Контрольные вопросы по модулю 1 Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии Особенности построения цифровых систем передачи
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
2.4. Линейный тракт ЦСП Структурная схема линейного тракта ЦСП представлена на рис. 2.28. На вход линейного тракта ЦСП поступает двоичный сигнал (оконечный пункт А – ОПА. На передающей стороне с помощью преобразователя кода ПК пер двоичный сигнал преобразуется в цифровой импульсный сигнал в соответствии с правилами линейного кодирования. Для увеличения дальности действия ЦСП линия разбита на регенерационные участки, между которыми установлены необслуживаемые или обслуживаемые регенерационные пункты (НРП, ОРП). Назначение регенераторов (Рег), размещенных на этих пунктах, состоит в восстановлении формы передаваемых импульсных сигналов. На приемной стороне (оконечный пункт Б – ОП Б, кроме восстановления формы импульсных сигналов, осуществляется обратное преобразование импульсного цифрового сигнала в двоичный, для чего используется преобразователь кода ПК пр Рег СУ ОП Б ПК пер НРП СУ СУ СУ Рег ОРП СУ СУ Вх ПК пр Рег Вых ОП Рис. 2.28. Структурная схема линейного тракта ЦСП В состав оконечного и промежуточного оборудования входят согласующие устройства, включенные между входом (выходом) аппаратуры связи или- нией. Они обеспечивают равенство входного или выходного сопротивлений приемопередающей части оборудования и волнового сопротивления линии, что уменьшает энергию отраженных волн от ее концов и, следовательно, улучшает условия прохождения импульсного цифрового сигнала по регенерационному участку. 2.4.1. Формирование кодов в цифровых линейных трактах При передаче по линейному тракту двоичный сигнал преобразуется в цифровой импульсный линейный сигнал, адаптированный для передачи по линии связи с учетом физических характеристик среды передачи. Преобразование выполняется в соответствии с правилами линейных кодов. К линейным сигналам ЦСП предъявляются следующие требования • спектр линейного сигнала должен быть узким. Чем уже спектр сигнала, тем меньше требуется полоса пропускания линии связи и усилителя приемной станции, а соответственно, уменьшаются мощность шума и его влияние • отсутствие в спектре линейного сигнала постоянной составляющей. Предотвращение протекания постоянного тока обеспечивается гальваническими развязками между приемником и передатчиком в проводных линиях связи • код линейного сигнала должен обеспечивать возможность выделения колебания тактовой частоты, необходимой для нормальной работы 77 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. Требования, предъявляемые к линейному сигналу, являются взаимно противоречивыми, поэтому каждый из рассматриваемых ниже методов линейного кодирования имеет свои преимущества и недостатки. Код без возврата к нулю – NRZ NRZ – простейший линейный код, представляющий собой практически обычный цифровой сигнал (рис. 2.29). К достоинствам кода NRZ относятся его очень простая реализация, а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая приданной скорости передачи. NRZ униполярный логической единице соответствует положительный уровень сигнала, нулю – пассивная пауза. NRZ биполярный логической единице соответствует положительный уровень сигнала, нулю – отрицательный уровень. Положительное или отрицательное напряжение на выходе кодера сохраняется неизменным в течение длительности символа, что и определяет термин «невозвращающийся в нуль код. униполярный биполярный 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 Рис. 2.29. Пример кода NRZ Самый большой недостаток кода NRZ – это возможность потери синхронизации приемником при приеме слишком длинных пакетов информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только собственным внутренним тактовым генератором. Если часы приемника расходятся с часами передатчика в ту или другую сторону, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного бита или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Код NRZ униполярный содержит в спектре постоянную составляющую, этого лишен NRZ биполярный, но оба кода содержат значительную долю низкочастотных компонентов в спектре при передаче длинных последовательностей единиц. Наиболее известное применение кода NRZ – стандарт RS232-C. Код NRZ биполярный применяется в интерфейсе RS-485. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит, сопровождаемыми стартовыми стоповым битами. Код с возвратом к нулю – RZ Однополярный двоичный код – RZ (Return to Zero – с возвратом к нулю) представляет собой двоичный сигнал с паузами и активными импульсами, затянутыми на тактовый интервал (рис. 2.30). Код RZ униполярный логическому нулю соответствует пассивная пауза, логической единице – положительный импульс впервой половине битового интервала. Код RZ биполярный логическому нулю соответствует отрицательный импульс, логической единице – положительный впервой половине битового интервала. Особенностью кода RZ биполярный является то, что в центре бита всегда есть переход (положительный или отрицательный, следовательно, из этого кода приемник может выделить синхроимпульс. Такие коды, несущие в себе строб, получили название самосинхронизирующихся. 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 униполярный биполярный Рис. 2.30. Пример кода RZ Недостаток кода RZ биполярный состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один бит приходится два изменения уровня напряжения. Этот код применятся в ЦСП ИКМ-12 и ИКМ-15. По сравнению с кодом AMI, используемым в первичных системах, такой сигнал обеспечивает более высокую помехозащищенность, но требует некоторого усложнения оборудования регенераторов. Код RZ применяется как в сетях на основе электрического кабеля, таки в оптоволоконных сетях. Преимуществом кода RZ является то, что источник оптического излучения работает в течение меньшего времени (по сравнению с кодом NRZ) и соответственно степень деградации его параметров снижается. 79 Код с чередующейся полярностью импульсов – AMI Одной из модификаций метода NRZ является метод с чередованием полярности импульсов (ЧПИ) или биполярного кодирования с альтернативной инверсией (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI). В этом методе используются три уровня потенциала – отрицательный, нулевой и положительный (рис. 2.31). Для кодирования логического нуля используется нулевой потенциала логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей. 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 Рис. 2.31. Пример кода AMI Постоянная составляющая в спектре отсутствует. В целом, для различных комбинаций битов на линии использование кода AMI приводит к более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ, а значит, и к более высокой пропускной способности линии. Например, при передаче чередующихся единиц и нулей основная гармоника f 0 имеет частоту N/4 Гц, где N – скорость передачи данных. При передаче длинных последовательностей единиц синхронизация не теряется, синхронизация нарушается при передаче длинной последовательности нулей также, как ив. Также достоинством кода AMI является чрезвычайная простота обратного перехода к двоичному сигналу на приемной стороне – для этого достаточно осуществить двухполупериодное выпрямление сигнала. Этот код применяется во многих отечественных цифровых системах передачи ИКМ-30, ИКМ-120А, также широко используется как стыковой код. Код AMI применяется в качестве линейного сигнала в кабельных системах передачи. Существенным недостатком кода AMI является трудность реализации выделителя тактовой частоты в приемнике оборудования ЦСП. Если в двоичном сигнале появляется длинная последовательность символов 0, тона входе выделителя тактовой частоты будет действовать длительная пауза, что может привести к срыву его работы. Суть модификации кода AMI состоит в том, что в паузу, длина которой превышает п нулей, помещают балластные сигналы. Они препятствуют ухудшению работы выделителя тактовой частоты, нов тоже время легко могут быть обнаружены и изъяты на приеме. Примером модифицированного кода AMI является код с высокой плотностью следования единиц (КВП-3), у которого n = 3. 80 Код с высокой плотностью следования единиц HDB-3 Код с высокой плотностью следования единиц c n = 3 (High Density Bi- polar of order 3, HDB-3) позволяет решить проблемы синхронизации, возникающие при использовании кода AMI. В качестве балластных сигналов используются два типа сигналов, имеющих условное обозначение 000V и B00V. При кодировании двоичного сигнала последовательность из четырех нулей подменяются комбинацией 000V либо B00V. Выбор типа вставки выполняется последующим правилам 1. Вставка B00V выполняется для четного числа «1» в информационном потоке между последовательностями из четырех и более «0». 2. Вставка 000V выполняется для нечетного числа «1» в информационном потоке между последовательностями из четырех и более «0». 3. Символ B всегда противоположен по полярности предыдущему импульсу. Символ V всегда совпадает по полярности с предыдущим импульсом. В процессе заполнения пауз балластными сигналами производится чередование полярности импульсов двоичного сигнала таким образом, чтобы нарушение чередования полярности всегда указывало на наличие балластного сигнала. Пример кодирования HDB-3 приведен на рис. 2.32. 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 HDB3 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 пауза пауза пауза пауза Рис. 2.32. Пример кода HDB-3 В первую паузу произвольно помещен балластный сигнал 000V, во вторую паузу помещен балластный сигнал B00V, потому что между этими паузами в двоичном сигнале расположено нулевое (четное) число импульсов. Далее передается импульс, инвертированный в соответствии с правилами кода AMI, по отношению к предыдущему импульсу. В третью паузу помещен балластный сигнал 000V, так как между второй и третьей паузами в двоичном сигнале расположено нечетное число импульсов. Следующие импульсы инвертируются по отношению к предыдущему импульсу. Четвертая пауза передается балластным сигналом B00V, так как между четвертой и третьей паузами в двоичном сигнале расположено нулевое (четное) число импульсов. Таким образом, код HDB-3 обеспечивает большую плотность импульсов в потоке, что дает лучшие параметры синхронизации по принимаемому сигналу. При передаче последовательностей, состоящих из 0 и 1, а также длинных последовательностей единиц, спектральные и синхронизирующие свойства кода совпадают с характеристиками кода AMI. Код HDB-3 используется в ИКМ-15/30, ИКМ-30-4, ИКМ-120А, применяется в качестве линейного сигнала в кабельных системах передачи. 81 Код с инверсией кодовых посылок – CMI Код с инверсией кодовых посылок (Coded Mark Inversion, CMI) – это двухуровневый код, в котором единицы передаются попеременно высокими низким уровнем сигнала в течение тактового интервала, а нуль передается первую половину тактового интервала низким уровнем, а вторую – высоким рис. 2.33). 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 Рис. 2.33. Пример кода CMI Так как код униполярный, тов спектре присутствует постоянная составляющая. Количество переключений при передаче длинной последовательности нулей вдвое превышает количество переключений при передаче последовательности из единиц, поэтому ширина спектра увеличивается. Код CMI применяется в волоконно-оптических линиях связи. 2.4.2. Регенерация сигналов в цифровых линейных трактах Для увеличения дальности действия ЦСП линия передачи разбивается на участки, между которыми устанавливаются необслуживаемые или обслуживаемые регенерационные пункты. Регенерационное оборудование, размещенное на этих пунктах, обеспечивает восстановление формы передаваемых импульсных сигналов. Регенерационным участком называют участок кабельной сети с примыкающим к нему регенераторным оборудованием. В связи с действием помехи влиянием затухания сигнала в линии длина регенерационного участка является ограниченной. Расчет длины регенерационного участка Расчет для магистралей с коаксиальным кабелем Расчет выполняют по эквивалентной схеме регенератора (рис. 2.34), в которой к идеальным линии и усилителю (УС) добавлен генератор шума (ГШ) [1]. Пер УС ГШ РУ l Регенератор Рис. 2.34. Схема замещения регенератора 82 Приданном типе кабеля источниками помех являются 1. Тепловой шум линии P тш = kT ∆f, где k = 1,28 · 10 -23 Дж/град – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура по Кельвину, ∆f = (0 – т, тет рабочий диапазон частот линейного тракта. 2. Собственные шумы усилителя P сш = P тш D ш , где ш – коэффициент шума усилителя. Мощность теплового шума при нормальной температуре (T = 293K) можно определить как p тш = 10lg (P тш / 1мВт) = т. Уровень теплового шума, развиваемый генератором шума, определяется как p гш = p тш + 10lg(0,5f т /1МГц) + ш, где ш – коэффициент шума усилителя. Т.к. наиболее мощные компоненты спектра сигналов расположены в области частоты т, то мощность сигнала на входе регенератора оценивают как пр = пер – т, где α(f) – километрическое затухание кабеля, l – длина регенерационного участка. Защищенность сигналов от помех регенератора А = пр – р гш = пер – p тш – 10lg(0,5f т /1МГц) – шт Километрическое затухание кабеля зависит от типа кабеля для коаксиального кабеля 1,2/4,6 мм α(f) = 0,07 + 5.26 f +0,015f, для коаксиального кабеля 2,6/9,4 мм α(f) = 0,014 + 2.46 f +0,006f, где f – частота, МГц. Для оценки допустимого значения защищённости, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибки, можно воспользоваться следующим приближенным выражением А доп = 5,23 + 11·lglg 1 ош1 − P + 20lg(m–1) + з, где P ош1 – вероятность ошибки одного регенератора m – количество уровней линейного кода (для кодов AMI и HDB-3 m=3, для CMI m=2); з – запас помехоустойчивости регенератора, учитывающий неидеальность его узлов (обычно составляет 5–10 дБ. Длину регенерационного участка определяют при условии А доп = А ) 5 , 0 ( α ) 1 lg( 20 lg lg 11 lg 10 ) МГц 1 / 5 , 0 lg( 10 т з 1 ош шт тш пер f A m P D f p p l − − − − − − − = − Пример расчета В качестве примера рассмотрим расчет кабельной системы передачи ИКМ-480 (Е) с параметрами Уровень сигнала на выходе регенератора пер = 10 дБ. Тактовая частота т = 34,368 МГц. Вероятность ошибки одного регенератора для данного участка сети P ош1 = Код в линии HDB-3 (m=3). Тип кабеля МКТ-4 (1,2/4,6 мм. Запас помехоустойчивости регенератора з = 8 дБ. Коэффициент шума усилителя ш = 5 дБ. 83 Мощность теплового шума при T = 293K составит p тш = –173,95+10lg(17184000) = –101,6 дБ. Затухание для коаксиального кабеля 1,2/4,6 мм α(0,5f T ) = 0,07 + 5,26 184 , 17 +0,015·17,184 = 22,13 дБ/км. Тогда длина регенерационного участка составит 08 , 3 13 , 22 8 2 lg 20 10 lg lg 11 5 lg 10 184 , 17 lg 10 6 , 101 10 8 = − − − − − + = l км. Расчет для магистралей с симметричным кабелем В симметричных кабелях основным видом помех являются переходные влияния между сигналами, передаваемыми по различным парам проводников, размещенных водном кабеле. Предельная длина участка регенерации для цифровых трактов, организуемых по таким кабелям, определяется из условия обеспечения минимально допустимой величины защищенности от переходных помех. Взаимные влияния между цепями оцениваются величиной переходного затухания на ближнем конце Аи дальнем А концах участка (рис. 2.35, 2.36): А = 20lg(I 1 /I 20 ) = 20lg(U 1 /U 20 ), А = 20lg(I 1 /I 2l ) = 20lg(U 1 /U 2l ), где I 1 , U 1 – токи напряжение на входе влияющей цепи I 20 , U 20 – токи напряжение на ближнем конце подверженной влиянию цепи I 2l , U 2l – токи напряжение на дальнем конце подверженной влиянию цепи. Влияющая цепь Цепь, подверженная влиянию А 0 НРП N I 1 , U 1 I 20 , Рис. 2.35. Переходное затухание в системе с одним кабелем Влияющая цепь Цепь, подверженная влиянию А l НРП N НРП N+1 I 1 , U 1 I 2l , Рис. 2.36. Переходное затухание в системе с двумя кабелями Величина переходного влияния в симметричных кабелях зависит от длины участка и частоты передаваемого сигнала. 84 Если все регенераторы ЦСП работают по одному кабелю, то наиболее опасное влияние оказывает передача одного регенератора на прием другого см. рис. 2.35). В этом случае уровень переходных помех для участка, состоящего из N регенераторов, определяется как р п0 = р пер – А + 10lgN. В случае работы ЦСП по двум кабелям, те. все регенераторы, работающие на передачу, подсоединены к одному кабелю, а регенераторы, работающие на прием, – к другому, наибольшее влияние будет оказывать переходное затухание на дальнем конце (см. рис. 2.36). В этом случае уровень переходных помех для участка, состоящего из N регенераторов, определяется как р пl = р пер – А + 10lgN. В общем случае, для ближнего и дальнего концов кабеля, защищенность сигналов от помех может быть оценена как А = р пр – р п0,l = пр – р пер + Ат Аналогично расчету для систем передачи на коаксиальном кабеле длину регенерационного участка определяют с учетом допустимого значения защи- щённости А доп при условии А доп = А ) 5 , 0 ( α lg 10 ) 1 lg( 20 lg lg 11 23 , 5 т З 1 1 ош , 0 f N A m P A l l − − − − − − = − |