Проектирование каналов цифровых систем передачи

Введение 

    Курсовой  проект посвящен проектированию каналов  цифровых систем передачи.

    В ЦСП производится аналого-цифровое преобразование сигнала. Аналоговые сигналы преобразуются в цифровую форму по этапам. Сначала сигнал, ограниченный по спектру, дискретизируется во времени, в результате чего формируется АИМ- сигнал, а затем осуществляются операции квантования по уровню и кодирования. В процессе отмеченных преобразований возникают так называемые шумы оконечного оборудования, которые определяют минимальный уровень шумов в каналах ЦСП. К ним, в частности, относятся шумы квантования, дискретизации и ограничения, а также шумы незанятого канала и инструментальные шумы.

    Кроме того, в каналах ЦСП возникают  шумы за счет ошибок, возникающих в линейных трактах при регенерации цифрового сигнала. Для обеспечения требований по вероятности ошибок необходимо рационально разместить регенераторы в линейном тракте.

    Поэтому в данном курсовом проекте рассматриваются  такие вопросы, как оценка шумов  оконечного оборудования, определение длины участка регенерации, составление схемы организации связи на магистрали и другие. При этом студенты занимаются вопросами проектирования условного фрагмента сети связи, содержащего местный, внутризоновый и магистральный участки с использованием металлических кабелей. На одном из указанных в задании участков предполагается организация вставки с использованием оптического кабеля (это бывает, например, при необходимости организации одного участка регенерации большой протяженности). Это позволяет получить навыки проектирования электрических и оптических трактов передачи.

    В методических указаниях приведены необходимые краткие справочные данные по оборудованию ЦСП и ВОСП, а также по металлическим и оптическим кабелям.

    Каждый  студент выполняет курсовой проект по исходным данным, соответствующим своему варианту задания. Номер варианта соответствует двум последним цифрам номера зачетной книжки (студенческого билета).

    Пояснительная записка выполняется на листах формата  А4 (295х210 мм). Оформление титульного листа и пояснительной записки должно соответствовать требованиям по оформлению курсовых проектов в СМК КАТУ. 

     1 Исходные данные на проектирование  

Таблица 1.1 - Типы ЦСП и кабеля на участках сети связи        

Таблица 1.2 - Параметры кабелей и аппаратуры                                              

Таблица 1.3 - Длины участков сети связи                 

     2 Краткие технические данные аппаратуры и кабелей 

     2.1 Аппаратура ИКМ-15 

    1) Система ИКМ-15 предназначена для организации соединительных линий между сельскими АТС по кабелям типа КСПП 1х4х0,9, или КСПП 1х4х1,2 при однокабельном режиме работы.

    2) Скорость передачи цифрового  потока в линии- 1024 кбит/с.

    3) Тип кода в линии- двухуровневый двоичный, тип кода- без возвращения к нулю (БВН, NRZ). Символы «0» передаются в виде пауз, «1»- в виде импульсов с амплитудой, равной U_имп.=+3 В, с длительностями, равными тактовому интервалу Т_имп=Т_т=977 нс.

    4) Структура цикла передачи представлена на рисунке 3.1. Цикл содержит 16 канальных интервалов (КИ0-КИ15), каждый из которых состоит из 8 тактовых интервалов (ТИ1-ТИ8). Канальные интервалы КИ1-КИ15 являются информационными, а КИ0 предназначен для передачи символов синхросигналов (циклового- ЦСС и сверхциклового- СЦСС), дискретной информации ДИ и сигналов СУВ. Для передачи СУВ всех каналов организуется сверхцикл, содержащий 16 последовательных циклов. В начале каждого сверхцикла в ТИ1 KИ0 передается сигнал сверхцикловой синхронизации, который обеспечивает правильное распределение СУВ на приеме. 

                                                               Т_ц = 125 мкс, n = 128

              КИ0     КИ1               . .  .                     КИ9                   .  .  .               КИ14   КИ15

        ЦСС,СЦСС,СУВ,ДИ                              ТИ1      .  .  .      ТИ8  

Т_ц- длительность цикла; n- общее число импульсных позиций в цикле;

ЦСС- символы циклового синхросигнала;

СЦСС- символы сверхциклового синхросигнала;

СУВ- символы сигналов управления и взаимодействия;

ДИ- символы дискретной информации;

КИ- канальный интервал;  ТИ- тактовый интервал. 

          Рисунок 1 - структура цикла передачи ЦСП ИКМ-15 

     5) Ток дистанционного питания (ДП) линейных регенераторов (РЛ) необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП) I_ДП=85 мА. Падение напряжения ДП на одном приемнике дистанционного питания (ПДП) в НРП равно U_НРП=7 В. Максимально возможное значение напряжения на выходе блока ДП

не превышает величины U_ДПмакс=120 В.

     6) Комплектация оборудования. Оконечная станция- стойка ОС (на две системы), промежуточная станция ПС (два двусторонних линейных регенератора). 

     2.2 Аппаратура ИКМ-30 

     Аппаратура ИКМ-30 предназначена для получения пучков соединительных линий между ГАТС, ГАТС и АМТС путем уплотнения 30-ю телефонными каналами пар низкочастотных кабелей типа Т и ТПП при одно и 2-кабельном вариантах работы.

     Аппаратура  может также использоваться в  качестве каналообразующей для цифровых систем передачи более высоких порядков (ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920 и др.)

     Рисунок 2 - схема организации связи с помощью аппаратуры ИКМ-30 

     В аппаратуре ИКМ-30 предусмотрена возможность передачи дискретной информации ( путем ввода ее непосредственно в групповой тракт ) по одному цифровому каналу с пропускной способностью 8 Кбит/с и еще по восьми таким же каналам, организованным вместо одного канала ТЧ. Состав аппаратуры:

     В состав комплекса аппаратуры ИКМ-30 входят:

1. Аналого-цифровое оборудование (АЦО);
2. Оконечное оборудование линейного тракта (ОЛТ);
3. Необслуживаемый регенерационный пункт (НРП);
4. Комплект контрольно-эксплуатационных устройств (пульты контроля согласующих устройств (ПКСУ), дистанционного контроля регенераторов (ПДКР), служебной связи (ПСС); измерители затухания кабельных линий (ИЗКЛ) и шумов квантования (ИШК); прибор контроля досто верности универсальный (ПДКУ)).

     ПП - Приемопередатчик

     ФЛС - Формирователь линейного сигнала

     КОД Ц - Кодер, цифровая часть

     КОД А - Кодер, аналоговая часть

     ДЕКОД - Декодер

     СИ - Согласующее устройство исходящее универсальное

     СВ - Согласующее устройство входящее для местного шнура

     СВ - Согласующее устройство входящее для междугородного шнура

     ПКпер - Преобразователь кода передачи

     Пр.Синхр - Приемник синхросигнала

     ДИ - Дискретная информация

     ДК - Делитель канальный

     КС - Блок контроля и сигнализации

     ИК - Блок измерений и контроля

     ГЗ - Генератор задающий

     ДЧ - Делитель частоты  

     Рисунок 3 – Аналого-цифровое оборудование системы ИКМ-30 

      Рисунок 4 – Структурная схема АЦО передачи 

     Рисунок 5 – Структурная схема АЦО приема

     Аналого-цифровое оборудование предназначено для  аналого-цифрового и цифро-аналогового  преобразования 30 телефонных сигналов, формирования и распределения группового цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с, ввода и вывода дискретной информации и сопряжения с помощью согласующих устройств (СУ) аппаратуры ИКМ-30 с аппаратурой АТС.

     Конструктивно АЦО выполнено в виде съемных  комплектов, размещаемых на стандартной стойке САЦО ( до четырех комплектов на стойку ).

     Оконечное оборудование линейного тракта предназначено для дистанционного питания (ДП) и телеконтроля (ТК) необслуживаемых регенерационных пунктов, организации служебной связи (СС), формирования и приема линейного сигнала.

     Конструктивно ОЛТ выполнено в виде комплектов, размещаемых на стандартной стойке СОЛТ ( до тридцати комплектов на стойку ), каждый из которых обслуживает три цифровых линейных тракта. Комбинированная стойка СОО:

     На  АТС небольшой емкости вместо стоек САЦО и СОЛТ применяется  комбинированная стойка оконечного оборудования СОО, на которой может быть размещено до трех комплектов АЦО и один комплект ОЛТ, что позволяет организовать 3х30=90 каналов ТЧ.  

     2.3 Аппаратура ИКМ-120 

     1) Аппаратура ИКМ-120 предназначена  для организации каналов на  местных и внутризоновых сетях, при использовании двухкабельной системы по ВЧ симметричным кабелям типа МКС и МКСА.

     2) Скорость передачи цифрового  потока в линии- 8448 кбит/с.

     3) Тип кода в линии- трехуровневый  код КВП-3 (код с высокой плотностью передачи единиц). Это модифицированный код ЧПИ. Импульсы с амплитудой U_имп.= ±3 В, с длительностями, равными половине тактового интервала Т_имп=Т_т/2=59 нс передаются со скважностью два.

     4) Структура цикла передачи представлена  на рисунке 3.3. Длительность цикла  равна 125 мкс, он содержит 1056 импульсных позиций (тактовых интервалов) и условно разбит на 4 субцикла (группы) по 264 позиции в каждом. При формировании группового сигнала в ИКМ-120, как и в ЦСП более высоких порядков, используется двустороннее согласование скоростей с двухкомандным управлением. 
 
 
 
 
 
 
 

                                                          Т_ц = 125 мкс, n = 1056

                       I                                 II                              III                                 IV

           1 - 8       9 - 264        1 – 8        9 - 264          1 - 8        9 - 264          1 - 8       9 - 264

             ЦСС                         КС,СС                         КС,ДИ                         КС,К 

             КС- символы команд согласования скоростей;

             СС- символы служебной связи; 

Рисунок 6 - Структура цикла передачи ЦСП ИКМ-120 

     5) Ток ДП НРП I_ДП=125 мА. Падение напряжения ДП на одном ПДП в НРП U_НРП=35 В. Максимально возможное напряжение на выходе блока ДП не превышает U_ДПмакс=980 В. Электропитание НРП осуществляется от стойки линейного оборудования (СЛО).

     6) Комплектация оборудования. Стойка  вторичного группообразования (СВВГ)- на 8 комплектов ВВГ. Стойка линейного  оборудования (СЛО)- на 4 системы. Стойка аналого-цифрового преобразования стандартной вторичной группы с полосой частот 312-552 кГц (САЦО-ЧРК-2), содержащая по одному комплекту АЦО-ЧРК-2, BBГ и АЦО аппаратуры ИКМ-З0.

     Необслуживаемые регенерационные пункты типа НРПК-4 (для установки в колодец)- на 4 линейных регенератора, НРПГ- 8 (для установки в грунт)- на 8 линейных регенераторов. 

     2.4 Аппаратура ИКМ-480 

1. Аппаратура  ИКМ-480 предназначена для организации  каналов на внутризоновых и магистральных сетях при использовании коаксиальных кабелей МКТ-4 с парами 1,2/4,4 мм. Линейный тракт организуется по однокабельной схеме.
2. Скорость передачи цифрового сигнала – 34368 кбит/с.
3. Максимальная дальность связи – 2500 км.
4. Цепи усиления регенератора обеспечивают компенсацию затухания участка в пределах от 43 до 73 дБ (на частоте 17184 кГц).
5. Тип кода в линии – КВП-3 или ЧПИ со скремблированием.
6. Структура цикла передачи представлена на рис.2б. Длительность цикла равна 62.5 мкс, он содержит 2148 импульсных позиций и условно разбит на 3 группы по 716 позиций в каждой.
7. Дистанционное питание НРП осуществляется по центральным жилам коаксиальных пар постоянным током 200 мА. Максимальное напряжение ДП равно 1300 В. Длина секции ДП составляет примерно 200 км.
8. Служебная связь между оборудованием ТВГ осуществляется по цифровому каналу, между ОРП – по высокочастотным каналам служебной связи, а между НРП и ОРП – в спектре 0.3-3.4 кГц по рабочим парам кабеля.
9. Телеконтроль осуществляется по рабочим парам без перерыва связи.
10. Комплектация оборудования.

    Стойка  третичного временного группообразования (СТВГ) – на 4 комплекта ТВГ.

    Стойка  оборудования линейного тракта (СОЛТ) – на 2 системы.

    Стойка  аналого-цифрового преобразования стандартной третичной группы частот 812-1044 кГц (САЦО-ЧРК-3).

     Необслуживаемый регенеративный пункт  НРПГ-2, устанавливаемый в грунт, – на 2 системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 7 – Коаксиальный кабель МКТ-4

    Применяются два основных типа малогабаритных кабелей: МКТА-4 в алюминиевой оболочке и МКТС-4 в свинцовой оболочке.

    Во  всех типах кабелей конструкция  сердечника одна и та же: он скручивается из четырех коаксиальных пар, пяти симметричных пар и одной контрольной жилы. Каждая коаксиальная пара состоит из медного внутреннего проводника диаметром 1.2 мм и внешнего проводника в виде медной гофрированной трубки с продольным швом диаметром 4.6 мм. Внутренний проводник изолирован от внешнего концентрично наложенной баллонной полиэтиленовой изоляцией, поверх которой имеется экран из двух стальных лент толщиной 0.1 мм. Сверху располагается поливинилхлоридная лента толщиной 0.23 мм. Диаметр коаксиальной пары 6.4 мм. 
 

     Рисунок 8 - Структура цикла передачи 

     2.5 Аппаратура ИКМ-1920 

1. Аппаратура  ИКМ-1920 предназначена для организации  каналов на внутризоновых и магистральных сетях при использовании коаксиальных кабелей КМ-4 с парами 2,6/9,5 мм. Линейный тракт организуется по однокабельной схеме.
2. Скорость передачи цифрового сигнала – 139264 кбит/с.
3. Максимальная дальность связи – 12500 км.
4. Цепи усиления регенератора обеспечивают компенсацию затухания участка в пределах от 45 до 63 дБ (на частоте 69632 кГц).
5. Тип кода в линии – КВП-3 со скремблированием.
6. Длительность цикла равна 15.625 мкс, он содержит 2176 импульсных позиций и условно разбит на 4 группы по 544 позиций в каждой.
7. Дистанционное питание НРП осуществляется по центральным жилам коаксиальных пар постоянным током 400 мА. Максимальное напряжение ДП равно 1700 В. Длина секции ДП составляет примерно 240 км.
8. Служебная связь между оборудованием ЧВГ осуществляется по цифровому каналу, между промежуточными станциями – по ВЧ и НЧ каналам служебной связи. Телеконтроль осуществляется без перерыва связи.
9. Комплектация оборудования.

    Стойка  четвертичного временного группообразования (СЧВГ) – на 4 комплекта ЧВГ. Стойка оборудования линейного тракта (СОЛТ) – на 2 системы. Стойка дистанционного питания (СДП) – на две системы. Стойка аналого-цифрового преобразования сигналов телевизионного вещания (САЦО-ТС) на один канал телевизионного вещания. Необслуживаемый регенеративный пункт НРПГ-2, устанавливаемый в грунт, – на 2 системы.

    Рисунок 9 – Сечение коаксиального Км-4

Под общей оболочкой  расположено четыре коаксиальные пары, а так же пять симметричных четверок для служебной связи и телесигнализации. 

Рисунок 10 - структура цикла передачи 

     2.6 Аппаратура ВОСП 

     Для работы в комплексе аппаратуры ВОСП используется типовое каналообразующее оборудование и оборудование временного группообразования ЦСП, а также специфическое оборудование оптического линейного тракта, включая средства контроля и служебной связи.

     Аппаратура  ВОСП «Соната-2» предназначена для организации соединительных линий между ATС на местных сетях с использованием оборудования ЦСП ИКМ-120. В линии используется градиентный оптический кабель с гидрофобным заполнением типа ОК-50-2-5-4 (диаметр сердцевины- 50 мкм, коэффициент затухания- 5 дБ/км, количество волокон- 4). Длина волны излучения составляет 0,85 мкм. Максимальная длина линейного тракта- 80 км. Энергетический потенциал системы, определяющий допустимые суммарные потери в линии- 50 дБ. В одном стоечном каркасе размещается 8 кассет оборудования линейного световодного тракта (оконечного тракта- ОЛСТ-О-2, промежуточного- ОЛСТ-П-2) и 2 кассеты оборудования обслуживания стойки (оконечной- ООС-О, промежуточной- ООС-П). В состав ООС входит оборудование стоечного контроля, телеконтроля и служебной связи по отдельному каналу ТЧ. Код в линии- CMI (двухуровневый код с инверсией посылок).

     Аппаратура  ВОСП «Сопка-2» и «Сопка-3» предназначена для организации вторичных и третичных цифровых трактов соответственно по градиентному оптическому кабелю и позволяет организовать по одному линейному тракту соответственно 120 или 480 каналов ТЧ. Вторичные и третичные цифровые потоки формируются в оборудовании ЦСП ИКМ-120 и ИКМ-480. В линии используется оптический кабель ОЗКГ (кабель оптический для внутризоновых сетей с прокладкой в грунте или канализации. Длина волны излучения-1,3 мкм. Максимальная длина линейного тракта- 600 км. Энергетический потенциал принимается 43 дБ для аппаратуры «Сопка-2» и 41 дБ для аппаратуры «Сопка-3». Код в линии- двоичный типа 5В6В. Передача сигналов контроля и служебной связи осуществляется совместно с информационным сигналом (по тем же оптическим волокнам) в низкочастотной части спектра. В состав стойки оборудования оптического линейного тракта (СОЛТ-О-2 или СОЛТ-О-3) входит соответствующее оборудование для двух систем передачи. Стойка телемеханики и служебной связи СТМ предназначена для обслуживания двух линейных трактов. В линейном тракте устанавливаются комплекты блоков необслуживаемых регенерационных пунктов КБ НРПГ-2-0-2 (или НРПГ-2-0-3), содержащие два двусторонних регенератора.

     Аппаратура  ВОСП «Сопка-4» предназначена для организации четверичных цифровых трактов при использовании одномодового оптического кабеля типа ОМЗКГ или ОКЛ. Длина волны излучения- 1,3 мкм. Коэффициент затухания кабеля не более 0,7 дБ/км. Максимальная длина линейного тракта- 12500 км, а расстояние между обслуживаемыми пунктами- до 830 км.

     Энергетический  потенциал системы составляет 38 дБ. В линейном тракте используется код типа 10B12B.

     Передача  сигналов контроля и служебной  связи осуществляется совместно с информационным сигналом, т.е. по тем же оптическим волокнам. Питание линейных регенераторов осуществляется от автономных источников, например от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ).

     В состав оборудования «Сопка-4» помимо оборудования ЦСП ИКМ-1920 входят стойки СОЛТ-О-4 и СТМ СС (на два линейных тракта) и необслуживаемые регенерационные пункты НРПГ-0-4. 

     2.7 Параметры кабелей связи 

     При  расчете длины участка регенерации, в соответствии с методикой, изложенной в методическом указании, необходимо знать значения ряда параметров кабелей связи: коэффициента затухания, переходных затуханий, волнового сопротивления и др. Точные значения параметров кабелей на различных частотах приводятся в специальной справочной литературе по линейно-кабель-ным сооружениям. При выполнении курсового проекта используются приближенные расчетные соотношения и усредненные данные, приводимые ниже.

     Усредненные значения коэффициента затухания для  многопарных низкочастотных кабелей приведены в таблице 4 (на частоте 1024 кГц).

     Для многопарных низкочастотных кабелей типа ТГ, среднее значение волнового сопротивления Z_в=110 Ом, а для кабелей типа ТПП- Z_в=120 Ом.

Таблица 2.1 - Коэффициенты затухания многопарных низкочастотных кабелей

Таблица 2.2 - Расчет коэффициентов затухания симметричных и коаксиальных кабелей