Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Цифрова система передавання по металевому кабелю

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій

Курсовий проект

з предмету: Проектування систем передачі

на тему: Цифрова система передавання по металевому кабелю

виконав

Студент ТСДС-51

Козавчинський К.С.

Варіант №63

Перевірив

Доцент кафедри ТС

Власов О.М.

Київ 2012

ЗМІСТ

		Стор.
	Зміст…................................................................................................	2
	Вихідні дані........................................................................................	3
1	Вибір частоти дискретизації телефонних каналів, розрахунок кількості розрядів у кодовому слові і захищеності від перекручень квантування на виходах каналів ЦСП …...………….............	4
2	Розробка укрупненої структурної схеми кінцевого устаткування ЦСП………………………....………………….......................…….	6
З	Розробка структури часових циклів первинного цифрового сигналу і розрахунок тактової частоти агрегатного цифрового сигналу………….....……….................………………………….....	10
4	Побудова сигналу на виході регенератора для заданої послідовності символів. …........…..............…........……..................	14
5	Розрахунок максимальних довжин ділянок регенерації і вибір типу кабелю……………………………………………....…………	19
б	Оцінка надійності лінійного тракту ЦСП………....……...……….	26
7	Список літератури ……………………………………………..…....	29

Вихідні дані

Довжина лінійного тракту L, км.........................................550

Кількість переприйомів по ТЧ, n.........................................0

Кількість каналів передачі зі смугою ефективно

переданих частот 0,3...3.4 кГц, N.........................................120

Захищеність гармонічного сигналу від перекручень

квантування на виході каналу А_КВ, дБ, не менше..............24

Середній час відновлення циклового синхронізму

Т_в, мс, не більше....................................................................4,0

Припустима імовірність помилки на один км лінійного

тракту Р_о, 1/км.......................................................................0.6*10^-10

Коефіцієнт шуму коригувального підсилювача F,од. ......4,5

Амплітуда імпульсу на виході регенератора U_ПЕР, В........2,5

Кодова послідовність символів.................................1000100001000001

1. ВИБІР ЧАСТОТИ ДИСКРЕТИЗАЦІЇ ТЕЛЕФОННИХ СИГНАЛІВ, РОЗРАХУНОК КІЛЬКОСТІ РОЗРЯДІВ У КОДОВОМУ СЛОВІ І ЗАХИЩЕНОСТІ ВІД ПЕРЕКРУЧЕНЬ КВАНТУВАННЯ

НА ВИХОДАХ КАНАЛІВ ЦСП

У курсовому проекті необхідно обчислити частоту дискретизації (f_Д). Згідно з рекомендаціями МСЕ :

f_Д = (2.3...2.4) · F_В,

де: F_В – верхня частота вихідного сигналу, F_В = 3,4 кГц,

f_Д = 2.35 · F_В = 2.35 · 3,4 кГц = 8 кГц,

Т_Д =

125 мкс.

Кількість рівнів квантування N_кв визначається з виразу

N_кв = 2 ^m

де m-кількість розрядів.

Для кодування рівнів квантування вибираємо стандартну 8-розрядну кодову комбінацію (m=8), при використанні якої, можна досягти необхідної захищеності в 30 дБ.

Технічно реалізувати нерівномірне квантування доволі складно. Тому для досягнення цієї мети стискується динамічний діапазон сигналу на передавальному боці. Це досягається шляхом реалізації амплітудної характеристики типу А (А = 87,6 / 13) (табл.1). Оскільки характеристика компресії є непарною функцією, звичайно розглядають її позитивну частину:

Таблиця 1.1

Номер сегмента	Розмір кроку квантування	Верхня границя сегменту
7	64·Δ	U₀
6	32·Δ	U₀/2
5	16·Δ	U₀/4
4	8·Δ	U₀/8
3	4·Δ	U₀/16
2	2·Δ	U₀/32
1	1·Δ	U₀/64
0	1·Δ	U₀/128

U₀-рівень перенавантаження в у.о.

Δ-крок квантування в у.о.

Максимум захищеності в діапазоні рівнів –36 дБ ≥ р > - досягається при р = 20 · ℓg 64^–1 ≈ - 36 дБ і складає

А_КВО = 6 · m - 10, дБ,

де m - кількість розрядів у кодовому слові.

m = Ц {[A_кв + 10 · ℓg [2 · (n + 1)] + (16...17)] / 6},

n – кількість переприйомів по ТЧ;

Ц – означає найближче ціле число, більше числа, що стоїть у фігурних дужках; тоді

m = Ц [(24 + 10 · ℓg 1 + 17) / 6] = 7.

Нехай m = 7, n = 2. Визначаємо по наступній формулі мінімальну величину захищеності сигналу в пункті прийому у діапазоні рівнів

0 дБ ≥ p ≥ - 36 дБ;

А_{кв
мін} = 6 · m – (16 ... 17) – 10 · ℓg (n + 1);

А_{кв
мін} = 6 · 7 - 17 – 10 ℓg 1 = 48 – 17 – 0 = 25 дБ.

Максимальна величина захищеності у тому ж діапазоні буде приблизно на З дБ більше мінімальної.

А_{кв
макс} = А_{кв мін} + 3 = 25 + 3 = 28 дБ.

Креслимо на графіку горизонтальні прямі, що відповідають знайденим А_{кв
макс} і А_{кв мін} (рис.2). Захищеність при р = - 36 дБ приблизно на 2 дБ вище А_{кв
мін};

А_{кв 0} = А_{кв мін} + 2 = 25 + 2 = 27 дБ.

Значення захищеності від перекручень квантування в діапазоні рівнів 0 дБ ≥ p ≥ - 36 дБ лежать між цими прямими. У діапазоні 0 дБ ≥ р > - ∞ квантування є рівномірним і тому А_кв зменшується на 1 дБ при зменшенні рівня сигналу на таку ж величину. Діапазон зміни рівня сигналу, у якому захищеність залишається не нижче заданої, знаходять безпосередньо з рисунку. При А_кв = 24 дБ він складає D = 40 дБ.

2. РОЗРОБКА ЗБІЛЬШЕНОЇ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ КІНЦЕВОГО УСТАТКУВАННЯ ЦСП

Структурна схема кінцевого устаткування ЦСП розробляється, виходячи з заданої кількості каналів N.

До складу кінцевого устаткування входять:

- аналого-цифрове устаткування (АЦО);

- устаткування вторинного часового групоутворення (ВВГ);

- устаткування лінійного тракту.

АЦО призначене для формування 30-канального цифрового сигналу з часовим поділом каналів і формування 30 сигналів ТЧ на прийомі з первинного цифрового потоку. Устаткування АЦО є первинним ступенем групоутворення.

Устаткування вторинного часового групоутворення об'єднує первинні цифрові потоки.

У даному курсовому проекті необхідно організувати 120 каналів ТЧ. Щоб повністю використовувати усі пари, необхідно включити одну ЦСП —

ІКМ-120.

Будемо використовувати стандартне 30-канальне АЦО, а формування агрегатного цифрового сигналу здійснювати двома ступенями групоутворення.

Кількість АЦО визначимо по формулі:

m_АЦО = (N) / 30 = 120 / 30 = 4.

Розроблена структурна схема кінцевого устаткування ЦСП представлена на рис. 3 за допомогою стандартного 30 - канального устаткування АЦО (рис. 4) і устаткування вторинного часового групоутворення (ОВВГ) (рис. 2.1).

Структурна схема ЦСП ІКМ-120

Рис. 2.1

Рис. 2.2

Структурна схема каналоутворюючої апаратури ЦСП із ІКМ (АЦО-30), призначеної для передачі аналогових (мовних) сигналів, приведена на рис. 2.2.

Розглянемо тракт передачі апаратури.

Сигнали від N абонентів, що надходять на двохпровідні входи, через ДС каналів надходять на вхідні підсилювачі, де нормалізуються за рівнем передачі. Обмежений по спектру за допомогою ФНЧ-3,4 сигнал дискретизується за часом у канальному модуляторі АІМ-1, що являє собою електронний ключ. Роботою ключів керують канальні імпульси від генераторного устаткування, зміщені відносно один одного на величину канального інтервалу T_ки. Частота проходження цих імпульсів у каналі дорівнює частоті дискретизації f_д = 8 кГц. У результаті виходить канальний сигнал АІМ з інтервалом між імпульсами 125 мкс. Такі сигнали поєднуються з аналогічними сигналами інших каналів, тобто формується груповий сигнал АІМ, що надходить у груповий АІМ - тракт. У груповому підсилювачі ГУС-1 імпульси АІМ-1 підсилюються, а потім перетворюються в імпульси АІМ-2, тобто розширюються по тривалості і здобувають плоску верхівку. Це необхідно для їх наступного кодування.

Частота проходження імпульсів групового сигналу АІМ визначається добутком

f_гр = f_д · (N + 2),

де (N+2) - загальне число канальних інтервалів у КОА.

Для апаратури первинної ЦСП:

f_гр = 8 · (30 + 2) = 8 · 32 = 256 кГц.

Через підсилювач ГУС-2 груповий сигнал АІМ-2 надходить на вхід пристрою, що кодує. У кодері, що виконує функції квантування сигналів за рівнем і кодування квантованих сигналів, кожний імпульс групового сигналу АІМ-2 за допомогою m - значного коду перетворюється в кодову групу, послідовність яких утворює імпульсно - кодовий сигнал у цифровій формі, тобто цифровий груповий сигнал. Цей інформаційний сигнал 30-ти каналів ТЧ у пристрої ФГС поєднується з двома кодовими групами службових сигналів. До останніх відносяться:

- сигнали циклової і надциклової синхронізації;

- сигнали керування і взаємодії (СУВ);

- сигнали дискретної інформації (телеграфного зв'язку);

- сигнали телеконтролю і аварійної сигналізації.

На виході ФГС утворюється цифровий груповий сигнал первинної ЦСП із тактовою частотою проходження кодових символів:

f_т = f_д · (N + 2) · m = 8 · 32 · 8 = 2048 кГц.

У вихідному пристрої цей сигнал проходить ПК_пер, ФЛС і далі надходить на ОВГ.

Процес обробки сигналів у тракті прийому апаратури виконується у зворотній послідовності. Прийнятий ЦЛС, пройшовши вхідний пристрій, надходить у регенератор станційний (PC), де він відновлюється по амплітуді, формі і тривалості. У ПК_прбіполярний ЦЛС перетворюється в однополярний ЦГС, що надходить у розподільник групового сигналу (РГС), або демультиплексор. У ньому відмежовуються всі службові сигнали, що подаються у відповідні пристрої прийому:

- приймачі сигналів синхронізації (ПР.СС);

- приймачі СУВ і ДІ;

- плату контролю і сигналізації (ПКС) для прийому сигналів про аварії.

Інформаційний потік з виходу РГС надходить у декодер, де з послідовності одиниць і нулів кодових груп формується груповий сигнал АІМ. Цей сигнал після посилення в груповому підсилювачі ГУС-3 надходить на часові селектори (ВС) каналів. Кожний з них замикається по черзі і відділяє тільки послідовність сигналу АІМ даного каналу. З цієї послідовності імпульсів за допомогою ФНЧ-3,4 відновлюється переданий із протилежної кінцевої станції аналоговий (мовний) сигнал. Він підсилюється в канальному підсилювачі (ВУС) до значення 4 дБ на виході підсилювача і через ДС каналу надходить на двохпровідний вихід каналу ТЧ для передачі абоненту.

Виділювач тактової частоти (ВТЧ) забезпечує формування імпульсів тактової частоти для генераторного устаткування прийомної частини апаратури.

Після об'єднання груповий сигнал 30 – ти каналів надходить на блок цифрового сполучення тракту передачі БЦС_пер. При посимвольному об'єднанні сигнали коротшають і розподілюються в часі так, щоб в інтервалах, що звільнилися, між імпульсами кожного з таких сигналів могли розміститися імпульси інших систем, що вводяться через колектор цифрових потоків КЦП. Після об'єднання груповий сигнал надходить на кодер лінійного тракту КЛТ, де в результаті перекодування формується лінійний цифровий сигнал, що через лінійний трансформатор ТрЛ надходить на регенератор, а потім надходить у лінійний тракт.

Лінійний цифровий сигнал з лінійного тракту проходить через лінійний трансформатор і надходить на станційний регенератор СР. Імпульси лінійного цифрового сигналу відновлюються в СР за формою і часовим положенням, надходять на декодер лінійного тракту ДЛТ, де вони перетворюються в імпульси двійкового коду. Тут з цифрового сигналу виділяється коливання тактової частоти, що керує роботою генераторного устаткування. Аналогічно, як у тракті передачі, відбувається розподіл цифрових потоків у блоках РЦП і БЦС_пр. Далі цифровий сигнал подається до АЦО – 30. На кінцевій станції і ОРП для живлення НРП передбачаються блоки ДП. Тік ДП передається по штучному ланцюзі через середні точки лінійних трансформаторів.

3. РОЗРОБКА СТРУКТУРИ ЧАСОВИХ ЦИКЛІВ ПЕРВИННОГО ЦИФРОВОГО СИГНАЛУ І РОЗРАХУНОК ТАКТОВОЇ ЧАСТОТИ АГРЕГАТНОГО ЦИФРОВОГО СИГНАЛУ

Розробляючи структуру часових циклів, візьмемо за основу стандартний цикл передачі первинної ЦСП ІКМ-30.

СЦС

Ц0

Ц2

Ц3

Ц4

Ц5

Ц6

Ц7

Ц8

...

Ц12

Ц13

Ц14

Ц15

ки0

...

ки16

...

ки31

ки0

...

ки16

...

ки31

...

ки0

...

ки16

...

ки31

цс сув

сув

Ц0

Ц1

...

Ц15

СЦС

Структура канальних интервалів КІ0(Ц0,Ц2....Ц14) у парних циклах
P1	Р2	Р3	Р4	Р5	Р6	Р7	Р8
0/1	0	0	1	1	0	1	1
ди	Сигнал цс

КІ0 (Ц1, ЦЗ,...Ц15) у непарних циклах

Р1	Р2	РЗ	Р4	Р5	Р6	Р7	Р8
0/1	1	0/1	1	1	0/1	1	1
ди	Вільнапоз.	Авар.цс	Вільна поз.		Залиш.загас.	Вільна поз.

КІ16(Ц0)в нулевому циклі

Р1	Р2	РЗ	Р4	Р5	Р6	Р7	Р8
0	0	0	0	1	0/1	0	1
сцс			Вільна поз.		Ав.сцс	Вільна поз.

КИ16(Ц1....Ц15)

P1	Р2	РЗ	Р4	Р5	Р6	Р7	P8
0/1	0/1	0	1	0/1	0/1	0	1
СК-1	СК-2			СК-1	СК-2
1...15ТЧ				17...31 ТЧ

Рис 3.1

Цифровий сигнал у лінії складається з послідовно переданих надциклів тривалістю 2 мс. Надцикл об'єднує 16 циклів, тривалість кожного з них 125 мкс. Нумерація циклів починається з нульового: Ц0, Ц1, ..., Ц15. Цикл розбитий на 32 канальних інтервали (КИ) по вісім тактових інтервалів кожний (Р1-Р8) (відповідно до розрядності використовуваного коду). Канальні інтервали в циклі нумеруються, починаючи з нульового: КИ0, КИ1, ... , КИ31.

Початок надциклу визначається по циклу, у 16-му канальному інтервалі якого на позиції тактових інтервалів Р1 - Р4 вводиться синхрогрупа 0000, використовувана для надциклової синхронізації. На тактових інтервалах Р5, Р7 і Р8 згаданого канального інтервалу передається баластний сигнал 101. Інтервал Р6 призначений для передачі сигналу аварії про втрату надциклової синхронізації. Чотири тактових інтервали 16-го канального інтервалу інших 15 циклів (Р1, Р2, Р5 і Р6) використовуються для передачі сигналів керування і взаємодії (СУВ) між АТС. Причому в 16-м канальному інтервалі першого циклу організуються сигнальні канали (СК) першого і сімнадцятого каналів ТЧ, у 16-м канальному інтервалі другого циклу організуються СК другого і вісімнадцятого каналів і т.д. Чотири тактових інтервали (РЗ, Р4, Р7 і Р8) даних канальних інтервалів зайняті передачею баластного сигналу виду 0101.

Початок циклу визначається синхрогруппою виду 0011011, що передається в нульовому канальному інтервалі парних циклів. Частота проходження синхросигналу 4 кГц. Перший тактовий інтервал Р1 нульового каналу у всіх циклах використовується для передачі дискретної інформації. Символ РЗ нульового канального інтервалу непарних циклів використовується для передачі сигналу аварії про втрату циклової синхронізації, символ Р6 - для передачі сигналу "контроль залишкового загасання". У тактовому інтервалі Р2 постійно передається символ 1. Інтервали Р4, Р5, Р7 і Р8 КИ0 у непарних циклах не зайняті. Канальні інтервали КИ1 - КИ15 і КИ17 - КИ31 використовуються для організації 30 каналів ТЧ ТК1 - ТК15, ТК17 - ТК31.

У неадаптивному приймачі з послідовно працюючими ланцюгами пошуку й утримання синхронізму середній час його відновлення визначається:

T_в = t_{н. вых} + t_п + t_{н.
вх}

t_{h. bx} - час накопичення по входу в синхронізм;

t_{h. bыx} - час накопичення по виходу із синхронізму;

t_n - середній час пошуку синхросигналу.

Оцінити середній час пошуку можна в такий спосіб :

К - кількість інформаційних позицій, розміщених між

двома сусідніми синхрословами;

m_с - кількість символів у синхрослові;

Т₀ - часовий інтервал між двома сусідніми синхрословами.

Для ІКМ-30 (АЦО).

В АЦО m = 8, а кількість канальних інтервалів дорівнює 32. У нульовому канальному інтервалі кожного парного циклу передається синхросигнал, що складається із семи розрядів

(m_с = m-1 = 8 – 1 = 7).

Так як синхрослово передається через цикл,

Т₀ = 2 ∙ Т_Ц = 0,25 мс.

У кожному парному циклі розміщується 31 · 8 = 248 информаційних позицій, а в кожному непарному циклі розміщується 32 · 8 = 256.

Загальна кількість інформаційних позицій між двома сусідніми синхрословами

K = 248 + 256 = 504.

Звідси

t_n =

= 1,23 мс.

З принципу дії приймача синхросигналу випливає, що

t_н.вых = T₀∙ r_вих, а t_н.вх = T₀∙ r_вх,

де r_вих і r_вх - відповідно коефіцієнти накопичення по виходу із синхронізму і входу в синхронізм вибираємо

r_вих = 4; r_вх = 2.

t_н.вих = 0,25 ∙ 4 = 1;

t_н.вх = 0,25 ∙ 2 = 0,5;

T_В = 1 + 1,23 + 0,5 = 2,73.

Тактову частоту первинного (компонентного) потоку розрахуємо по формулі:

f₁ = 32 ∙ f_Д∙ m

де f_Д = 8 кГц; m=8.

f = 32 ∙ 8 ∙ 8 = 2048 кГц.

Задача другого ступеню цифрового групоутворення складається в

об'єднанні декількох компонентних цифрових сигналів в агрегатний сигнал з відповідно більшою швидкістю передачі. Відомі два методи групоутворення: синхронний і асинхронний.

У розроблюваній ЦСП рекомендується використовувати синхронне об'єднання, реалізація його здійснюється більш простими технічними засобами.

Розрахуємо тактову частоту агрегатного цифрового сигналу по формулі:

f = f₁ ∙ М ∙ (1 + r)

де М - кількість об'єднаних компонентних сигналів;

r - відношення кількості додаткових символів у циклі агрегатного сигналу до загальної кількості символів у циклі (r = 0,01. ..0,02).

Загальна кількість каналів 180 ТЧ, дві ЦСП по 90 КТЧ, кожна з яких містить по 3 комплектів АЦО-30.

У нашому випадку М = 3.

F_т = 2048 ∙ 2 ∙ (1 + 0,015) = 4157,44 кГц.

ПОБУДОВА СИГНАЛУ НА ВИХОДІ РЕГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЗАДАНОЇ КОДОВОЇ ПОСЛІДОВНОСТІ СИМВОЛІВ.

Найпростішим кодом є квазитроїчний код, який звуть також кодом з чергуванням полярностей імпульсів (ЧПІ). Перетворення вихідного дворівневого коду в квазитроїчний полягає в зміні полярності кожного наступного імпульсу на протилежну стосовно попереднього. Квазитроїчний код є попарно збалансованим, його цифрова сума змінюється від +1 до -1. При ЧПІ - коді для передачі використовуються три рівні, проте код залишається двійковим. Рівні "+" і "-" відповідають символу "1", а нульовий проміжок - символу "0".

Недоліком квазитроїчного коду є труднощі виділення тактової частоти, оскільки щільність імпульсів у нього така ж, як і у вихідного дворівневого коду. При застосуванні в лінійному тракті квазитроїчного коду часто на вихідний сигнал накладають умову, що полягає в тому, що серія з послідовно переданих нулів не повинна бути більше заданої. При цьому в залежності від інерційності схем ВТЧ регенератора у вихідному двійковому цифровому потоці допускається поява від 16 до декількох десятків нулів підряд. Завдяки своїй простоті і гарним спектральним властивостям квазитроїчний код одержав широке поширення, однак виникаючі при його використанні труднощі синхронізації привели до появи класу кодів лінії, у яких обмежується число послідовних нулів незалежно від довжини нульової послідовності у вихідному цифровому потоці. Ці коди звуться кодами з високою щільністю одиниць (КВЩ - N). Правило їхнього формування збігається з правилом формування ЧПІ - коду доти, поки між символами “1” не з'явиться підряд чотири чи більше “0”. Якщо в двійковому коді з'являються чотири чи більш "0", то кожна комбінація з чотирьох послідовних "0" заміщується однією з комбінацій, приведених у табл. 4.1.

Таблиця 4.1

Полярність останнього імпульсу перед заміною	Вид комбінації, що заміщує, для числа імпульсів після останньої заміни
Полярність останнього імпульсу перед заміною	Непарного	Парного
-	(000-)	(+00+)
+	(000+)	(-00-)

При використанні такого алгоритму відбувається систематична зміна полярностей імпульсів, що порушує правило чергування знаків, прийняте в коді з ЧПІ. Це веде до вирівнювання кількості позитивних імпульсів у переданому сигналі, що забезпечує відсутність у його спектрі частот постійної складової і зменшення рівня низькочастотних складових. На прийомному боці заміни розпізнаються по порушенню правила чергування полярностей і у свою чергу заміщуються комбінаціями (0000).

Розглянемо приклад побудови сигналу на виході регенератора для коду КВЩ-3 заданої кодової послідовності символів 1000100001000001 (рис.7). Перші чотири символи формуються так само, як у коді з ЧПІ. Далі послідовність з чотирьох наступних підряд "0" замінюється однією з двох комбінацій, що заміщують, (000+) чи (-00-), вибір якої в даному випадку довільний, оскільки невідомо, яке число імпульсів було передано після останньої заміни. Нехай у якості комбінації, що заміщує, була обрана комбінація (-00-). Дев'ятий і десятий символи формуються відповідно до правила чергування полярностей імпульсів. Наступні за десятим символом чотири нулі заміщуються комбінацією (+ 0 0 +), тому що полярність останнього імпульсу перед заміною негативна, а після останньої заміни пройшла парна кількість імпульсів (два). Якщо в якості першої комбінації, що заміщує, обрана комбінація (000+), то структура коду змінюється (рис. 4.1).

Важлива перевага ЦСП перед аналоговими СП міститься у можливості регенерації цифрового сигналу. Задачею регенерації є відновлення початкової форми, амплітуди і часового положення імпульсів.

Причинами спотворень прямокутної форми імпульсів на виході фізичного кола є лінійні (частотні і фазові) спотворення, що вносяться колом. Через них спотворений імпульс значно збільшує свою тривалість. Тому на кожний символ сигналу в лінії, який поступає на вхід регенератора після проходження дільниці кола діє безліч сусідніх символів цифрового коду. Такий сильний вплив між символами, який називається міжсимвольними спотвореннями , приводить до неможливості правильної регенерації цифрового сигналу.