Скалин Цифровые системы передач. Учебник для техникумов Ю. В. Скалин, А. Г. Бернштейн, А. Д. Финкевич. М. Радио и связь, 1988. 272 с ил
 Скачать 4.61 Mb.
|
|
Глава 5 ОБЪЕДИНЕНИЕ И РАЗДЕЛЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ПОТОКОВ 5.1 СТАНДАРТИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ Для рационального построения ЦСП необходимо, чтобы число каналов ТЧ, на которые они рассчитываются, было кратно минимальному стандартному числу. Это дает возможность использовать стандартное каналообразующее оборудование. Аналогично строятся и аналоговые системы передачи с ЧРК, где стандартные первичные, вторичные, третичные группы каналов позволяют применять унифицированное индивидуальное и групповое оборудование. Цифровые системы передачи также строятся согласно определенной иерархии. При этом учитываются следующие требования: возможность передачи всех видов аналоговых и дискретных сигналов; обеспечение как синхронного, так и асинхронного объединения, разделения и транзита цифровых потоков и сигналов в цифровом виде; выбор стандартизированных скоростей передачи цифровых потоков с учетом возможности использования цифровых и аналоговых систем передачи. Иерархия ЦСП показана на рис. 5.1. В качестве базовой МККТТ рекомендует систему ИКМ-30 со скоростью передачи группового сигнала 2048 кбит/с. Коэффициент кратности объединения цифровых потоков выбран равным 4, поскольку в основе техники ИКМ лежит двоичная система счисления. Рис. 5.1. Построение иерархии цифровых систем передачи Первичная ЦСП ИКМ-30 предназначена для городских и сельских сетей и обеспечивает организацию 30 каналов ТЧ. Скорость передачи группового сигнала 2048 кбит/с. Система ИКМ-30 работает по кабелям типов Т, ТП и может быть использована в качестве каналообразующей для ЦСП более высокого порядка. Вторичная ЦСП ИКМ-120 предназначена для местных и зоновых сетей и обеспечивает организацию 120 каналов ТЧ. Предусмотрена возможность совместной передачи стандартной вторичной группы (исходный спектр 312...552 кГц) в цифровом виде и одного первичного цифрового потока. Скорость группового цифрового потока 8448 кбит/с. Цифровой поток организуется путем объединения четырех первичных цифровых потоков со скоростью 2048 кбит/с. Система передачи может работать по симметричным междугородным кабелям, волоконно-оптическим, радиорелейным и спутниковым линиям. Третичная ЦСП ИКМ-480 предназначена для работы на зоновых и магистральных сетях связи и обеспечивает организацию 480 каналов ТЧ. Скорость группового цифрового потока 34368 кбит/с. Цифровой поток организуется путем объединения четырех вторичных цифровых потоков со скоростью 8448 кбит/с. Система передачи может работать по кабелю МКТ-4, волоконно-оптическим, радиорелейным и спутниковым линиям. Четверичная ЦСП ИКМ-1920 предназначена для зоновых и магистральной сетей связи и обеспечивает организацию 1920 каналов ТЧ. Возможна совместная передача одного телевизионного сигнала в цифровом виде и одного третичного цифрового потока. Скорость группового цифрового потока 139264 кбит/с. Цифровой поток организуется путем объединения четырех третичных цифровых потоков со скоростью 54368 кбит/с. Система может работать по кабелю КМ-4 и волоконно-оптическим линиям. Субпервичная ЦСП ИКМ-15 предназначена для сельских сетей и обеспечивает организацию 15 каналов ТЧ. Скорость группового цифрового потока 1024 кбит/с. Система работает по кабелю КСПП. Цифровая система передачи ЗОНА-15 также предназначена для сельских сетей и обеспечивает объединение двух 15-канальных групп, образованных ИКМ-15. Скорость группового цифрового потока 2048 кбит/с. Он организуется путем объединения двух цифровых потоков со скоростью 1024 кбит/с. Система передачи «ЗОНА-15» работает по кабелю КСПП. В североамериканских странах в качестве основной цифровой системы используется ИКМ-24 со скоростью передачи группового цифрового потока 1544 кбит/с. 120 5.2 ВРЕМЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ПОТОКОВ 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. Рис. 5.2. Формирование группового цифрового сигнала различными способами объединения цифровых потоков: а — посимвольный: б иоканяльмый При формировании группового цифрового сигнала возможны следующие способы объединения цифровых потоков: посимвольный (поразрядный); поканальный (по кодовым группам каналов) и посистемный (по циклам потоков объединяемых систем). На рис. 5.2, а показан принцип посимвольного, а на рис. 5.2, б поканального объединения цифровых потоков. В обоих случаях объединяются четыре потока. При посимвольном объединении импульсы цифровых сигналов объединяемых систем укорачиваются и распределяются во времени так, чтобы в освободившихся интервалах могли разместиться вводимые 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 приемном конце. Объединение цифровых потоков по циклам аналогично поканальному объединению, только обрабатывается (сжимается) во времени и передается целиком цикл одного цифрового потока, а потом следующих. Наиболее простым и широко применяемым способом является способ посимвольного объединения, который и будет рассмотрен подробней. Объединение цифровых потоков осуществляется в оборудовании временного группообразования, принцип построения которого показан на рис. 5.3. В состав оборудования входят: блоки цифрового сопряжения тракта передачи и приема БЦС пер , БЦС пр ; 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. Рис. 5.3. Принцип построения оборудования временного группообразования Сигналы с выходов БЦС пе р совместно с сигналами цикловой синхронизации поступают на вход схемы объединения. Временной сдвиг между импульсными последовательностями на выходах БЦС П ер обеспечивается управляющими импульсами с ГО. На приеме УР распределяет импульсы группового сигнала по своим БЦСпр, а также сигналы Пр. СС. Генераторное оборудование систем передачи более низкого порядка может работать либо независимо от оборудования объединения и разделения цифровых потоков, либо должна обеспечиваться синхронизация общим задающим генератором. В зависимости от этого объединение цифровых потоков будет асинхронным или синхронным. При синхронном объединении цифровых потоков скорость записи в БЦС и скорость считывания этой информации из БЦС будут постоянными и кратными, так как вырабатываются одним и тем же ГО. В данном случае между командами записи и считывания должен быть установлен требуемый временной сдвиг, чтобы считывание информации происходило после ее поступления в БЦС пе р. При асинхронном объединении цифровых потоков, когда ГО устройств объединения цифровых потоков и ГО устройств формирования цифровых потоков низшего порядка работают независимо, возможно некоторое расхождение между скоростями записи и считывания. Для согласования этих скоростей необходимо принимать соответствующие меры. При объединении цифровых потоков производится запись ин- формационных символов в запоминающее устройство ЗУ с частотой f 3 и последующее их считывание с частотой / сч .и- При синхронном объединении цифровых потоков / 3 =/сч.и. При асинхронном объединении цифровых потоков частоты записи и считывания могут изменяться в некоторых пределах и иметь значения fs.H — Мзтах < f 3 < ^з.н + Af 3 max', /сч.и.н — Д/сч,и тах < /сс.н < /сч.и.н 4" А/сч.н тах< где f 3 H , /сч.и.н — номинальные значения частоты записи и считывания информационных символов; Д/зта*, Мечтах — максимальное отклонение частот записи и считывания от номинального значения, вызванное нестабильностью работы ГО. При таких ситуациях могут возникнуть моменты, когда [ 3 >/сч.и и память ЗУ будет заполнена или когда / 3 При /з3 >/c4.H, производится отрицательное согласование скоростей; из считываемой последовательности изымается один тактовый интервал, информация которого передается по специальному временному каналу и на приеме вводится в передаваемый поток на свое место. При асинхронном объединении цифровых потоков находят применение системы как с односторонним, так и двусторонним согласованием скоростей. В системах с односторонним согласованием скоростей частота /сч.и выбирается заведомо большей или меньшей, чем / 3 (в зависимости от положительного или отрицательного согласования скоростей). При этом в системах с положительным согласованием Тогда при согласовании скоростей в считанную последовательность вводится дополнительный неинформационный (балластный) тактовый интервал (запретом одного импульса считывания), который на приеме исключается из нее по соответствующей команде согласования скоростей. В системах с отрицательным согласованием скоростей должно выполняться условие Тогда при согласовании скоростей в этих системах на передаче из информационной последовательности изымается один тактовый интервал (дополнительное считывание), который передается по дополнительному каналу и на приеме по команде согласования скоростей снова вводится в информационную последовательность. В системах с двусторонним согласованием скоростей частота /сч.и.н выбирается равной / З н . При этом должно выполняться условие /сч.и.н i Af c4 .H тах — /з.н ± Af 3 тах- В зависимости от знака разности частот / 3 и / сч и при возникновении неоднородности необходимо либо вводить в считанную последовательность дополнительный тактовый интервал, либо изымать его и передавать по дополнительному каналу В реальной аппаратуре объединения потоков необходимо передавать еще служебные сигналы (цикловую синхрокомбинацию, команды согласования скоростей, импульсы служебной связи, аварийные сигналы и др.), поэтому частота считывания выбирается больше частоты записи: / с. ч = / с ч.и "г" /с Л j где / сл — частота следования служебных импульсов. Таким образом, изза расхождения частот записи и считывания цифровых потоков периоды между моментами записи и считывания будут отличаться на величину Аг = Г 3 —Т сч , где Г 3 = 1//з — период записи информационных символов; Г С ч=1//сч — период их считывания. Рис. 5.4. Временные диаграммы, поясняющие принцип возникновения временных сдвигов и неоднородностей: а — импульсные последовательности записи; б — то же, считывания; в — последовательность считанных импульсов На рис. 5.4, а показан пример записи импульсной последовательности. Для упрощения реальный сигнал от источника информации, состоящий из 1 и 0, заменен сигналом, состоящим только из 1. При Дг = 0, когда / 3 =/сч или Т 3 — :Г СЧ = 0, считанная из ЗУ последовательность будет такой же. На рис. 5.4, б показана последовательность считываемых импульсов, для которых / сч >/з (Аг>0), с конкретным значением отношения 7 , СЧ /Г 3 = 13/16. Как видно из рисунка, импульсы считывания опережают записанные импульсы и через некоторое время наступит момент, когда ячейки памяти будут свободны от информационных импульсов и появятся нулевые символы, которые называются временными сдвигами (рис. 5.4,в). Интервалы времени между такими символами в последовательности считанных импульсов определяют период временных сдвигов. Число информационных импульсов между соседними временными сдвигами будет Ц = П[Т СЧ / (Т 3 —Г С ч)], где символ П означает округление до ближайшего целого. При синхронном объединении потоков отношение Т СЧ 1(Т 3 —Г сч ) есть целое число. Например, при Т сч /Т 3 = 12/16 символ П = 3, т. е. временной сдвиг будет после каждых трех позиций передачи информации. Тогда в считанной последовательности импульсов интервалы между временными сдвигами будут постоянными. Такую последовательность импульсов называют однородной, так как временные сдвиги формируются на строго определенных позициях в цикле передачи и могут использоваться для передачи служебных сигналов. Частота следования последних постоянна, что позволяет выделить их на приеме. При асинхронном объединении цифровых потоков из-за нестабильности задающих генераторов, вырабатывающих тактовые частоты, отношение Тсч/{Т 3 —Г сч )—дробное число и его величина будет меняться во времени. В этом случае (рис. 5.4, в) через определенное число временных сдвигов число импульсов между соседними временными сдвигами изменяется и появляется неоднородность. Период возникновения подобных неоднородностей определяется разностью [Т СЧ /(Т>-Т СЧ )]- П[Г сч /(Гз-Гсч) ] = ± MU где / — число временных сдвигов в цикле неоднородности. Для приведенного выше примера Т сч /Т 3 = 13/16. При этом [Т С ч/(Т 3 — —Гсч)]— П[Т СЧ /(Т 3 —7'сч) = 13/3—4=1/3, следовательно, в данном случае неоднородности возникают в каждом третьем временном сдвиге и в интервале между временным сдвигом будет не четыре, а пять считанных импульсов. В дальнейшем цикл временных сдвигов повторится. При появлении неоднородностей требуется обеспечить согласование скоростей передачи символов путем коррекции соответствующих моментов временных сдвигов. В рассмотренном случае можно уменьшить соотношение между частотами записи и считывания до 12/15. При этом временные сдвиги будут появляться после четырех считанных импульсов, но каждый 13-й импульс последовательности записи должен изыматься и передаваться по отдельному каналу (производится отрицательное согласование скоростей). Если, наоборот, соотношение между частотами записи и считывания увеличить до 15/18, то интервалы между временными сдвигами, содержащие четыре считанных импульса, надо увеличивать до пяти, вводя дополнительные тактовые интервалы (производится положительное согласование скоростей). Для передачи команд согласования скоростей и информационного символа при отрицательном согласовании скоростей организуются дополнительные временные каналы на определенных позициях цикла передачи. Следовательно, согласование скоростей может производиться в строго определенный момент, обусловленный структурой цикла передачи объединенного цифрового потока. Передача КСС приводит к снижению эффективности работы системы передачи, так как необходимо повышать тактовую частоту передачи или уменьшать объем передачи полезной информации. Число КСС, а следовательно, и объем дополнительной информации будут зависеть от частоты возникновения неоднородности, которая в основном зависит от стабильности работы генераторного оборудования. Учитывая достаточно высокую стабильность ГО, передаваемые команды согласования скоростей занимают 1...2% объема передаваемой информации. 5.3 ОБОРУДОВАНИЕ ВРЕМЕННОГО ГРУППООБРАЗОВАНИЯ АСИНХРОННЫХ ЦИФРОВЫХ ПОТОКОВ Рассмотрим структурную схему оборудования временного группообразования с асинхронным сопряжением цифровых потоков, построенного по системе с двусторонним согласованием скоростей (рис. 5.5). Оборудование передающей станции содержит блоки асинхронного сопряжения тракта передачи БАС пе р для каждого из объединяемых цифровых потоков, а приемной станции — соответственно блоки асинхронного сопряжения тракта приема БАС ПР - На передающей станции цифровой поток от системы низшего порядка, например ИКМ-30, вводится в соответствующий БАС пе р. Здесь цифровой поток записывается в запоминающее устройство ЗУ. Запись осуществляется импульсной последовательностью тактовой частоты, выделяемой из входного потока выделителем тактовой частоты ВТЧ. Записанный в ЗУ поток считывается импульсной последовательностью, поступающей от ГО передающей станции. Считанные цифровые потоки от всех БАС пеР передаются в устройство объеди- -нения УО, где объединяются в групповой цифровой поток. Рис. 5.5. Структурная схема оборудования временного группообразовамия с асинхронным сопряжением цифровых потоков, построенного по системе с двусторонним согласованием скоростей передачи Для контроля взаимного временного положения импульсы, управляющие записью и считыванием, подаются на временной детектор ВД, который управляет работой передатчика команд согласования скоростей Пер. КСС. При появлении неоднородности в зависимости от ее знака из ВД к Пер. КСС подается соответствующая команда на согласование скоростей. При положительном согласовании скоростей на одной из временных позиций цикла передачи информация из ЗУ не считывается и на этой позиции передается балластный символ. На приеме данная позиция должна быть вычеркнута. Тем самым реальная скорость считывания информации из ЗУ несколько уменьшится. Такое согласование скоростей осуществляется путем запрета с помощью ячейки НЕТ одного импульса считывания. При отрицательном согласовании скоростей производится дополнительное считывание информации из ЗУ. Считывание происходит соответствующим импульсом, который подается от Пер. КСС через ячейку ИЛИ в строго определенные временные позиции цикла, на которых формируется временной канал отрицательного согласования скоростей. Объединенный цифровой поток с выхода схемы объединения поступает в линейный тракт. В приемном устройстве объединенный цифровой поток распределяется через схему распределения по своим ЗУ блоков асинхронного сопряжения тракта приема БАС П р. Работой ячеек УР и БАС ПР управляют импульсные последовательности от генераторного оборудования ГО П р, синхронная работа которого с ГОпер обеспечивается ВТЧ. После считывания с частотой, равной средней частоте записи, восстанавливается первоначальная скорость каждого из асинхронных цифровых потоков, объединяемых в оборудовании временного группообразования. Средняя частота считывания устанавливается устройством фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, которое включает в себя генератор, управляемый напряжением ГУН, временной детектор ВД и схему управления СУ. На выходе СУ формируется управляющий сигнал, соответствующий текущему значению временного интервала между моментами записи и считывания. По сигналу о необходимости положительного согласования скоростей, зафиксированному Пр. КСС, через логический элемент НЕТ осуществляется запрет записи информации в ЗУ. Временное положение сигнала запрета записи соответствует моменту осуществления положительного согласования скоростей в передающем устройстве. Сигнал запрета записи должен убрать из информационного потока балластный символ, вводимый при положительном согласовании скоростей. Отсутствие сигнала записи на выходе схемы НЕТ отметит и временной детектор, после чего частота считы- вания плавно уменьшится. По сигналу о необходимости отрицательного согласования скоростей с помощью логического элемента ИЛИ 2 открывается элемент И схемы распределителя и в передаваемый информационный поток вводится дополнительный символ, изъятый при отрицательном согласовании скоростей. Одновременно через схему ИЛИ 3 вводится дополнительный импульс управления записью, который поступает на ВД, в результате чего частота считывания плавно увеличивается. Таким образом, плавное изменение в допустимых пределах частоты считывания позволяет согласовать скорости записи и считывания. Правильное распределение на приеме группового сигнала по потокам, контроль и поиск режима синхронизма обеспечивается приемником синхросигнала. К параметрам этого приемника предъявляются довольно жесткие требования, так как время установления режима синхронизма при его нарушении должно быть меньше времени выхода из синхронизма оборудования низовых объединяемых потоков. В противном случае в этом оборудовании произойдет сбой синхронизации. Методы уменьшения времени восстановления синхронизма рассмотрены в § 3.7. Для примера рассмотрим построение цикла и формирование вторичного цифрового потока в системе ИКМ-120. Скорость передачи группового сигнала 8448 кбит/с. Он формируется из четырех первичных цифровых потоков, имеющих скорость 2048 кбит/с. Объединение потоков посимвольное. В оборудовании временного группообразования предусмотрено два режима: асинхронный и синхронный. При асинхронном режиме используется двустороннее согласование скоростей. Частота записи первичного цифрового потока в запоминающее устройство БАС пе р 2048 кГц, частота считывания кратна тактовой частоте группового потока 8448 кГц и равна 2112 кГц. Соотношение частот в этом случае / 3 /f C 4=32/33. Следовательно, временной сдвиг будет происходить через 32 такта считывания, или на 32 информационных символа приходится один служебный. Некоторые виды служебной информации, например кодовую комбинацию синхросигнала, надо передавать сосредоточенно, т.е. все восемь разрядов подряд. Эти особенности учитываются при построении временного цикла группового сигнала. Временная диаграмма цикла ИКМ-120 показана на рис. 5.6. Цикл содержит 1056 импульсных позиций, из которых 1024 занимают информационные символы, а 32 — служебные. Служебные позиции в цикле обеспечивают передачу синхрокомбинации, команд согласования скоростей, аварийных сигналов, сигналов служебной связи, дискретной информации. Сам цикл разбит на четыре группы по 264 импульсных позиции. В каждой группе позиции 1...8 занимают служебные символы, 9...264 — информационные символы. Такое разнесение служебных символов по группам позволяет уменьшить память ЗУ передачи и приема, так как за время передачи одновременно 32 служебных символов в память ЗУ поступит восемь импульсных позиций первичного потока. В первой группе на позициях 1...8 передается синхрокомбинации 11100110. Во второй группе на позициях 1...4 передаются первые символы КСС, а на позициях 5...8 символы служебной связи. В третьей группе на позициях 1...4 передаются вторые символы КСС, на позициях 5...8 символы дискретной информации. В четвертой группе на позициях 1...4 передаются третьи символы КСС, на позициях 5...8 — информационные значения (0 или 1) изъятого временного интервала при отрицательном согласовании скоростей. При положительном согласовании скоростей позиции 9... 12 четвертой группы занимают балластные символы соответственно первого, второго, третьего и четвертого объединяемых потоков, которые в ЗУ своих БАСпр не поступают. Рис. 5.6. Построение временного цикла системы передачи ИКМ-120 К помехозащищенности передачи КСС предъявляются особые требования, так как при ложном согласовании скоростей цикл передаваемого первичного цифрового потока будет увеличен или уменьшен на одну импульсную позицию, а это нарушит цикловую синхронизацию в потоке. Увеличение помехоустойчивости передачи КСС достигается различными мерами. Одна из мер заключается в передаче команды тремя символами 111 или ООО, что позволяет обнаруживать одиночные искажения этих символов и исправлять их. При прохождении цифровых сигналов по линейному тракту из-за воздействия помех возможно искажение группы импульсов, что может изменить команду согласования скоростей. Для защиты КСС от таких помех символы команды равномерно разнесены по циклу. Системы асинхронного объединения цифровых потоков с односторонним согласованием скоростей можно рассматривать как частный случай систем с двусторонним согласованием скоростей. Тогда в оборудовании объединения цифровых потоков будет необходимо передавать только одну команду согласования скоростей. Основным достоинством оборудования объединения асинхронных потоков с двусторонним согласованием скоростей является возможность работы этого оборудования в синхронном режиме. При этом синхронный режим можно рассматривать как частный случай асинхронного объединения, когда частоты записи и считывания кратны. |