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 6. Системы синхронизации ЦМТС ( 4 часа) Введение. Особенностью систем передачи с ВРК является необходимость синхронизации передающей станции с приемной. С этой целью используются следующие виды синхронизации: тактовая, цикловая и сверхцикловая. Ниже рассматриваются перечисленные виды синхронизации. Раздел 6.1. Системы синхронизации ЦМТС Спектральный состав любых случайных процессов характеризуется энергетическим спектром G(f). Смысл этой функции состоит в следующем. Если импульсные сигналы подать на вход идеального фильтра со средней частотой f и шириной полосы пропускания f, то средняя мощность случайного процесса на выходе этого фильтра численно будет равна площади заштрихованной фигуры (рис. 14.2). c U п U U 1 U п4 U п3 U п2 U п1 - U мах +U ма х U 5 U 4 U 3 U 2 t t G f f f Рис.14.1 . Многоуровневые сигналы и Рис.14.2.Энергетический анализ их помехоустойчивости спектр случайных сигналов Из рассмотрения энергетического спектра двоичного сигнала (рис. 6.2) следует, что в нем содержатся: а) дискретные компоненты, в частности колебание с частотой f т , б) интенсивные низкочастотные компоненты. Первое обстоятельство является полезным и широко используется для функционирования УВТЧ в схеме регенератора. Второе обстоятельство является вредным, так как согласовывающие трансформаторы подавляют низкочастотные компоненты спектра сигнала, что приводит к заметным линейным искажениям второго рода. 68 G f fт 2f т 3f т f fт G 0,5fт Рис.14.3. Энергетический спектр Рис.14.4. Энергетический спектр двоичного сигнала кода ЧПИ Из рассмотрения энергетического спектра квазитроичного сигнала с ЧПИ (рис. 14.4) можно сделать следующие выводы: а) наиболее мощные частотные компоненты сигналов кода ЧПИ расположены в области частот, прилегающих к 0,5 f т , поэтому условия прохождения сигналов по линии связи рассматриваются на полутактовой частоте; б) низкочастотные компоненты в сигналах кода ЧПИ отсутствуют, что обеспечивает слабое проявление линейных искажений второго рода; в) в спектре сигналов кода ЧПИ отсутствуют дискретные частотные компоненты. При переходе от кода ЧПИ к коду МЧПИ добавляемые балластные сигналы мало искажают процесс чередования импульсов. Поэтому обычно предполагают, что спектры кодов ЧПИ и МЧПИ совпадают. Цифровой импульсный сигнал, в котором для передачи символов 0, 1 используются функции S 3 (t), S 4 (t) (см. рис.14.3), называется биимпульсным сигналом. Энергетический спектр биимпульсных сигналов по своему характеру весьма похож на энергетический спектр кода ЧПИ (МЧПИ). Однако биимпульсные сигналы более богаты высокочастотными компонентами, и в частности область максимальных по мощности частотных компонент расположена вблизи частоты 0,75f т Выделение тактовой частоты. Из анализа энергетических спектров сигналов и кодов, передаваемых в линейном тракте ЦСП, следует, что только в спектре двоичных сигналов содержатся дискретные частотные компоненты. Одной из задач, решаемых при создании УВТЧ (рис. 14.5), является получение двоичного сигнала. С помощью преобразователя (Пр) линейные сигналы и коды, претерпевшие искажения при прохождении по регенерационному участку, преобразуются в двоичный сигнал, из которого с помощью узкополосного фильтра (УФ) выделяется одна из гармоник f т . Формирующее устройство (ФУ) преобразует гармонические сигналы в импульсные. Назначение фазовращателя (Фв) состоит в том, чтобы внести временную задержку в тракт прохождения гармонического сигнала и добиться совпадения моментов стробирования (см. рис. 14.4) с максимума сигналов, действующих на выходе КУС. 69 Групповой ИКМ сигнал Пр fт 1 2 3 4 УФ ФВ ФУ 1 2 t t 4 3 t t Рис.14.5. К анализу работы УВТЧ Особенно просто устроен преобразователь в случае кода МЧПИ. Так как символы 1 передаются импульсами положительной или отрицательной полярности, достаточно осуществить двухполупериодное выпрямление, чтобы преобразовать код МЧПИ в двоичный сигнал. В этом случае целесообразно использовать УФ, настроенный на фильтрацию первой гармоники. Принципы формирования циклов передачи. Цикловая синхронизация. Цикл передачи группового сигнала систем ИКМ состоит из канальных интервалов, в которых кроме кодовых групп отдельных каналов размещают импульсы синхросигналов, сигналов управления и взаимодействия, вспомогательные сигналы, а также сигналы передачи данных. Схема цикла передачи: СИНХРОСИГНАЛ Сигнал СУВ 1 2 N к Цикл передачи Тц=125 мкс Канальный интервал Цикл передачи Т ц =Т д =125 мкс численно равен интервалу времени между канальными интервалами одноименных каналов. Частота следования циклов F ц =F д =1/Т д =8 кГц. Канальный интервал – промежуток времени, выделенный в цикле передачи одному каналу. си ц к N N Т , 70 где N – число каналов ТЧ; N си – число каналов, выделенных для передачи служебной информации (синхросигналов, сигналов управления и взаимодействия, сигналов передачи данных и других виды). Частота следования каналов f к =(N+N си )·F д . В каждом канальном интервале размещается m-канальная кодовая комбинация. Следовательно, тактовая частота группового ИКМ сигнала будет равна: m N N F f си д т ) ( ПРИМЕР. Определить тактовую частоту системы передачи ИКМ-30. N=30; N си =2; f д =8 кГц; m=8. f т = 8 (30+2) 8=2048 кГц. Синхронизация на приемной и передающей станциях по циклам обеспечивает правильное декодирование принятых кодовых групп и распределение группового АИМ сигнала по соответствующим приемникам каналов. Для обеспечения синхронизации в канале каждого цикла в состав группового цифрового сигнала вводится специальный синхросигнал, который представляет собой отдельный импульс или группу импульсов определенной комбинации. К системам цикловой синхронизации предъявляются следующие требования: 1. Время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимальным. 2. Число разрядов синхросигнала при заданном времени восстановления синхронизма должно быть минимальным. 3. Приемник синхросигнала должен быть помехоустойчивым, что обеспечивает большее среднее время между сбоями синхронизма. Основные отличительные особенности синхросигнала и способы ввода его в групповой сигнал: 2. Его периодичность, или повторяемость на одних и тех же позициях через каждый период передачи синхросигнала. 3. Постоянство структуры кодовой комбинации. Эти свойства используются при выделении синхросигнала на приемной станции. Групповой цифровой сигнал каналов в силу случайного характера абонентских сигналов свойствами периодичности не обладает. По числу разрядов синхросигнал различают: - одноразрядный; - многоразрядный. В свою очередь многоразрядный синхросигнал может быть распределенным или сосредоточенным. Многоразрядный сосредоточенный синхросигнал Многоразрядный распределенный синхросигнал Одноразрядный синхросигнал Наибольшее распространение в ЦМТС получил способ передачи многоразрядного сосредоточенного синхросигнала. 71 Выводы. 1. Особенностью систем передачи с ВРК является необходимость синхронизации передающей станции с приемной. 2. С этой целью используются следующие виды синхронизации: тактовая, цикловая и сверхцикловая 3. Кодовая комбинация синхросигнала должна выбираться такой, чтобы вероятность ее появления при передаче информационных символов была наименьшей. Контрольные вопросы. 1. Почему ЦМТС требую синхронизации оборудования передачи и приема? 2. Какие виды синхронизации Вам известны? 3. Поясните принцип работы тактовой синхронизации. 4. Поясните принцип работы цикловой синхронизации. 5. Поясните принцип работы сверхцикловой синхронизации. 72 Лекция 15 Тема 6. Системы синхронизации ЦМТС Введение. Особенностью систем передачи с ВРК является необходимость синхронизации передающей станции с приемной. С этой целью используются следующие виды синхронизации: тактовая, цикловая и сверхцикловая. Ниже рассматриваются перечисленные виды синхронизации. Раздел 6.1. Системы синхронизации ЦМТС (продолжение) Рассмотрим схему устройства цикловой синхронизации. В качестве опознавателя используется регистр сдвига (РС), выходы которого подключены к схеме совпадения И (выполняющей роль дешифратора). Число ячеек в РС и схеме И совпадает с количеством разрядов синхросигнала. На выходе схемы И формируется «1», если на ее вход попадает сигнал заданной структуры синхросигнала, следовательно, это будет соответствовать выделению синхросигнала. Анализатор содержит логические ячейки НЕТ и И 1 . К этим ячейкам подключены выходы опознавателя и генераторного оборудования тракта приема. Если система цикловой синхронизации находится в синхронизме, то эти сигналы совпадают по времени. На выходе схемы И 1 появится сигнал подтверждения синхронизма, а на выходе ячейки НЕТ – сигнал отсутствия ошибки. При нарушении синхронизма, когда временные позиции сигналов с выхода опознавателя и генераторного оборудования не совпадают, на выходе И 1 сигнал подтверждения синхронизма будет отсутствовать, а на выходе НЕТ появится сигнал ошибки – отсутствие синхронизма. … РС И НЕТ И1 Накопитель по входу в синхронизм Накопитель по выходу из синхронизма И2 ВТЧ ГО Разрядные и канальные импульсы Установка в «0" первых 3-х разрядов Импульс при отсутствии СС Импульс при появлении СС Групповой ИКМ сигнал К декодеру Решающее устройство содержит накопитель по входу синхронизм, накопитель по выходу из синхронизма и логическую ячейку И 2 . накопители выполнены по схеме счетчика со сбросом. Накопитель по входу (2)выдает импульс, если на его вход поступает 2-3 подряд следующие импульса, накопитель по выходу (1) – когда на его входе будет 4-6 подряд 73 следующих импульса. При наличии синхронизма на выходе схемы 2 формируется импульс, которым сбрасывается в нулевое положение схема 1. в этом случае импульса на выходе И 2 не будет и работа генераторного оборудования не нарушается. При отсутствии синхронизма на вход схемы НЕТ импульс не подается и чрез нее на вход схемы 2 пройдет сигнал от генераторного оборудования. После заряда этого накопителя подряд следующими четырьмя импульсами на его выходе появится импульс и откроет ячейку И 2 . Первый импульс ложной синхрогруппы пройдет через И 2 и сбросит генераторное оборудование и схему 2. Схема перейдет в режим поиска синхронизма. Благодаря выбранному режиму работы, схема 1 заряжается только после четырех подряд следующих ложных синхросигналов. При кратковременных искажениях синхросигнала под воздействием помех сбоя синхронизации не происходит. Сверхцикловая синхронизация. В системах с ИКМ для каждого телефонного канала организуются специальные каналы для передачи сигналов управления и взаимодействия (СУВ): занятие, набор номера, отбой вызываемого абонента, блокировка приборов АТС. Обычно для передачи СУВ в цикле отводится целый канальный интервал. Время вхождения в синхронизм цифровой СП ограничивается, главным образом, максимально возможным временем нарушения работы СУВ, при котором может произойти разъединение абонентов приборами АТС. Это время не должно превышать нескольких миллисекунд. Кроме цикловой синхронизации предусматривается также синхронизация устройств распределения СУВ. Для придания отличия по частоте следования этих синхросигналов предусматривается формирование сверхциклов и передача кодовых групп сверхцикловой синхронизации ЦСП, отличающихся еще своей структурой. Так, в системе ИКМ-30 сверхцикл содержит 16 циклов передачи и его продолжительность Т сц =Т ц ·16=0,125 мс·16=2 мс, а частота следования сверхциклов и, следовательно, сигналов сверхцикловой синхронизации f сц =f д /16=500 Гц. Структура сверхцикла системы ИКМ-30. 74 Ц0 Ц16 Ц14 Ц14 Ц13 Ц12 Ц11 Ц9 Ц8 Ц7 Ц6 Ц5 Ц4 Ц3 Ц2 Ц1 КИ0 КИ1 КИ2 КИ14 КИ15 КИ16 КИ17 КИ29 КИ31 КИ30 Р1 Р8 Р7 Р6 Р5 Р4 Р3 Р2 Д Д Четные циклы - сигнал цикловой синхронизации 0 1 1 0 1 1 0 Нечетные циклы 1 Х Х З Х Х А Р8 Р8 Р7 Р7 Р6 Р6 Р5 Р5 Р4 Р4 Р3 Р3 Р2 Р2 Р1 Р1 Нулевой цикл - сигнал сверхцикловой синхронизации 0 0 0 0 1 1 0 ОЗ Циклы с 1 по 15 1 0 СУВ СУВ 1 0 СУВ СУВ мкс Т ц и 9 , 3 32 125 мкс Тсц=2 мс fсц=500 Гц Циклы в сверхцикле нумеруются Ц0, Ц1, …Ц15. В Ц0 передается сигнал сверхцикловой синхронизации в виде комбинации «000» в разрядах Р1÷Р4 шестнадцатого канального интервала (КИ16). Символы остальных разрядов КИ16 в Ц0: Р5-«1», Р7-«0», Р8-«1», Р6 используется для передачи сигнала о нарушении сверхцикловой синхронизации на противоположную станцию. Передача сигналов СУВ для каждого канала ТЧ осуществляется не в каждом цикле, а один раз в сверхцикле. При этом в каждом цикле в КИ16 передаются СУВ для 2-х телефонных каналов с Ц1 по Ц15 (используются позиции Р1, Р2, Р5 и Р6). Остальные символы – Р3-«0», Р7-«0», Р4-«1», Р8»1». Канальные интервалы нумеруются КИ0…КИ31. Отсчет начинается с КИ0, который содержит сигнал цикловой синхронизации – «0011011» (передается на позициях Р2…Р8 четных циклов сверхцикла). В нечетных циклах Р3 КИ0 используется для передачи сигнала о нарушении цикловой синхронизации, Р2-«1», Р6 – сигнал автоматического контроля остаточного затухания канала. Использование символов Р4, Р5, Р7 и Р8 в КИ0 нечетных циклов не регламентируются и их занимают символами «1». Позиция Р1 в КИ0 и в четных и в нечетных циклах используется для передачи дискретной информации со скоростью 8 кбод. КИ0 и КИ16 используется для передачи служебной информации. КИ1…КИ15 и КИ17…КИ31 – для передачи 30 телефонных каналов. Тактовая синхронизация. Синхронность работы передающей и приемной части систем с ВРК обеспечивается системой тактовой синхронизации. Она обеспечивает равенство скоростей обработки сигналов. К устройствам тактовой синхронизации предъявляются следующие требования: 1. Высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала задающего генератора приемной части. 2. Малое время вхождения в синхронизм. 3. Сохранение состояния синхронизма при кратковременных перерывах связи. Различают две группы устройств тактовой синхронизации: Синхронизация по специальному синхросигналу. При этом усложняется оборудование линейного тракта и ГО, точность установки синхронизма будет 75 зависеть от нелинейных искажений и неравномерности частотной характеристики линейного тракта. Снижается пропускная способность системы передачи. Подстройка генераторного оборудования приемника под принимаемый сигнал, т.е. подстройка без специальных синхросигналов. При этом учитывают, что тактовой частотой в системе ВРК-ИКМ является частота следования символов в групповом сигнале, и она должна выделяться непосредственно из ИКМ сигнала. При этом используются особенности спектра ИКМ сигнала, который состоит из непрерывной G н (f) и дискретной G д (f) составляющих. U t G f fт 2fт 3fт G д(f) G н(f) Дискретная составляющая чисто теоретического спектра представляет собой сумму гармоник, кратных тактовой частоте. Рассмотрим упрощенную схему устройства выделения тактовой частоты. Групповой ИКМ сигнал Выпрямитель Усилитель Узкополосный полосовой фильтр Формирующее устройство fт 1 2 3 4 1 4 3 2 t t t t Выпрямитель переводит двуполярный сигнал (1), пришедший из линии в однополярный (2), усилитель усиливает сигнал до определенного уровня, узкополосный фильтр выделяет гармоническое колебание тактовой частоты (3), далее, формирующее устройство формирует последовательность импульсов с частотой f т К избирательности фильтра должны быть предъявлены жесткие требования, так как, в противном случае, часть непрерывной составляющей ИКМ сигнала пройдет через фильтры и вызовет фазовые искажения – дрожания тактовой частоты, то есть изменение временных интервалов между импульсами. Выводы. 1. Оптические цифровые телекоммуникационные системы требуют жесткой синхронизации по тактовой частоте, по циклам передачи и по сверхциклам. 2. Для синхронизации по циклам и сверхциклам применяются специальные сосредоточенные синхросигналы. 3. Сверхциклы организуются с целью передачи сигналов управления и взаимодействия между АТС. 76 Контрольные вопросы. 1. С какой целью используются следующие виды синхронизации: тактовая, цикловая и сверхцикловая? 2. Нарисуйте схему тактовой синхронизации и поясните принцип ее работы. 3. Нарисуйте схему цикловой синхронизации и поясните принцип ее работы. 4. Нарисуйте схему сверхцикловой синхронизации и поясните принцип ее работы. 5. Нарисуйте спектр линейного сигнала с ИКМ. |