Проектирование системы передачи ИКМ-1920

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН 

ТАДЖИКСКИЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

имени академика  М.С. Осими

 

 

 

КАФЕДРА: СС и СК

 

 

 

 

КУРСОВАЯ ПРОЕКТ

 

 По предмету: “Цифровые системы передачи”

 

На тему: “Проектирование системы передачи ИКМ-1920”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:	ст-т 6-го курса группы 2009 Б2 Назирбеков Хушнуд
Принял:	Ст.преподаватель кафедры Каламов А.К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Душанбе-2012 г.

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

ВВЕДЕНИЕ 

ГЛАВА 1. Выбор систем передачи…………………………………………………………

ГЛАВА 2. Описание систем передачи……………………………………..........................

ГЛАВА 3. Разработка схемы организации  связи……………………………………….…

ГЛАВА 4. Электрический расчет ТЧ. Расчет шумов  оконечного оборудования……....

ГЛАВА5.Расчетноминальной длины усилительного участка……………….………..….

ГЛАВА 6. Расчет надежности линейного тракта……………………………….……....…

ГЛАВА7. Расчет мощности помехи линейного тракта. …………………….……..……..

ГЛАВА 8. Расчет затухания усилительного участка………………………………………

ГЛАВА 9. Комплектация оборудования станции…………………………………..…….

ГЛАВА 10. Выбор тип кабеля………………………………………….……………..……

ВЫВОД………………………………………………………………………………………

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   

 

                           

 

 

 

 

 

 

 

 

                                     ВВЕДЕНИЕ

В задачах развития Единой автоматизированной сети связи страны, поставленных перед  работниками связи, большое внимание уделяется цифровым системам передачи (ЦСП) и увеличению их пропускной способности. Широкое внедрение ЦСП на первичной  сети связи требует соответствующей  подготовки специалистов, выпускаемых  ВУЗ-ми связи.

Данная курсовая работа является специализированным изданием по предмету “Цифровые системы  передачи”. В достаточно подробно разобраны основы построения ЦСП, рассмотрены системы передачи (ИКМ-1920), которые уже широко внутризоновых и магистральных сетях при использовании коаксиальных кабелей КМ-4 с парами 2,6/9,5 мм. Аппаратура цифровых систем передачи состоит из аппаратуры формирования и приема цифровых сигналов, а так же аппаратуры линейного тракта. Цифровой сигнал формируется в оборудовании аналого-цифрового преобразования (каналообразования) или в оборудовании временного группообразования. В первом случае на вход ЦСП поступают аналоговые сигналы, а во втором - цифровые.

Аналоговые сигналы преобразуются  в цифровые сигналы в аналого-цифровом оборудовании АЦО. На входе АЦО формируется  многоканальный цифровой поток на основе временного разделения каналов. В оборудовании временного группообразования ОВГ  осуществляется объединение – разъединение цифровых потоков, сформированных в  ЦСП более низкого порядка.

Достоинство ЦСП в наибольшей степени  проявляются при их совместной работе, т.е. в условиях цифровой сети связи. Такая сеть содержит только цифровые тракты, которые соединяются на сетевых  узлах и заканчиваются цифровыми  стыками с электронными (цифровыми) системами коммутации и цифровыми  абонентскими установками. Однако построение цифровой сети в масштабах страны является весьма сложной задачей, решение  которой требует длительного  времени и больших капиталовложений.

Создание цифровой сети представляется возможным как результат эволюции существующей аналоговой сети, на которой  должно происходить количественное накопление цифровой техники. Внедрение  ЦСП на существующей сети подготавливает базу для преобразования её в будущем  в цифровую.

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. Выбор систем передачи.

Необходимость применения ЦСП в  условиях аналоговой сети предъявляет  к ним дополнительные требования. В первую очередь это относится  к нормированию параметров ЦСП. Принцип  нормирования параметров ЦСП заключается  в предъявлении таких требования к качеству создаваемых каналов  и групповых трактов, которые  обеспечили бы выполнение норм передачу  сигналов, принятых в существующей сети, и сохранили структуру номинальных  цепей ЕАСС, в том числе и  количество транзитов по ТЧ.

В данной курсовой работе дано, система передачи ИКМ-1920. Система передачи рассчитана на 1920 каналов ТЧ, может условно отнести к категории среднеканальных. Оно является основным для внутризоновой и магистральной сетях.

Аппаратура ИКМ-1920, разработанная для внутризоновых первичных сетей, может успешно применятся и на крупных городских сетях в место устаревшей аппаратуры КАМА.

Параметром систем передачи является расстояние между необслуживаемыми пунктами или (применительно к ЦСП) длина регенерационного участка. Данный параметр во многом определяется их технико-экономические  показатели. Длина регенерационного участка зависит от ряда факторов, основные из которых величина и характер помех и энергетических потерь сигнала в линии. В случае ИКМ-1920 к длине регенерационного участка предъявляется дополнительное требование: соблюдение кратности с длиной усилительного участка КП-60П.

Цифровые системы передачи основаны на временное разделении каналов. Здесь передача по линии сигналов различных сообщений осуществляется поочередно. В этом случае по линии распространяются импульсы (цифровые сигналы) определенных последовательностей и длительности. Для этого все виды связи (телефонная, радиовещания, телевидение и др.) предварительно преобразуют в импульсы и кодируют. В современных цифровых системах получила применения импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) с импульсами микросекундной и наносекундной длительности.

Достоинство цифровых систем передачи является: большая дальность связи; облегченные требования к защищенности цепей; однокабельная связь; возможность непосредственного ввода и скоростной обработки импульсной информации с помощью ЭВМ; автоматизация передачи данных.

Недостатком является потребность  в более широкой полосе частот в среднем 64 кГц на телефонный канал.

 

 

 

 

 

 

   ГЛАВА 2. Описание систем передачи.

 

      Комплекс аппаратуры четверичной ЦСП ИКМ-1920 предназначен для организации на внутризоновых и магистральной сетях связи мощных пучков телефонных каналов и каналов  передачи телевизионных сигналов по кабелю КМ-4 с коаксиальными парами 2,6/9,5 мм. Аппаратура обеспечивает организацию до 1920 каналов ТЧ или один канал телевидения и 480 каналов ТЧ при скорости передачи группового потока 139 264 кбит/с. Линейный тракт организуется по четырехпроводной однокабельной схеме  связи. Максимальная дальность связи 12 500 км, длина переприемного участка 2500 км, расстояние между обслуживаемыми станциями – до 240 км, длина регенерационного участка км. Схема организации связи с помощью аппаратуры ИКМ-1920 показана на рис.1.

 

 

 

   Рис.1. Схема организации связи системы передачи ИКМ-1920

 

  На схеме можно выделить оборудование четверичного временного группообразования ЧВГ, куда входит и оборудование временного группообразования более низких порядков, а также аналого-цифрового преобразования сигналов телевизионного вещания АЦО – ТС и оборудование линейного тракта, куда входят оборудование линейного тракта ОЛТ оконечной и промежуточных станций.

    Групповой цифровой поток, предаваемой  со скоростью 139,264 кбит/с, формируется в оборудовании ЧВГ путем асинхронного или синхронного побитного объединения четырех цифровых потоков со скоростью 34 368 кбит/с. Построение временного цикла передачи аналогично построению временного цикла систем передачи ИКМ 120 и ИКМ-480 (рис.2). Цикл содержит 2176 импульсных позиций, из которых 2148 информационных и 28 служебных. Сам цикл длительностью 15,625 мкс разбит на четыре группы. В каждой группе 544 импульсных позиции, часть из которых используется для передачи служебных сигналов. В первой группе на позициях 1…10 передается синхрогруппа 1111010000, на позиции 11 – символ цифровой служебной связи на позиции 12 – символ контроля и сигнализации, на позициях 13…544 – информационные символы. Во второй группе на позициях 1…4 передаются первые символы команд согласования скоростей, на позициях 5…544 – информационные символы. В третьей группе на позициях 1…4 передаются вторые символы команд согласования скоростей, на позициях 5…544 – информационные символы. В четвертой группе на позициях 1…4 передаются третьи символы команд согласования скоростей, на позициях 5…8 – информационные символы, передаваемые при отрицательном согласовании скоростей, и промежуточные значения временного интервала между моментами записи и считывания, на позициях 9…544- информационные символы. При положительном согласовании скоростей на позициях 9…12 вместо информационных символов передаются балластные символы, которые на приемном конце должны быть изъяты.

   Оборудование ЧВГ обеспечивает в тракте передачи объединение четырех третичных цифровых потоков в четверичный и разделение его в тракте приема. В оборудовании предусмотрены три режима работы: асинхронный, синхронный и синхронно-синфазный. Первые два режима используются для передачи цифровых потоков , сформированных оборудованием ТВГ. При асинхронном объединении используется двустороннее согласование скоростей и двухкомандное управление. Третий режим работы предусматривается для передачи трех цифровых потоков, формируемых на выходе оборудования АЦО-ТС, и одного третичного цифрового потока. Групповой поток на выходе оборудования ЧВГ скремблируется и преобразуется в код КПВ-2. Система цикловой синхронизации – адаптивная, среднее время восстановления цикловой синхронизации 0,15 мс. Имеется возможность организации служебной связи по цифровому каналу, для чего предусмотрены соответствующие временные позиции в цикле передачи. На стойке СЧВГ может размещаться до двух комплектов ЧВГ. Система контроля и сигнализации стойки обеспечивает автоматическое определение номера неисправного блока.

    Оборудование АЦО-ТС обеспечивает  передачу методом ИКМ сигналов цветного телевизионного вещания СТВ со спектром частот 50 Гц…..6 Мгц, и двух сигналов звукового сопровождения CPC со спектром 30…15 000 Гц. Частота дискретизации СТВ 12888кГц, закон кодирования линейный, код восьмиразрядный. Скорость цифрового потока СТВ 3х34 368 кбит/с. Сигналы звукового сопровождения телевидения подвергаются дискретизации с частотой 35,8 кГц, аналого-цифровое преобразование – нелинейное по закону μ-15,7 код 12-разрядный.Такое кодирование позволяет обеспечить отношение сигнал-шум квантования в режиме молчания не менее 64 дБ, что соответствует требованиям к каналам звукового сопровождения высшего класса. Скорость передачи цифрового потока СЗС 537 кбит/с. Символы цифровых потоков СЗС синхронно вводят в цифровой телевизионный сигнал на позиции младшего (восьмого) разряда каждой шестой кодовой группы. На этих позициях осуществляется передача синхро-сигнала. Оборудование линейного тракта позволяет организовать по кабелю КМ-4 два линейных тракта ИКМ-1920 и содержит оборудование линейного тракта ОП, ОРП, НРП. Функционально линейный тракт построен по аналогии с трактом ИКМ-480. Для работы НРП и обслуживания линейного тракта организуются: ДП, каналы служебной связи, участковая и магистральная телемеханика. Устройства телемеханики и служебной связи построены и работают аналогично тем же устройствам системы передачи ИКМ-480.

 

     

   ГЛАВА 3. Разработка схемы организации связи.

 

Проектирование линий связи  любого назначения включает большой  комплекс изыскательских расчетных  и чертежных работ, охватывающих строительство и монтаж всех видов  сооружений: линейных, станционных  и городских.

Проектирование цифровой линии  связи условно можно разбит на два этапа: проектирование линейного тракта ЦСП; проектирование линейно-аппаратурных цехов ОП и ОРП. В настоящей главе рассмотрены в основном вопросы проектирования цифровых линейных потоков ЦЛТ:

• Выбор трассы кабельной линии передачи;
• Выбор систем передачи и типа кабеля;
• Размещение регенерационных пунктов, сетевых узлов;
• Составления схемы организации цифровой связи, служебной связи.

Расстояние между пунктами по трассе определяется в процессе изысканий, а в условиях учебного проекта  – по картам или атласам автомобильных  дорог в соответствии с их масштабами (рис. 2.).

Для электрических расчетов расстояние между пунктами определяется так  же и по кабелю: с учетом неровностей  и изгибов длина кабелей обычно превышает длину соответствующего участка трассы. Рассмотрим разработку схемы организации связи рис. 2

 

       

         

 

 

 

                 Рис.2.1 Участок магистральной сети.

                                                ОС1- Оконечный станция- АТС-35

ОС2- Оконечный станция АТС г Рушан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 4. Электрический расчет ТЧ. Расчет шумов оконечного оборудования

Шумы дискретизации:

Практически во всех ЦСП используются равномерная дискретизация сигналов во времени, т.е. дискретизация с  постоянным периодом , а отклонение от его периода , носят случайных характер. Эти отклонения приводят к изменению формы принимаемого сигнала, как это показано на рисунке 3, что субъективно воспринимается как характер помеха, называемая шумами дискретизации.

Величина  , определяются главным образом низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов, вызванными неточностью работы линейных регенераторов, и нестабильностью задающих генераторов станций передачи. Если величина отклонения, вызванного нестабильностью задающих генераторов, обозначить как , а вызванного  фазовыми флуктуациями, как , то считая, что между ними отсутствует статистическая связь, можно показать, что мощность шумов дискретизации переприемном участке не будет превышать [3]

где

- эффективное напряжение сигнала 

, то относительные отклонения периода

Можно записать формулу для мощности шумов  дискретизации.

В этом случае защищенность сигнала от шумов дискретизации запишется  как:

Экспериментально показано, что  в канале ТЧ, образованном на базе ОЦК ( ), предельная величина не должна превышать . Это соответствует минимальному допустимой защищенности от шумов дискретизации в канале ТЧ . Однако, номинальная цепь ОЦК первичной сети содержит до 59 переприемов, к числу которых переприема на абонентских участках. Таким образом -может достигать 61, а в канале, образованном на базе ОЦК без переприемов, должна быть не менее

Поскольку стабильность генераторного  оборудования нормирована, в нашу задачу входит определение предельной величины НЧ фазовых флуктуаций, при которой  еще обеспечивается заданная защищенность от шумов дискретизации. Расчет осуществляется в следующем порядке:

• Для ОЦК данного канала ТЧ (структура которого определена в задании на проектирование) определяется требуемая защищенность от шума дискретизации.

• Посредством преобразования неравенства (1), определяется допустимая относительная величина отклонения из-за НЧ фазовых флуктуаций ( ) на отдельном участке ОЦК (считаем, что одинаковы для всех участков).

Шумов квантования.

В ЦСП в результате квантования  сигнала по уровню возникает ошибки, поскольку реальные мгновенные значения сигнала округляется до разрешенных  уровней квантования. Эти ошибки, суммируясь с исходными сигналом, воспринимаются флуктуационные шумы с равномерной спектральной плотностью.

В случае равномерного квантования, кода каждый шаг квантования имеет  величину , мощность шума квантования в полосе частот равна:

где

-частота дискретизации сигнала.

Очевидно, чем меньше шаг квантования, тем меньше и  , но при этом числе шагов квантования должно быть пропорционально больше, чтобы охватить весь динамический диапазон (частот) сигнала. По сколку число шагов квантования связано с разрядностью кода, а следовательно, и со скоростью передачи необходимо ценить прежде всего динамической диапазоне квантуемого сигнала. Для этого воспользуемся экспериментально найденными статистическими законами распределения динамических уровней (волюмов) и мгновенных значений сигнала.

Известно, что плотность вероятности  распределения волюмов соответствует Гауссовскому закону распределения.

где:

-среднее значение волюма равно ;

-его среднеквадратическое отклонение, равно  ;

Из  математической статистики известно, что уровень средней мощности может быть подсчитан по формуле:

а средняя мощность

где:

-среднеквадратическое отклонение 

Будем считать, что максимальным значением  сигнала  то, которое может быть превышено с вероятностью, не более , тогда:

Отношение

называется  пикфактором. Таким образом:

Заметим, что кодеры конструируют обычно так, что их напряжение ограничения  соответствует максимальному напряжению сигнала т.е.

  .

Очевидно, что для волюма, превышающих среднее значение, должны резко возрастать помехи из-за шумовой ограничения. Однако, здесь, видно, сказывается психологический фактор – при слишком большой громкости, сопровождаемой искажения, абоненты начинают говорить тише. При малых волюмах такая “саморегулирование” невозможно и поэтому расчет ведется для минимального сигнала, который соответствует минимальному напряжению минимального волюма. Минимальный волюм определяется как:

 

ГЛАВА 5. Расчет номинальной длины  усилительного участка.

Структурная схема регенерационного участка, приведенная на рисунке 4, содержит кабельную цепь, в качестве которой  может использоваться электрический (симметричный или оптический) кабели и регенераторы. В составе регенератора выделены корректирующий усилитель (КУ), обеспечивающий усиление сигнала и  коррекцию искажений, вносимых кабельной  цепью, а также решающее устройство (РУ), принимающее решение о виде передаваемого символа в каждом тактовом интервале (например, или при использовании двоичного кода) путем сравнения сигнала на выходе КУ с определенным пороговым напряжением.

В процессе регенерации возможно принятие ошибочных решений, т.е. возможно появление  ошибок, приводящих к снижению качества передачи информации. Суммарное значение вероятности ошибки зависит от величины искажений, а частности, вызванных  межсимвольной интеграцией (МСИ), количество регенераторов и защищенности сигнала  от помех в точке принятия решения (ТР) рис.4. Для поддержания требуемого качества передачи информации величина вероятности ошибки не должна превышать значений, установленных соответствующим нормами. Это в конечном счете и определяет допустимую длину участка регенерации.

 

В общем случае имеет место большое  число различных помех, величины которых зависят от типа кабеля и  способов организации связи. Например, в коаксиальных кабелях основным видом помех является собственная  помеха, а в симметричных кабелях  – переходная помеха, связанная  с наличием переходного влияния  на дальнем или ближнем конце.

Длина регенерационного участка волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) в основном определяется тремя параметрами: затуханием оптического  кабеля (с учетом потерь в местах сравнивания и стыка с аппаратурой), дисперсией оптического волокна  и энергетическим потенциалом ВОСП.

Если учитывать только затухание, т.е. потери на (на энергетическим) участке регенерации, то длина участка регенерации может быть определена из соотношения.

где:

-энергетический потенциал системы  равно  ;

-потери в разном соединений, т.е. на каждом стыке аппаратуры  с кабелем, равно  ;

-потери в неразъемной соединений, т.е. в месте соединения волокон  при сращивании строительных  длин кабеля, равно  ;

-эксплуатационный запас, равно  ;

-коэффициент затухания оптического  кабеля, равно  ;

-строительная длина кабеля  .

С учетом  дисперсионных свойств  оптического волокна длина участка  регенерации не должна превышать  значения, определенного из соотношения.

где

-скорость передачи информации  ;

-среднеквадратическое значение  дисперсии оптического волокна 

Величина  для многомодовых волокон может быть определена как:

где

-коэффициент широкополосности волокна, указываемый в паспортных данных кабеля, равно .

В качестве окончательного значения длины участки регенерации выбирается наименьшее значение из полученных по соответствиями “ ”

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 6. Расчет надежности линейного тракта.

 

В соответствии с рекомендацией  МСЭ для ОЦК на международном  соединении вводятся следующие требования к параметрам качества:

-при оценке в одноминутных  интервалах не менее, чем в  90% измерений должно быть не  более 4-х ошибок;

-при оценке в односекундных  интервалах не менее, чем в 99,8% измерений должно быть не более 64-х ошибок;

-при оценке в односекундных  интервалах не менее, чем в 92% измерений ошибки должны отсутствовать.

Рекомендуемое общее время оценки состояния канала – один месяц. Исходя из этих корм, можно рассчитать требования к параметрам качества ( , и ) на отдельных участках номинальной цепи ОЦК ВСС, воспользовавшись выражением.

где:

-допустимое значение соответствующего  параметра качества, указанное в  рекомендации  , , равно ;

-часть общих норм на параметры  качества, отведенная на данный  участок номинальной цепи ОЦК  ВСС,  (для магистрального участка )

Расчет значений параметров качества для конкретной линии протяженностью можно произвести по формуле:

где:

-номинальная протяженность соответствующего  участка сети (равно  ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 7. Расчет мощности помехи линейного  тракта.

 

Помехи в линейном тракте: основными  помехами, влияющими на качество передачи цифрового сигнала по линейному тракту ИКМ-1920, является:

межсимвольные помехи;

переходные помехи от систем передачи, работающих по тому же кабелю;

переходные помехи от систем передачи, работающих по кабелю противоположного направления и кабелям смежного регенерационного участка;

помехи вызванные наличием несогласованностей в кабельной линии;

коммутационные, индустриальные и  другие импульсные помехи.

Помехи первого и второго  вида определяются параметрами кабельной  линии, остальные – условиями  эксплуатации и схемой построения регенерационного участка ухудшение качества передачи цифрового сигнала за счет собственных  шумов кабельной линии несущественно.

Благодаря регенерации цифрового  сигнала после прохождения каждого  кабельного участка помехи в линейном тракте не накапливаются, поэтому достаточно проанализировать их величину на каждом регенерационном участке.

Коэффициент отражения на стыке  двух участков кабельной линии с  волновыми сопротивлениями  , .

Коэффициент отражения на стыке  кабельной линии и регенератора.

где

-волновое сопротивление ( );

- волновое сопротивление ( );

- во время передачи импульса  и значительно высшее (около  );

- волнового сопротивления кабельных  линий, входного сопротивления  кабельных линий, входного сопротивления  (вых) регенератора, равно .

 

Для случая, когда в кабельной  линии имеется одна сосредоточенная  неоднородность на расстоянии от выхода регенератора, величину помехи от попутного потока можно определить по приближенной формуле:

где

-амплитуда помехи, отношение  к амплитуде сигнала;

-коэффициент отражения от  неоднородности; (равно  )

ГЛАВА 8. . Расчет длины участка регенерации.

. При работе ЦСП по симметричным кабелям основным видом помех, определяющих длину участка регенерации, являются помехи от линейных переходов.

Для оценки допустимого значения защищенности можно воспользоваться выражением:

,

где – количество уровней в коде, – запас помехозащищенности, учитывающий неидеальность узлов регенератора и влияние различных дестабилизирующих факторов, – величина ошибки на 1 регенераторе для внутризоновой сети .

, дБ.

Ожидаемая защищенность от собственных  помех будет равна:

,

где дБ – уровень передачи.

Приравняв и найдем длину участка регенерации.

 дБ,

,    , ;  МГц.

.

км.

Магистральный участок сети.

Расчет длины участка регенерации  проводится так же, как и на внутризоновом  участке сети.

,

 дБ,

дБ,

, ;   МГц.

.

км.

 

 ГЛАВА 9. Комплектация оборудования станции.

Передача цифровых потоков может  производиться по линейным трактам  различных типов: кабельным (симметричным, коаксиальным и волоконно-оптическим), радиорелейным, спутниковым и волноводным. Несмотря на специфические особенности  линейных трактов отдельных типов их построение осуществляется по единой структурной схеме (рис.5). Для уменьшения искажений, возникающих при передачи цифрового потока по линии, в передающем оконечном оборудовании линейного тракта ОЛТ_пер с помощью преобразователя кодов изменяется структура цифрового потока, формируемого в АЦО или ОВГ.