Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование цифровой системы передачи

Курсовая работа

Тема: Проектирование цифровой системы передачи.

Содержание

Задание на курсовой проект.........................................................................................................3

Раздел 1. Выбор частоты дискретизации телефонных сигналов, расчет количества

разрядов в кодовой комбинации и защищенности от шума квантования...............................4-5

Раздел 2. Разработка укрупненной структурной схемы ЦСП..................................................6

Раздел 3. Разработка структуры цикла и сверхцикла первичной ЦСП и расчет

тактовой частоты сигнала в линии..............................................................................................7-8

Раздел 4. Построение сигналов на входе регенератора для заданной кодовой

комбинации....................................................................................................................................9-10

Раздел 5. Размещение станций разработка схемы организации связи на базе системы

передачи ИКМ-120........................................................................................................................11

Раздел 5.1. Размещение станций цифровой линии передачи на базе ИКМ-120.....................11-12

Раздел 5.2. Разработка схемы организации связи.....................................................................13-15

Раздел 5.3. Расчет допустимой вероятности ошибки в проектируемом

линейном тракте............................................................................................................................15

Раздел 5.4. Расчет защищенности для регенераторов СП по симметричному кабелю.........16

Раздел 5.5. Расчет вероятности ошибки цифровой линии передачи ...................................17

Раздел 6. Оценка надежности ЦСП.............................................................................................18-20

Список литературы ......................................................................................................................21

Задание на курсовую работу

Таблица №1

№	№ варианта	22
1	Протяженность линейного тракта, км	300
2	Количество каналов ТЧ, шт. n1	240
3	Количество переприемов каналов ТЧ. N	1
4	Коэффициент шума корректирующего усилителя	7
5	Амплитуда импульса на выходе регенератора, В	4
6	Защищенность от шума квантования выхода канала, дБ А_з	23
7	Среднее количество щелчков от цифровых ошибок, К	8
8	Кодовая последовательность символов	101010110101

Раздел 1.

Выбор частоты дискретизации телефонных сигналов, расчет количества разрядов кодовой комбинации и защищенности от шума квантования.

Задание: Выбрать частоту дискретизации телефонных сигналов, обосновать выбор. Определить количество разрядов в комбинации, необходимые для обеспечения требуемой защищенности от шума

Выбор Fд определяется по следующей формуле:

Fд > 2Fв где [1]

Fв - частота верней боковой = 3,4 кГц

Данный диапазон частот ТЧ = (0,3÷3,4) кГц

Для выбора Fд необходимо рассчитать по 2 способам:

1) Fд = 2Fв 2) Fд > 2Fв

Fд = 2 * 3,4 = 6,8 кГц Fд > 2 * (2,3÷2,4) = 8 кГц

6,8 - 0,3 = 6,5 8 - 0,3 = 7,7

6,8 - 3,4 = 3,4 fc 8 - 3,4 = 4,6 fc

Рисунок 1. Частота дискретизация

при Fд= 2Fв

Рисунок 2. Частота дискретизация

при Fд >2Fв

Вывод: Выбираем Fд > 2Fв, так как данный вид решения позволяет нам не использовать фильтр идеального параметра т.е. фильтр любого типа.

Определяем количество разрядов кодовой комбинации по следующей формуле:

т=Ц [Аз + 10 lg (п+1) + (15+17)] /6, где [2]

т- количество разрядов

Ц- ближайшее целое от числа, стоящего в скобках

Аз- защищённость от шумов квантования на выходе канала

п- количество переприемов по ТЧ

Расчет защищенности от шума квантования определяет величину защищенности при равномерном квантовании.

Решение: т=Ц [Аз + 10 lg (п+1) + (15+17)] /6 = [23 +10lg(1+1) + 16]/ 6= 7

Определяем защищенность от шума квантования:

А кв•р = 6•т + 1,8 + 20lg (Um/Uo) (дБ), где [3]

т- количество разрядов кодовой комбинации

Uo- напряжение соответствующее порогу перегрузки АЦП

Um- амплитуда гармонического сигнала при равномерном квантовании, принимается равным 0.

Максимальная защищенность при неравномерном квантовании достигает при Um= Uo/4 и составляет

А кв•тах = 6 • т + 1,8 + 20 lg (1/4) (дБ) [4]

Решение: А кв•тах = 6 • т + 1,8 + 20 lg (1/4) = 6 • 7 + 1,8+20lg(1/4)= 31,75 дБ

Определяем защищенность при неравномерном квантовании:

Определим максимальную защищенность сигнала в пункте приема с учетом заданного числа переприемов по тональной частоте и аппаратных погрешностей АЦП, которые составляют 2-3 дБ

А кв•тах = 6 • т- 30,3 - 10lg (п+1) - (2÷3) (дБ) [5]

Решение: А кв•тах = 6 • т-10-10 lg (п+1) - (2÷3) = 6 • 7-10 -10lg(1+1) - 3 = 27 дБ

Минимальная величина будет на (3÷4) дБ меньше максимальной

А кв•min = А кв•тах - (3÷4) (дБ) [6]

Решение: А кв•min = А кв•тах - (3÷4) = 27- 4 = 23 дБ

Раздел 2

Разработка укрупненной структуры схемы ЦСП

Задание: разработать и вычертить структурную схему ЦСП соответствующую заданному количеству каналов. Указать значение блоков и дать краткое описание их взаимодействия.

Определим количество систем ИКМ-30:

N ₃₀ = N _кан / 30, где [7]

N кан- заданная величина

N зо- количество каналов ТЧ в первичной СП

Решение; N ₃₀ = N кан / 30 = 240/30 = 8 шт.

Определим число ИКМ-120:

N₁₂₀ = N ₃₀/4, где [8]

N ₃₀- количество первичных СП

4- количество первичных СП входящих в состав вторичной СП (полученное значение округлить в большую сторону целого числа)

Решение: N₁₂₀ = N ₃₀ / 4 = 8 /4 = 2 шт.

Рисунок 3. Схема организации связи системы передачи ИКМ-120.

Раздел 3

Разработка структуры и сверхцикла первичной ЦСП, расчет тактовой частоты сигнала в линии.

Задание: Разработать структуру цикла и сверхцикла проектируемой ЦСП используемой аппаратуры ИКМ-30.

Рисунок 4. Структура цифрового линейного сигнала ИКМ-30 (первичный цифровой поток)

Определим среднюю величину периода цикловой синхронизации по формуле:

Тср = (Н/2^в+1) *То, где [9]

Н- число информационных позиций, заключенных между двумя соседними

синхрокомбинациями

т- количество разрядов

То- временной интервал между двумя ближними синхрокомбинациями

в- количество символов в синхрокомбинации

в = т-1 [10]

Решение: в = т-1 = 7-1 = 6

То = 2 * Тц = 2/fд, мс [11]

Решение: То = 2 * Тц = 2/fд = 2/8 = 1/4 = 0,25 мс

Н = 31*2*m+m = m (31 *2+1) [12]

Решение: Н = 31 *2*m+m = m (31*2+1) = 7 (31*2+1) = 434

Следует что: Тср = (Н/ 2^в+1) *То = (434/2⁷ + 1) *0,25 = (434/64 + 1) *0,25 = 1,2

Определим тактовую частоту первичного цифрового потока по формуле:

ft1 = N *fд * m, где [13]

fд- частота дискретизации, равная 8 кГц

N- количество интервалов в первичном цифровом потоке

т- количество разрядов

Решение: ft1 = N * fд * т = 32 * 8 * 7 = 1792 кГц

Определим ft2 при объединении первичных цифровых потоков по следующей формуле:

ft2 = n1 *ft1 (1+q) (кГц), где [14]

n1- количество объединяемых цифровых потоков.

q- отношение числа дополнительных символов в цикле объединяемого

При синхронном объединении q = 0,03

При асинхронном объединении q = 0,04

Решение: ft2 = n1 *ft1 (1+q) = 8 * 1792 (1 + 0,04) = 14909,44 кГц

Раздел 4

Построение сигналов на входе регенератора для заданной кодовой комбинации.

Задание: Обосновать целесообразность применения в ЦСП линейного кода ЧПИ. Записать последовательность символов в коде ЧПИ. Символы, используемые в комбинации кода ЧПИ, могут иметь три уровня: -1, 0, +1.

Начертить и пояснить схему регенератора, показать на графике этапы восстановления сигналов в регенераторе.

Рисунок 5. Структурная схема линейного регенератора.

По заданию дана кодовая комбинация: 101010110101

Рисунок 6. Диаграмма линейного кода ЧПИ для кодовой комбинации 101010110101

Раздел 5

Размещение станций разработка схемы организации связи

на базе систем передачи ИКМ-120

Задание: Определить значение затухания регенерационного участка, рассчитать число регенерирующих участков на секции ДП.

Разработать схему организации связи, рассчитать защищенность цифрового линейного сигнала.

Раздел 5.1

Размещение станций цифровой линии передачи на базе ИКМ-120.

Задание: Размещение станций цифровой линии передачи на базе ИКМ-120.

Определим рассчитанное значение затухания регенерационного участка по формуле:

αру <Аоср - σocp - 10lgN- 24,7 (дБ), где [15]

αру- затухание регенерационного участка

Аоср- среднее остаточная величина переходного затухания на дальнем конце для выбранного взаимного расположения влияющих пар (61,7)

σоср- стандарт отклонения сигнал/шум, (8,1)дБ,

N- Число одновременно работающих цифровых потоков системы передач ИКМ-120

24,7- запас соотношения сигнал/шум

Рассчитанное затухание на полутактовой частоте 0,5 fт = 1024 кГц должно находиться в пределах

10 ≤ ару ≤ 30 дБ

Решение: ару <Аоср – σоср - 10lgN - 24,7 (дБ) = 61,7 - 8,1 - 10lg4 - 24,7 ≤ 24,87 дБ

Произведем расчет длины регенерационного участка по формуле:

lpy = αру / λt max (км), где [16]

λt max- километрическое затухание кабеля при max t° грунта

lpy - 5±0,5 норма

Решение: lpy = αру / λt max = 22,87 /4,98 = 4,59= 5 км

λt max = λср max - ∆λt max (дБ/км), где [17]

λср max- (3,4÷5,2) дБ/км среднее значение километрического затухания для проектируемого кабеля

∆λt max- стандарт отклонения километрического затухания принимаемым равным (±0,6 дБ/км)

Решение: λt max = λср max - ∆λt max = 4,38 + 0,6 = 4,98 дБ/км

Найдем число регенерационных участков секции ДП по формуле:

nру = Е (Lc/ lpy) +1 (шт), где [18]

Е- функция целой части

Lc- проектная длина секции ДП для кабеля МКС равная 200 км.

Решение: nру = (Lc/ lpy) +1 = (200 / 5) +1 = 41 шт

Раздел 5.2

Разработка схемы организации связи.

Схема организации связи разрабатывается на основе произвольного предварительного размещения ОРП и НРП в процессе разработки схемы. Все расчетные данные внести в таблицу №2.

Определим количество участков ОРП:

NучОРП = Lmp/Lcдn (шт), где [19]

Lmp- протяженность линейного тракта по заданию.

Lcдn- длина секции ДП, для кабеля МКС равное 200 км.

Решение: N учОРП = Lmp/Lcдn = 300 /200 =1,5 ≈ 2 шт

Определим количество пунктов ОРП:

N ОРП=N учОРП-1, шт [20]

Решение: N ОРП=N учОРП-1= 2-1 = 1 шт

Рассчитаем количество регенерационных участков:

Nрегуч = Lтр / lрегуч шт [21]

Решение: N регуч = Lmp / lрегуч = 300/5= 60 шт

Рассчитаем количество регенерационных пунктов:

N регп = N регуч -1 шт [22]

Решение: N регп =Nрегуч-1 =60 - 1 =59 шт

Рассчитаем количество «чистых» НРП:

N НРП = N регп - N ОРП -1 шт [23]

Решение: N НРП = N регп -NОРП - 1= 59-1-1 = 57 шт

Таблица №2

Кол-во рег-ных участ. секции ДП

Кол-во участков в ОРП

Кол-во пунктов в ОРП

Кол-во рег-ных участков

Кол-во рег-ных пунктов

Кол-во

«чистых»

НРП

Рисунок 7. Схемы организации связи и расположения ОРП, НРП.

Раздел 5.3

Расчет допустимой вероятности ошибки в проектируемом линейном тракте.

Задание: рассчитать допустимую вероятность ошибки в проектируемом линейном тракте.

Переходные помехи и собственные шумы корректирующих регенераторов приводят к появлению цифровых ошибок в системе на входе приемной станции. Влияние цифровых ошибок на телефонную передачу отлично от влияние шумов в канале аналоговых систем. Каждая ошибка после декодирование в тракте приема оконечной станции приводят к быстрому изменению величины аналогового сигнала, вызывая неприятный щелчок в телефоне.

Экспериментально установлено, что заметные щелчки возникают в двух старших разрядах кодовой группы ИКМ сигнала. Качество связи является удовлетворительным, если в каждом из каналов ТЧ наблюдается не более одного щелчка в минуту, если частота дискретизации равна 8кГц,то что по линейному тракту передаются за минуту 8000*60=480000 кодовых групп, и опасным, в отношении щелчков, считается 2*480000=960000 старших разрядов.

Расчет вероятности ошибки:

Р_ош=1 / 960000≈ 10^-6[24]

По длине трассы L_тр допустимая вероятность ошибки на 1км трассы определяется по формуле:

Р_ош≤ 10^-6 /L_тр, км [25]

Решение: Р_ош ≤ 10^-6/L_тр= 10^-6 / 300= 0,25*10^-8

С целью обеспечения более высокого качество передачи МККТТ рекомендовал при разработке цифровых систем руководствоваться нормой вероятности на 1км цифрового линейного тракта величиной 10^-10 1/км. Допустимая вероятность ошибки для линейного тракта определяется по формуле:

Р_ош.доп=10^-10 * L_тр1/км [26]

Решение: Р_ош.доп=10^-10* L_тр= 10^-10*300= 3*10^-8 1/км

Раздел 5.4.

Расчет защищенности для регенераторов СП по симметричному кабелю.

Задание: Произвести расчет защищенности для регенератора СП по симметричному кабелю.

Рассчитаем величину переходного затухания между парами кабеля на дальнем конце:

Аз = Аоср — а рег.уч.t max —10lgn — Óocp — q (дБ), где [27]

Аоср- среднее статическая величина переходного затухания между парами кабеля на дальнем конце (61,7);

а рег.уч.t max- затухание регенератора при максимальной температуре;

п— количестве двухсторонних цифровых трактов в кабеле ИКМ-120;

Óocp — стандарт отклонение Аоср (7,3+9,8) дБ;

q— по защищенности при изготовлении регенераторов, принимаем равным 3.

Решение: Аз = Аоср — а рег.уч.t max — 10lgn — Óocp — q = 61,7 — 24,8 -10lg4 — 9,8 — 3 = 17,97 дБ

Рош определяем по таблице №3, посредством расчета переходного затухания (раздел5.5.)

Таблица №З

Аз,

дБ

16,1

17,7

18,8

19,7

20,5

21,1

21,7

22,2

22,6

Рош

10^-3

10^-4

10^-5

10^-6

10^-7

10^-8

10^-9

10^-10

10^-11

Рош=10^-5

Раздел 5.5

Расчет вероятности ошибки цифровой линии передачи.

По найденному значению Аз определить по таблице 3 значение Рош.

Помехозащищенность линии передачи оценивается вероятностью возникновения ошибки при прохождении цифрового сигнала через все элементы цифрового тракта.

Ожидание помехоустойчивости определяется вероятностью ошибки по длине всего линейного тракта и рассчитывать по формуле:

Рош.ож = ΣPoшi, где [28]

Poшi - вероятности ошибки i-гo регенератора.

Если вероятность ошибки для всех регенераторов тракта одинакова, то расчет ожидаемой ошибки в линейном тракте можно осуществлять по формуле:

Рош.ож =(N+1) Рош, где [29]

N- количество регенерационных пунктов

Решение: Рош.ож = (N+1) Рош = (59 + 1) * 10 ^-9 = 0,6 * 10 ^-5

Должно выполняться условие Рош.ож < Рош.доп. [30]

Решение: Рош.ож < Рош.доп

0,6 * 10 ^-5 < 3 * 10 ^-5

Раздел 6.

Оценка надежности.

Задание: Оценить надежности проектируемой ЦСП по следующим показателям: интенсивность отказов к среднему времени наработки, вероятность безотказной работы в течении суток, месяца, года, коэффициент готовности.

Вероятность противоположное действие — безотказной работы на этом интервале равна:

P(t) = 1 — q(t) [31]

Удобной мерой надежности элементов и систем является интенсивность отказов λ(t) представляющая собой условную плотность вероятности отказа в момент времени t, при условии что до этого момента отказов не было. Между функциями λ(t) и P(t) существует взаимосвязь:

T P(t) = е ^-S (to) λ(t) dt [32]

Интенсивность отказов примерно постоянно:

λ(t) = λ, в этом случае

P(t) = е^- ^λ

Среднее время безотказной работы, наработки на отказ находится как математическое ожидание случайной величины «время безотказной работы»:

tcp = So^∞t [ dq(t) / d(t)] dt = λ [33]

Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов:

tcp = 1 / λ [34]

Оценим надежность, некоторой сложной системы состоящей из множества разнотипных элементов.

ПустьP1(t), Р2(t)... Рп(t)- вероятность безотказной работы каждого элемента на интервале времени

от 0…t.

п- количество элементов в системе

Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы, то вероятность безотказной работы отдельных элементов определяется временем безотказной работы системы:

Tcp cucm = 1 / λ сист [35]

Значения всех необходимых для расчета параметров берем из таблицы №4

Таблица №4

Наименование

элемента

1 км. кабеля линии

АЦО

ВВГ

НРП

ОРП

λl/час

5 *10 ^-7

3 * 10 ^-6

5 * 10 ^-6

2 * 10 ^-7

10^-5

tв, час

5,0

0,5

4,0

1,0

Определим интенсивность отказа по формуле:

λcucm = λкабL + λацо * Qaцo + λввг * Qввг+λввг * Qввг+λнрп * Qнрп+λорп * Qорп [36]

λкаб- интенсивность отказов 1 км кабельной линии передачи.

Решение:

λсист= λкабL + λацо * Qацо + λввг * Qввг+λнрп * Qнрп+λорп * Qорп =

300 *5 * 10 ^-7 + 3 * 10 ^-6 *23+5 *10 ^-6 *4 + 2 *10^-7 *57 + 10 ^-⁵ = 27,04* 10 ^-5

Следует что: Тср сист = 1 / λсист= 1 / (27,04 *10 ^-5)= 3698 час

К числу основных характеристик надежности элементов относится коэффициент готовности:

Кг = tcp / tcp + tв, где [37]

tcp - среднее время восстановления системы, характеризующее вероятность того, что элемент будет работоспособный в любой момент времени.

Для расчета Кг необходимо определить среднее время восстановления связи tв:

[38]

где l_КАБ – интенсивность отказов, одного километра кабельной линии передач,

l_АЦО – интенсивность отказов АЦО одного комплекта передачи или приема,

Q_АЦО – количество АЦО на две СП (l_КАБ = 4М),

l_ВВГ – интенсивность отказов аппаратуры ВВГ,

Q_ВВГ – количество аппаратуры ВВГ (l_ВВГ =4 для двух СП),

l_НРП – интенсивность отказов одного НРП на обе СП,

Q_НРП – количество необслуживаемых регенерационных пунктов,

l_ОРП – интенсивность отказов ОРП,

Q_ОРП – количество ОРП (равно числу переприемов по ТЧ).

Решение:

часа

Следует что:

Кг = tcp / tcp + tв= 3698 / (3698 + 3,16) = 0,999

Вероятность безотказной работы в течении заданного времени определяется по формуле:

P(t) = е^-^λ^сист^*t [39]

Для t1 = 24 ч (сутки)

Р(t) = _е -27,04 * 10 ⁵ * 24= 0,991

Для t1 = 720 ч (месяц)

Р(t) = _е -27,04 * 10 ⁵ * 720 = 0,82

Для t1 = 8760 ч (год)

P(t) = _е -27,04 * 10 ⁵ * 8760 = 0,09

Список литературы:

Цифровые и аналоговые системы передачи В. И. Иванов и др. - М.: Радио и связь, 1995 г.
Скалин Ю. В. «Цифровые системы передачи»
Многоканальные системы передачи. Баева Н. Н. и др. - М.: Радио и связь, 1995 г.

4. Цифровые системы передачи информации. Левин Л. С. и др. -М.