639_Nosov_V.I._RRL_STSI._Mnogourovnevyj_kodek_

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

В.И. Носов

РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ.

Многоуровневый кодек, модем и эквалайзеры.

Учебное пособие

Новосибирск 2003 г.

1

621.396.43

Д.т.н., профессор Носов В.И. РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИИ СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ. Многоуровневый кодек, модем и эквалайзеры. – 158 с.

Данное учебное пособие является вторым в цикле пособий по радиорелейным линиям синхронной цифровой иерархии.

Вучебном пособии излагаются:

–принципы построения станций радиорелейных линий синхронной цифровой иерархии; обработка сигналов в блоках аппаратуры,

–методы: избыточного кодирования (FEC) и декодирования сигналов; перемежения и деперемежения символов; размещения входных цифровых потоков на фазово-амплитудной плоскости; скремблирования и дескремблирования сигналов; организации дополнительного заголовка для передачи служебных сигналов в РРЛ,

–методы многопозиционной модуляции; структурные схемы и описание принципов работы модемов; помехоустойчивость и полоса частот при многопозиционной модуляции,

–принципы работы и структурные схемы адаптивных частотного и трансверсального эквалайзеров.

В следующих учебных пособиях этого цикла предполагается описать обработку сигнала основной полосы, систему резервирования, систему теленаблюдения, приемно-передающее оборудование, антенноволноводный тракт.

Кафедра систем радиосвязи

Рецензенты: В.П. Кубанов, О.А. Иванов.

Для специальностей 201100, 201000

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве учебного пособия

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие «Модуляция, кодирование и эквалайзинг в аппаратуре радиорелейных линий синхронной цифровой иерархии» предназначено для углубленного изучения раздела «Цифровые радиорелейные линии» курсов «Системы радиосвязи и телевизионного вещания», «Цифровые системы передачи» (специальность 201100) и «Спутниковые и радиорелейные системы передачи» (специальность 201000), а также слушателей центра переподготовки специалистов.

Передача информации в цифровой форме приобретает все большее значение для систем связи, в том числе и радиорелейных.

На радиорелейных линиях связи в настоящее время широко используется передача цифровых потоков плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ). Однако из-за недостатков присущих плезиохронной цифровой иерархии в настоящее время начинает широко использоваться передача цифровых потоков синхронной цифровой иерархии (СЦИ). Одним из основных источников загрузки транспортных модулей СЦИ являются цифровые потоки ПЦИ.

Поскольку цифровые потоки СЦИ имеют высокую скорость передачи, длительность символов становится соизмеримой с разностью хода лучей многолучевого сигнала на входе приемной антенны на каждом пролете. При этом помехоустойчивость приема существенно снижается из-за возникновения значительных межсимвольных помех. Повышения помехоустойчивости приема в этой ситуации можно достичь только использованием адаптивных частотного эквалайзера и компенсатора межсимвольных помех.

Для размещения сигнала модулированного высокоскоростным цифровым потоком в стандартной полосе ствола (28 или 40 МГц), необходимо использовать многопозиционную (многоуровневую) модуляцию. При этом снижается помехоустойчивость приема относительно, например, двухпозиционных методов модуляции и для сохранения высокой помехоустойчивости необходимо вводить корректирующие коды.

В этом учебном пособии излагаются принципы построения станций радиорелейных линий синхронной цифровой иерархии, методы избыточного кодирования (FEC) и декодирования сигналов, размещения входных цифровых потоков на фазово-амплитудной плоскости, методы многопозиционной модуляции и принципы работы адаптивного частотного и трансверсального эквалайзеров.

4

1 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ СТАНЦИЙ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ

1.1 Основные характеристики цифровых РРЛ

Радиорелейные линии при передаче по ним цифровых потоков (цифровые РРЛ) обладают существенными преимуществами по сравнению с наиболее распространенными в настоящее время РРЛ с ЧРК-ЧМ (аналоговыми РРЛ). Основным преимуществом является отсутствие накопления шумов при использовании регенераторов на каждой станции.

Качество передачи цифровых сигналов определяется коэффициентом ошибок кош. Обозначим через кош(h) (где h = 10lg(Рс/Рш)) коэффициент появления ошибок из-за шумов, мощность которых Рш создается на i-ом пролете в полосе пропускания приемника fпр. Если сигнал на промежуточных станциях (ПРС) не демодулируется (регенерация отсутствует), то шумы, возникающие на отдельных пролетах, складываются и коэффициент появления ошибок в системе будет равен

где п — число пролетов.

При регенерации сигнала на всех ПРС коэффициент появления ошибок в системе равен сумме коэффициентов ошибок на каждом ретрансляционном пролете

i 1

Коэффициент ошибочного приема является быстро возрастающий функцией отношения сигнал/шум [1], поэтому

5

Предположим, что РРЛ имеет 5 пролетов, на каждом из которых отношение h=10lg(Рс/Рш) на входе приемника составляет 16 дБ, что при использовании 4-ОФМ обеспечивает на пролете кош=10-10 [4]. После прохождения сигналом пяти идентичных пролетов ЦРРЛ с регенерацией сигнала (при отсутствии замираний) коэффициент ошибок возрастет в 5 раз по сравнению со случаем одного пролета (1.2) и составит кош=5 10-10. Но такое увеличение коэффициента ошибок соответствует ухудшению отношения сигнал/шум на входе приемника менее чем на 1 дБ. Если же регенерации сигнала на каждой станции нет, т.е. для передачи цифровых сигналов используется АРРЛ, то отношение сигнал/шум на входе приемника последней станции уменьшится на 7 дБ, при этом кош=10-3 что соответствует увеличению коэффициента ошибок на семь порядков (1.1).

Таким образом, при регенерации сигналов на ПРС уменьшается чувствительность системы к шумам и, следовательно, повышается качество передаваемой информации (уменьшается кош). Однако при введении регенераторов ПРС усложняется, так как помимо приемопередатчика на ней устанавливаются демодулятор, регенератор и модулятор.

Цифровые радиорелейные линии создаются для работы в диапазоне сантиметровых волн 3...30 ГГц. На частотах выше 8 ГГц одной из основных причин замираний является поглощение радиоволн в осадках. При выпадении ливневых дождей глубокие замирания могут иметь продолжительность несколько минут и они сравнимы с перерывами связи при авариях, которые устраняются автоматически. При этом замираниям подвержены одновременно все стволы, работающие в отведенной для данной РРЛ полосе частот, и поэтому применение методов разнесенного приема оказывается неэффективным. Для выполнения нормы на устойчивость работы ЦРРЛ необходимо значительно уменьшать длину ретрансляционного интервала (до 5...20 км на частотах выше

11 ГГц).

Использование коротких ретрансляционных интервалов позволяет снизить максимальную мощность передатчиков, благодаря чему становится возможным выполнить СВЧ передатчики даже в диапазоне сантиметровых волн полностью на полупроводниковых приборах. Величина мощности передатчика определяется в первую очередь требуемым запасом на замирания, поскольку при нормальных условиях передачи влияние шумов в цифровых трактах так мало, что требуемое качество передачи обеспечивается без труда.

Аппаратура ЦРРЛ выполняется на интегральных микросхемах, поэтому технология ее сборки оказывается менее сложной, чем аппаратуры аналоговых

6

А1 = 11110110, А2 = 00101000 – цикловой синхросигнал, трехкратное повторение байт А1 и А2 связано с объединением стандартов SDH и SONET; при потере циклового синхронизма (LOF – Loss of Frame) на данной станции, при передаче сигнала к следующей станции содержимое байт А2 инвертируется;

С1 – идентификатор STM-1 при мультиплексировании его в STM-N;

J0 – идентификатор маршрута STM-1, используется для повторяющейся передачи метки пункта доступа данного STM-1; передается в 16 последовательных циклах (рис. 1.2) и состоит из 15 байтовой последовательности идентификатора маршрута и одного байта (семь бит) для передачи на приемную сторону остатка от деления блока из 105 бит на генераторный полином (код CRC-7), который используется на приемной стороне (пункте доступа STM-1) для контроля ошибок в идентификаторе маршрута. При несовпадении идентификатора маршрута, передаваемого в байте J0, и идентификатора пункта приема вырабатывается обратный аварийный сигнал – ошибка в трассе тракта. Чтобы исключить появление ложного аварийного сигнала и осуществляется контроль ошибок в идентификаторе маршрута по коду CRC-7. Первый бит байта J0 во всех 16 циклах используется для передачи сверхциклового синхросигнала. Структура передачи метки пункта доступа в байте J0 схематически представлена на рис.

1.2.

Рис. 1.2 Структура информационного поля J0 со сверхцикловой структурой

Первая строка секционного заголовка ( 9 байт ) не скремблируется, так как содержит цикловой синхросигнал.

B1 – используется для контроля ошибок на регенерационной секции по коду BIP-8 (Bit Interleaved Parity). В начале регенерационной секции производится генерация кода BIP-8, для чего берутся все 2430 байт текущего цикла STM-1 и по модулю 2, суммируются все одно-номерные биты, в результате получаются восемь битовых сумм по каждому блоку бит. Эти восемь битовых сумм записываются в байт В1 следующего цикла, т.е. байт В1

8

служит каналом передачи восьми битовых сумм с передающего конца на приемный. На приемной стороне осуществляется детектирование кода BIP-8, для чего в текущем цикле так же рассчитываются восемь битовых сумм и полученный результат сравнивается с содержимым байта В1 следующего цикла. При их совпадении фиксируется отсутствие ошибочных блоков бит, а при наличии несовпадений фиксируется количество ошибочных блоков бит – от одного до восьми.

Е1 – канал голосовой служебной связи OOW ( Omnibus Order Wire ) доступен на всех станциях и служит для организации служебной связи на участке резервирования;

F1 – служебный канал для передачи с приемной стороны пролета на начало мультиплексной секции информации о состоянии пролета, а также идентификационный номер регенерационного участка (рис.1.3).

D1 – D3 – объединенный 192 Кбит/с канал управления;

В2 - используется для контроля ошибок на мультиплексной секции по коду BIP-24. В начале мультиплексной секции производится генерация кода BIP-24, для чего берѐтся 801 тройка байт ( все 2403 байта, кроме байт заголовка регенерационной секции ) текущего цикла STM-1 и по модулю 2 суммируются все одно-номерные биты, в результате получаются 24 битовых суммы по каждому блоку бит. Эти 24 битовых суммы записываются в байты В2 следующего цикла, т.е. байты В2 служат каналом передачи 24 битовых сумм с передающего конца на приемный.

б)

Рис. 1.3 Использование байта F1 а, и его структура б.

На приемной стороне осуществляется детектирование кода BIP-24, для чего в текущем цикле так же рассчитываются 24 битовых суммы и полученный

9

результат сравнивается с содержимым байт В2 следующего цикла. При их совпадении фиксируется отсутствие ошибочных блоков бит, а при наличии несовпадений фиксируется количество ошибочных блоков бит – от одного до

24;

К1, К2 – используются для управления резервным переключением на мультиплексных секциях кабельных соединительных линий, приходящих на узловые и оконечные станции. К1 – передача приемному окончанию мультиплексной секции сигнала автоматического переключения на резерв с указанием номеров рабочего и резервного трактов; К2 – передача с приемного конца мультиплексной секции на передающий конец аварийных сигналов MS AIS К2=ххххх111 и MS FERF К2=ххххх110 с указанием номеров рабочих трактов;

D4 – D12 – объединенный 576 Кбит/с канал управления;

S1 – статус синхронизации SSM (System Synchronization Messages –

сообщения о параметрах синхронизации) Байт S1 определяет параметр качества источника тактовой частоты узла генерации транспортного модуля. Информация о параметре качества источника тактовой частоты передается комбинацией битов 5 – 8 в составе байта S1 таблица 1.1.

Передача информации о качестве источника синхронизации позволяет избежать проблем, связанных с нарушениями в структуре системы синхронизации при возникновении аварийных ситуаций. Например, сигнал от источника плохого качества не используется для распределения по сети и синхронизации от него других узлов и, кроме того препятствует образованию петель в сети тактовой синхронизации.

Всоответствии со структурой секционного заголовка на ЦРРЛ выделяются мультиплексные и регенерационные секции рисунок 1.4.

Всоответствии с рисунком 1.4 на ОРС1 заканчивается мультиплексная секция MS1 кабельной соединительной линии между мультиплексным оборудованием MUX и оконечной радиорелейной станцией и начинаются

10