Консп. лекц.ЗО ССО МСП. Руководство по дисциплине многоканальные системы передачи для студентов заочного отделения специальности 2 45 01 03 Сети телекоммуникаций
 Скачать 5.55 Mb.
|
РАВНОМЕРНОЕ КВАНТОВАНИЕ. НЕРАВНОМЕРНОЕ КВАНТОВАНИЕРавномерным (линейным) называется квантование, если шаг квантования (∆) остается постоянным в допустимых пределах возможных значений. Амплитудная характеристика имеет два характерных участка: зону квантования и зону ограничения. Если входной АИМ – сигнал удовлетворяет условиям (-U0)≤ Uвх≤ U0, то он попадает в зону квантования. Если это условие не удовлетворяется, то сигнал попадает в зону ограничения. В результате произойдет ограничение максимального значения сигнала, и ему будет присвоено значение Uогр. Ограничение мгновенных значений сигнала приводит к появлению шумов ограничения. Обычно уровень сигнала на входе канала ИКМ выбирается так, чтобы вероятность превышения Uмах >U0 была достаточно малой, поэтому определяющими в системах ИКМ являются шумы квантования. Средняя мощность шума квантования: Рш.кв.=∆2/12, где ∆- шаг квантования. Максимальное число уровней квантования: М =(2Uмах /∆) + 1= (2Uогр. /∆) + 1 Необходимое число уровней при равномерном квантовании М=512…2048. Рисунок 5 - Амплитудная характеристика квантующего устройства Uвых=f(Uвх) с равномерным шагом квантования Недостатком равномерного квантования является то, что относительная ошибка шума квантования велика для слабых сигналов и уменьшается с возрастанием уровня квантования. εкв – абсолютная ошибка шума квантования; γкв – относительная ошибка шума квантования. γкв= εкв/Uкв Устранить недостатки равномерного квантования можно используя неравномерное (нелинейное) квантование. Неравномерным называется квантование, если шаг квантования изменяется в допустимых пределах амплитудных значений, возрастая с увеличением уровня сигнала. Относительная ошибка шума квантования будет практически постоянна на всем диапазоне изменения входного сигнала. Неравномерное квантование позволяет сократить число шагов квантования. Для обеспечения требуемого качества при равномерном квантовании необходимо М = 2048, что соответствует m=11 (разрядность код. группы), а при неравномерном квантовании для тех же показателей М=128, m=7, следовательно, существенно упрощается аппаратура.
Рисунок 6 - АХ квантующего устройства с неравномерным шагом квантования Неравномерное квантование может быть реализовано тремя способами: аналоговое компондирование цифровое компондирование нелинейное кодирование и декодирование. Устройства, преобразующие амплитудные отсчеты сигнала в кодовую группу, называются кодерами, а устройства, осуществляющие обратное преобразование, — декодерами. Совместно кодирующие и декодирующие устройства называются кодеками. ЛИНЕЙНЫЙ КОДЕР По принципу действия кодеры делятся на три основные группы: счетного типа, взвешивающего типа и матричные. Наибольшее распространение в ЦСП получили кодер и декодер взвешивающего типа. Принцип работы кодера заключается в уравновешивании кодируемых амплитудных отсчетов АИМ–сигнала эталонными токами с определенным весом. В состав кодера входят: К – компаратор (сравнивающее устройство); ГЭТ – генератор эталонных токов; ЛУ – логическое устройство (служит для записи решений компаратора); ПК – преобразователь кода (преобразует параллельный код в последовательный); ГО – генераторное оборудование (управляет работой схемы и в начале тактов кодирования устанавливает все выходы ЛУ в ноль); КЛ – ключи; DD1, DD2 – инверторы.  Рисунок 7 – Структурная схема линейного кодера взвешивающего типа двухполярного сигнала Описание [1] стр. 51 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЛИНЕЙНОГО КОДЕРА Принцип построения линейного декодера для восстановления двухполярного сигнала показан на рисунке 8. Декодер содержит преобразователь кода ПК, логическое устройство ЛУ и генератор эталонных токов ГЭТ.  Рисунок 8 - Структурная схема линейного декодера Описание [1] стр. 53 ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЦСП ГО вырабатывает определенный набор импульсов для управления работой функциональных блоков аппаратуры приема и передачи, определяет скорость обработки и порядок обработки линейного сигнала. Структура ГО конкретной ЦСП определяется уровнем иерархии ЦСП и принципом формирования группового ИКМ сигнала.  Рисунок 9 – Структура ГО ЦСП ИКМ–30 Описание [1] стр. 62 ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ОКОНЕЧНЫХ СТАНЦИЙ ЦСП. ВРЕМЕННАЯ ДИАГРАММА ЦИКЛА И СВЕРХЦИКЛА На рисунке 10 представлена схема организации передающей и приемной части ЦСП, где: Пер. (Пр.) СУВ – передатчик (приемник) сигналов управления и взаимодействия; ФНЧ – фильтр нижних частот; М – модулятор; ГОпер.(пр.) – генераторное оборудование передачи и приема; Пер.(Пр.)СС – передатчик (приемник) синхросигнала; ЗГ – задающий генератор; УО – устройство объединения; ПК пер.(пр.) – преобразователь кода передачи (приема); РЛ – регенератор линейный; НРП – необслуживаемый регенерационный пункт; РС – регенератор станционный; УР – устройство разделения; ВС – временной селектор; ВТЧ – выделитель тактовой частоты. Описание [1] стр. 41  СТРУКТУРА ВРЕМЕННОГО ЦИКЛА И СВЕРХЦИКЛА В ЦСП цифровой групповой сигнал представляет собой непрерывную последовательность следующих друг за другом циклов. Под циклом передачи понимается интервал времени в течении которого передаются отдельные кодовые комбинации всех информационных (Nинф.) и служебных каналов (Nслуж.) – сигналы синхронизации (СС),сигналы управления и взаимодействия (СУВ), служебная связь, аварийная, дискретная информация.  Рисунок 11– Структура цикла ЦСП ИКМ – 30 Для ЦСП ИКМ–30 (15) длительность цикла выбирается равной Тц.=125мкс. В базовой ЦСП цикл передачи разделен на NКИ, причем NКИ = Nинф.+ Nслуж.. В цикле применяется следующая нумерация КИ0 – КИ31. КИ0 служит для передачи циклового СС. СС – это заранее определенная и неизменная структура кодовой комбинации (для ИКМ30 – 0011011), которая обладает периодичностью следования на определенной позиции. КИ16 служит для передачи сигналов СУВ, которые необходимы для управления приборами АТС. СУВ передаются для каждого из Nинф. каналов. Для передачи СУВ всех объединенных телефонных каналов организуется сверхцикл, состоящий из М циклов (в ИКМ-30 М=16). В каждом из циклов сверхцикла в одном КИ поочередно передаются СУВ только для одного канала (в современных ЦСП используется передача в одном КИ СУВ для двух каналов, М=(Nинф./2)+1). Один цикл сверхцикла (Ц0) используется для передачи сверхциклового СС. Скорость передачи информации для ИКМ-30 равна 2048 кбит/с.  VИКМ-30=8*32*8=2048 кбит/с — ПЦК (первичный цифровой канал, Е1). УТС С ПАССИВНОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ ТАКТОВОЙ ЧАСТОТЫ Система тактовой синхронизации – необходима для синхронной и синфазной работы ГОпер. и ГОпр.. Основным элементом системы тактовой синхронизации является УТС– устройство тактовой синхронизации. К УТС предъявляются следующие требования: – малое время вхождения в синхронизм; – высокая точность подстройки частоты и фазы сигналом тактовой частоты в приемной части ГО; – сохранение состояния синхронизма при кратковременных перерывах связи. В ЦСП различают УТС активной и пассивной фильтрации. УТС пассивной фильтрации. Сущность метода заключается в выделении fт. с помощью узкополосных фильтров (УПФ), резонансных цепочек (контуров) или избирательных усилителей.  Рисунок 12- УТС пассивной фильтрации Описание [1] стр. 69 Достоинства УТС пассивной фильтрации – простота и дешевизна. Недостатки: – быстрое пропадание fт при перерывах связи или при появлении в принимаемом сигнале длинных серий нулей, образованных при простое линии; – зависимость стабильности fт от параметров УПФ. Применяется на низкоскоростных ЦСП первого и второго уровней иерархии (ИКМ – 30, ИКМ – 120). УТС С АКТИВНОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ ТАКТОВОЙ ЧАСТОТЫ УТС активной фильтрации делится на: 1) УТС активной фильтрации с непосредственным воздействием на ЗГ
Рисунок 13- УТС активной фильтрации с непосредственным воздействием на ЗГ, где ФД – фазовый детектор; Инт. – интегратор; Uрф. – напряжение разности фаз; Uинт. – напряжение интегрирования; Ус – усилитель; ЗГ – задающий генератор Описание [1] стр. 73 2) УТС активной фильтрации с непосредственным воздействием на промежуточный преобразователь.
Рисунок 14 - УТС активной фильтрации с непосредственным воздействием на промежуточный преобразователь Описание [1] стр. 73 УТС активной фильтрации являются боле сложными и более дорогими, поэтому применяются на высокоскоростных ЦСП третьего и четвертого уровней иерархии (ИКМ – 480, ИКМ – 1920). ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЦИКЛОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ. СХЕМА ПРИЁМНИКА СС Синхронизация приемной и передающей частей ГО ЦСП по циклам обеспечивает правильное декодирование импульсных кодовых групп и распределение КИ группового АИМ-сигнала по соответствующим временным секторам, в соответствии с номером канала. Для обеспечения цикловой синхронизации в начале каждого цикла в состав группового цифрового сигнала вводится специальный синхросигнал (СС), который может представлять собой либо отдельный импульс, либо группу импульсов определенной комбинации. К системам цикловой синхронизации предъявляют следующие требования: 1. минимальное время вхождения в синхронизм; 2. восстановление синхронизма при сбое; 3. минимальное число разрядов синхросигнала в цикле при заданном времени восстановления синхронизма; 4. передаваемый синхросигнал должен обеспечивать высокую помехоустойчивость. Различают одно- и многоразрядные сигналы синхронизации. Многоразрядные СС по распределению разрядов в цикле передачи делятся на: 1. сосредоточенные 2. рассредоточенные. Сосредоточенные СС передаются полностью в начале каждого цикла передачи. Рассредоточенные СС передаются в разных местах цикла передачи, между информационными символами. Отличительные признаки сигналов синхронизации: 1. заранее известное и неизменное значение кодовой комбинации; 2. повторяемость на строго определенных временных позициях (КИ0). В современных ЦСП наибольшее распространение получил способ передачи многоразрядного сосредоточенного синхросигнала, при этом кодовая комбинация синхросигнала выбирается так, чтобы вероятность появления аналогичного набора символов в составе информационных символов была минимальной.  Рисунок 15 - Способы передачи циклового синхросигнала а) одноразрядный СС б) многоразрядный сосредоточенный СС с комбинацией 101 в) многоразрядный рассредоточенный СС с комбинацией 101 1 Принцип построения приемников (сосредоточенного) СС Система цикловой синхронизации представляет собой совокупность устройств, обеспечивающих синхронную работу соответствующих узлов (разрядных и канальных распределителей) ГО приемной и передающей станций. На передающей станции в состав передатчика СС входит устройство формирования и ввода синхрогруппы в групповой ИКМ-сигнал. На приемной станции находится приемник СС, который обеспечивает: вхождение в синхронизм после включения аппаратуры ЦСП в работу, осуществляет контроль за состоянием синхронизма в рабочем режиме, обнаружение сбоя синхронизма и его восстановление. Приемник СС состоит из опознавателя, анализатора и решающего устройства (РУ). Опознаватель необходим для выделения из группового цифрового сигнала кодовой комбинации совпадающей по структуре с СС. Анализатор определяет соответствие момента времени прихода истинной синхрогруппы и контрольного сигнала с ГО. Решающее устройство (РУ) контролирует режимы работы приемника СС, определяет состояние синхронизма, фиксирует момент времени потери синхронизма, управляет работой соответствующих узлов ГО в режиме поиска синхронизма.  Рисунок 16 - Структурная схема приемника СС ПРИНЦИПЫ РЕГЕНЕРАЦИИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ. ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА В процессе прохождения по линейному тракту (ЛТ) цифровые сигналы подвергаются искажению и воздействию помех, а также ослабляются. Это приводит к изменению формы и длительности импульса, к уменьшению амплитуды, а также случайным образом изменяет временные позиции импульсов. Для восстановления ЦЛС в промежуточных точках ЛТ устанавливаются регенераторы линейные (РЛ). На ОРП и оконечных станциях устанавливаются регенераторы станционные (РС). Задачи регенератора: 1. восстановление амплитуды импульса; 2. восстановление формы импульса; 3. восстановление τи.
Рисунок 17 - Принцип регенерации цифрового сигнала, где КУ – корректирующее устройство (усилитель-корректор); РУ – решающее устройство; УТС – устройство тактовой синхронизации; ФУ – формирующее устройство. Искаженный ЦЛС подается на КУ, который обеспечивает частичную или полную коррекцию формы импульса. РУ построен в виде пороговой схемы, которая срабатывает, если уровень сигнала на его входе превышает пороговый уровень РУ, и не срабатывает, если уровень входного сигнала меньше уровня порога.  Рисунок 18- Принцип регенерации цифрового двоичного сигнала (временные диаграммы) Uпорога может вырабатываться в самом РУ, а может подаваться извне. При поступлении импульса «1» на выходе РУ вырабатывается управляющее U, которое поступает на формирующее устройство (ФУ). ФУ формирует импульс с принятыми в конкретной ЦСП стандартными параметрами. УТС вырабатывает стробирующие импульсы с частотой fт в середине тактового интервала, на котором входящий сигнал РУ имеет максимальное значение и минимальные помехи. Это обеспечивает максимальную вероятность правильных решений. ВРЕМЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ПОТОКОВ. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ВРЕМЕННОГО ГРУППООБРАЗОВАНИЯ В европейских странах в качестве основной цифровой системы используется ИКМ-30 со скоростью передачи группового цифрового потока 2048 кбит/с, а в североамериканских странах — ИКМ-24 со скоростью 1544 кбит/с. Объединение цифровых потоков происходит при формировании группового цифрового сигнала из цифровых потоков систем более  низкого порядка, а также при объединении различных сигналов, передаваемых в цифровом виде, в единый цифровой поток. При формировании группового цифрового сигнала возможны следующие способы объединения цифровых потоков (мультиплексирования): посимвольный (поразрядный) — бит-интерливинг; поканальный (по кодовым группам каналов) — байт-интерливинг; посистемный (по циклам потоков объединяемых систем). При посимвольном объединении импульсы цифровых сигналов объединяемых систем сужаются и распределяются во времени так, чтобы в освободившихся интервалах могли разместиться импульсы других систем. При поканальном объединении цифровых потоков сужаются и распределяются во времени интервалы, отводимые для кодовых групп. Сигналы цикловой синхронизации необходимы для правильного распределения цифровых потоков на приемной станции. Объединение цифровых потоков по циклам аналогично поканальному объединению, только сжимается во времени и передается целиком цикл одного цифрового потока, а затем следующих. Наиболее простым и широко применяемым является способ посимвольного объединения.  Рисунок 19 - Формирование группового цифрового сигнала различными способами объединения цифровых потоков: а — посимвольный; б — поканальный Объединение цифровых потоков осуществляется в оборудовании временного группообразования (ОВГ), в его состав входят: блоки цифрового сопряжения тракта передачи и приема БЦСпер, БЦСпр; устройства объединения УО в тракте передачи и разделения УР в тракте приема потоков; передатчик и приемник синхросигнала Пер. СС, Пр. СС; выделитель тактовой частоты ВТЧ линейного цифрового сигнала; генераторное оборудование ГО передающей и приемной станции.  Рисунок 20 - Принцип построения оборудования временного группообразования (ОВГ) Описание [1] стр. 122 ГО систем передачи более низкого уровня иерархии может работать: независимо от ОВГ (асинхронное объединение), обеспечивается синхронизация общим задающим генератором (синхронное объединение). Основным элементом в БЦС является запоминающее устройство (ЗУ). При синхронном объединении частота записи fз в ЗУ и частота считывания fсч информации из ЗУ будут постоянны и кратны, так как вырабатываются одним и тем же ГО. В данном случае между командами записи и считывания должен быть установлен временной сдвиг, чтобы считывание информации происходило после ее поступления в ЗУ. f3 = fСЧ При асинхронном объединении ГО ОВГ и ГО устройств формирования цифровых потоков низшего порядка работают независимо друг от друга, следовательно, возможно некоторое расхождение между частотами записи и считывания. f3 ≠ fСЧ Если f3 > fСЧ, то ЗУ перегружается, и часть символов пропадает. Если f3 < fСЧ, то память ЗУ имеет свободные промежутки, т.е. появляются дополнительные временные позиции, которые в исходном потоке отсутствуют. Чтобы избежать этих нарушений, требуется обеспечить согласование скоростей. При f3>fсч производится отрицательное выравнивание скоростей (отрицательный стаффинг): из считываемой последовательности изымается тактовый интервал, который передается по специальному каналу. На приеме этот тактовый интервал вводится на свое место. При f3 Системы, удовлетворяющие этим условиям, называются системами с односторонним согласованием скоростей (выравниванием, стаффингом). Существуют системы с двусторонним согласованием скоростей, в них в зависимости от знака разности частот f3 и fсч при возникновении неоднородности необходимо либо вводить в считанную последовательность дополнительный тактовый интервал, либо изымать его и передавать по дополнительному каналу. |
