уЧЕБНИК. Конспект лекций СанктПетербург 2005
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
< СТ 2 (9.1), то выбирая Т достаточно большим, можно в принципе получить сколь угодно высокую точность передачи; другими словами этого можно добиться, используя достаточно длительные сигналы. И обратно, надежная связь невозможна независимо от того, какие способы преобразования сигналов используются в передатчике и приемнике, если М > СТ 2 (9.2). Рис.9.1. Представление текста книги одним импульсом Второй принципиальный результат состоит в обнаружении того, что связь по существу является дискретным процессом. При этом имеется в виду, что на приемнике в течение конечного интервала времени можно различить только конечное число сообщений. Тот факт, что процесс связи является дискретным, станет понятнее, если вспомнить, с каким успехом писатели используют конечный алфавит для передачи не только фактов, но и эмоций. В цифровых системах передачи ЦСП передача непрерывной случайной величины с помощью аналогового сигнала в результате дискретизации во времени и квантования по амплитуде заменяется на передачу цифровой последовательности двоичных символов. При этом выбором частоты дискретизации и числа уровней квантования (шага квантования) достигается передача исходного непрерывного сигнала с заведомо малым уровнем искажений. 0,101101 000010 …………100011 1 a 2 a 3 a ………………………….. n a 1/k W 1 n − 2 n − 2 0 Амплитуда t 1-ая буква 2-ая буква Последняя буква 92 9.1. Основные особенности ЦСП Широкое применение ЦСП объясняется существенными достоинствами этих систем по сравнению с аналоговыми системами передачи с ЧРК. 1) Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме – в виде последовательности импульсов с малым числом разрешенных значений и с детерминированной частотой следования позволяет осуществлять регенерацию (полное восстановление) этих импульсов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации. Поэтому с помощью ЦСП организуется многоканальная передача по городским многопарным кабелям с бумажной изоляцией, тогда как с помощью аналоговых систем передача по таким кабелям невозможна из-за высокого уровня переходных помех. Цифровые методы передачи предпочтительны и при передаче сигналов по волоконно-оптическим трактам, отличающимся большой нелинейностью электронно-оптических и оптоэлектронных преобразователей. 2) Независимость качества передачи от длины линии связи. Благодаря полному восстановлению передаваемых цифровых сигналов искажения в пределах регенерационного участка ничтожна. Поэтому в ЦСП качество передачи практически не зависит от длины линии связи. При этом длина регенерационного участка и оборудования регенератора при передаче информации на большие расстояния остаются такими же, как и при передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины линии в 100 раз длина регенерационного участка уменьшается лишь на 2 – 3 % при сохранении неизменной верности передачи информации. Транзиты сигналов, осуществляемые в цифровой форме, также практически не ухудшают качество передачи. 3) Стабильность параметров каналов. Стабильность параметров каналов (остаточного затухания, частотной характеристики, величины нелинейных искажений) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть аппаратурного комплекса ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых. Этому способствует также отсутствие в цифровых системах с ВРК влияния загрузки системы передачи в целом не параметры отдельного канала. Кроме того, при временном разделении каналов обеспечивается идентичность параметров всех каналов, что также способствует стабильности характеристик каналов в коммутируемой сети связи, тогда как в системах с частотным разделением параметра каналов зависят от их размещения в линейном спектре. 4) Эффективность использования пропускной способности при передаче дискретных сигналов. В ЦСП дискретные сигналы могут вводится непосредственно в групповой тракт этих систем. При этом скорость передачи дискретных сигналов приближается к скорости передачи группового сигнала. Так дискретные сигналы, вводимые в групповой тракт вместо одного канала ТЧ, могут передаваться со скоростью 50 – 60 кбит/с. При передаче же дискретных сигналов по каналу ТЧ скорость передачи обычно не превышает 10 кбит/c. Кроме того, 93 передача дискретных сигналов путем ввода их непосредственно в групповой тракт цифровых систем позволяет значительно снизить требования к линейности амплитудной характеристики канала ТЧ, которые являются весьма жесткими при передаче методами тонального телеграфирования. 5) Возможности построения цифровой сети связи. Внедрение ЦСП наряду с цифровым коммутационным оборудованием позволяет реализовать весь аппаратный комплекс сети связи на чисто цифровой основе. В такой сети передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети связи, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной цифровой сети, обладающей высокой надежностью. Кроме того, передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяет реализовать весь аппаратный комплекс на основе комплектующих высокой степени интеграции. Использование в цифровой сети однотипного оборудования, совмещающего операции каналообразования и коммутации, позволяет повысить экономическую эффективность сети связи. 6) Высокие технико-экономические показатели ЦСП. Большой удельный вес цифрового оборудования в аппаратном комплексе ЦСП определяет особенности изготовления, настройки и эксплуатации таких систем. Имеются широкие возможности для организации автоматизированного кооперационного контроля при производстве аппаратуры ЦСП. Высокая стабильность параметров каналов ЦСП устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры, в частности узлов линейного тракта, в процессе эксплуатации. Высокая степень унификации узлов, в том числе таких массовых, как узлы индивидуального оборудования и регенератора, также упрощает эксплуатацию систем и повышает надежность оборудования. Широкое применение интегральных схем высокой степени интеграции резко уменьшает трудоемкость изготовления оборудования ЦСП и позволяет значительно снизить и габариты этого оборудования. 9.2 Оборудование цифровых систем передачи Оборудование ЦСП состоит из оборудования формирования (приема) цифрового сигнала осуществляется в оборудовании аналого-цифрового преобразования и в оборудовании временного группообразования. Структурная схема соединения основных видов оборудования ЦСП показана на рис.9.2. Аналоговые абонентские сигналы преобразуется в аналого-цифровом оборудовании АЦО, на выходе которого формируется многоканальный поток Е1 на основе временного разделения каналов. Цифровые абонентские сигналы вводятся непосредственно в многоканальный цифровой поток. Этот поток поступает в коммутационное оборудование КО, образуя временное коммутационное поле. В КО цифровые сигналы отдельных каналов коммутируются в соответствии с сигналами управления, в результате чего формируются исходящие многоканальные цифровые потоки соответствующего направления. 94 В передающей части оконечного оборудования линейного цифрового тракта ОЛТ преобразуется структура исходящих потоков, сформированных в КО. Цель такого преобразования – уменьшение искажений (согласования) цифрового потока при передаче его по линейному тракту, оборудованию промежуточными регенераторами Р. Рис.9.2. Структурная схема ЦСП В приемной части ОЛТ осуществляется обратное преобразование структуры входящего цифрового потока, после чего он поступает в коммутационное оборудование. В КО сигналы коммутируются в направлениях абонентов данного узла сети связи, других узлов этой же зоны и других зон сети. Сигналы, передаваемые абонентом данного узла сети, группируются в исходящие цифровые потоки, поступающие в приемную часть АЦО, где осуществляется цифроаналоговое преобразование и разделение аналоговых абонентских сигналов, а так же выделение цифровых сигналов, передаваемых к абонентам. Соединение с абонентами других узлов сети в пределах этой же зоны осуществляется через исходящие соединительные линии, организованные с помощью низкоскоростных цифровых трактов. Для связи с абонентами, расположенными в других зонах, исходящие многоканальные цифровые потоки объединяются в высокоскоростные потоки в оборудовании временного группообразования ОВГ. Это же оборудование осуществляет ввод 95 широкополосных сигналов, например, телевизионных, преобразованных в цифровую форму с помощью соответствующих АЦП, а также высокоскоростной дискретной информации. Сигналы с выхода ОВГ через ОЛТ поступают в высокоскоростной линейный тракт. В приемной части ОВТ осуществляется разделение высокоскоростного цифрового потока на компонентные потоки, поступающие в КО, а широкополосные цифровые сигналы поступают в цифровоаналоговый преобразователь ЦАП. Данная структурная схема является примерной и не исчерпывает возможных модификаций соединения оборудования ЦСП. Рассмотрим более подробно принципы построения отдельных видов оборудования ЦСП. 9.3 Оборудование аналого-цифрового преобразования Обобщенная структурная схема ЦСП с преобразованием аналоговых сигналов приведена на рис.9.3. Рис.9.3. Схема ЦСП с преобразованием аналоговых сигналов Аналоговые сигналы поступают на вход аналого-цифрового преобразователя через соответствующие устройства согласования УС. В каждом таком устройстве сигнал фильтруется и усиливается, а в ряде случаев преобразуется его спектр. В АЦП аналоговые сигналы преобразуются в цифровую А налог овые сиг на лы А налог овые сиг на лы Прием N 2 1 Линейный тракт N 2 1 Передача УС АЦП УС УС АПДС СО ПерС ГО 5 СР ЦАП УС УС УС АПДС ПрС ГО ВТЧ 5 96 форму с использованием одного из видов цифровой модуляции: импульсно- кодовой ИКМ, дельта ДМ, дифференциальной импульсно-кодовой ДИКМ и др. При ИКМ аналоговый сигнал подвергается в АЦП временной дискретизации, затем отсчеты сигнала квантуются и кодируются. АЦП может быть как групповым, так и индивидуальным устройством. При ДМ и ДИКМ квантуется и кодируется разность между двумя соседними отсчетами, а АЦП является индивидуальным устройством. Последовательность кодовых символов с выхода АЦП поступает на схему объединения СО сигналов, поступающих от АЦП или от нескольких АЦП, управляемых общим генераторным оборудованием ГО, аппаратуры передачи дискретных сигналов АПДС и передатчика синхросигнала ПерС. Объединение цифровых сигналов производится с определенной периодичностью, фиксируемой сигналом цикловой синхронизации. Период следования синхросигнала равен длительности цикла передачи. Как правило, длительность цикла передачи принимается равной периоду дискретизации сигналов в АЦП. При этом в каждом цикле содержатся кодовые группы или символы, соответствующие каждому из передаваемых сигналов. На рис.9.4 в качестве примера показан цикл передачи сигналов в 30-канальной системе с ИКМ. Рис.9.4. Структура цикла системы ИКМ-30 С выхода схемы объединения сигнал подается на вход оборудования линейного тракта, проходит его и поступает в приемную часть АЦО. В приемной части генераторное оборудование синхронизируется сигналом тактовой частоты, выделенным из линейного цифрового сигнала выделителем тактовой частоты ВТЧ. Фазирование генераторного оборудования осуществляется последовательностью импульсов, формируемых в приемнике синхросигнала ПрС. Из группового цифрового сигнала под управлением генераторного оборудования в схеме разделения СР выделяются последовательности кодовых групп (символов), которые подаются на цифроаналоговый преобразователь, и символов, поступающих на вход приемной части АПДС. После цифроаналогового преобразования сигналы поступают на устройства согласования и далее на выход ЦСП. Канал передачи сигналов Управления и взаимодействия 30 1 2 15 16 30 1 Синхро- сигнал Синхро- сигнал 125 мкс = 1/8 МГц 97 9.4 Оборудование временного группообразования На рис.9.5 приведена структурная схема ЦСП с временным группообразованием. В такой ЦСП групповой сигнал формируется путем объединения цифровых потоков, образованных системами с аналого-цифровым преобразованием сигналов, либо системами с временным группообразованием более низкого порядка, скорость группового потока которых равна скорости входного потока данной системы. Системы передачи более низкого порядка могут работать как независимо от оборудования объединения и разделения цифровых потоков, так и синхронизироваться общим задающим генератором. В первом случае блоки цифрового сопряжения передающего оборудования БЦСпер преобразуют тактовые частоты входных цифровых потоков, обеспечивая кратность этих частот тактовой частоте группового сигнала на выходе оборудования объединения, и устанавливают необходимые временные соотношения между этими потоками. При синхронном объединении цифровых потоков в БЦСпер лишь устанавливаются требуемые временные соотношения между входными потоками, а тактовые частоты потоков не изменяются. Рис.9.5. Структурная схема ЦСП с временным группообразованием Сигналы с выходов БЦСпер совместно с сигналами цикловой синхронизации поступают на вход схемы объединения. Временной сдвиг между импульсными последовательностями на выходах соседних БЦСПер соответствует интервалу, отводимому для сигнала одного потока в цикле передачи. Возможно как посимвольное, так и поканальное объединение цифровых потоков. При 98 поканальном объединении (см рис.9.6) величина сдвига равна длительности кодовой группы. С выхода схемы объединения групповой сигнал поступает в линейный тракт. В приемном оборудовании производится разделение группового сигнала и восстановления в каждом БЦС исходной скорости переданных цифровых потоков. Рис.9.6. Поканальное объединение 9.5 Оборудование линейного тракта Передача цифровых потоков может производится по линейным трактам различных типов – кабельным, радиорелейным, спутниковым и волоконно- оптическим. Несмотря на наличие специфических особенностей отдельных типов линейных трактов, их построение осуществляется по единой структурной схеме (рис.9.7). Рис.9.7. Оборудование линейного тракта Для уменьшения искажений, возникающих при передаче цифрового потока по линии, в передающей части оконечного оборудовании линейного тракта с помощью преобразователя кодов изменяется структура цифрового потока, формируемого в АЦО и ОВГ. При использовании радиорелейных, спутниковых и волоконно-оптических линейных трактах осуществляется модуляция колебания несущей частоты цифровым сигналом; последовательность радиоимпульсов или световых импульсов передается затем по линии. Синхросигнал N-го 2-го Группа символов 1-го потока t ПЕР ОЛТ НРП НРП НРП ОРП НРП ПР ОЛТ Оконечный пункт Оконечный пункт 99 В приемной части оконечного оборудования линейного тракта (ОЛТ) восстанавливается исходная структура цифрового потока, а также устраняются, в случае необходимости, фазовые флуктуации импульсов этого потока, возникающие в регенераторах. В системах с передачей радиоимпульсов или световых импульсов сигнал, переданный по линии, предварительно детектируется. Искажения цифровых сигналов, возникающие из-за помех и потерь в линии, устраняются в регенераторах. Большая часть регенераторов размещается в необслуживаемых регенерационных пунктах НРП. На линиях значительной протяженности при большом числе регенераторов кроме НРП устанавливаются обслуживаемые регенерационные пункты ОРП, осуществляющие наряду с регенерацией цифрового сигнала подачу дистанционного питания в НРП. В ОРП может осуществляться также выделение некоторой части группового цифрового потока. Дистанционное питание и телеконтроль регенераторов производятся из оконечных пунктов и ОРП. В регенераторе осуществляются усиления и коррекция переданного по линии цифрового сигнала и опознавание вида переданного символа. Решение принимается методом однократного отсчета. При этом восстанавливаются исходные амплитудные и временные соотношения передаваемого сигнала. На вход регенератора поступает импульсная последовательность, искаженная вследствие потерь в кабеле, неравномерности АЧХ участка линии между регенераторами и воздействия различного рода помех. В аналоговой части регенератора, включающей входной усилитель, корректор К, регулируемую искусственную линию РИЛ и основной усилитель, осуществляется компенсация потерь в линии и коррекция амплитудно-частотных искажений. Характеристики аналоговой части выбираются таким образом, чтобы обеспечить максимальное отношение сигнал/шум на входе решающего устройства РУ. В аналоговой части с помощью искусственной линии осуществляется автоматическая регулировка уровня сигнала на выходе основного усилителя и, следовательно, на входе РУ. Искусственная линия компенсирует возможные отклонения длины участка регенерации от номинального значения, а также температурные изменения затухания кабеля, обеспечивая при этом постоянный уровень и форму импульсов, поступающих на вход решающего устройства. В РУ производится опознавание передаваемых кодовых символов и формирование регенерированных импульсов. Моменты срабатывания РУ определяются последовательностью хронирующих импульсов, частота следования которых равна тактовой частоте входного сигнала. Колебание тактовой частоты выделяется из спектра передаваемого сигнала пассивным или активным узкополосным фильтром ФВТЧ. После усиления выделенное гармоническое колебание подается на формирователь Ф, с выхода которого две хронирующие последовательности, сдвиг между которыми составляет половину периода тактовой частоты, поступают на решающее устройство. Одна из последовательностей определяет момент сравнения входного сигнала с опорным напряжением в РУ (метод однократного отсчета) и 100 соответствует переднему фронту регенерированного импульса. Входной сигнал стробируется в моменты времени, априорно соответствующие его максимальным значениям. Необходимые временные соотношения обеспечиваются путем подстройки фазы гармонического колебания тактовой частоты в фазовращателе ФВ, установленном перед формирователем хронирующих импульсов. Рис.9.8. Структурная схема и временные диаграммы работы регенератора Если сигнал на входе РУ в момент стробирования превышает порог, значение которого составляет обычно половину амплитуды входного импульса, решающее устройство срабатывает. Вторая последовательность хронирующих импульсов возвращает РУ в исходное состояние. Сформированный таким образом импульс поступает на выход регенератора. В линейных трактах кабельных цифровых систем обычно используют трехуровневую передачу (символы линейной последовательности могут принимать значения +1, −1 и 0), поэтому в регенераторе устанавливаются два раздельных решающих устройства – для е ж д в б а t t t t t t t t а) б) в) г) д) е) ж) з) - импульсы на входе регенератора - импульсы на входе решающего устройства - импульсы на входе выделителя тактовой частоты - сигнал на входе формирователя - хронирующие импульсы на выходе формирователя - импульсы на выходе регенератора ВХ УС К РИЛ ОСН УС РУ Вых. каскад ФВТЧ ФВ Ф г 101 положительных и отрицательных импульсов. В этом случае сигналы с выходов РУ объединяются и поступают в линию. В регенераторах с самохронированием возникают флуктуации временного положения хронирующих импульсов, что приводит к фазовым флуктуациям импульсов на выходе регенератора. Действующее значение фазовых флуктуаций импульсов линейного сигнала, возникающих в отдельном регенераторе, составляет обычно 0,003 – 0,025 периода тактовой частоты линейного сигнала (1- 8 °). Конечной целью преобразования кодов и регенерации линейного сигнала является снижение вероятности ошибки при передаче кодовых символов и величины фазовых флуктуаций импульсов в линейной последовательности. Обычно вероятность ошибки в цифровом тракте обеспечивается в пределах 10 10 − |