 100 8 , 16 , 32 , 64 128 VI 5 101 16 , 32 , 64 , 128 256 VII 6 110 32 , 64 , 128 , 256 512 VIII 7 111 64 , 128 , 256 , 512 1024 Из таблицы видно, что для формирования всех уровней квантования достаточно иметь 11 эталонов ( , 2 , 4 , 8 , 16 , 32 , 64 , 128 , 256 , 512 , 1024 ). При кодировании в пределах одного сегмента требуется всего 5 эталонов: - один для определения нижней границы сегмента; - четыре для определения шага квантования в пределах сегмента. Малое число эталонных сигналов, используемых при формировании одного квантованного отсчета, упрощает требования к точности источника эталонных сигналов в целом. 44 ПРИМЕР. U=352 Определим первый разряд. Поскольку отсчет имеет положительную полярность, следовательно, 1. Далее определяем 2-й, 3-й, 4-й разряды т.е. номер сегмента: 352 находится между 256 и 512, поэтому нижняя граница сегмента 256, таким образом отчет находится в 5 сегменте, которому соответствует кодовая комбинация 101. После чего необходимо закодировать разницу между 512-256=96 (т.е. получит номер уровня внутри сегмента). Это значение кодируется уже с помощью эталонных напряжений для 5 сегмента 16 , 32 , 64 , 128 . 96=32+64. Следовательно, 5-й, 6-й, 7- й, 8-й разряды 0110. Таким образом, полученная кодовая комбинация: сегмента внутри уровня номер сегмента номер знак 0110 101 1 Схема нелинейного кодера: Назначение элементов схемы (рис. 4.9): ЗУ – запоминающее устройство. Запоминает мгновенное значение сигнала и поддерживает его в течение всего времени кодирования. К – компаратор. Определяет полярность отсчета и знак разности между амплитудой кодируемого отсчета и суммой эталонных напряжений. В зависимости от знака этой разности на выходе компаратора формируется «0» (U c >U эт ), или «1» (U c ). Рисунок 8.9. Схема нелинейного кодера ИЭ – источники эталонов, которые имеют 11 ключей, а веса подключаемых эталонных напряжений равны U 0 , 2 U 0 , 4 U 0 , 8 U 0 , 16 U 0 , 32 U 0 , 64 U 0 , 128 U 0 , 256 U 0 , 512 U 0 , 1024 U 0 отрицательной и положительной полярности. После каждого такта кодирования решение компаратора записывается в цифровой регистр (ЦР). В зависимости от решения компаратора ЦР выбирает полярности ИЭ и управляет работой цифровой логики (Ц Лог.), которая формирует в блоке выбора и коммутации эталонных напряжений (БКЭ) цепи управления ИЭ, определяя величины эталонов, подключаемых на второй вход компаратора. Ф – формирователь. Считывает состояния выходов ЦР и преобразует параллельный код в последовательный. ЗУ К ИЭ+ ИЭ- БКЭ 1 ...11 1 ... 11 Ц Лог. 1 2 11 ЦР 1 2 3 4 5 6 7 8 Ф От генераторного оборудования От генераторного оборудования От генераторного оборудования АИМ сигнал 1 2 ИКМ сигнал 45 ПРИМЕР. Необходимо закодировать положительный отсчет с амплитудой U с =352 U 0 Этот отсчет через запоминающее устройство подается на первый вход компаратора. Перед началом первого такта кодирования цифровой регистр на первом своем выходе выдает «1», а на всех остальных выходах «0». Это включает источник эталонов положительной полярности, так как кодируется положительный отсчет, то на выходе компаратора – «0» и состояние «1» на первом выходе цифрового регистра сохраняется (логическая операция «сложение по модулю 2» - (1+1)=0; (1+0)=1; (0+0)=1). 1-й символ кодовой комбинации 1. Далее, в три такта осуществляется поиск сегмента, в котором находится кодируемый отсчет, т.е. находится нижняя граница этого сегмента. Рассмотрим все это с помощью так называемого дерева. 1024 512 16 32 64 128 256 1- й такт 2- й такт 3- й такт t U эт 7 6 5 4 3 2 1 0 111 110 101 100 011 010 001 000 Рисунок 8.10. Алгоритм кодирования На первом такте сигнал сравнивается с эталонным напряжением нижней границы 4-го сегмента (128 ). В зависимости от результата сравнения формируется символ 2-го разряда «0» или «1». Если сформирована «1», то на втором такте сравнивается с нижней границей 6- го сегмента (512 ); если же «0» - то с нижней границей второго сегмента (32 ). Далее аналогично – с нижней границей седьмого сегмента (1024 ) или пятого (256 ); либо с нижней границей третьего сегмента (64 ) или первого (16 ). В нашем случае: 352 128 «1» 352 512 «0» 352 256 «1» Следовательно, 2-й, 3-й, 4-й символы кодовой комбинации 101. На втором выходе цифрового регистра формируется «1» и на второй вход компаратора подается эталонное напряжение нижней границы четвертого сегмента 128 . Так как 325 128 , то на выходе компаратора «0», а на втором выходе цифрового регистра сохраняется «1». На следующем такте появляется «1» на третьем выходе цифрового регистра и формируется эталонное напряжение нижней границы шестого сегмента 512 . Так как 352 512 , то на выходе компаратора «1» и состояние на третьем выходе цифрового регистра меняется на «0». На следующем такте – «1» на четвертом выходе цифрового регистра (нижняя граница пятого сегмента 256 ); так как 352 256 , то на четвертом выходе цифрового регистра «1». Таким образом, амплитуда импульса находится в пятом сегменте ( цифре пять соответствует кодовая комбинация 101). 46 Определение и кодирование номера уровня квантования сегмента производится в четыре такта с помощью эталонных напряжений 128 , 64 , 32 , 16 , которые формируются в источнике эталонов и соответствуют пятому сегменту. 5-й символ – на пятом выходе цифрового регистра «1», в источнике эталонов формируется сигнал 256 +128 , так как 352 384 , на выходе компаратора формируется «1» и пятый выход цифрового регистра изменяет свое состояние на «0», напряжение 128 отключается. 6-й символ – на шестом выходе цифрового регистра устанавливается «1», источник эталонов формирует сигнал 256 +64 , который подается на второй вход компаратора, поскольку 352 320 , то на выходе компаратора – «0» и состояние шестого выхода цифрового регистра сохраняется. 7-й символ – на седьмом выходе цифрового регистра устанавливается «1», источник эталонов на второй вход компаратора подает сигнал 256 +64 +32 . Очевидно, что 352=352 , на выходе компаратора появляется «0» и на выходе цифрового регистра остается «1». 8-й символ – на восьмом выходе цифрового регистра «1», на выходе источника эталонов формируется сигнал 256 +64 +32 +16 . Поскольку 352 368 , на выходе компаратора формируется «1» и восьмой выход цифрового регистра обнуляется. Напряжение 16 в источнике эталонов отключается. Таким образом, 5-й, 6-й, 7-й, 8-й символы кодовой комбинации 0110. Полностью кодовая комбинация для отсчета 352 U 0 : 11010110. Выводы. 1. В состав оборудования тракта передачи КОО входят АИМ модуляторы, кодеры с нелинейной шкалой квантования, устройства ввода сигналов служебной связи и сигналов синхронизации. 2. Для исключения неопределенности при кодировании АИМ-1 преобразуется в АИМ-11 3. При кодировании сигналов используется нелинейная шкала квантования Контрольные вопросы. 1. Нарисуйте схему тракта передачи КОО. 2. Перечислите этапы формирования сигнала с ИКМ. 3. С какой целью используется нелинейная шкала квантования? 4. Нарисуйте схему АИМ – модулятора и поясните принцип работы. 5. Нарисуйте схему линейного кодера и поясните принцип его работы. 6. Нарисуйте схему нелинейного кодера и поясните принцип его работы. 47 Лекция 9 Введение. Рассматривается схема преобразования цифрового потока Е1с ИКМ в аналоговый сигнал. Основными узлами каналообразующего оборудования в тракте приема являются декодеры и временные селекторы. Раздел 4.1 Структурная схема оконечной станции первичной ЦМТС и основные узлы оборудования (продолжение) Декодеры сигнала с ИКМ. Обычно величины АИМ отсчетов формируются путем суммирования весовых значений символов кодовой группы. Декодеры бывают: матричные, последовательного счета и поразрядного взвешивания. Из-за сложности реализации матричные декодеры не находят применения. Декодеры последовательного счета требуют высокой скорости работы счетчика, поэтому используются редко. Декодеры поразрядного взвешивания могут быть построены на основе последовательной или параллельной обработки импульсов кодовых групп. При параллельной обработке скорость работы функциональных узлов декодера уменьшается в m раз. Поэтому практическое применение находят декодеры параллельного кода, когда предварительно производится преобразование цифрового потока последовательного кода в цифровой поток параллельного кода. Нелинейный декодер взвешивающего типа с цифровым экспандированием эталонов изображен на рисунке. Декодер содержит: ЦР – цифровой регистр; ЭЛ – блок экспандирующей логики; БКЭ – блок выбора и коммутации эталонных токов; ИЭ – источники эталонов положительной и отрицательной полярности. Восьмиразрядная кодовая группа принятого ИКМ сигнала записывается в цифровой регистр, формируясь на его выходах 1…8 в виде параллельного восьмиразрядного двоичного кода. 1-й разряд этой кодовой группы определяет полярность включенных ИЭ, 2-й…4-й разряды – номер сегмента, 5-й…8-й разряды – номер уровня квантования. В соответствии с принятой кодовой комбинацией включаются соответствующие эталоны. Суммарный ток которых определяет величину (амплитуду) декодированного отсчета АИМ сигнала. 48 ИЭ+ ИЭ- БКЭ 1 ...11 1 ... 11 ЭЛ ЦР 8 7 6 5 4 3 2 1 От генераторного оборудования 11 10 1 Входной ИКМ сигнал Выходной АИМ сигнал Рис. 9.1 Схема нелинейного декодера взвешивающего типа ПРИМЕР. Пусть кодовая комбинация имеет вид 10101010. Необходимо определить величину АИМ сигнала. 2 4 8 16 2 1010 010 1 сегмент й U аим =+(32 +16 +4 )=+52 Временные селекторы. В качестве временных селекторов используются электронные ключи, например может быть использован диодный мост (рис. 5.2). Рис. 9.2. Диодный мост Управляет работой диодов напряжение импульсной несущей U у . Для обеспечения баланса необходимо подобрать диоды с одинаковыми параметрами. На практике используют интегральные сборки, в которых диоды выполнены на одном кристалле и обладают практически одинаковыми параметрами. Схема электронного ключа на транзисторах (рис. 9.3): Uс Д1 Д2 Д3 Д4 Rн Uу Rc Ес Rн H(t) 49 Т1 Т2 1 N Uу Ес R н I у2 I у1 Ic Рис. 9.3. Схема электронного ключа на транзисторах Управляющее импульсное напряжение U у поступает на базы транзисторов одновременно, а токи эмиттерных цепей I у1 , I у2 в нагрузке протекают в противофазе. Таким образом, если параметры транзисторов одинаковы, то суммарный ток импульсной несущей в нагрузке будет равен 0. В типовой аппаратуре в качестве активных элементов в электронных ключах чаще всего используют интегральные транзисторные сборки. Выводы. 1. При декодировании сигналов с ИКМ применяются декодеры с нелинейной шкалой декодирования. 2. В качестве временных селекторов используются электронные ключи на транзисторах. 3. При декодировании используются нелинейные декодеры взвешивающего типа Контрольные вопросы. 1. Почему при декодировании сигналов используются нелинейные декодеры взвешивающего типа? 2. Нарисуйте схему нелинейного декодера взвешивающего типа и поясните принцип его работы. 3. Нарисуйте спектр АИМ сигнала. 4. Нарисуйте схему временного селектора и поясните принцип его работы. 5. Поясните, как восстанавливается непрерывный аналоговый сигнал? 50 Лекция 10 Введение. Ранее отмечалось, что система передачи состоит из трех частей: КОО, ОС и ОЛТ. В данной лекции рассматривается вопрос построения оборудования сопряжения оптических цифровых телекоммуникационных систем Раздел 4.1 Структурная схема оконечной станции первичной ЦМТС и основные узлы оборудования (продолжение) Принцип построения оборудования сопряжения (ОС). В ОС электрический сигнал в тракте передаче преобразуется в форму, целесообразную для передачи по волоконно- оптическому линейному тракту. В этом случае ОС реализуется в виде преобразователя кода (ПК): станционного кода в линейный. В тракте приема осуществляется обратное преобразование. Оборудование в трате приема включает в себя станционный регенератор (СР) и ПК. Станционный регенератор необходим для регенерации слабого сигнала на входе оборудования приема. Линейные коды ЦМТС. К линейным сигналам ЦМТС предъявляются следующие тре- бования: - 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. 51 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 10.1. Линейные коды ЦМТС Рисунок 10.2 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. 10.1, 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. 10.1, б). Нормированные спектры кодов МК2 и К2 показаны на рис. 10.2. 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. 10.1, 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. 10.1, 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 ОЦТС 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. 10.1, д и рис. 10.2. Введение корреляционных связей в СМ1 позволяет обнаруживать ошибки, приводящие к сбою чередования комбинаций 11 и 00 при передаче двоичной 1. 52 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. 10.1е, и 10.2). 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 внутри объектовых линиях связи специального назначения. Станционный регенератор. 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 регенераторов сигнала через участок опре- деленной длины. Станционные регенераторы. Оптический ретранслятор (рис. 10.3) 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). Оп.пр. РУ ФС УТС ОВ К ПК Рисунок 10.3. Структурная схема линейного ретранслятора для цифровых ЦМТС 53 T U п а) б) в) Рисунок 10.4. Временные диаграммы работы станционного регенератора 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. 6.4) приведены для случая, когда с оконечной ЦМТС передается в оптическую линию двухуровневый код с пассивной паузой (рис. 10.4а). 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. 10.4,в). Стробирование сигнала осуществляется с помощью узких импульсов, которые вы- рабатываются устройством тактовой синхронизации (рис 10.4,б). Выводы. 1. Оборудование сопряжения в трате передачи представляет из себя преобразователь кода станционного в линейный. 2. В качестве линейных кодов применяются блочные кода типа nBmB. 3. Оборудование сопряжения в тракте приема включает в себя станционный регенератор и преобразователь кода линейного в станционный. Контрольные вопросы. 1. Назначение оборудования сопряжения в тракте передачи и приема. Состав оборудования. 2. Требования к линейным кодам. 3. Поясните алгоритм формирования линейных кодов типа 1В2В. 4. Назначение линейного регенератора в тракте приема? 5. Нарисуйте схему линейного регенератора и поясните принцип его работы. |