Проектирование цифровой линии передачи. 3

МИНИСТЕРСТВО  СВЯЗИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ

КАФЕДРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

К защите допустить 

Зав. кафедрой  ТКС

<.....>............2007 г.

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

на тему: Проектирование цифровой линии передачи

Разработчик    Копейко А.О.

Руководитель   Мясникова

Минск 2007

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ОПИСАТЕЛЬНЫЙ  РАЗДЕЛ 5

1.1 Выбор и характеристика системы передачи 5

1.2 Характеристика  кабеля 9

1.3 Характеристика трассы кабельной линии 12

2 РАСЧЕТНЫЙ  РАЗДЕЛ 14

2.1 Расчет схемы  организации связи 14

2.2 Расчет затухания участков  регенерации 17

2.3 Расчет вероятности  ошибки 18

2.3.1 Расчет допустимой  вероятности ошибки 18

2.3.2 Расчет ожидаемой  вероятности ошибки 19

2.4 Расчет напряжения  ДП 22

3 КОНСТРУКТИВНЫЙ  РАЗДЕЛ 24

       3.1 Комплектация оборудования 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27

ЛИТЕРАТУРА 28

ВВЕДЕНИЕ

Цифровые системы передачи (ЦСП) информации характеризуются специфическими, отличными от аналогов систем, свойствами. Основные преимущества этих систем заключаются в следующем:

• более высокая помехоустойчивость, что позволяет значительно облегчить требования к условиям распространения сигнала линии передачи;
• возможность интеграции систем передачи сообщений и их коммутации;
• незначительное влияние параметров линии передачи на характеристики каналов;
• возможность использования современной технологии в аппаратуре ЦСП;
• отсутствие явления накопления помех и искажений вдоль линии передачи;
• более простая оконечная аппаратура по сравнению с аппаратурой систем передачи с частотным разделением каналов (ЧРК);
• легкость засекречивания передаваемой информации.

Самым существенным достоинством ЦСП предоставляется возможность  передачи цифровых данных между ЭВМ  и вычислительными комплексами  без каких-либо дополнительных устройств преобразования или специальных аппаратных средств. Действительно, параметры стандартного аналогового канала оптимизируются по критериям заданного качества передачи речевого сообщения. Поэтому некоторым характеристикам (таким, как групповое время запаздывания) уделяется меньшее внимание, чем искажениям, оказывающим более ощутимое влияние на качество передачи. Использование аналоговой сети для передачи данных требует специальных мер, приводящих к существенным затратам, для компенсации неравномерности характеристики группового времени запаздывания, что обычно и делается в модемах передачи данных и всевозможных устройствах преобразования сигналов (УПС). В противоположность этому в ЦСП основным параметром, которым характеризуется качество передачи, является коэффициент ошибок. Каналы с малым коэффициентом ошибок в тракте передачи реализуются достаточно просто. В случае необходимости влияние ошибок, возникающих в тракте, можно практически полностью исключить, воспользовавшись теми или иными способами защиты от ошибок.

Цифровые системы передачи (ЦСП) находят все более широкое  распространение на сетях связи. В настоящее время в нашей стране освоен серийный выпуск аппаратуры ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480,аппаратуры цифровой передачи сигналов звукового вещания (АЦВ) и др. Разработаны и внедряются в серийное производство аппаратура ИКМ-1920, кодово-импульсной телеграфии (КИТ), цифровой телевизионной соединительной линии (ТСЛ-Ц) и др.

Целью данной курсовой работы является создание качественных каналов связи на заданном направлении. В ней рассмотрен основной круг вопросов, решаемых в процессе проектирования:

• составление схемы организации связи;
• размещение регенерационных пунктов;
• расчет помехозащищенности цифровых линий передачи;

расчет цепей  дистанционного питания.

1 Описательный  раздел

1.1Выбор  и характеристика системы передачи

Система передачи должна обеспечивать требуемое число  каналов и групповых потоков, а также иметь запас на развитие, поэтому, исходя из значения числа каналов, указанного в задании, выбираем систему ИКМ-120у.

Сочетание линий  одночетверочных  и четырехчетверочных кабелей, оснащенных аппаратурой ИКМ-120у, позволяет строить разветвленные  сети и получать различные пучки  каналов: до 240 на линиях одночетверочного и до 960 на линиях четырехчетверочного кабеля.

Определим требуемое  число систем передачи для организации  заданного числа каналов на каждом из участков сети по формуле:

                                   Nсп  =  Nкан/Cсист,      (1)

где Nсп  – количество систем;

Ссист – емкость системы передачи в каналах ТЧ;

Nкан  – заданное количество каналов на участках (ОП1-ОП2), (ОП1-ПВ), (ОП2-ПВ).

Nсп_{(ОП1-ОП2)}   =300/120=2,5≈3;

Nсп _(ОП1-ПВ) =120/120=1;

Nсп_(ОП2-ПВ)  =60/120=0,5≈1.

Запас каналов  на развитие на каждом из участков (ОП1-ОП2; ОП1-ПВ; ПВ-ОП2) вычислим по формуле:

Nрез = Nсп  • Ссп – Nкан           (2)

Nрез_{(ОП1-ОП2)} = 3•120-300=60;

Nрез_(ОП1-ПВ)  =1•120-120=0;

Nрез_(ОП2-ПВ)  =1•120-60=60.

Система передачи ИКМ-120у предназначена для организации  каналов на местных и внутризоновых сетях связи путем уплотнения высокочастотных симметричных кабелей. Система обеспечивает организацию 120 каналов ТЧ или передачу стандартной 60-канальной группы со спектром 312…552 кГц и одного первичного цифрового потока на 30 каналов (общее число каналов при этом - 90). Скорость передачи группового потока 8448 кбит/с, общая длина переприемного участка до 600 км, расстояние между обслуживаемыми пунктами до 200 км, длина регенерационного участка 5±0.5км. Линейный тракт организуется по двухкабельной четырехпроводной схеме связи. Применение двухкабельной схемы обеспечивает необходимую защищенность между прямым и обратным направлениями передачи.

Структурная схема состава оборудования системы ИКМ-120у приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема аппаратуры ИКМ120-у.

Аппаратура ИКМ-120у  предназначена для организации  каналов на местных и внутризоновых  сетях путём уплотнения высокочастотных  кабелей ЗКПАП 1×4, МКСА 4×4, МКСБ 4×4, МКСАП 4×4, МКССП 4×4, МКСБ 7×4. Аппаратура обеспечивает организацию до 120 КТЧ при скорости передачи группового потока 8448 кбит/с. Линейный тракт организован по двухкабельной четырёхпроводной схеме.

В состав аппаратуры входит следующее оборудование: вторичного временного группообразования (ВВГ), аналого-цифрового преобразования вторичной группы(АЦО-ЧД-2), оконечное оборудование линейного тракта(ОЛТ), необслуживаемые регенерационные пункты(НРП), а также следующие контрольно измерительные приборы: пульт для испытания линейных трактов и регенераторов(ПИЛТ), предназначенный для измерения  коэффициента ошибок в линейном тракте как с перерывом, так и без перерыва связи; пульт для настройки и проверки регенераторов (ПНПР) в комплексе с ПИЛТ, предназначенный для настройки и проверки регенераторов в условиях производства и эксплуатации; пульт ИЗКЛ, предназначенный для измерения рабочего и переходного затуханий участков линейного тракта между НРП.

В передающей части оборудования ВВГ формируется групповой поток  путём побитового объединения четырёх  цифровых потоков со скоростью 2048 кбит/с. Формирование этих потоков может происходить либо в аппаратуре ИКМ-30, либо в оборудовании АЦО-ЧД-2. В первом случае  с помощью оборудования ВВГ может быть организовано 30×4=120 КТЧ.

Во втором случае в  оборудовании АЦО-ЧД-2 формируются три потока со скоростью 2048 кбит/с, которые совместно с четвёртым потоком, сформированным в аппаратуре ИКМ-30, подаются на вход оборудования ВВГ. При этом может быть организовано 60+30=90 КТЧ.

Оборудование ОЛТ осуществляет дистанционное питание и контроль НРП, а также организацию служебной связи. Дистанционное питание осуществляется по рабочим парам кабелей прямого и обратного направлений передачи. Длина секции дистанционного питания (ДП)-200 км, то есть через каждые 200 км в линейном тракте устанавливаются ОРП(стойки ОЛТ). Номинальная протяжённость регенерационного участка-5 км. В качестве первичных источников питания используются станционные батареи с номинальным напряжением 60 или 24 В.

Оборудование ВВГ основано на принципе двустороннего согласования  скоростей и двухкомандного управления. В оборудовании предусмотрено три режима работы: асинхронный, синхронный и синхронно-синфазный.

Встроенная система  контроля и сигнализации позволяет  автоматически, без перерыва связи  контролировать работу всех узлов ВВГ, сигнализировать о возникшем нарушении и определять место неисправности с точностью до блока. Служебная связь между оборудованием ВВГ, расположенным на разных станциях, осуществляется по цифровому каналу, организованному методом дельта-модуляции. На СОЛТ (2600×600×225×мм) располагается до восьми комплектов ВВГ (960 телефонных каналов).

Оборудование АЦО-ЧД-2 используется для замены участка  линейного тракта аналоговой системы. На стойки САЦО-ЧД-2 размещается по одному комплекту оборудования АЦО-ЧД-2, ВВГ  и АЦО аппаратуры ИКМ-30. Передача линейного сигнала осуществляется в коде КПВ-3 или ЧПИ.

Телеконтроль линейного  тракта производится без перерыва связи  по рабочим парам кабеля. Сигналы  запроса, вырабатываемые в ОЛТ, и  ответные сигналы, вырабатываемые в  НРП, передаются на частоте 6,4 кГц. Длина секции телеконтроля составляет 200км. Служебная связь ОЛТ-ОЛТ или ОЛТ-НРП осуществляется по рабочим парам кабеля в полосе 0,3÷3,4 кГц.

В аппаратуре используется НРП трёх типов. НРП-Г8 рассчитан  на восемь двусторонних регенераторов. НРП-К4-на четыре двусторонних регенератора, НРП-О2- на два.

Основные параметры  системы ИКМ-120у представлены в  таблице 1.

Таблица 1 – Основные параметры системы передачи

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 4 группы по 264 импульсных позиции. В каждой группе позиции 1…8 занимают служебные символы, 9…264 – информационные символы. Такое разнесение служебных символов по группам помогает уменьшить память ЗУ передачи и приема, т.к. за время передачи одновременно 32 служебных символов в память ЗУ поступит 8 импульсных позиций первичного потока. В первой группе на позициях 1…8 передается синхрокомбинация 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 – информационные значения (0или 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 БАС_пр не поступают.

1.2 Характеристика кабеля

Междугородние симметричные кабели по виду изоляции делятся на:

• кордельно-бумажные МК;
• кордельно-полистирольные (стирофлексные) МКС;
• полиэтиленовые МКП.

Наружные оболочки изготавливаются  из свинца, алюминия или стали. Для междугородней связи применяются в основном 4х4 и 7х4 конструкции кабелей, а для Зоновой (внутриобластной связи) – конструкция 1х4. Кабели предназначены для системы передачи К-60 в спектре 252 кГц при напряжении дистанционного питания 1000В постоянного тока (690 В переменного тока).

Кроме того, эти кабели используются для цифровой системы  передачи ИКМ-120 и аналоговой системы  К-1020 с. Наибольшее применение имеют кабели с кардельно-полистирольной (стирофлексной изоляцией МКС). Во всех случаях сердечник кабеля идентичен. Кабели типа МКС изготавливаются 7х4, 4х4, 1х4; строительная длина 825 м. Диаметр медных жил 1,2 мм. Токопроводящие жилы высокочастотных четверок изолируются разноцветным полистирольным кабелем диаметром 0,8 мм и полистирольной лентой толщиной 0,05 мм с перекрытием  25-30%. Первая пара каждой четверки состоит из жил красного и желтого цветов, вторая пара из жил синего и зеленого цветов. Центр четверки заполняется стирофлексным корделем диаметром 1,1 мм. Шаги скрутки всех четверок различны, взаимосогласованы и лежат в пределах 125-275 мм. Кабели со свинцовой оболочкой и соответственной броней имеет марки МКСГ, МКСБ и МКСК. Толщина свинцовой оболочки у МКСБ 1,25 мм, а у остальных – 1,4 мм. Диаметр МКСБ 4х4 – 29 мм, масса 1840 кг/км. Конструкция наиболее распространенного кабеля МКС 4х4 приведена на рис.2.

Рисунок 2- Конструкция кабеля МКСБ 4х4.

Таблица2-Основные параметры  кабеля.

Таблица 3 – Использование пар кабеля при работе СП.

1.3 Характеристика  трассы кабельной линии

Выбор трассы линии  передачи определяется географическим положением пунктов, между которыми должна быть организована связь. Также должны быть выполнены основные требования, предъявляемые к строительству кабельной линии связи для снижения затрат по прокладке кабеля в грунт, измерение характеристик кабельной линии и оборудования линейного тракта проектируемой линии передач в процессе настройки, проведение монтажных и наладочных работ.

При этом проектируемая трасса кабельной линии должна отвечать следующим требованиям:

- иметь минимальную длину  и проходить вдоль автомобильных  дорог (для обеспечения транспортировки материалов при строительстве и передвижения обслуживающего персонала при эксплуатации линии передачи);

- иметь минимальное количество  естественных и искусственных  преград на своем пути (рек,  болот, карьеров, населенных пунктов,  пересечений с автомобильными и железными дорогами, подземными коммуникациями и т.д.);

- по возможности должна  быть удалена от высоковольтных  линий передачи (ЛЭП), электрофоцированных  железных дорог и не иметь  сними пересечения. В противном  случае должны быть предусмотрены специальные меры по снижению опасных и мешающих влияний и защиты кабельной линии связи от блуждающих токов в соответствии с установленными требованиями и нормами.

При невозможности  прокладки трассы линии передачи вдоль автомобильных дорог на отдельных участках допускается ее отклонение для сокращения длины и обхода искусственных и естественных преград. При выборе основного и альтернативного вариантов трассы мы установили, что протяженность основного варианта трассы составляет 76,58 км, а альтернативного – 79,18. Альтернативный вариант имеет большее количество пересечений с автодорогами, чем основной вариант, а также большее количество водных преград. На пути следования трассы основного варианта встречаются 6 населенных пунктов, таких как: Королев Стан, Городище, Домашаны, Барсуки, Пересады, Струпень. На пути следования трассы альтернативного варианта – 9 населенных пунктов. Из сравнения можно сделать вывод, что основной вариант имеет лучшие характеристики, чем альтернативный. На карте выделен толстой линией.

Таблица 4 – Варианты прохождения трассы.

2 Расчетный раздел

2.1 Расчет  схемы организации связи

Схема организации  связи разрабатывается на основе заданного числа каналов и  схемы их распределения по магистрали. На схеме указывается расстояние между станциями, организация служебной связи, телеконтроля и дистанционного питания. ОРП устанавливаются при расстояниях превышающих возможности дистанционного питания или при необходимости выделения в промежуточном пункте части каналов или групповых цифровых потоков. Для размещения НРП необходимо определить номинальную длину участка регенерации (l_ном).

                                          l_ном = А_ном/α_{t max}      (3)

где А_ном – номинальное значение затухания участка регенерации (из технических данных на систему передачи);

       α_{t max} – коэффициент затухания кабеля на расчетной частоте при максимальной температуре грунта.

Коэффициент затухания  кабеля для температуры грунта, отличной от 20° С (справочное значение), определяется по формуле

                                          α_t = α₂₀ •(1-α_α•(20-t))    (4)

где α₂₀ – коэффициент затухания кабеля при температуре 20˚С;

α_α – температурный коэффициент изменения затухания;

t – расчетная  температура.

Исходя из технических характеристик кабеля α₂₀=11.4дБ/км

          α_t = 11.4*(1-1.9*10^-3*(20-17))=11.34

Номинальная длина  участка регенерации:

l_ном=55/11.34=4.85

Число участков регенерации между обслуживаемыми станциями определяется по формуле:

где l _{(оп1-пв,пв-оп2)} – расстояние между соседними обслуживаемыми пунктами, км. (т.е. ОП1-ПВ и ОП2-ПВ).

N_уч.рег =57,33 /4.85 =11,82 (ОП1-ПВ),

N_уч.рег=19,25/4.85 =3,97 (ОП2-ПВ).

Укороченные участки  размещаются прилегающими к обслуживаемым  станциям и дополняются до номинального затухания путем включения искусственных линий (ИЛ). Если укороченный участок больше 0,5 l_ном, длина участка определяется по формуле

l_ук.уч.=К• l_ном,        (6)

где К – дробная  часть при определении Nуч.рег.

l_ук.уч.=0,82·4,85=3,977(ОП1-ПВ),

l_ук.уч.=0.97·4.85=4.7(ОП2-ПВ).

ИЛ имеет  параметры, эквивалентные отрезкам кабеля от 0,1 до 1,5 км ступенями через 0,1 км. Определить длину ИЛ.

                                    l_ил= l_ном –l_ук.уч.       (6а)

  l_ил=4.85 –3,977=0.87(ОП1-ПВ),

  l_ил=4.85 –4.7=0.15(ОП2-ПВ).

Укороченные участки  прилегают к обслуживаемым станциям. Число НРП между обслуживаемыми станциями определяется по формуле

     Nнрп  = Nуч.рег. – 1      (7)

  Nнрп=12–  1=11 (ОП1-ПВ),

Nнрп=4– 1=3(ОП2-ПВ).

Распределение длин участков регенерации сведем в таблицу 5.

Таблица 5 –  Размещение регенераторов

Таблица 6 –  Распределение НРП по проектируемой  линии

2.2 Расчет  затухания участков регенерации

Для проверки правильности предварительного размещения НРП, необходимо определить вероятность ошибки, которая зависит от величины защищенности. Защищенность определяется разностью уровней полезного сигнала и помех. Уровень полезного сигнала зависит от затухания участка регенерации, которое определяется по формуле:

                        А_уч.рег.=А_каб.+А_ил.= α_t• l_каб.+ α₂₀• l_ил,   (8)

где l_каб. – длина кабеля на расчетном участке регенерации (l_каб.= l_ном.);

l_ил. – эквивалентная длина искусственной линии;

α_t – коэффициент затухания кабеля на расчетной температуре;

α₂₀ – коэффициент затухания кабеля при температуре 20˚С.

А_уч.рег.=11.36·3,98+11.4·0.9=45.21+10.26=55.47

А_уч.рег.=11.36·4.85=55.1

А_уч.рег.=11.36·4.7+11.4·0.2=53.39+2.28=55.67

Таблица 7– Затухание  участков регенерации

2.3 Расчет вероятности  ошибки

2.3.1 Расчет допустимой вероятности ошибки

Переходные  помехи и собственные шумы корректирующих усилителей приводят к появлению  ошибок в цифровом сигнале, которые  вызывают искажение передаваемой информации. Для обеспечения заданного качества вероятность ошибки нормируется. Общая вероятность ошибки в пределах глобальной сети не должна превышать 1·10^-6, для национальной сети вероятность ошибки не должна превышать значений, заданных в таблице 8.

Таблица 8 –  Допустимая вероятность ошибки

При равномерном  размещении регенераторов вероятность  ошибки пропорциональна длине связи  и определяется по формуле

              Р_{ош.доп.лт.}= Р_{ош.доп.1км}•l_оп-оп=( Р_ош.доп / l_мах)• l_оп-оп (9)

где Р_{ош.доп.1км} – допустимая вероятность ошибки на 1 км линейного тракта;

l_оп-оп – расстояние между оконечными станциями на проектируемой линии.

(l_оп-оп= l_оп1-пв+ l_оп2-пв).

Р_{ош.доп.лт.}=(1·10^-7/600) ·76,58=127,63·10^-10

Рассчитаем  Р_{ош.доп.лт} для ОП1-ПВ и ОП2-ПВ.

Р_{ош.доп.лт.}=(1·10^-7/600)·57,33=95,6·10^-10

Р_{ош.доп.лт.}=(1·10^-7/600)· 19,25=32,03·10^-10

2.3.2 Расчет  ожидаемой вероятности ошибки

Ожидаемая вероятность  ошибки зависит от величины защищенности на входе регенератора.

Для цифровых систем, предназначенных для работы по симметричному  кабелю, преобладающими шумами являются шумы от линейных переходов, причем в однокабельных системах – переходные шумы на ближний конец, а в двухкабельных – переходные шумы на дальний конец.

Расчет величины защищенности определяется по формулам в зависимости от схемы организации  связи:

- для двухкабельной системы

                                   А_зд = Аl_ср-А_уч.рег.-10 lg(n-1)–σ_l-q, (10)   

где  n – количество линейных трактов в кабеле;

Аl_ср – среднее переходное затухание на дальнем конце (ЗКА 1х4х1.2 Аср=85дБ; МКСБ 4х4х1.2 Аср=87дБ).