курсовая работа. ЦСП-курс-вар 00--2013. Курсовая работа. Вариант 00. A 0, b 0 Задание Рассчитайте битовую скорость заданного цифрового потока
 Скачать 169 Kb.
|
|
ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ Курсовая работа. Вариант 00. A = 0, B = 0 Задание 1. 1. Рассчитайте битовую скорость заданного цифрового потока. 2. Определите первые 20 символов двоичной последовательности на выходе скремблера с предварительной установкой, построенного на основе семиразрядного регистра сдвига, если скремблируемая последовательность имеет вид 11111111110000000000. 3. Определите структуру кодового слова BIP-4, соответствующую блоку из 20 символов ПСП, найденному выше. Исходные данные. - наименование цифрового потока: VC-12 - исходное состояние регистра K = 10 + (АВ) = 1010 = 00010102 Решение. Один кадр любого контейнера всегда передается за 125 мкс. Цифровой поток VC-12 формируется на основе контейнеров C-12. Размер контейнера C-12 равен: C = 34 байт. Контейнер состоит из заголовка (OH – overhead) и пользовательской информации (PL – payload): C = OH + PL На OH в контейнере C-12 приходится 2 байта, т.е. OH = 2 байта, тогда PL = 34 – 2 = 32 байта, умножим на 8 бит/байт и на 8 кадров/мс, получим: BPL.VC-2 = 32*64 = 2048 кбит/с – пользовательская скорость передачи, европейский стандарт E-1. В виртуальный контейнер VC входит контейнер и трактовый заголовок: VC = C + POH Для контейнера VC-12 длина трактового заголовка равна 1 байт на кадр, тогда размер кадра VC-12 = 34 + 1 = 35 байт/кадр, умножая на 64 (из тех же соображений), получим: BVC-12 = 35*64 = 2240 кбит/с – скорость передачи виртуального контейнера. Скремблирование означает сложение по модулю 2 информационной x = 11111111110000000000 и псевдослучайной последовательностей (ПСП). Основным элементом скремблера является генератор ПСП, построенный на семиразрядном регистре сдвига с логической обратной связью, который также реализует операцию сложения по модулю 2. Сформируем ПСП (таблица 2). Исходное состояние всех триггеров задано: K = 0001010 Записываем эту логическую последовательность в строку Такт 0. На следующем такте происходит сдвиг последовательности на 1 разряд вправо, T7 подается на выход генератора ПСП, а T6 и T7 складываются по модулю 2, и результат записывается в T1. Результат расчетов представлен в таблице 2. Первые 20 символов ПСП, таким образом, равны: y = 01010001111001000101 x = 11111111110000000000 z = 10101110001001000101 – на выходе скремблера Таблица 2.
Cтруктура кодового слова BIP-4 такова: 1) ПСП y делим на блоки по 4 бит, 0101 0001 1110 0100 0101 2) первые биты каждого из блоков складываем по модулю 2, получаем первый бит проверочного слова, вторые биты также складываем, получаем второй бит, и т.д.: (0+0+1+0+0)mod2 = 1mod2 = 1 (1+0+1+1+1)mod2 = 4mod2 = 0 (0+0+1+0+0)mod2 = 1mod2 = 1 (1+1+0+0+1)mod2 = 3mod2 = 1 Получили 4-разрядное проверочное слово 1011. Код CRC найдем двумя способами: а) как остаток от деления полинома, соответствующего 20-разрядному блоку ПСП, на образующий полином A0(x) = x4+x+1
Полином остатка соответствует кодовому слову 1111, которое и является CRC-кодом. б) как результат обработки блока многотактным линейным фильтром, структура которого определяется видом образующего полинома (Таблица 3). Таблица 3.
Выписываем состояние триггеров от 4 до 1: 1111 – кодовое слово CRC. Задание 2. Приняв за основу скремблированную последовательность двоичных символов, полученную в предыдущем задании и представленную в коде «униполярный БВН», постройте временные диаграммы сигналов в следующих контрольных точках: - на входе регенерационного участка; - на входе решающего устройства регенератора (в ТРР); - на выходе выделителя тактовых импульсов; - на выходе регенератора. Тактовые импульсы необходимо надлежащим образом сфазировать, а также показать положение порога решения. Форма нормализованного отклика в ТРР на единичный элемент сигнала БВН (импульс длительностью один тактовый интервал ТT) показана на рис. 1. Сделайте вывод о возможности правильной регенерации сигнала.  Рис. 2. Форма нормализованного отклика в ТРР на единичный элемент сигнала БВН. Решение. Униполярный БВН – код, в котором единице соответствует импульс положительной полярности, занимающий весь тактовый интервал (скважность=1), нулю соответствует отсутствие сигнала. Временные диаграммы сигналов в контрольных точках: - на входе регенерационного участка (а); - на входе решающего устройства регенератора (в ТРР) (б); - на выходе выделителя тактовых импульсов (в); - на выходе регенератора (г) показаны на рис.2.  Рис. 2. Временные диаграммы сигналов в контрольных точках. Анализ приведенных графиков показывает: правильная регенерация сигнала возможна в случае длительности одиночного отклика 2T по основанию. Порог решения на рис. 2 (б) показан пунктиром. Задание 3. 1. Изобразите упрощенную структурную схему приемника циклового синхросигнала со скользящим поиском. 2. Рассчитайте среднее время удержания и среднее время восстановления состояния циклового синхронизма при использовании синхросигнала со скользящим поиском. Предполагается, что искажения синхрослова, приводящие к ложной фиксации отсутствия синхронизма, являются следствием случайных, независимых, одиночных битовых ошибок в линейном тракте. Исходные данные. - цикл STM-1 и синхрослово с одной критической точкой; - период повторения синхрослова в цикле T = 125 мкс; - количество символов в цикловом синхрослове b = 48 [1, с.12]; - емкость накопителя по входу в синхронизм n1 = 2 (AB – четное); - вероятность ошибки в линейном тракте pe = 1*10–4; - емкость накопителя по выходу из синхронизма n2 = 3. Решение. Структурная схема неадаптивного приемника циклового синхросигнала со скользящим поиском [2, с.112] приведена на рис. 4.  Рис. 4. Структурная схема приемника синхросигнала. Основными узлами этой схемы являются: опознаватель, анализатор и решающее устройство. Опознаватель содержит регистр сдвига, число разрядов в котором совпадает с числом символов в синхросигнале, и дешифратор (Дш.), настроенный на дешифрацию синхросигнала заданной структуры. Как только в регистре сдвига, на вход которого поступает групповой цифровой сигнал, оказывается записанной кодовая комбинация, совпадающая по структуре с принятой структурой синхросигнала, на выходе опознавателя появляется импульс. Анализатор с помощью контрольного сигнала, поступающего от ГОпр, проверяет соответствие момента появления импульса на выходе опознавателя ожидаемому моменту появления синхросигнала, т.е. осуществляется проверка по периоду следования и времени появления синхросигнала. Появление импульса на выходе схемы запрета означает отсутствие синхросигнала (сигнала с выхода Дш.) в момент поступления контрольного импульса от ГОпр, а появление импульса на выходе схемы И1 означает совпадение по времени синхросигнала и контрольного сигнала от ГОпр. Решающее устройство оценивает выходные сигналы анализатора по определенному критерию, принимает решение о наличии или отсутствии синхронизма и управляет работой ГОпр в процессе вхождения в синхронизм. Решающее устройство содержит накопитель по выходу из синхронизма и накопитель по входу в синхронизм, представляющие собой двоичные счетчики со сбросом. Накопитель по входу в синхронизм n1, вход которого соединен с выходом схемы И1, обеспечивает защиту приемника от ложного вхождения в синхронизм в режиме поиска синхросигнала, когда по входу опознавателя поступают случайные комбинации цифрового группового сигнала, совпадающие по структуре с синхросигналом. Накопитель по выходу из синхронизма n2, вход которого соединен с выходом схемы запрета анализатора, обеспечивает защиту от ложного выхода из состояния синхронизма, когда из-за ошибок в линейном тракте или по другим причинам происходит кратковременное изменение структуры синхросигнала. Определим среднее время удержания и среднее время восстановления состояния циклового синхронизма. Среднее время заполнения накопителя по выходу из синхронизма: t = T*(p–n – 1) / (1 – p), где p – вероятность приема искаженного (хотя бы с одной ошибкой) синхрослова, n = n2 = 3 – емкость накопителя по выходу из синхронизма. Вероятность приема искаженного синхрослова: p = 1 – (1 – pe)b ≈ b*pe, т.к. pe << 1, где pe = 1*10–4 – вероятность ошибки в линейном тракте, b = 48 – количество символов в синхрослове. Таким образом, p ≈ b*pe = 48*1*10–4 = 4,8*10–3, среднее время удержания циклового синхронизма: tудер.синхр. = T*(p–n – 1) / (1 – p) = 125*10–6*[(4,8*10–3)–3 – 1] / (1 – 4,8*10–3) = 1136 с = = 18,9 мин. Среднее время восстановления состояния циклового синхронизма складывается из среднего времени обнаружения отсутствия синхронизма – времени заполнения накопителя по выходу из синхронизма, среднего времени поиска синхрослова и среднего времени подтверждения состояния синхронизма – времени заполнения накопителя по входу в синхронизм. Среднее время обнаружения отсутствия синхронизма – время заполнения накопителя по выходу из синхронизма определяется по формуле: tобн.отс. = T*(p–n – 1) / (1 – p), p = 1 – (1 – pe)b, pe = 0,5, т.к. синхронизация потеряна, и в регистре оказываются записанными кодовые слова со случайной структурой, тогда p = 1 – (1 – 0,5)48 = 1 – 3,553*10–15, tобн.отс. = T*(p–n – 1) / (1 – p) = 125*10–6*[(1 – 3,553*10–15)–3 – 1] / 3,553*10–15 = = 3,75*10–4 с = 375 мкс. Среднее время поиска синхрослова с одной критической точкой [3, с.40]:  ,где a – количество символов между двумя соседними синхрословами. Для ЦСП STM-1 a = (2430 – 6)*8 = 19392.  1,25*10–4 = 125 мкс.Среднее время подтверждения синхронизма: tподтв. ≈ T*n1 = 125*10–6*2 = 250*10–6 = 250 мкс. Таким образом, среднее время восстановления состояния циклового синхронизма: tвосст. = tобн.отс. + tп + tподтв. = 375 + 125 + 250 = 750 мкс. Задание 4. 1. Оцените величины коэффициентов затухания и хроматической дисперсии стандартного одномодового OB (SF) на заданной волне оптического диапазона. 2. Рассчитайте максимальную протяженность регенерационного участка оптической системы передачи, работающей на этой волне по данному волокну. Исходные данные. - суммарные потери в разъемных соединениях Aр.сум = 1 дБ; - потери в одном сварном соединении Aсв = 0,1 дБ; - строительная длина кабеля lстр = 5 км; - линейный код – cкремблированный БВН; - длина волны λ = 1700 нм; - передаваемый цифровой поток – STM-16 - энергетический потенциал оборудования Q = 30 дБ - среднеквадратическая ширина спектра оптической несущей ΔF = 15 ГГц. Решение. Линейный код – cкремблированный БВН, следовательно, это код двухполярный. В процессе передачи сигнал затухает и искажается. Затухание обусловлено потерями в волноводе и наличием разъемных и сварных соединений кабеля. Коэффициент затухания в волокне складывается из нескольких составляющих: = р + ик + уф + к, где р = 0,75 / λ4 – потери на релеевское рассеяние, ик = 1012 exp(–49 / λ) – поглощение в стекле в инфракрасной части спектра, уф = 102/λ / 2154 – поглощение в стекле в ультрафиолетовой части спектра, к – кабельные потери, причина которых – скрутка, изгибы и деформации ОВ, возникающие в процессе производства и прокладки; затухание получаем в дБ/км, длина волны в мкм. Кроме того, существуют потери в примесях, в соответствии с рекомендациями [4, с.31] ими пренебрегаем. р = 0,75 / λ4 = 0,75 / 1,74 = 0,09 дБ/км, ик = 1012 exp(–49 / λ) = 1012 exp(–49 / 1,7) = 0,303 дБ/км, уф = 102/λ / 2154 = 102/1,7 / 2154 = 0,007 дБ/км. Кабельные потери оценим как к = 0,2*(р + ик + уф) = 0,2 * (0,09 + 0,303 + 0,007) = 0,08 дБ/км. Итак, = 0,09 + 0,303 + 0,007 + 0,08 = 0,48 дБ/км. В заданной линии есть два разъемных соединения (на выходе передатчика и на входе приемника), суммарные потери в которых Aр.сум = 1 дБ, и несколько сварных соединений. Обозначим их число n. Затухание на участке регенерации не должно быть больше, чем энергетический потенциал оборудования: A = l + Aр.сум + nAсв ≤ Q n ≈ l / lстр Тогда lр ≤ (Q – Aр.сум) / ( + Aсв / lстр) = 29 / (0,48 + 0,1/5) = 57,97 км. В одномодовых оптических волокнах отсутствует межмодовая дисперсия. Доминирующим фактором, приводящим к искажению сигнала, является хроматическая дисперсия. Коэффициент дисперсии оптического волокна SF рассчитаем по формуле:  25,59 пс/(нм*км),где S0 = 0,093 пс/(нм2*км), λ0 = 1310 нм. Пересчитаем среднеквадратическую ширину спектра оптической несущей в единицы длины волны:  0,145 нм.Передаваемый цифровой поток – STM-16, его скорость передачи B = 2,5 Гбит/с, тогда Fт = 2,5 ГГц. Тогда максимальная длина участка регенерации при ограничении из-за хроматической дисперсии равна  33,1 км,где ε = 0,306 для одномодового ОВ, множитель 0,001 для перевода пс в нс. Таким образом, в данном одномодовом волокне дисперсия преобладает над затуханием, и максимальная длина участка регенерации равна l = 33,1 км. Задание 5. 1. Изобразите упрощенную схему приемного оптического модуля. 2. Рассчитайте среднее значение напряжения цифрового сигнала и среднеквадратические (действующие) напряжения отдельно собственного и дробового шума на выходе ПРОМ с PIn фотодиодом в качестве фотодетектора. 3. Рассчитайте ожидаемую защищенность от суммарной помехи, сравните ее с допустимой, сделайте вывод. Исходные данные. - линейный код – скремблированный БВН; - рабочая температура – комнатная, T = 293 К; - максимально допустимая вероятность ошибки регенерации – 10–12; - монохроматическая токовая чувствительность фотодиода Si = 1 А/Вт; - коэффициент шума предусилителя Fу = 2; - входной уровень средней оптической мощности pм = -19 дБм; - коэффициент лавинного умножения M = 8 (среднее значение); - передаваемый цифровой поток – STM-256; - сопротивление резистора обратной связи ТИУ Rос = 20 Ом. Решение.  Рис. 5. Схема приемного оптического модуля. 1. Упрощенная схема приемного оптического модуля показана на рис. 5. Оптическая мощность на входе приемника: Pср = 100,1 Pм = 100,1*(–19) = 0,01259 мВт = 1,259*10–5 Вт. Cреднее значение напряжения цифрового сигнала Uс = Pср*Si*M*Rос = 1,259*10–5*1*8*20 = 2*10–3 В. Передаваемый цифровой поток – STM-256, поэтому ширину полосы принимаем равной Δf = 4*1010 Гц. Действующее напряжение собственного шума на выходе модуля  1,61*10–4 В.Действующее напряжение дробового шума на выходе модуля, где в качестве фотодетектора используется лавинный фотодиод на основе фосфата индия (æ = 0,8):  1,48*10–4 В.Действующее значение суммарной помехи:  2,18*10–4 В.Ожидаемая защищенность от суммарной помехи Aз = 20 lg(Uс / Uп) = 20 lg(2*10–3 / 2,18*10–4) = 19,3 дБ. В условиях данной задачи собственный и дробовой шум практически равны (разница менее 10%). В случае двоичного сигнала для получения вероятности ошибки порядка 10–12 необходима защищенность не менее 17 дБ, следовательно, полученная защищенность соответствует требуемой величине. При учете аппаратурных погрешностей необходима защищенность не менее 20 дБ, что не обеспечивается. Задание 6. Рассчитайте отношение оптических сигнал/шум и величину помехозащищенности (в дБ) на выходе EDFA в полосе, равной ширине спектра оптического сигнала. Исходные данные. - Средняя мощность сигнала на входе усилителя Pс = 1 мкВт; - битовая скорость модулирующего оптическую несущую БВН-сигнала – 155 Мбит/c; - ширина спектра оптической несущей Δλ = 0,1 нм; - логарифмический коэффициент шума усилителя dш = 4 дБ Решение. Рабочую длину волны примем равной λ = 1550 нм, на которой эффективно работает EFDA. Мощности сигнала и шума на выходе усилителя относятся как мощность сигнала на входе к мощности шума, приведенной ко входу. Рассчитаем именно эту величину. Пересчитаем ширину полосы частот в единицы частоты:  12,49 ГГц.Абсолютный уровень оптического шума, приведенный ко входу: pш(вх) = -69 + 10 lg(ΔF) + dш = -69 + 10 lg 12,49 + 4 = -54,04 дБ Мощность шума: Pш = 100,1 Pш(вх) = 100,1*(-54,04) = 3,95*10–6 мВт = 3,95*10–3 мкВт. Отношение оптических сигнал/шум: Pс / Pш = 1 / 3,95*10–3 = 253 Величина помехозащищенности: Aз = 10 lg(Pс / Pш) = 10 lg 253 = 24,04 дБ. Литература. 1. Цифровые телекоммуникационные системы плезиохронной и синхронной иерархий. Электронный конспект лекций. Части 1 и 2 / Чёткин С.В. – М.: МТУСИ, 2013. 2. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов / Под ред. В. И. Иванова. – М.: Радио и связь, 1995. 3. Методические указания и задания на контрольную и курсовую работы по дисциплине «Цифровые системы передачи». – М.: МТУСИ, 2013. 4. Многоканальные телекоммуникационные системы. Методические указания и задания на контрольную и курсовую работы / Сост. С. В. Чёткин – М.: МТУСИ, 2013. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
