Проектирование системы передачи ИКМ-30

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН 

 

 

ТАДЖИКСКИЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

имени академика М.С. Осими

 

 

 

КАФЕДРА: СС и СК

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

  По предмету: “Цифровые системы  передачи”

 

На  тему: “Проектирование системы передачи ИКМ-30”

 

 

 

 

 

 

Выполнил:
Принял:	Ст.преподаватель кафедры  Каламов А.К

 

 

 

 

 

 

 

 

Душанбе-2013 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………

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

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

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

ГЛАВА 4. Выбор тип кабеля…………………………………………………...

ГЛАВА 5. Расчет длины участка регенерации………………………….…….

ГЛАВА 6. Расчет требуемой и ожидаемой  защищенности на входе

                Регенератора………………………………………………………….

ГЛАВА 7. Расчет требуемого числа уровней  квантования……………..……

ГЛАВА 8. Расчет шумов оконечного оборудования……………………..…..

ГЛАВА 9. Нормирование качества передачи информации по ОЦК……..…

ГЛАВА 10. Комплектация необходимого станционного оборудования…...

ЗАКЛЮЧЕНИЯ………………………………………….…..…………………..

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, которые уже  широко используются на местных сетях (ИКМ-30, ИКМ-120) сетях. 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.

 

 

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-30. Система передачи рассчитана на 30 каналов ТЧ, может условно отнести к категории среднеканальных. Оно является основным для внутризоновой сети. 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-30 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.

 

 

ГЛАВА 2. Описание систем передачи.

 

      Цифровая система передачи ИКМ-30 предназначена для формирования абонентских и соединительных линий ГТС и пригородной связи и позволяет организовать до 30 каналов ТЧ по парам низкочастотного кабеля ГТС, а при наличии соответствующего оборудования сопряжения и линейного тракта каналоформирующая аппаратура ИКМ-30 может использоваться для систем передачи по оптическим кабелям и РРЛ. Предусмотрена возможность организации канала звукового вещания вместо четырех каналов ТЧ и от одного до девяти каналов передачи дискретной информации со скоростью 8 кбит/с. Один канал передачи дискретной информации организуется в групповом тракте, остальные восемь – вместо одного из каналов ТЧ. Канал ТЧ ИКМ-30 можно загружать нетелефонной информацией любого вида без ограничения их числа и способа группировки.  Основные кабели, на которых строится линейный тракт ИКМ-30, - это низкочастотные симметричные кабели типов Т и ТПП с диаметром жил 0,5 и 0,7 мм, но в случае необходимости система обеспечивает заданные параметры и по высокочастотным кабелям ТЗ, ЗК, МКС с диаметром жил 1,2 мм.

    Линейный сигнал системы строится на основе сверхциклов, циклов, канальных и тактовых интервалов. (Рис .1)

Рис. 1. Временной формат ЦСП ИКМ-30

      Сверхцикл передачи (СЦ) представляет собой интервал времени, за который передается информация всех сигнальных каналов (каналов  СУВ) и каналов аварийной сигнализации. Длительность сверхцикла в системе ИКМ-30  Т_СЦ = 2,0 мс. Сверхцикл состоит из 16 циклов передачи. В течение цикла, длительность которого равна интервалу дискретизации Т_Ц = Т_Д = 125 мкс, передаются восьмиразрядные кодовые комбинации 30 каналов ТЧ, кодовые комбинации двух сигнальных каналов или сигнал сверхцикловой синхронизации СЦС (либо сигнал потери сверхциклового синхронизма), сигнал цикловой синхронизации ЦС   либо сигнал потери  цикловой синхронизации), сигнал дискретной информации.

    Цикл передачи соответствует  Рекомендации МКТТ G.732 и состоит из 32 канальных интервалов КИ₀ …КИ₃₁ с длительностью Т_КИ = 3.91.Канальные интервалы КИ₁ … КИ₁₅ и КИ₁₇ … КИ₃₁  предназначены для передачи информации каналов ТЧ. Каждый канальный интервал состоит из восьми разрядов Р₁ … Р₈, Т_р = 488 нс. Частота следования циклов передачи равна частоте дискретизации f_ц = f_д =8 кГц, частота следования канальных интервалов  f_к.и = 8х32=256 кГц, а частота следования символов (разрядов) в цикле, или тактовая частота f_т = 8х32х8 = 2048 кГц. Так как в каждом разряде передается 1 бит информации, скорость передачи информации в цифровом потоке линейного сигнала V_и = 2048 кбит/с, а частота следования сверхциклов f_сц = f _ц / 16 = 8/16 = 0.5 кГц.

      Цикловой синхросигнал  передается в КИ₀ в четных циклах на позициях Р₁ нулевого КИ передается сигнал дискретной информации. В нечетных циклах на позиции Р₃ передается сигнал сбоя цикловой синхронизации, на позиции Р₆ – сигнал проверки остаточного затухания канала ОЗ и на позиции Р₂ – символ 1.

      В канальном интервале  КИ₁₆ на позициях Р₁, Р₂, и Р₅,Р₆ в циклах Ц₁, Ц₁₅ передаются сигналы СУВ прямого и обратного направления для каждого из двух каналов ТЧ, закрепленных за циклом. Передача СУВ осуществляется поочередно в 15 циклах для 1 –и 16- го, …, 15 – и 30-го каналов ТЧ. В том же КИ₁₆ на позициях Р₁…Р₄ в цикле Ц₀ передается сигнал сверхцикловой синхронизации 0000, на позиции Р₆ - сигнал отсутствия сверхцикловой синхронизации, на позициях Р₅, Р₈ – единичные символы, на Р₃,Р₇ – нулевые символы. Позиции Р₃, Р₈ в КИ₁₆ заняты нулевыми символами и в циклах, отличных от Ц₀.

   

Линейный сигнал на тактовых интервалах представляет собой импульсы и пробелы, длительность символа 24030 нс, амплитуда импульса 30,3 В на нагрузке 120 Ом. В системе применен квазитроичный линейный код с чередованием полярности импульсов ЧПИ.

       Канал звукового  вещания организуется вместо 1-,9-,16-, и 24-го каналов, а дискретная  информация без использования  систем тонального телеграфа  и модемов систем передачи  данных может быть введена  в 8-й канал.

    Линейный тракт системы  строится на основе необслуживаемых  регенерационных пунктов (НРП)  и обслуживаемых регенерационных  пунктов (ОРП). Длины регенерационных   участков и секций дистанционного  питания представлены в таб. 1. Длины регенерационных участков  на реальной линии передачи  выбираются в процессе проектирования  с целью обеспечения номинальной  помехозащищенности регенераторов,  причем затухание регенерационного  участка на полутактовой частоте  f_т/2 = 1024 кГц не должно превышать 36 дБ.

      Рис.2 Схема организации связи с помощью ИКМ-30.

    Электропитание оборудования  оконечных станций и ОРП осуществляется  от станционной батареи напряжением  – 60 В, а дистанционное питание  НРП – по 

 

искусственным цепям постоянным током 110 мА +10% по системе «провод - провод». Напряжение дистанционного питания  в зависимости от числа НРП  может меняться в пределах 16…48 В  для коротких линий и 35…245 В для  длинных. Линейный тракт охвачен  системой телеконтроля, позволяющей  выявить поврежденный регенерационный  участок или регенератор. Система  телесигнализации позволяет осуществлять сигнализацию о пропадании цикловой и сверхцикловой синхронизации  на противоположной станции и  о понижении избыточного воздушного давления в корпусе НРП.

     Оконечные  станции  и ОРП комплектуются стойками  стандартных размеров 2600х600х225 мм. В  состав оконечного пункта входят: стойка аналого-цифрового оборудования  САЦО и стойка оборудования  линейного тракта СОЛТ. При организации  соединительной линии с числом  каналов менее 90 вместо стоек  САЦО и СОЛТ может быть использована  комбинированная стойка оконечного  оборудования СОО.

   Обслуживаемые регенерационные  пункты комплектуются стойками  СОЛТ, но в некоторых случаях  в ОРП можно использовать оборудование  линейного тракта стойки СОО.  Необслуживаемые регенерационные  пункты устанавливаются в колодцах  кабельной канализации ГТС большого  типа и размещаются в специальных  герметизированных контейнерах  НРП-К12, в которых может располагаться  оборудование НРП для 12 систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

АТС-24                                                                                     АТС-38

Рис.

 

ГЛАВА 4. Выбор  тип кабеля

 

   Кабель ТП-0,7 - Телефонные кабели с полиэтиленовой изоляцией в полиэтиленовой оболочке с экраном из алюминиевой ленты предназначены для эксплуатации в местных телефонных сетях: для прокладки в телефонной канализации, в коллекторах, по стенам зданий и подвески на воздушных линиях связи. Жилы кабеля изготавливаются из мягкой медной проволоки диаметром 0,7 мм , изоляция жил – полиэтилен, сплошная, скрутка – парная или четвёрочная. Все пары в элементарном пучке имеют индивидуальную расцветку. Поясная изоляция - синтетическая лента, наложенная продольно или спирально. Экран - алюмополиэтиленовая лента, наложенная продольно или спирально. Оболочка - полиэтилен светостабилизированный.

• Коэффициент затухания кабеля на частоте 1024 кГЦ            α = 12,6 дБ/км
• Сопротивление постоянному току                                           R = 45 Ом
• Волновое сопротивление                                                          zв =  120 Ом

 

          1. Токонесущая  жил  2. Изоляция       

                                                           3. Поясная изоля 4. Экран

                                                              5. Оболочка

 

 

 

 

ГЛАВА 5. Расчет длины участка регенерации, включая расчет цепей дистанционного питания

 

     Длина участка регенерации выбирается таким образом, чтобы с учётом всех видов помех и аппаратурных погрешностей вероятность ошибки для всего линейного тракта не превышала допустимой величины.

 

5.1. Расчет местного участка сети

 

Аппаратура: ИКМ – 30

Тип кабеля: ТП-0,7

 

 

 

 

 

 

 

Расчет  длинны участка регенерации.

 

 

 

 

Расчет  цепи дистанционного питания.

 

 

 

 

 

 

 

Схема местного участка сети.

 

 

АТС-50                                                                                                   АТС-36                                                                                                                                     

 

                                                          

           Рис.2.  Схема организация связь  с помощью  аппаратуры  ИКМ-30

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 6. Расчет требуемой и ожидаемой защищенности на входе регенератора

6.1 Расчет требуемой защищенности на входе регенератора

 

 

 

 

 

 

1

10

14

-

´

1

10

12

-

´

1

10

10

-

´

1

10

8

-

´

1

10

6

-

´

1

10

4

-

´

16

18

20

22

24

22.3

A

защ

i

8.077

10

11

-

×

P

ош

i

 

Из  графика видно, что требуемая  защищенность А_з = 22,3 дБ

 

6.2 Расчет ожидаемой защищенности на входе регенератора

 

        Основными видами помех в линейном тракте ЦСП являются межсимвольные и переходные помехи, тепловые шумы, помехи, вызванные наличием несогласованностей на участках регенерации, а также помехи от устройств коммутации и индустриальные. Главной причиной появления межсимвольных помех являются искажения цифрового сигнала, вызванные ограничением полосы пропускания линейного тракта в области как нижних, так и верхних частот. Переходные помехи появляются вследствие взаимного переходного влияния между парами кабеля, причем при организации линейного тракта по однокабельной системе наиболее существенны влияния на ближний конец, а при использовании двухкабельной системы – переходные влияния дальний конец и через третьи цепи.

Расчёт ожидаемой защищённости для симметричного кабеля ТП-0.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из  расчётов видно, что ожидаемая защищённость от шумов на входе регенератора больше требуемой, следовательно, выбранная  линия удовлетворяет необходимым  параметрам.

 

Расчёт ожидаемой защищённости для симметричного кабеля МКТ-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из  расчётов видно, что ожидаемая защищённость от шумов на входе регенератора больше требуемой, следовательно, выбранная  линия удовлетворяет необходимым  параметрам.

 

Расчёт ожидаемой защищённости для симметричного кабеля КМ-4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из  расчётов видно, что ожидаемая защищённость от шумов на входе регенератора больше требуемой, следовательно, выбранная  линия удовлетворяет необходимым  параметрам.

 

ГЛАВА 7. Расчет требуемого числа уровней квантования

7.1 Равномерное квантование

      Если на вход квантователя поступает сигнал, находящийся в пределах области квантования, то осуществляется квантование, которое характеризуется некоторой мощностью шумов квантования, не зависящей от уровня сигнала.

Если  сигнал выходит за пределы этой области, сигнал на выходе будет иметь максимальный разрешенный уровень. Этот случай соответствует  перегрузке квантователя и называется режимом ограничения. Искажения  из-за ограничения зависят от выбора уровня перегрузки. Область малых  входных сигналов характеристики квантователя имеет место, когда уровень входного сигнала становится меньше одного шага квантования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.2 Неравномерное квантование

 

      Использование равномерного квантования не является оптимальным. В реальных системах ИКМ с временным разделением каналов используется неравномерное квантование, которое может быть осуществлено различными способами:

• сжатием динамического диапазона сигнала перед равномерным квантованием и последующим компенсирующим расширением его после линейного декодирования;
• непосредственно в кодирующем устройстве, т.е. путем применения нелинейного кодирующего устройства;
• с помощью соответствующего цифрового преобразования сигнала, формируемого на выходе линейного кодера, т.е. кодера с равномерной характеристикой (цифровое компандирование).

При неравномерном кодировании используются 8-ми разрядные коды, т.е. число уровней  квантования равно 256.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.3 Характеристика квантования

 

     В настоящее время на практике находят применение два последних способа, а первый способ является наиболее удобным для проведения теоретического анализа процесса неравномерного квантования. При его использовании применяют А- характеристики или m-характеристики компрессирования. В данном случае используется характеристика компрессирования типа А.

Характеристика компрессирования — зависимость y от х, где

 

Где определяется по формуле:

 

 

Определим и построим отношение сигнал-шум  для А-характеристики.

 

При уровнях сигнала, больше чем :

 

При уровнях сигнала, меньше чем :

 

 

 

Для сигнала, относительная величина которого не превышает 1/A квантование носит равномерный характер. Поэтому уровень шума есть постоянная величина. Если все уровни сигнала лежат выше 1/А, то квантование является логарифмическим и мощность шумов пропорциональна мощности сигнала. Реальные сигналы имеют широкий диапазон и обычно подвергаются равномерному и логарифмическому квантованию. Мощность шума в этом случае не может быть меньше, чем мощность шума обусловленная каким-либо одним видом квантования; но она не может и превышать сумму двух указанных компонентов шума, которая точно равна верхней границе (двойное неравенство). Из зависимости видно, что верхняя и нижняя границы асимптотически сближаются как при больших, так и при малых уровнях сигналов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 8. Расчет шумов оконечного оборудования.

8.1 Расчет допустимых величин отклонений периода дискретизации от номинального значения.

 

      Практически во всех ЦСП используется равномерная дискретизация сигналов по времени, то есть дискретизация с постоянным периодом . Она позволяет осуществить объединение и разделение канальных сигналов, отсчеты которых передаются по многоканальному тракту поочередно, а также позволяет осуществить синхронно-периодический режим работы основных импульсных устройств (кодера и декодера).

      Отклонения от периода дискретизации носят случайный характер. Эти отклонения приводят к изменению формы принимаемого сигнала, что субъективно воспринимается как характерная помеха, называемая шумами дискретизации.

      Величина отклонений определяется главным образом низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов, вызванными неточностью работы линейных регенераторов, и нестабильностью задающих генераторов станций передачи.

 

а – относительные отклонения периода, вызванные нестабильностью задающих генераторов

b – относительные отклонения периода, вызванные низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов

Найдем относительные отклонения исходя из условия, что a = b

 

 

 

Найдем  — величины отклонения вызванные нестабильностью задающих генераторов и низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов.

 

Экспериментально  показано, что в канале ТЧ, образованном на базе ОЦК (T_Д=125 мкс), предельная величина отклонения не должна превышать 810 нс. Это соответствует минимально допустимой защищенности от шумов дискретизации в канале ТЧ равной 34дБ.

Полученная  нами величина отклонения от номинального значения периода дискретизации  меньше предельно допустимой (0.024 нс в нашей системе против 810 нс положенных по норме), следовательно, неточность работы линейных регенераторов и нестабильность задающих генераторов находится  в пределах нормы.

 

8.2 Расчет соотношения между шумами квантования и инструментальными шумами.

 

     В процессе аналого-цифрового преобразования в оконечном оборудовании возникают шумы, определяемые отклонением характеристик преобразователя от идеальных. Указанные отклонения вызываются переходными процессами при формировании АИМ – группового сигнала и конечной точностью работы отдельных узлов кодера. Уровень инструментальных шумов возрастает при увеличении скорости передачи и разрядности кода.

 

 

ε — среднеквадратическое значение приведенной инструментальной погрешности  преобразования

m — разрядность кода

δ — шаг квантования (для неравномерного квантования берётся минимальное  значение шага

 

 

 

 

Для равномерного квантования:

 

 

Для неравномерного квантования:

 

 

 

8.3 Расчет защищенности от шумов незанятого канала

 

     При уровне входного сигнала меньше одного шага квантования на выходе появляется случайная последовательность нулей и отсчетов с амплитудой, равной шагу квантования, различной или одинаковой полярности. Подобные условия возникают и в отсутствии входного сигнала, когда ложный сигнал генерируется тепловым шумом или на входе квантователя действует низкочастотный фон на частоте сети или ее гармоник. Кроме того, к возникновению шума в режиме молчания может привести и случайный дрейф нуля характеристики квантователя относительно входного сигнала. Псофометрическая мощность возникающего по этим причинам шума получила название шума незанятого канала.

 

 

 

 

 

Для равномерного квантования:

 

 

Для неравномерного квантования:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 9. Нормирование качества передачи информации по ОЦК в соответствии с рекомендацией G.821 Международного Союза Электросвязи.