ТПСС. 3.ТПСС Лекции -2021 г. Конспект лекций по учебной дисциплине транспортные проводные системы связи 3 курс по специальности (направлению подготовки)
 Скачать 2.21 Mb.
|
|
Раздел 3.1 Структурная схема оконечной станции первичной ТПСС и основные узлы оборудования Структурная схема оконечной станции ТПСС показана на рис. 5.1 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. 4.1. Схема оконечной станции ТПСС 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 30 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 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 ТПСС и поясните принцип работы. 5. Нарисуйте схему тракта приема ТПСС и поясните принцип работы. 31 Лекция 6 Структурная схема оконечной станции первичной ТПСС и основные узлы оборудования (продолжение) 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 3.1 Структурная схема оконечной станции первичной ТПСС 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. 6.1). U с Д1 Д2 Д3 Д4 Rн U у Rc Ес Rн H(t) Рис. 6.1. 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. 6.2): 32 Т1 Т2 1 N Uу Ес R н I у2 I у1 Ic Рисунок 6.2. 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. 6.3. 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. 33 Для подготовки накопительного конденсатора и к следующему отсчету сигнала АИМ1 он разряжается на землю КЛ3. Кодеры с равномерной и неравномерной шкалой квантования. В ТПСС 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 m5), 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. 6.4.). АИМ-ШИМ И Т1 Тm Т2 Генераторное оборудование Счетчик 1 2 m АИМ Рис. 6.4. 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. 34 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. 6.5. 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 100U 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. 6.6. Пример кодирования 35 Таким образом, на выходе кодера формируется кодовая группа 1100100, имеющая условный вес (64+32+0+0+4+0+0) U k =100U 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. 6.7. 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 ТПСС 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. 36 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. 6.8. 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 6.1. 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. ПРИМЕР. U=352. 37 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): |