шпоры

1. Задачи, решаемые при использовании многоканальных систем передачи информации.

Любая информация передается по каналам связи, в состав которых входят: передатчик, линия связи и приемник. Совокупность источника сообщений, передатчика, линии связи, приемника и получателя сообщений образует систему связи.

Приемник и передатчик адаптируются под ЛС. Источник и получатель – комп, человек, автоответчик, …

Из всех элементов системы наибольший процент стоимости приходится на линии связи (до 80%) – на создание и поддерживающие работы, особенно при длине ЛС более 100 км. Поэтому, с целью экономии, возникает задача разработки таких систем и методов, которые позволяют одновременно передавать по одной физической цепи большое число независимых сообщений, т.е. использовать линию многократно. Такие системы передачи называются многоканальными.

Связь, осуществляемая с помощью этих систем, называется многоканальной связью.

Системой N-канальной связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной цепи связи. К передатчику N-канальной системы связи подводятся первичные сигналы от N источников сообщений. Эти сигналы подвергаются специальной обработке и объединяются в общий групповой сигнал, поступающий на вход цепи связи. В приемной части системы из группового сигнала выделяются индивидуальные сигналы отдельных каналов, соответствующие передаваемым сообщениям и поступающие к N получателям.

Основные задачи многоканальной электросвязи:

1. повышение дальности связи

2. увеличение числа каналов, приходящихся на одну ЛС

3. обеспечение высокого качества связи

4. снижение затрат

2. Сигналы электросвязи и методы их описания.

Электрические сигналы количественно можно охарактеризовать мощностью, напряжением или током. Однако в технике электросвязи принято пользоваться логарифмическими характеристиками (уровнями передачи), что позволяет существенно упростить многие расчеты. Уровни передачи, вычисленные посредством десятичных логарифмов, называются децибелами (дБ).

Уровни передачи по мощности, напряжению и току определяются соответственно по формулам:

,

где P_x, U_x, I_x – величины мощности, напряжения и тока в рассматриваемой точке x,

P₀, U₀, I₀ – величины, принятые за исходные.

От логарифмических единиц (уровней в децибелах) легко перейти к абсолютным (мощности, напряжению, току) по формулам:

P_x= P₀·10^{0.1 Рм} , U_x= U₀·10^{0.05 Рн} , I_x= I₀·10^{0.05 Рт} ,

Если известны значения сопротивлений Z_x и Z₀ , на которых выделяются мощности P_x и P₀ , то на основании известного соотношения P=U²/Z=I²Z между уровнями передачи по мощности, напряжению и току могут быть найдены зависимости:

, ,

Очевидно, что при Z_x = Z₀ уровни р_М = р_Н = р_Т

Уровни передачи называются абсолютными, если за исходные величины мощности, напряжения и тока приняты соответственно Р₀=1мВт, U₀= 0,775В и I₀=1,29мА. Эти уровни обозначаются дБм, дБн и дБт соответственно. Указанные значения U₀ и I₀ получены в предположении, что P₀=1 мВт выделяется на сопротивлении Z₀=600 Ом.

При подаче на вход исправного и отрегулированного тракта синусоидального сигнала с абсолютным нулевым уровнем и частотой 800 Гц (если нет специальной оговорки), в точках тракта устанавливаются абсолютные уровни, которые называются измерительными. Измерительные уровни содержатся в техническом паспорте тракта и удобны при его проверке и настройке.

Уровни передачи называются относительными, если в качестве исходных величин принимают значения P_Н, U_Н, I_Н, установленные в начале тракта или в точке, принятой условно за начало. Тогда уровни вычисляют по формулам:

, , и обозначают дБом, дБон и дБот, соотв-но.

Эти уровни широко используют при измерениях передаточных характеристик трактов, поскольку их значения оказываются численно равными усилению по мощности, напряжению или току участка тракта от начала до данной точки. Очевидно, что отрицательные значения уровней при этом будут соответствовать не усилению, а затуханию данного участка.

При нормировании величин сигналов и помех в каналах и трактах уровни передачи на различных участках канала связи определяют исходя из уровня некоторой контрольной точки (точки отсчета), называемой точкой нулевого относительного уровня по мощности (ТНОУ). Она располагается в точке, принятой условно за начало и обычно рассматривается как точка на передающем оконечном устройстве двухпроводной системы коммутации. Уровень р_{М 0} , определенный по отношению к ТНОУ, обозначается как дБм0.

3. Первичные сигналы электросвязи и их характеристики.

Телефонные речевые сигналы

Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Эти факторы определяют требования к телефонным каналам.

Основными характеристиками телефонного сигнала являются следующие.

Коэффициент активности телефонного сообщения, т. е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25…0,35.

Мощность телефонного сигнала Р_ТЛФ. Согласно данным МККТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии), средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым относительным (измерительным) уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал поступают сигналы управления, набора номера, вызова и т. д. С учетом этого среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, что соответствует уровню р_СР = –15 дБм0.

Динамический диапазон телефонного сигнала – десять десятичных логарифмов отношения максимальной мощности к минимальной (или разность между максимальным и минимальным уровнями сигнала):

Для телефонного сигнала D = 35…40 дБ.

Пик-фактор сигнала , который составляет Q=14 дБ.

При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой пренебрежимо мала, равна 2220 мкВт (+3,5дБмО).

Энергетический спектр речевого сигнала – область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала (рис. 1.3). Установлено, что качество речи получается удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300…3400 Гц. Эти частоты приняты МККТТ в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот сохраняется удовлетворительная натуральность и разборчивость звучания.

Телевизионные сигналы и сигналы звукового вещания

Спектр телевизионного сигнала (видеосигнала) зависит от характера передаваемого изображения, но структура определяется в основном разверткой. Анализ показывает, что энергетический спектр телевизионного сигнала сосредоточен в полосе частот 0…6 МГц. Цветное телевидение должно быть совместимо с черно-белым, т. е. цветные передачи должны приниматься в виде черно-белых на монохромные телевизоры и черно-белые передачи – на приемники цветного изображения. Эти условия выполняются с помощью специальной обработки первичных сигналов. Динамический диапазон телевизионных сигналов составляет приблизительно 40 дБ, пик-фактор 4,8 дБ.

При передаче программ вещания источниками звука обычно являются музыкальные инструменты или человеческий голос. Динамический диапазон сигналов вещательной передачи следующий: речь диктора 25…35 дБ, художественное чтение 40…50 дБ, вокальные и инструментальные ансамбли 45…55 дБ, симфонический оркестр до 65 дБ. При определении динамического диапазона максимальным считается уровень, вероятность превышения которого равна 2%, а минимальным – 98%. Сигналы звукового вещания по сравнению с телефонными имеют значительно меньше пауз, а энергия отдельных импульсов, особенно музыкальных, существенно превышает энергию речевых импульсов. Поэтому средняя мощность сигналов звукового вещания намного больше средней мощности телефонных сигналов и существенно зависит от интервала усреднения. Мощность сигналов составляет 923 мкВт при усреднении за час, 2230 мкВт – за минуту и 4500 мкВт – за секунду. Максимальная мощность сигнала вещания составляет 8000 мкВт.

Частотный спектр сигнала вещания ограничивают без заметного снижения качества передачи до 0,05…10 кГц для каналов первого класса и до 0,03…15 кГц для каналов высшего класса.

Сигналы передачи данных, телеграфные и факсимильные сигналы

Первичные телеграфные сигналы и сигналы передачи данных в общем случае имеют вид последовательностей двухполярных (рис. 1.4,а) или однополярных (рис. 1.4,б) прямоугольных импульсов.

Длительность импульсов определяется скоростью передачи В, измеряемой в бодах. Тогда величина называется тактовой частотой, которая численно равна скорости передачи В. Основная энергия сигнала сосредоточена в полосе частот 0…FT . Понятия динамического диапазона, пик-фактора для таких сигналов не имеют смысла.

Факсимильным называется сигнал, предназначенный для передачи неподвижных изображений. Первичные факсимильные сигналы получают в результате преобразования светового потока, отражаемого элементами изображения, в электрические сигналы. Иначе говоря, на передающей стороне световое пятно перемещается по передаваемому рисунку, а отраженный поток воспринимается фотоэлементом, на выходе которого получается электрический сигнал. На приемной стороне этот сигнал воздействует на светодиод. Путем перемещения сфокусированного светового потока синфазно с потоком на передаче по фоточувствительной бумаге получается копия передаваемого изображения.

При передаче реальных изображений получается первичный сигнал сложной формы, энергетический спектр которого содержит частоты от 0 до f_рис , где величина f_рис зависит от характера изображения. В зависимости от характера, изображения делятся на полутоновые и изображения, содержащие две градации яркости.

4. Канал тональной частоты. Дифференциальная система разделения каналов.

Канал тональной частоты

Канал тональной частоты (ТЧ) является единицей измерения емкости систем передачи и используется для передачи телефонных сигналов, факсимильной и телеграфной связи, а также для передачи данных.

Все каналы МСП, в том числе и ТЧ, содержат усилительные устройства, которые усиливают сигналы только в одном направлении передачи. Поэтому для создания канала двустороннего действия необходимо использовать две встречных линии одностороннего действия (рис. 1.5). Организованная таким способом линия передачи называется четырехпроводной. Окончание этой линии называют четырехпроводным окончанием канала ТЧ.

В абонентских трактах телефонные сигналы передаются одновременно в обоих направлениях по одной и той же двухпроводной цепи, называемой двухпроводной линией передачи. Окончание такой линии называют двухпроводным окончанием. В местах подключения двухпроводной линии передачи к четырехпроводной необходимо использовать развязывающие устройства (РУ) (рис. 1.8). Затухания развязывающих устройств в направлениях 4 – 3 и 3 – 4 должно быть максимальным, так как только в этом случае будет достигнута взаимонезависимость разных направлений передачи, т. е. сигнал с выхода одного одностороннего канала не будет поступать на вход другого.

Для обеспечения нормальной работы канала двустороннего действия необходимо нормировать уровни сигнала в разных точках этого канала. Все нормированные величины для удобства относят к ТНОУ. За эту точку принимают двухпроводной вход канала ТЧ. Таким образом, нормированная величина уровня передачи на двухпроводном входе канала связи равна 0 дБм0. Удлинители в двухпроводном окончании называются транзитными и имеют затухание 3,5 дБ. Следовательно, нормированное значение уровня передачи на выходе транзитного удлинителя равно 3,5 дБм0. Соответствующая величина уровня на входе четырехпроводного окончания равна минус 13 дБм0; на выходе четырехпроводного окончания – плюс 4 дБм0; на входе транзитного удлинителя – минус 3,5 дБм0 и на выходе канала связи – минус 7 дБм0.

Номинальные значения входного и выходного сопротивлений канала ТЧ равны 600 Ом.

Остаточное затухание канала ТЧ составляет 7 дБ. Положительная величина остаточного затухания при двухпроводном окончании является необходимым условием устойчивости канала связи.

Эффективно передаваемая полоса частот канала ТЧ – это полоса, на крайних частотах которой (0,3 и 3,4 кГц) остаточное затухание на 8,7 дБ превышает остаточное затухание на частоте 800 Гц.

Частотная характеристика отклонения канала ТЧ от номинала 7 дБ должна оставаться в пределах шаблона (рис. 1.9) при максимальном числе транзитов, т. е. при 12 переприемных участках.

Нормы на амплитудно-частотные искажения заданы МККТТ в виде шаблона (рис. 1.9). Для цифровых каналов характерны более жесткие нормы на допустимые отклонения остаточного затухания по сравнению с аналоговыми системами передачи (рис. 1.10).

Коэффициент нелинейных искажений канала ТЧ на одном транзитном участке не должен превышать 1,5% (1% по третей гармонике) при передаче на частоте 800 Гц.

Стандартные каналы ТЧ, организованные с помощью цифровых и оптических систем передачи, являются более высококачественными. Поэтому характеристики цифровых каналов ТЧ имеют отличия от аналоговых.

Дифференциальная система разделения каналов

В качестве развязывающих устройств (РУ) в каналах широко используется дифференциальная система (ДС), выполненная на основе трансформатора со средней точкой (рис. 1. 11).

Рассмотрим ее работу в двух режимах: когда абонент станции А слушает и когда абонент станции А говорит. Анализ режимов проведем в предположении, что трансформатор идеален и потери в нем отсутствуют.

Эквивалентная схема, соответствующая первому режиму, изображена на рис. 1.12,а.

Если входное сопротивление абонентской линии Z_вх равно Z₃, имеют место соотношения i₁ = i₂ , Ф₁ = Ф₂ ,где i₁ , i₂ – токи, протекающие в полуобмотках дифференциального трансформатора; Ф₁, Ф₂ – магнитные потоки, создаваемые этими токами в сердечнике трансформатора. Полуобмотки намотаны на сердечник таким образом, что магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ направлены встречно и взаимно уничтожаются. В результате ни в одной из обмоток трансформатора не возникает ЭДС и эквивалентная схема ДС преобразуется в схему, изображенную на рис. 1.12,б, из которой видно, что энергия, подводимая к зажимам 4 – 4, не выделяется на зажимах 2 – 2. Такая ДС называется сбалансированной в направлении 4 – 2. Условием баланса является равенство: Z_вх = Z₃ .

Очевидно, что вследствие этого равенства половина подводимой к ДС мощности выделится на сопротивлении Z_вх и поступит к абоненту, а другая половина мощности бесполезно выделится на сопротивлении Z₃ . Таким образом, ДС вносит в тракт прохождения сигнала затухание a_4–1 = 10lg2=3 дБ.

Эквивалентная схема, соответствующая второму режиму, изображена на рис. 1.13,а.

Входной ток i_вх создает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Φ, который вызывает равные и однонаправленные напряжения U₀ в полуобмотках дифференциального трансформатора. Переменные напряжения U_Z4 на сопротивлении Z₄ и во второй полуобмотке дифференциального трансформатора имеют противоположные фазы, и если, то U_Z3 = 0 . В этом случае энергия на зажимах 3 – 3 не выделяется.

Такая ДС называется сбалансированной в направлении 1 – 3. Так как U_Z3 = 0, то i₃ = 0 и i_вх = i₄ , тогда эквивалентная схема ДС преобразуется в схему, изображенную на рис. 1.13,б. Здесь Z_вх.тр. – входное сопротивление первой полуобмотки дифференциального трансформатора.

Таким образом, для возникновения баланса в направлении 1 – 3 необходимо, чтобы Z_вх.тр. = Z₄ .

Мощность, подводимая к зажимам 1 – 1, поровну распределяется между равными сопротивлениями Z_вх.тр.и Z₄ . Если предположить, что трансформатор идеальный, то мощность, выделяемая на Z_вх.тр. , полностью поступает на Z₂. Таким образом, ДС вносит в тракт прохождения сигнала затухание а_1–2 = 10lg2=3 дБ

В реальных каналах ДС работает в условиях согласования как в направлении 1 – 3, так и в направлении 2 – 4. Сопротивление Z₄ , которое называют балансным, приближенно отражает свойства входного сопротивления абонентской линии.

5. Каналы 2-стороннего действия. Уст-ть каналов 2-стороннего действия (2-проводный 1-полосной канал).

a – затухание, S – усиление

а – затухание отраженного сигнала. Для направления S₁ петля ОС образуется через S₂ , и наоборот.

Для устойчивости канала нужно, чтобы затухание было больше, чем усиление:

1). ;

2). – сумма фаз между входом и выходом

Так как канал распределенный, то полоса спектра будет широкой, т.е. невозможно выполнение условия 2)., => не нужно выполнять условие 1).

Запас устойчивости:

Sp₁, Sp₂ – усиление между двумя точками

_;

Насколько можно усилить сигнал:

Запас устойчивости создается балансировкой диф. схем.

– РУ (развязывающее устр-во, диф.схема)

– балластное затухание (показывает, как ведет себя отраженный сигнал)

Пусть (усиление в этих точках нулевое) и пусть

Тогда X определяется через A: ; , – балластное затухание внутри диф. схемы.

, , т.е. схема устойчива.

X связан с АЧХ канала:

Чем больше f , тем больше затухание (по медным проводам), т.е. S надо тоже увеличивать, иначе будет искажение сигнала.

В канале нормируется величина АЧХ ()

При уменьшении X возникает эхо за счет отражения сигнала.

Считается, что при выполняется условие – неощутимое на слух искажение.

Т.е. удлинители обязательно нужны.

6. Методы формирования амплитудно-модулированных сигналов с одной боковой полосой частот.

В СП о ЧРК в настоящее время используются следующие способы формирования одной боковой полосы (ОБП): фильтровый и фазоразностный. Наиболее широкое распространение получил фильтровый способ. В случае передачи широкополосных сигналов, например в телевидении, используется передача AM-сигналов с асимметричными боковыми полосами.

Фильтровый способ формирования ОБП

Фильтровый способ формирования ОБП осуществляется с помощью устройства, структурная схема которого изображена на рис. 2.19.

Канальный фильтр на передаче служит для подавления ненужной боковой полосы. Канальный фильтр на приеме служит для разделения канальных сигналов.

АЧХ канального фильтра и спектры сигналов в точках 2 и 3 представлены на рис. 2.20.

Как видно из этого рисунка, частотные компоненты нижней боковой полосы попадают в полосу заграждения КФ и полностью подавляются.

Скорость нарастания затухания фильтра ν определяется из треугольника АВС:

Относительная полоса расфильтровки:

Из этих формул видно, что чем меньше и чем больше , тем труднее реализовать фильтр, формирующий ОБП. Аналогично можно подавить верхнюю боковую полосу частот и передавать нижнюю.

Пусть передается верхняя боковая полоса, причем для простоты записи будем считать, что сигнал, проходя из точки 3 в точку 4, не изменяет своей амплитуды.

Фильтр низких частот на приеме подавляет сигналы верхней боковой полосы, возникавшей после перемножения на приеме канального сигнала и несущей. Из-за отсутствия синхронизации несущих колебаний на передаче и приеме начальные фазы сигналов в точках 1 и 6 отличаются друг от друга на величину , т.е. имеют место фазовые искажения в канале связи. При передаче телефонных сигналов эти искажения не представляют опасности.

Канальные фильтры являются дорогостоящими устройствами. Обычно в них используется кварцевые фильтры, отличающиеся высокой добротностью. Важным достоинством фильтрового способа формирования ОБП является относительно небольшая полоса частот, занимаемая спектром канального сигнала:

8. Формирование различных групп при построении многоканальной АСП.

Оконечная аппаратура МСП строится на основе типовой преобразовательной аппаратуры (т.е. каналообразующей аппаратуры). В типовой преобразовательной аппаратуре принято следующее группообразование: первичная группа объединяет 12 каналов, вторичная формируется путем объединения пяти первичных групп, третичная – пяти вторичных групп и четверичная – трех третичных групп.

Абсолютная ширина спектра частот первичной группы определяется полосой частот канала ТЧ равной 0,3…3,4 кГц. Однако расстояние между несущими частотами соседних каналов берется равным 4 кГц. Интервал 0,9 кГц между полосами частот соседних каналов необходим для обеспечения требуемой крутизны нарастания затухания фильтров при переходе от полосы пропускания к полосе задержания. Таким образом, ширина спектра первичной 12-канальной группы составляет 48 кГц.

В качестве полосы частот первичной группы выбран спектр частот 60…108 кГц, где достаточно высокой стабильностью характеристик обладают кварцевые фильтры, применяемые для подавления неиспользуемой боковой полосы при формировании спектра первичной группы.

Абсолютная ширина спектра вторичной группы составляет 240 кГц, так как она объединяет пять первичных групп. Полоса частот каждой из первичных групп при помощи группового преобразования перемещается таким образом, что общая полоса частот вторичной группы становится равной 312…552 кГц.

Третичная группа занимает спектр 812…2044 кГц и формируется из пяти вторичных групп путем группового преобразования. Между преобразованными 60-канальными группами введены частотные промежутки 8 кГц, которые необходимы для облегчения задачи выделения 60-канальных групп на промежуточных станциях.

Четверичная группа занимает полосу частот в пределах 8516...12388 кГц и формируется из трех третичных групп с использованием одноступенного группового преобразования. Частотные промежутки между преобразованными 300-канальными группами выбраны равными 88 кГц.

Для формирования спектра первичной группы (12 каналов) используется блок индивидуального преобразования (ИП), структурная схема которого представлена на рис. 2.7. Каналы имеют отдельные тракты передачи и приема, т.е. является четырехпроводными. Однако к телефонному аппарату подводится двухпроводная линия, следовательно, для перехода с двухпроводной на четырехпроводную линию и обратно используется дифференциальная система (ДС). Для преобразования исходных сигналов на модуляторы М и демодуляторы ДМ каждого канала подаются несущие частоты, кратные 4 кГц. На модулятор и демодулятор первого канала подается несущая частота 108 кГц, второго – 104 кГц и т.д. до частоты 64 кГц, которая подается на 12-й канал. Несущую частоту любого из 12 каналов можно определить по формуле , где n –номер канала.

На дифференциальную систему каждого канала подается соответствующий исходный сигнал тональной частоты 0,3…3,4 кГц, который затем поступает на ограничитель амплитуд ОА и модулятор. Ограничитель амплитуд служит для ограничения выбросов напряжения сигнала. Выделение полезных (нижних) боковых полос и подавление побочных продуктов преобразования производятся с помощью полосового фильтра ПФ.

Таким образом, 12 первичных сигналов, каждый из которых занимает спектр 0,3…3,4 кГц, переносится в спектр частот 60…108 кГц (точнее, 60,6…107,7 кГц). Этот спектр частот и принято называть первичной группой.

Схема формирования 12-канальной первичной группы показана на рис. 2.8.

На приемном конце полоса частот 60…108 кГц распределяется канальными фильтрами по входам соответствующих индивидуальных преобразователей приема, на выходе которых с помощью ФНЧ выделяются исходные полосы частот 0,3…3,4 кГц.

Подавление неиспользуемой боковой полосы считается достаточным, если крутизна нарастания затухания канального ПФ не менее 0,07 дБ/Гц. Такую крутизну затухания в полосе частот 60...108 кГц могут обеспечить, например, кварцевые фильтры. Блоки для формирования каналов первичных групп размещаются на стойках индивидуального преобразования СИП.

Вторичная группа формируется из пяти первичных групп с использованием одной ступени группового преобразования (рис. 2.9, а). В зависимости от выбранных значений несущих частот может быть сформирован основной или инверсный спектр. Основной спектр вторичной группы организуется с помощью несущих частот 420, 468, 516, 564 и 612 кГц, а инверсный – 252, 300, 348, 396 и 444 кГц (рис. 2.9, б и в). Полезные боковые полосы частот (при формировании основного спектра – нижние, а инверсного – верхние) выделяются ПФ.

Спектр третичной группы (812...2044 кГц) формируется путем одноступенного группового преобразования пяти основных спектров вторичной группы (рис. 2.10). Несущие частоты выбраны так, чтобы между преобразованными спектрами вторичной группы образовался частотный промежуток в 8 кГц, это необходимо для облегчения задачи выделения 60-канальных групп на оконечных и промежуточных станциях. После преобразования полезные боковые полосы частот выделяются фильтрами. Блоки вторичного преобразования для формирования третичных групп размещаются на стойках вторичного преобразования СВП.

Спектр четверичной группы (8516...12388 кГц) создается одноступенным групповым преобразованием спектров трех третичных групп с помощью несущих 10560, 11880 и 13200 кГц (рис. 2.11). Полезные боковые полосы выделяются посредством ПФ. Блоки для формирования четверичных групп размещаются на стойках третичного преобразования СТП.

9. Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ-I , АИМ- II). Виды модуляции (ШИМ, ВИМ, ФИМ, ЧИМ).

При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) амплитуда импульсов изменяется в соответствии с амплитудой модулируемого сигнала, при этом длительность и положение импульсов остаются неизменными. Различают два вида амплитудно-импульсной модуляции: первого рода (АИМ–I) и второго рода (АИМ–II). На рис. 3.6 а и б показаны, соответственно, случаи амплитудно-импульсной модуляции первого (АИМ-I) и второго (АИМ-II) рода, где c(t) - модулирующий сигнал.

При АИМ-I мгновенное значение амплитуды импульсов зависит от мгновенного значения амплитуды непрерывного сигнала, при АИМ-II амплитуда каждого отсчета неизменна и равна значению непрерывного сигнала в момент начала отсчета. Если длительность АИМ отсчетов много меньше периода их следования, т.е. скважность ,то разница между АИМ-1 и АИМ-2 оказывается несущественной. Это условие выполняется в системах передачи с ВРК, так как длительность канальных импульсов должна выбираться из условия , где N - число каналов.

Для широтно-импульсной модуляции (ШИМ) характерно изменение длительности импульсов пропорционально амплитуде исходного непрерывного сигнала, при этом амплитуда импульсов остается постоянной. Различают одностороннюю (рис. 3.7а) и двустороннюю (рис. 3.7б) ШИМ.

При односторонней ШИМ изменение длительности импульса происходит только за счет перемещения одного из его фронтов. При двусторонней ШИМ перемещаются и передний, и задний фронты импульсов симметрично относительно их центра, соответствующего тактовым точкам.

Для временной импульсной модуляции (ВИМ) характерно смещение импульсов во времени относительно тактовых точек на величину, пропорциональную амплитуде передаваемого сигнала. Различают два вида ВИМ: фазоимпульсная модуляция (ФИМ) и частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) (рис. 3.8).

При ФИМ величина сдвига импульсов относительно тактовых точек определяется амплитудой отсчетных значений исходного сигнала. Если, например, модулируемый сигнал , то при ФИМ величина временного сдвига k-го импульса определяется выражением , где – максимальный сдвиг импульсов.

При ЧИМ частота следования импульсов пропорциональна амплитуде отсчетных значений исходного сигнала. Величина частотного сдвига определяется выражением , где - максимальная девиация частоты следования импульсов.

10. Помехозащищенность сигналов в многоканальных системах передачи с ВРК и АИМ.

Равномерное квантование

Основной недостаток равномерного квантования заключается в следующем. Мощность шума квантования не зависит от величины сигнала. Защищенность от шумов квантования определяется как отношение сигнал-шум квантования: . Тогда защищенность от шумов квантования оказывается небольшой для слабых сигналов и возрастает при увеличении уровня сигнала. Для повышения защищенности необходимо уменьшить шаг квантования, т.е. увеличить число разрешенных уровней. При уменьшении шага квантования q в 2 раза мощность шумов квантования уменьшается в 4 раза, а защищенность возрастает на 6 дБ (рис. 3.11).

При , т.е. при защищенность от шумов резко падает за счет попадания сигнала в зону ограничения. Для обеспечения минимально допустимой защищенности от шумов квантования равной 30 дБ для кодирования сигнала требуется 12 разрядов (N_КВ=4096). При этом защищенность для сигналов с максимальной амплитудой будет более чем на 30 дБ превышать минимально допустимое значение.

Большое число разрядов в коде приводит к усложнению аппаратуры и увеличению тактовой частоты. Устранить этот недостаток позволяет использование неравномерного квантования, которое используется в современных ЦСП.

Неравномерное квантование

Сущность неравномерного квантования заключается в том, что для слабых уровней сигнала шаг квантования выбирается минимальным и постепенно увеличивается, достигая максимального значения для наибольшего уровня сигнала (рис. 3.12).

На рис. 3.13 приведена амплитудная характеристика квантователя при неравномерном квантовании.

При этом для слабых сигналов мощность шума квантования Р_Ш.КВ. уменьшается, а для сильных - возрастает, что приводит к увеличению защищенности А_З.КВ. для слабых сигналов и ее снижению для сильных сигналов, которые имели большой запас по помехозащищенности (см. рис. 3.11). В результате удается снизить разрядность кода до m=8 (N_КВ=256), обеспечив при этом выполнение требований к защищенности от шумов квантования в широком динамическом диапазоне сигнала D_C (рис 3.14).

Таким образом, происходит выравнивание защищенности А_З.КВ. в широком диапазоне изменения уровней сигнала.

11. Квантование сигналов по уровню. Шумы квантования и средняя мощность шумов квантования.

1. Равномерное кантование. АИМ-сигнал является дискретным по времени, но непре-рывным по уровню, так как амплитуда отсчетов может принимать бесконечное множество значений. В связи с этим возникает задача ограничения числа возможных значений амплитуд АИМ-отсчетов конечным множеством, содержащим определенное число "разрешенных" амплитудных значений (уровней). Эта задача решается в процессе квантования сигнала по уровню, при котором истинное значение каждого АИМ-отсчета заменяется ближайшим разрешенным значением. Операции квантования по уровню и кодирования, как правило, осуществляются в одном устройстве, называемом аналого-цифровым преобразователем (АЦП) или кодером.

Кроме общего числа уровней квантования квантующее устройство характеризуется шагом квантования и напряжением ограничения. Шагом квантования называется разность между двумя соседними разрешенными уровнями. Напряжение ограничения определяет максимальное значение амплитуды отсчета, подвергаемого квантованию. Квантование называется равномерным, если шаг квантования во всем диапазоне изменений амплитуды сигналов остается постоянным, т. е. = const.

На рис. 3.9 приведена временная диаграмма, поясняющая принцип равномерного квантования однополярных сигналов, a на рис. 3.10 – амплитудная характеристика квантующего устройства.

Квантование осуществляется следующим образом. Если амплитуда отсчета в пределах двух соседних разрешенных уровней превышает половину шага квантования q/2, то амплитудa отсчета изменяется в большую сторону, если меньше половины шага квантования - в меньшую сторону. Таким образом, операция квантования аналогична операции округления чисел, а следовательно, неизбежно приводит к возникновению ошибки,причем устранить эту ошибку на приеме не представляется возможным. Ошибкой квантования называется разность между истинным значением отсчета и его квантованным значением: ξ_кв(t)= U(t)-U_кв(t).

На рис 3.9 истинное значение амплитуды каждого АИМ-отсчета (до операции квантования) указано стрелкой. Очевидно, что вне зависимости от амплитуды отсчета Іξ_кв(t)І≤q/2 cредняя мощность шумов квантования при равномерном кван-товании Pшкв=q²/12. Амплитудная характеристика квантующего устройства (рис. 3.10) содержит две основные зоны: зона квантования и зона ограничения. В случае ІU_вхІ>ІU_огрІ на выходе устройства квантования формируется отсчет с амплитудой равной Uогр. При этом возникают шумы ограничения, мощность которых значительно больше мощности шумов квантования. Поэтому необходимо применять меры, предотвращающие перегрузку.

Дальше как в 10 вопросе.

12. Определение числа шагов для линейной шкалы квантования.

Для примера возьмем канал ТЧ. Для определения числа шагов нужно найти ;

Известны: • допустимая помехозащищенность А_З.ДОП. ; • средний уровень сигнала = –13,6 дБ; • среднеквадратичное отклонение = 5 дБ

Динамический диапазон сигнала от до, т.е. ; Пик-фактор

Уровень ограничения

Весь суммарный диапазон по уровню

Помехозащищенность по шумам квантования (доп = допустимая. Для ТЧ = 30дБ).

; где 4,77 – коэффициент, возникающий из-за перехода от lg к log.

Количество разрядов=12 для каналов ТЧ.

Количество дискретных уровней уровней.

Но столько уровней не передают. Взяв 32 уровня вместо 4096, получим снижение помехозащищенности, но его можно повысить за счет помехозащищенного кодирования, т.к. так будет дешевле.

Можно также уменьшить количество разрядов с 12 до 8 (для канала ТЧ) за счет неравномерного квантования. Но при это высокие уровни сигнала будут иметь ошибку побольше, чем низкие уровни. При этом помехозащищенность будет меньше, но всё равно она будет пригодна для осуществления связи.

13. Особенности цифровых систем передачи сообщений.

1. Высокая помехоустойчивость (дискретизируя сигнал, получаем за счет этого возможность регенерации и отсутствие накопления ошибок в канале). В оптическом кабеле сигнал аналоговый (несущий непрерывный световой поток), но первичный сигнал всегда цифровой.

2. Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи (нелинейная зависимость между общей длиной связи и длиной участка регенерации), например, при возрастании L_ОБЩ в 100 раз – L_РЕГЕН уменьшается на 5%.

3. Стабильность параметров каналов ЦСП (изменения АЧХ канала, например, температурные, удаляются регенераторами, поэтому канал остается стабилен).

4. Эффективность использования пропускной способности канала для передачи дискретных сигналов (если первичный сигнал уже цифровой, то скорость передачи будет максимальной). ТЧ: F_верх=4КГц, F_дискр=8КГц, 8 разр., V=64kbps

5. Возможность построения цифровой сети связи (именно сети , т.к. сеть подразумевает возможность управления и перераспределения нагрузки, с цифровой коммутацией каналов). PDH – зачатки сети (мало возможностей управления). SDH – уже сеть (управление развито хорошо). Сеть д.б. надежной и саморегулирующейся без участия человека.

6. Высокие технико-экономические показатели (уровень интеграции цифровых систем гораздо выше, т.е. меньше габариты, энергопотребление, … , проще обслуживание – заменили электронный блок и поехали дальше).

14. ПЛЕЗИОХРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ИЕРАРХИЯ (PDH).

Иерархия цифровых систем передачи

Цифровые системы передачи строятся по определенной иерархической структуре, для которой характерно объединение и разделение потоков передаваемой информации. Иерархический принцип построения ЦСП заключается в том, что число каналов в последующей ступени иерархии больше числа каналов предыдущей ступени в целое число раз. Система передачи, соответствующая первой ступени, называется первичной. В ней осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа индивидуальных сигналов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный цифровой поток и т. д.

В настоящее время в мире наибольшее распространение получили два типа иерархии ЦСП: европейская и североамериканская.

Европейская иерархия (рис. 4.12, а) основывается на первичной ЦСП типа ИКМ-30, в которой с помощью аналого-цифрового оборудования (АЦО) образуются 30 каналов со скоростью передачи информации 64 кбит/с каждый. Скорость передачи первичного группового сигнала составляет 2048 кбит/с.

При формировании групповых сигналов более высокого уровня иерархии используется принцип временного объединения цифровых потоков предыдущего уровня иерархии. Коэффициент объединения для всех ступеней иерархии равен четырем.

Во всех потоках отводятся специальные позиции для передачи служебных сигналов. Например, скорость вторичного потока равная 2048 * 4 + 256 = 8448 кбит/с определена скоростями четырех первичных потоков по 2048 кбит/с и служебной информацией 256 кбит/с, предназначенной для согласования скоростей объединяемых цифровых потоков.

Кроме основного оборудования, содержащего стойки аналого-цифрового оборудования САЦО, вторичного временного группообразования СВВГ, третичного временного группообразования СТВГ, четверичного временного группообразования СЧВГ и оборудования линейного тракта, на рисунке показано дополнительное оборудование. К нему относятся: стойка аналого-цифрового преобразования сигнала вторичной 60-канальной группы системы с ЧРК (САЦО-ЧД-60) в три первичных цифровых потока, стойка аналого-цифрового преобразования сигнала третичной 300-канальной группы системы с ЧРК (САЦО-ЧД-300) в групповой ИКМ-сигнал и стойка преобразования непрерывного телевизионного сигнала и сигнала звукового сопровождения (САЦО-ТВ) в три третичных цифровых потока. На рисунке показаны также типы линий связи, которые могут быть использованы в качестве направляющей среды для передачи ИКМ-сигналов.

Аналогичным образом строится североамериканская иерархия (рис. 4.12, б), однако в качестве первичной ЦСП выбрана система ИКМ-24, а коэффициенты объединения на всех ступенях иерархии различны.

Отмеченные выше типы иерархии относятся к так называемой плезиохронной цифровой иерархии (PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy). Здесь при временном группообразовании скорости объединяемых цифровых потоков могут незначительно отличаться друг от друга в пределах допустимой нестабильность задающих генераторов ЦСП, расположенных на различных станциях сети. Это требует принятия специальных мер для согласования скоростей цифровых потоков при их объединении в поток более высокой ступени иерархии. Поэтому оборудование ЦСП заметно усложняется, а также снижаются качественные показатели сети в целом.

15.СТРУКТУРА ОКОНЕЧНОЙ СТАНЦИИ ЦСП С ВРК.

Структурная схема оконечной станции.

ДИ-дискретная информация(служебная, тестовая и т.п.)

гальваническая развязка(защита дальнейшего оборудования от завмыканий).

ДП – дистанционное питание (подается на середину обмотки, чтобы возможные пульсации в ДП не влияли на оборудование).

ГО – генераторное оборудование.

СУВ – сигналы управления и взаимодействия (сигнализация)

ФЦ – формирователь циклов из цифрового потока (формирует цикловой синхросигнал и сверхцикловой с/сигнал)

РС – регенератор станционный (регенерирует и восстанавливаетсигнал)

ПК – преобразует линейный код →цифровой код.

ПСС – приёмник синхросигналов (синхронизирует)

ГО выделяет различные сигналы, вырабатывая различные частоты

ВС – временной селектор (выделяет каналы).

В состав оконечной станции аппаратуры цифровой системы передачи, предназначенной для передачи телефонных сигналов, входит индивидуальное и групповое оборудование.

Работой всех узлов оконечного оборудования управляет генераторное оборудование (ГО), формирующее все необходимые импульсные последовательности, следующие с различными частотами.

Сигнал от абонента поступает на вход канала и далее через дифференциальную систему (ДС) в тракт передачи. Передающая часть индивидуального оборудования содержит усилитель низкой частоты (УНЧ), фильтр нижних частот (ФНЧ) и амплитудно-импульсный модулятор (АИМ). В фильтре нижних частот сигнал ограничивается по спектру (3,4 кГц), что необходимо при дискретизации сигнала. В модуляторе аналоговый сигнал дискретизируется по времени в результате чего формируется канальный АИМ-сигнал, представляющий собой последовательность канальных АИМ-отчетов. Канальные АИМ-сигналы всех отчетов объединяются в групповой АИМ-сигнал.

В групповом оборудовании тракта передачи перед кодированием групповой АИМ-сигнал вида АИМ-1 преобразуют в сигнал вида АИМ-2. В кодирующем устройстве осуществляется последовательное нелинейное кодирование отчетов группового АИМ-сигнала, в результате чего на выходе кодера формируется групповой цифровой сигнал с ИКМ, представляющий собой последовательность восьмиразрядных кодовых комбинаций каналов. Помимо информационных символов в цикле передачи необходимо передавать дополнительные сигналы: сигнал управления и взаимодействия – для управления приборами АТС (СУВ), сигналы цикловой (ЦС) и сверхцикловой (СЦС) синхронизации, сигналы передачи дискретной информации (ДИ).

Сигналы управления и взаимодействия от АТС поступают на вход согласующего устройства (СУ), где преобразуются в цифровую форму для ввода через схему формирования циклов (ФЦ) в цифровой поток. В результате на выходе формирователя циклов формируется полный цифровой поток, имеющий циклическую структуру. Цифровой сигнал на выход со схемы формирования циклов представляет собой униполярный (однополярный) цифровой поток. Однако передача такого сигнала по линии затруднена. Поэтому униполярный двоичный код в преобразователе кода (ПК) преобразуется в биполярный код, параметры которого отвечают заданным требованиям.

С помощью линейного трансформатора (ЛТр) обеспечиваются согласования аппаратуры с линией и подключение блок дистанционного питания (ДП) линейных регенераторов. В данном случае дистанционное питания осуществляется по искусственным цепям по системе «провод-провод» с использованием средней точки линейного трансформатора.

В тракте приема искаженный цифровой сигнал поступает на станционный регенератор (РС), где восстанавливаются основные параметры сигнала (амплитуда, длительность, последовательность следования). На выходе со станционного регенератора преобразователь кода восстанавливает униполярный двоичный сигнал из которого с помощью приемника синхросигнала (ПС) выделяются сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации, управляющие работой генераторного оборудования, а также символы управления и взаимодействия и передачи дискретной информации, которые поступают на согласующее и дифференциальное устройства приемной части соответственно.

Декодирующее устройство (Дек) последовательно декодирует кодовые группы отдельных каналов, в результате чего на выходе декодера формируется групповой АИМ-сигнал.

В индивидуальной части оборудования приема с помощью временных селекторов (ВС) из последовательности отчетов группового АИМ-сигнала выделяются АИМ-отчеты соответствующего канала. С помощью фильтра низких частот выделяются огибающая последовательности канальных АИМ-отчетов, то есть восстанавливается исходный аналоговый сигнал, который усиливается в усилителе низких частот и через дифференциальную систему поступает к абоненту.

Широкополосные сигналы через предварительный усилитель (ПУ) поступают на АИМ-модулятор. После этого, сигналы попадают на кодер, далее на счетчик импульсов (СЧ) и на формирователь цифрового потока (ФЦ). На приемной стороне происходит обратная процедура: через распределитель первичного цифрового сигнала (РПЦС) сигнал попадает на декодер, затем на демодулятор (ДМ) и поступает на выходной усилитель (ВУ).

16. МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.

Способы передачи цифровых сигналов.

1)Чисто цифровая передача.

2) Гибридный способ

Усилительный тракт (здесь он короче ) в линейном тракте рассчитывается так, чтобы использоваться в высокоскоростной ЦСП – на пределе возможностей. ЛР получается очень дорогим, а широкополосный усилитель использовать дешевле, чем делать дорогой ЛР.

3)Аналоговый способ №1

АСП делаются с запасом по частоте, т.к. в начале и в конце линии связи нелинейность хар.-ки АЧХ канала существенно влияет на качество связи. Дополнительно в эту полосу частот (запас) можно поставить ЦСП и др.

Это делается при переходе от АСП к ЦСП, что не эффективно. Здесь вне полосы пропускания передается цифровая информация. Прирост эффективности ≈ 5-10%

4)Аналоговый способ №2

Здесь эффективность чуть поменьше ≈ 3..5%

Часть аналоговых каналов используется для цифровой системы. Если например нужно сделать защищенные каналы, надо закодировать цифровой сигнал и передать по аналоговой системе, т.к. потом это сложно выделять

№17. ПРИНЦИПЫ СИНХРОНИЗАЦИИ В ЦСП. ВИДЫ СИНХРОНИЗАЦИИ.

Принципы синхронизации.

Принцип построения цифровых систем передачи требуют синхронизации скоростей цифровых потоков на входе оборудования группообразования.

Скорости входных канальных групп немного отличаются друг от друга вследствие допустимой нестабильности задающего генератора каналообразующего оборудования этих потоков. Поэтому прежде чем приступить к объединению этих потоков к определенной скорости, их нужно привести к одной скорости передачи путем добавления специальных синхронизирующих битов выравнивания скоростей. Биты выравнивания должны распознаваться на приемной стороне, когда происходит разделение (демультиплексирование) потоков из группового и выделение первоначального сигнала

Есть 3 вида синхронизации в PDH.

1. Тактовая

Обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов и является самой большой частотой во всей системе. Сбой => невозможность регенерации => невозможность приема.

2. Цикловая

Обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала, т.е. правильность выделения отдельных каналов. Сбой => путаница между каналами.

3. Сверхцикловая

Обеспечивает на приеме правильное расположение СУВ (сигналы управления и взаимодействия). При ОКС-7 она не нужна( сверхцикловая не нужна). Сбой( при поканальной сигнализации, т.к. в случае общеканальной сигнализации , как ОКС-7 , сверхцикловая не нужна) => невозможность коммутации абонентов.

18. Принципы синхронизации в ЦСП. Система тактовой синхронизации. Структура приемника тактовой синхронизации.

Для согласованной работы передающей и приемной станции системы передачи с ИКМ необходимо обеспечить равенство скоростей обработки сигналов на этих станциях, согласованное распределение АИМ-сигналов и сигналов управления и взаимодействия по соответствующим каналам. Это возможно толь ко при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования на передающей и приемной станциях (ГОпер и ГОпр).Для этих целей предусматривается синхронизация генераторного оборудования приемной станции по тактовой частоте, по циклам и сверхциклам цифрового потока. Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП.

Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скорости обработки сигналов на оконечных станциях и регенерационных пунктах.

В cостав любого передающего оборудования оконечной станции (Пер) входит задающий генератор (ЗГ), который вырабатывает импульсную последовательность с тактовой частотой F­T. Для обеспечения тактовой синхронизации в линейных регенераторах (ЛР) и приемном оборудовании (Пр) оконечной станции устанавливаются устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ). Структурная схема тактовой синхронизации представлена на рис. 4.7.

Один из наиболее распространенных методов выделения тактовой частоты (называемый также методом пассивной фильтрации) заключается в том, что из спектра входного цифрового сигнала с помощью ВТЧ выделяется тактовая частота. Для этих целей используются полосовые фильтры, резонансные контуры или избирательные усилители. Энергетический спектр униполярной последовательности импульсов содержит как непрерывную G_H(f), так и дискретную G_д(f) составляющую как показано на рис. 4.8.

С помощью фильтра можно выделить первую гармонику частоты следования импульсов, т.е. тактовую частоту F_Т. ВТЧ в данном случае получается достаточно простым. Таким образом, получается пассивный прием: Но нужно подбирать элементы с разным ТКН для компенсации. Кроме того, элементы надо постоянно контролировать, т.к. параметры уходят.

Также перспективным, но более сложным является способ тактовой синхронизации с применением устройств автоподстройки частоты генератора тактов приемного оборудования (метод активной фильтрации). Используют генератор с автоподстройкой от ПФ.

21. Объединение и разделение цифровых потоков. Синхронное объединение и разделение потоков.

Сущность объединения цифровых потоков заключается в том, что информация, содержащаяся в поступающих потоках, записывается в запоминающие устройства, а затем поочередно считывается в моменты, отводимые ей в объединенном потоке. Операция разделения потоков является обратной операции объединения: информация объединенного потока записывается в запоминающие устройства, соответствующие исходным потокам, а затем считывается со скоростью равной скорости объединяемых потоков.

Объединение цифровых потоков может быть синфазно-синхронным, синхронным и асинхронным. При синхронном объединении цифровые потоки синхронизированы общим задающим генератором, следовательно скорости потоков совпадают. При асинхронном объединении потоков цифровые системы передачи часто имеют автономное генераторное оборудование, обладающее некоторой нестабильностью частоты. Эта нестабильность невелика, поэтому объединяемые потоки называют плезиохронными (почти синхронными), а их скорости отличаются незначительно. Для согласования скоростей объединяемых потоков в объединенный поток вводится дополнительная служебная информация.

В большинстве случаев объединение потоков осуществляется посимвольно (побитное чередование), т.е. считывание информации из запоминающих устройств при объединении происходит по разрядам: сначала считывается и передается разряд первого потока, затем – второго и т.д., после считывания разряда последнего из объединяемых потоков вновь считывается разряд первого потока, т.е. цикл повторяется.

При синхронном объединении частота совпадает, а фаза может не совпадать (потоки формируются в одном месте, а объединяются в другом).

Здесь нужно знать, когда какой поток пришел, т.е. когда записались потоки (по времени), чтоб добиться синфазности. Поэтому надо отправлять служебную информацию, которая говорит, в какой последовательности потоки сформированы. Ее надо вводить постоянно, но не слишком часто – минимально возможное количество раз, иначе эффективность канала падает.

Биты А и В служебные. Все биты нижнего потока по длительности меньшие, нежели без них. Это нужно потому что, в конце потоки должны совпадать. Для этого нужно заменить ЛЗ на ГО и ввести между ГО₁ и ВТЧ, параллельно ГО₁, преобразователь частоты 32/33, чтобы входил в ГО₂. После ГО₂ добавляется приемник служебной информации

19. Принципы синхронизации в ЦСП. Цикловая синхронизация. Структура приемника цикловой синхронизации.

Цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение декодированных на приемном конце отсчетных значений аналоговых сигналов по отдельным каналам. Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На передающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла передачи, т.е. в нулевом канальном интервале КИ0 вводится цикловой синхросигнал. На приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПСС) для выделения циклового синхросигнала из группового цифрового сигнала и тем самым, определяет начало цикла передачи. В ЦСП ИКМ-30 цикловой синхросигнал имеет заранее определенную и неизменную структуру вида 0011011 и следует с периодичностью через цикл.

Сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение СУВ по соответствующим телефонным каналам. Структурная схема и принцип действия приемника сверхциклового синхросигнала те же, что и для приемника циклового синхросигнала. Поиск сверхцикловой синхронизации разрешается только после установления цикловой синхронизации и после пропадания двух сверхцикловых сигналов подряд.

Приемник синхросигнала ПСС на приемной станции выполняет следующие основные функции:

установление синхронизма после включения системы в работу; контроль за синхронным состоянием системы в процессе работы; обнаружение сбоя синхронизма; восстановление состояния синхронизма после каждого сбоя.

Структурная схема приемника синхросигнала показана на рис. 4.9.

Опознаватель содержит регистр сдвига (РС), число разрядов в котором совпадает с числом символов в синхросигнале и дешифратор (Дш), настроенный на дешифрацию синхросигнала с заранее определенной комбинацией циклового синхросигнала 0011011. Как только в регистре сдвига, на вход которого поступает групповой цифровой сигнал, окажется кодовая комбинация 0011011, на выходе опознавателя появляется

Генераторное оборудование приема (ГОпр) вырабатывает управляющие последовательности под воздействием импульсов тактовой частоты, которые выделяются из группового цифрового сигнала с помощью устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ). Так как синхросигнал 0011011 следует с периодичностью через цикл, то после регистрации одного синхросигнала с помощью ГОпр можно определить ожидаемые моменты поступления последующих синхросигналов. В эти моменты на вход анализатора (элементы НЕТ и И₁ ) от ГОпр поступает контрольный импульс. Таким образом, анализатор проверяет соответствие момента появления импульса на выходе опознавателя ожидаемому моменту появления синхросигнала, т. е. осуществляется проверка по периоду следования и времени появления синхросигнала.

Появление импульса на выходе схемы запрета (НЕТ) означает отсутствие синхросигнала (сигнала с выхода Дш) в момент поступления контрольного импульса от ГОпр. Появление импульса на выходе схемы И₁ означает совпадение по времени синхросигнала и контрольного сигнала от ГОпр. Решающее устройство содержит накопитель по входу в синхронизм емкостью n₁, накопитель по выходу из синхронизма емкостью n₂ и элемент И₂.

Накопитель по входу в синхронизм, вход которого соединен с выходом схемы И₁, обеспечивает защиту ПСС от ложного вхождения в синхронизм в режиме поиска синхросигнала в случае поступления на вход опознавателя случайной комбинации, совпадающей с синхросигналом. Обычно емкость накопителя по входу в синхронизм составляет 2–3 разряда (для системы ИКМ-30 n₁=2). Накопитель по выходу из синхронизма, вход которого соединен с выходом схемы запрета анализатора НЕТ, обеспечивает защиту от ложного выхода из состояния синхронизма, когда из-за ошибок в линейном тракте происходит кратковременное изменение структуры синхросигнала. Обычно емкость накопителя по выходу из синхронизма n₂ составляет 4–6 разрядов (для системы ИКМ-30 n₂=4).

Принцип работы приемника синхросигнала

Если система находится в режиме синхронизма, то накопитель по входу в синхронизм будет заполнен, поскольку на выходе схемы И₁ регулярно появляются импульсы, подтверждающие совпадение моментов поступления импульсов с выхода опознавателя и контрольных импульсов от ГОпр. Накопитель по выходу из синхронизма опустошается. Импульсы на выходе опознавателя, соответствующие случайным комбинациям синхросигнала, не влияют на работу ПСС, так как не совпадают по времени с контрольными импульсами от ГОпр.

Если в результате ошибок в одном из циклов будет искажен синхросигнал, на выходе опознавателя в нужный момент импульс не появится, в результате чего с выхода схемы запрета НЕТ в накопитель по выходу из синхронизма поступит импульс. Однако схема остается в прежнем состоянии, поддерживая ранее установленное состояние синхронизма, поскольку накопитель еще не заполнен. Решение о выходе системы из состояния синхронизма будет принято только в том случае, если будут искажены n₂ синхросигналов подряд, т. е. когда полностью заполнится накопитель по выходу из синхронизма. При каждом заполнении накопителя по входу в синхронизм, накопитель по выходу из синхронизма сбрасывается. При этом если накопитель по входу в синхронизм будет заполнен раньше накопителя по выходу из синхронизма, последний будет сбрасываться в исходное нулевое положение. Таким образом обеспечивается защита от ложного выхода из синхронизма при кратковременных искажениях синхросигнала.

При длительном нарушении синхронизма накопитель по выходу из синхронизма оказывается заполненным и принимается решение о действительном выходе системы из состояния синхронизма. Начинается поиск нового состояния синхронизма. В этом случае первый же импульс от опознавателя через открытый элемент И₂ переводит ГOпр и накопитель по входу в синхронизм в исходное нулевое состояние, а накопитель по выходу из синхронизма – уменьшает свое содержимое на 1. Если в следующем цикле из-за ложного синхросигнала моменты появления импульса на выходе опознавателя и импульса от ГОпр не совпадают, то накопитель по выходу из синхронизма вновь заполняется, открывается схема И₂ и очередной импульс от опознавателя вновь устанавливает ГОпр и накопители в исходное нулевое состояние. Таким образом обеспечивается защита от ложного установления синхронизма. Этот процесс продолжается до тех пор, пока на выходе опознавателя не появляется импульс, соответствующий истинному синхросигналу. В этом случае через n₁ циклов накопитель по входу в синхронизм заполняется, накопитель по выходу из синхронизма сбрасывается, в нулевое состояние, схема И₂ закрывается, т. е. устанавливается новое состояние синхронизма.

Процесс восстановления синхронизма содержит три последовательных этапа:

• обнаружение выхода из синхронизма;

• поиск синхросигнала;

• подтверждение нового состояния синхронизма.

20. Объединение и разделение цифровых потоков. Синфазно-синхронное объединение и разделение потоков.

Сущность объединения цифровых потоков заключается в том, что информация, содержащаяся в поступающих потоках, записывается в запоминающие устройства, а затем поочередно считывается в моменты, отводимые ей в объединенном потоке. Операция разделения потоков является обратной операции объединения: информация объединенного потока записывается в запоминающие устройства, соответствующие исходным потокам, а затем считывается со скоростью равной скорости объединяемых потоков.

Объединение цифровых потоков может быть синфазно-синхронным, синхронным и асинхронным. При синхронном объединении цифровые потоки синхронизированы общим задающим генератором, следовательно скорости потоков совпадают. При асинхронном объединении потоков цифровые системы передачи часто имеют автономное генераторное оборудование, обладающее некоторой нестабильностью частоты. Эта нестабильность невелика, поэтому объединяемые потоки называют плезиохронными (почти синхронными), а их скорости отличаются незначительно. Для согласования скоростей объединяемых потоков в объединенный поток вводится дополнительная служебная информация.

В большинстве случаев объединение потоков осуществляется посимвольно (побитное чередование), т.е. считывание информации из запоминающих устройств при объединении происходит по разрядам: сначала считывается и передается разряд первого потока, затем – второго и т.д., после считывания разряда последнего из объединяемых потоков вновь считывается разряд первого потока, т.е. цикл повторяется.

Для синхронизации тракта передачи и приема по групповому цифровому потоку он разбивается на циклы, в начале которых вводится сигнал синхронизации как показано на рис. 4.10. Кроме того, каждый цикл делится на несколько субциклов. Число субциклов в цикле зависит от уровня иерархии группового потока. Так, для вторичной ЦСП ИКМ-120 число субциклов в цикле равно четырем, для третичной ЦСП ИКМ 480 – трем, а для четверичной ЦСП ИКМ-1920 – четырем. В начале каждого субцикла отводится несколько разрядов для передачи команд согласования скоростей объединяемых потоков.

При синфазно-синхронном объединении потоков потоки формируются от одного задающего генератора и объединяются в одном устройстве.

В PDH принцип синхронизации следующий: последняя ступень синхронизируется от потока. Через ВТЧ забирается тактовая частота и синхронизируется генератор G1. ИКМ 120 работает от генератора G1 с частотой в 4 раза больше, нежели выдает генератор G системы ИКМ 30.

Структура разделения потоков:

ЗУ – запоминающее устройство, ГО – генераторное оборудование,

ВТЧ – выделитель тактовой частоты, ЛЗ – линия задержки, ЛЗХ2 – уменьшает скорость потока (раздвигает импульсы) ИС – импульс считывания, ИЗ – импульс записи, ФИ – формирователь импульсов.

22. Объединение и разделение цифровых потоков. Асинхронное объединение и разделение потоков.

Сущность объединения цифровых потоков заключается в том, что информация, содержащаяся в поступающих потоках, записывается в запоминающие устройства, а затем поочередно считывается в моменты, отводимые ей в объединенном потоке. Операция разделения потоков является обратной операции объединения: информация объединенного потока записывается в запоминающие устройства, соответствующие исходным потокам, а затем считывается со скоростью равной скорости объединяемых потоков.

Объединение цифровых потоков может быть синфазно-синхронным, синхронным и асинхронным. При синхронном объединении цифровые потоки синхронизированы общим задающим генератором, следовательно скорости потоков совпадают. При асинхронном объединении потоков цифровые системы передачи часто имеют автономное генераторное оборудование, обладающее некоторой нестабильностью частоты. Эта нестабильность невелика, поэтому объединяемые потоки называют плезиохронными (почти синхронными), а их скорости отличаются незначительно. Для согласования скоростей объединяемых потоков в объединенный поток вводится дополнительная служебная информация.

В большинстве случаев объединение потоков осуществляется посимвольно (побитное чередование), т.е. считывание информации из запоминающих устройств при объединении происходит по разрядам: сначала считывается и передается разряд первого потока, затем – второго и т.д., после считывания разряда последнего из объединяемых потоков вновь считывается разряд первого потока, т.е. цикл повторяется.

При асинхронном объединении или/и разделении потоки сформированы от разных ЗГ и, как следствие, имеют разные фазы и задержки (потоки сформированы в разных местах и объединены где-то еще).

На рис – неоднородность из-за разницы скоростей потоков: у кого-то больше, у кого-то меньше. Биты смещаются, со временем неоднородность накапливается. Для того чтоб этого не происходило, производится выравнивание скоростей потоков. Для этого в момент времени, когда неоднородность становится равной 1 биту вместо бита А ставят пустой бит и скорости выравниваются.

Такой способ называется положительным согласованием скоростей, а пустой бит называется стафингом (др.название – торможение потока).

При отрицательном согласовании скоростей один поток движется медленнее средней скорости передачи.

При отрицательном согласовании скоростей вместо бита В передается 64 бит.

При положительном и отрицательном СС ЗГ будут дешевле, т.к. требования ниже. Но любая попытка выравнивания скоростей приводит к пропаданию инф. бита при расформировании потока, кроме того возникает дрожание фронтов (явление Джиттера) при постоянном изменении частоты.

Структурная схема блоков асинхронного сопряжения.

ФД – фазовый детектор (анализирует неоднородность фазы и частоты – расхождение со стандартом)

Пер КСС – передатчик команд согласования скоростей.

ГУН – генератор, управляемый напряжением;

СУ – система управления;

ФАПЧ – фазовая автоматическая подстройка частоты, (сводит явление Джиттера до минимума) при передаче КСС;

Прм КСС – приемник КСС, анализирует, была или нет КСС

23. Первичные ЦСП. Структура оборудования и временного цикла ИКМ-30 (ГОСТ 6886-86).

Стандарты PDH систем:

1962. год, USA "AT&T" (Bell) стандарт D1 G.733 – поток T1: 1544 кбит/с, 24 канала ОЦК;

2)UK: 1536 кбит/с, 24 канала ОЦК;

3)Europe CEPT стандарт D2 G.732 – поток E1: 2048 кбит/с, 30 каналов ОЦК.

Основной входной сигнал – сигнал тональной частоты (0,3…3,4 кГц), частота дискретизации F_Д = 8 кГц.

Законы кодирования:

А-закон:

Где y – выходной сигнал;

x – нормированный сигнал от 0 до 1;

A – коэффициент (A = 87,6 для речевого сигнала).

μ-закон:

где y – выходной сигнал; x – нормированный сигнал от 0 до 1;

μ – коэффициент (μ = 100 и μ = 255).

ИКМ-30 (ГОСТ 6886-86).

ИКМ-30 предназначен для линий связи между городскими и пригородными АТС.

Классификация ИКМ-30:

• ИКМ-30С – для сельской связи. При этом увеличена дальность связи, участок регенерации и участок дистанционного питания.

• ИКМ-30-4 (4-е поколение) – не совместима с ИКМ-30С по электрическим параметрам.

Структура ИКМ-30:

СК – сигнальный канал;

ТЧ – канал тональной частоты;

СУ – согласующее устройство;

ТС₁ – точка стыка в направлении 1;

ТС₂– точка стыка в направлении 2;

АЦО – аналогово-цифровое оборудование;

ОЛТ – оборудование линейного тракта;

НРП – необслуживаемый регенерационный пункт;

ОРП – обслуживаемый регенерационный пункт; l_УЧ – участок регенерации; l_ДП – сток дистанционного питания; l_ДП – сток дистанционного питания; L_П – длина линии передачи.

В точках стыка оборудование должно быть согласовано, то есть иметь стандартные характеристики электрических сигналов.

Переприем – это цифро-аналоговое и аналогово-цифровое преобразование в пункте регенерации.

Высокочастотные помехи возникают из-за переприема.

Цифровой поток ИКМ-30 состоит из 1-го сверхцикла, который включает в себя 16 циклов по 32 канальных интервала в каждом цикле.

Структура линейного сигнала:

• СЦ – сверхцикл;

• Ц – цикл;

• КИ – канальный интервал;

• Р – разряд;

• ДИ – дискретная информация;

• СП – свободные позиции;

• ЦС – цикловой синхросигнал;

• АЦС – авария цикловой синхронизации;

• СОЗ – снижение остаточного затухания;

• СК – сигнальный канал;

• СЦС – сверхцикловой синхросигнал;

• АСЦС – авария сверхцикловой синхронизации;

• T_Ц – длительность цикла;

• T_СЦ – длительность сверхцикла;

• T_Р – длительность тактовых интервалов;

T_Н – длительность импульса

24. Структура временного цикла E1 в европейских системах передачи при использовании поканально–связной сигнализации и сигнализации в общем канале (G.704)

Канальные интервалы в данном случае называются тайм-слотами (КИ0…КИ31 → Т0…T31).

Структура цикла (фрейма) имеет два формата:

1)Основной формат – тайм-слот T16 используется для канально-связанной сигнализации CAS.

2)Дополнительный формат – тайм-слот T16 используется для передачи информации.

При общеканальной сигнализации CCS формируется внешний D-канал (2,4…6,4 кбит/с). Для D-канала можно использовать любой информационный канал, кроме служебного T0. При канально-связанной сигнализации мультифрейм состоит из 16 циклов (фреймов): F0…F15.

RAI – сигнал аварии, биты RAI указывают на ошибки в синхронизации;

«0011011» - синхросигнал;

C1…C4 – полином контрольной суммы CRC-4, контролируют 8 канальных интервалов (0…7);

C1, C2, C3, C4 – коэффициенты полинома контрольной суммы;

SAx.x – резервные биты, предназначенные для мониторинга системы PDH.

E – биты, контролирующие (указывающие ошибку) в первой или второй группе

С помощью полинома CRC-4 контролируется предыдущий цикл, то есть контрольная сумма передается в следующем цикле, так как она не может передаваться с контролируемыми ею битами вместе. Приемник считает контрольную сумму пришедшей информации и сравнивает её с контрольной суммой из следующего фрейма, посчитанной на передаче. Если обнаружена ошибка, то E_i устанавливается в состояние «1». Если ошибка обнаружена в фреймах F0…F7, то бит E_i = 1 в 13-й строке, а если ошибка обнаружена в фреймах F8…F15, то бит E_i = 1 в 16-й строке.

Биты SAx.x используются по своему усмотрению. При пересечении границы SAx.x устанавливают в состояние «1». Если система передачи пересекает границу и входит в зону действия других стандартов, то все биты SAx.x устанавливаются в значение «1». T16 используется для сигнализации и указывает состояние канала – свободен/занят. Вся более подробная служебная информация идет по основному каналу.

0000 – сверхцикловой синхросигнал;

SSS – резервные биты;

A – аварийный бит сверхцикловой синхронизации;

abcd – сигнализация (биты abcd не должны быть в состоянии «0000»).

При общеканальной сигнализации (CSS) скорость 8÷64 бит/с.

16-й канальный интервал используется для передачи информации.

Биты Sa – используются для передачи статуса синхронизации.

Если общеканальная сигнализация идет по отдельному каналу, то T16 свободен от сигнализации и по нему можно передавать информацию.

G.811 – данный стандарт использует наиболее стабильный источник синхронизации – первоначальный эталонный генератор (ПЭГ). Данный источник используется в SDH системах и также его можно применять в PDH системах.

G.812-T – данный стандарт использует транзитный источник. Данный источник менее стабилен, так как синхронизируется от источника G.811, то есть синхронизация идет не напрямую.

SSU-A – блок синхронизации типа A.

G.812-L – данный стандарт использует локальный источник. Синхронизация локального источника имеет худшие показатели, нежели у G.811 и G.812-T.

SSU-B – блок синхронизации типа B.

G.813 – данный стандарт имеет свой источник синхронизации.

25. Кодирование и декодирование сигналов при передаче по ИКМ-30. Нелинейное кодирование речевого сигнала по А-закону и µ-закону.

Наиболее часто в современных ЦСП используются нелинейные кодеки, для удобства реализации которых на цифровых схемах целесообразно отказаться от плавной характеристики компрессии и заменить ее сегментированной характеристикой, представляющей собой кусочно-ломаную аппроксимацию плавной характеристики компрессии. На рис. 3.15 приведена сегментированная характеристика компрессии для положительных сигналов (для области отрицательных значений сигнала она имеет аналогичный вид). Формально общее число сегментов на полной характеристике (для отрицательных и положительных сигналов) составляет 16, однако четыре центральных сегмента (по два в положительной и отрицательной областях) фактически образуют один сегмент, вследствие чего фактическое число сегментов равно 13. Такую характеристику называют характеристикой компрессии типа А. Каждый из сегментов характеристики (см. рис. 3.15) содержит 16 шагов квантования, а их общее число равно 256 (по 128 для каждой полярности сигнала). При этом принята следующая нумерация сегментов N_Cи шагов квантования N_Ш внутри каждого сегмента: N_C=0, 1, 2, ..., 7 и N_Ш =0, 1, 2, ..., 15. Внутри каждого сегмента шаг квантования оказывается постоянным, т. е. осуществляется равномерное квантование, а при переходе к сегменту с большим порядковым номером шаг квантования увеличивается в 2 раза. Самый маленький шаг квантования (q₀) соответствует двум первым сегментам (N_C=0, 1) и равен q₀=2^-11 U_ОГР.

Шаг квантования в i-м сегменте определяется с помощью соотношения

Структура кодовой комбинации, формируемой на выходе кодера с характеристикой А, имеет вид PXYZABCD, где P –знаковый символ (1 – для положительных сигналов, 0 – для отрицательных); XYZ – символы кода номера сегмента N_C ; ABCD – символы кода номера шага внутри сегментаN_Ш (см. рис. 3.15). Если, например, положительный отсчет на входе кодера имеет амплитуду, соответствующую девятому шагу квантования в шестом сегменте, то на выходе кодера будет сформирована комбинация 11101001 (Р=1, XYZ=110, ABCD=1001).

Законы кодирования:

А-закон:

Где y – выходной сигнал;

x – нормированный сигнал от 0 до 1;

A – коэффициент (A = 87,6 для речевого сигнала).

μ-закон:

где y – выходной сигнал; x – нормированный сигнал от 0 до 1;

μ – коэффициент (μ = 100 и μ = 255).

26. Вторичные ЦСП. Структура оборудования и временного цикла ИКМ-120(G .745). Структурная схема ИКМ-120:

ВВГ – вводное оборудование вторичной группы;

ОЛТ – оборудование линейного тракта;

АЦО-ЧРКВ – аналогово-цифровое оборудование с ЧРК вторичной группы;

НРЛ – необслуживаемый регенерационный линейный пункт;

ОРЛ – обслуживаемый регенерационный линейный пункт; ТС – точка стыка (1 и 2); l_Р – участок регенерации;

l_ДП – участок дистанционного питания; L – длина линии передачи

В системе ИКМ-120 можно передавать 65 каналов полосой частот 312…552 кГц – эти частоты понижаются до 12…252 кГц, затем оцифровываются. Частота дискретизации равна F_Д = 512 кГц. Количество разрядов кодовой комбинации m = 11. Применяется нелинейное квантование по А-закону кодирования (А = 5,4/5).

E2=4*E1

Формирование потока E2:

Цикл в потоке E1 равен 125 мкс, 32 канальных интервала по 8 бит объединяются в агрегатный поток, состоящий из 4-х E1. 8*32*4=1024

То есть необходимо передать 1024 бита за 125 мкс. Дополнительно необходимо передать еще 32 бита для служебной информации. В итоге в потоке E2 передается 1056 бит/с. Цикл потока E2 разбивается на 4 субцикла по 264 бита.

Цикловой синхросигнал в потоке E2 занимает 8 бит (в отличие от 7 бит в E1) и имеет вид – «11100110».

Структура агрегатного потока E2 стандарта G.745:

СКСС – символы команд согласования скоростей;

ВСС – вызов служебной связи (передаются в обратном направлении);

Авария – биты аварии (передаются в обратном направлении);

СПОСС – дополнительные служебные символы для отрицательного согласования скоростей;

ПСПСС – дополнительные позиции стаффинга для положительного согласования скоростей;

Принцип работы согласования скоростей:

1. При приеме комбинации «111», последующей «000» и затем «111» приемник принимает решение о правильной передаче.

2. При приеме комбинации «111», последующей «111» следует положительной согласование скоростей.

3. При приеме комбинации «000», последующей «000» следует отрицательное согласование скоростей.

Для надежности команды согласования скоростей работают по «мажоритарному» голосованию. Ошибка в одном разряде не играет большой роли. Ошибка сразу в двух разрядах бывает крайне редко.

27. Структура временного цикла потока Е2 в европейских системах передачи с положительным выравниванием скоростей потоков при использовании объединения потоков с чередованием битов ( G .742) и с чередованием байтов ( G .704).

Суть данного стандарта в том, что здесь выделено 848 бит на фрейм.

E2=4*E1

Длительность цикла составляет 100,4 мкс.

Структура агрегатного потока E2 стандарта G.742:

СКСС – символы команд согласования скоростей;

RAI – авария в цикловом синхросигнале;

S – бит для национальных нужд (при переходе границы равен «1»);

ПСПСС – позиции стаффинга для положительного согласования скоростей;

В данном стандарте отсутствует отрицательное согласование скоростей.

Команды согласования скоростей работают по следующему принципу:

Сравниваются биты JC_i и JB_i.

При JC_i = JB_i принимается решение о том, что JB_i – информационный бит.

При JC_i ≠ JB_i принимается решение о том, что JB_i – стаффинг.

В стандарте G.704 поток E2 формируется на основе байтового соединения (1 байт – 125 мкс, 1024 бит = 128 байт на фрейм).

Описание потока E2 стандарта G.704:

1)120 каналов по 64 кбит/с (ОЦК) расположены в тайм-слотах T5…T32, T34…T65, T71…T98, T100… T131. Всего в цикле 132 тайм-слота (T0…T131);

2)Цикловой синхросигнал имеет следующую структуру – «11100110100000» (14 бит), который расположен в начале и середине цикла:

«11100110» – расположен в тайм-слоте T0 (позиции с 0-й по 7-ю);

«100000» – расположен в тайм-слоте T66 (позиции с 529-й по 534-ю);

3)Аварийный сигнал AIS расположен в тайм-слоте T66 на 535-й позиции;

4)Бит для национальных нужд S расположен в тайм-слоте T66 на позиции 536;

5)Биты для канально-связанной сигнализации CAS расположены в тайм-слотах T67…T70;

6)Тайм-слоты T1…T4 (позиции с 9-й по 40-ю) и T33 зарезервированы для национальных нужд (при переходе границы равны «1»).

0000XYXX – служебная информация, где

«0000» – сверхцикловой синхросигнал;

X – резервный бит (обычно равен «1»);

Y – авария в цикловом синхросигнале (при «0» – нормальная работа, «1» – авария).

Бит «a» - бит, который указывает состояние канала («0» – канал свободен, «1» – канал занят);

Биты «bcd» – имеют значение «101» (abcd ≠ 0000 – запрещенная комбинация).

Общеканальная сигнализация CCS:

1)127 каналов ОЦК располагаются в тайм-слотах T2…T32, T34…T65, T67…T98, T100…T131. Тайм-слот T1 используется для канала общего пользования или служебной связи;

2)Цикловая синхронизация не нужна, то есть тайм-слот T0 – служебный;

3)Аварийный сигнал AIS расположен в тайм-слоте T66 на 535-й позиции;

4)Бит для национальных нужд S расположен в тайм-слоте T66 на позиции 536;

5)Тайм-слоты T67…T70 можно использовать для общеканальной сигнализации CCS;

6)Тайм-слот T33 зарезервирован для национальных нужд.

28. Третичные ЦСП. Структура оборудования и временного цикла ИКМ-480 (G .753)

Длительность цикла составляет T_Ц = 62,5 мкс. Цикл потока E2 разбивается на 3 субцикла по 716 бит.

Структура потока E3:

Пояснения к рисунку:

• СКСС – символы команд согласования скоростей;

• СПОСС – дополнительные биты для отрицательного согласования скоростей;

• ПСПСС – дополнительные биты для положительного согласования скоростей.

29. Структура временного цикла потока Е3 в европейских системах передачи с положительным выравниванием скоростей потоков ( G .751)

Поток E3 стандарта G.751 имеет схожую структуру с потоком E2 стандарта G.742, только вместо 212 бит в субцикле будет 384 бита (при побитном объединении, то есть при положительном согласовании скоростей).

Поток E3 не может быть сформирован побайтно.

Структура агрегатного потока E3 стандарта G.751:

Пояснения к рисунку:

СКСС – символы команд согласования скоростей;

RAI – авария в цикловом синхросигнале;

S – бит для национальных нужд (при переходе границы равен «1»);

ПСПСС – позиции стаффинга для положительного согласования скоростей;

В данном стандарте отсутствует отрицательное согласование скоростей.

Команды согласования скоростей работают по следующему принципу:

Сравниваются биты JC_i и JB_i. При JC_i = JB_i принимается решение о том, что JB_i – информационный бит. При JC_i ≠ JB_i принимается решение о том, что JB_i – стаффинг.

30. Четвертичные ЦСП. Структура оборудования и временного цикла ИКМ-1920 (G .754).

В системе ИКМ-1920 стандарта G.754 передаются 1920 каналов тональной частоты. Длительность цикла составляет T_Ц = 15,625 мкс. Цикл потока E4 разбивается на 4 субцикла по 544 бит. Цикловой синхросигнал в потоке E4 занимает 10 бит.

Структура агрегатного потока E4стандарта G.754

Пояснения к рисунку:

СКСС – символы команд согласования скоростей;

СПОСС – биты для отрицательного согласования скоростей;

ПСПСС – биты для положительного согласования скоростей;

СС – служебная связь;

КиС – контроль и сигнализация.

Линейные характеристики E4:

• Длина регенерационного участка l_УЧ = 3 км;

• Длина участка переприема (максимальная дальность связи) l_АП = 2500 км;

• Секция дистанционного питания Q_ДП = 240 км;

31. Структура временного цикла потока Е4 в европейских системах передачи с положительным выравниванием скоростей потоков (G.751).

В системе ИКМ-1920 стандарта G.751 передаются 1920 каналов тональной частоты. Длительность цикла составляет T_Ц = 15,625 мкс. Цикл потока E4 разбивается на 6 субцикла по 488 бит. Цикловой синхросигнал в потоке E4 занимает 12 бит и имеет вид – «111101000000».

Структура агрегатного потока E4 стандарта G.751:

СКСС – символы команд согласования скоростей;

ПСПСС – биты для положительного согласования скоростей;

S – служебная связь;

RAI – сигналы аварии на удаленном конце (потеря синхронизации);

JC_i – биты согласования скоростей для i-го потока

32. Линейный тракт проводных ЦСП. Искажения импульсных сигналов. Линейные искажения первого и второго рода.

Применительно к цифровой технике рассматривается:

1)Линейный тракт;

2)Линейные сооружения;

3)Оборудование.

Характеристики линии:

R – линейное сопротивление;

C – емкость;

L – индуктивность;

G – проводимость изоляции.

Эквивалентная схема линейного тракта:

При большой частоте емкость C_Л не успевает разрядиться и возможна межсимвольная интерференция, когда «1» и «0» сравниваются по амплитуде напряжения. Вследствие этого возникают линейные искажение I рода, обусловленные подавлением высокочастотных компонент, так как эквивалентная схема линии представляет собой фильтр низких частот (ФНЧ). Все зависит от постоянной времени цепи τ = RC.

Линейные искажения первого рода:

Линейные искажения можно свести к минимуму, подобрав входной сигнал.

Индуктивность линии L_Л мала, при развязке используются линейные трансформаторы.

Линейные искажения второго рода:

Для минимизации линейных искажений применяется двуполярный код, при котором емкость C_Л будет разряжаться быстрее за счет приложенной к нему противоположной полярности.

33. Импульсные сигналы ЧПИ (AMI ), МЧПИ ( HDB3) и коды вида cBdT .

Простейший код – ЧПИ (AMI) – чередование полярности импульсов. ЧПИ минимизирует искажения второго рода и частично минимизирует искажения первого рода.

Пример кодирования кодом ЧПИ:

Постоянная времени τ выбирается максимально короткой, чтобы цифровая система передачи разделяла позиции «11» от постоянного потенциала, так как синхронизация и последующее декодирование в PDH идет от входящего потока.

Достоинством кода ЧПИ является очень простое формирование кода и декодирование.

Недостатком кода ЧПИ является то, что если подряд идет много нулей, то может произойти сбой синхронизации, если ошибка попадет на синхросигнал, или щелчок, если ошибка попадет на речевой канальный интервал.

Принципиальная схема кодера и декодера ЧПИ:

Для устранения недостатков кода ЧПИ был разработан код МЧПИ (модифицированный ЧПИ), или по другому – КВП-3 – код высокой полярности с задержкой трёх нулей (HDB-3).

Пример кодирования кодом МЧПИ:

B,V – балластные единицы (на приме удаляются);

«B» всегда противоположна предыдущей единице;

«V» всегда повторяет полярность предыдущей единицы.

Схема регенератора для кода МЧПИ имеет такой же вид, что и для ЧПИ. Удаление балластных единиц происходит с помощью нарушения полярности. То есть если на приеме есть два нуля, то удаляются обе единицы. Если на приме есть три нуля, то удаляется только последняя единица.

Удаление балластных единиц реализуется с помощью логического устройства, запоминающего 4 бита.

Достоинством данного кода является то, что применяется тот же самый регенератор, что и для ЧПИ.

Недостатком кода МЧПИ является задержка сигнала и усложненное по сравнению с кодом ЧПИ декодирование.

В PDH системах применяется трехуровневый код вида «cBdT», где

c – количество бит в двоичном коде; d – количество бит в третичном коде;

B – Binary – двоичный; T – Tertiary – третичный.

Для данного кода должны выполняться следующие условия:

, ,

Таким образом, при применении данного кодирования можно уменьшить частоту передачи, но за счет усложнения кода увеличится вероятность ошибки P_ОШ.

Избыточность кода вида «cBdT»:

34. Назначение и структура регенератора для PDH.

Регенераторы в цифровых системах передачи применяются для:

1. Устранения действия помех;

2. Устранения линейных искажений в линейном тракте.

Регенератор должен быть сконструирован по простейшей возможной схеме и с учетом того, чтобы в регенерационном пункте отсутствовало кодирование/декодирование (для работы с большим числом линейных кодов). Регенераторы обычно располагают через 3…6 км. Каждый регенератор вносит задержку. Из-за регенераторов потоки разделяются по фазе.

Общая схема и принцип работы линейного регенератора:

УК – усилитель корректирующий;

ПУ – пороговое устройство;

ВТЧ – выделитель тактовой частоты;

ФИ – формирователь импульсов

Принцип выделения тактовой частоты:

Из спектра группового сигнала с помощью полосового фильтра, резонансного контура или избирательного усилителя выделяется тактовая частота. Энергетический спектр униполярной последовательности импульсов содержит как непрерывную G_Н(f), так и дискретную G_Д(f) составляющую. С помощью фильтра можно выделить первую гармонику частоты следования импульсов, то есть тактовую частоту F_Т.

G – спектральная плотность мощности;

F_Т – тактовая частота.

Структурная схема пассивного выделителя тактовой частоты на двухуровневом коде:

ВЫП 2 п-п – выпрямитель двухполупериодный на мостовой схеме;

ПФ – полосовой фильтр, настроенный на тактовую частоту F_Т;

У – усилитель;

ОГР – ограничитель по уровню; d/df – дифференциальная схема (увеличивает частоту f в два раза);

ВЫП 1 п-п – выпрямитель однополупериодный на диоде; ФИ – формирователь импульсов; ЛЗ – линия задержки.

Принцип работы дифференциальной схемы:

Недостатком данной схемы выделения тактовой частоты является то, что при отсутствии входного сигнала может сработать синхронизация, и пороговое устройство вместо импульсов будет выдавать гармонический сигнал.

С ростом скорости передачи ужесточаются требования к полосовому фильтру, так как если в полосу пропускания попадет помеха, то произойдет дрожание тактовой частоты F_Т, что приведет к явлению джиттера.

35. Синхронная цифровая иерархия (SDH ). Достоинства и общие характеристики SDH .

Недостатки систем плезиахронной цифровой иерархии:

1. Ограничена скорость передачи, так как синхронизация идет от самого цифрового потока;

2. На базе PDH нельзя построить полноценную сеть, так как нет средств управления и контроля за сетью, PDH работает только по системе «точка-точка». PDH не рассчитана на построение сети как таковой, так как сеть не могла сама решать вопросы распределения потоков для поддержания живучести и повышения надежности и скорости передачи;

3. Сложность извлечения первичной информации из высокоскоростных потоков из-за сложности в согласовании скоростей. Дешевле расформировать поток, выделить из него необходимую информацию и сформировать поток заново.

4. Старая элементная база даёт побитную обработку данных, что не стыкуется с осовремененным оборудованием.

Достоинства систем синхронной цифровой иерархии:

1. Упрощено разделение/объединение цифровых потоков;

2. Прямой доступ к компонентам с меньшими скоростями без необходимости разделения/объединения всего высокоскоростного потока;

3. Существенное расширение возможностей эксплуатации и технического обслуживания оборудования;

4. Оборудование имеет более компактные размеры;

5. Облегченный переход к более высоким скоростям передачи по мере развития техники.

Особенности SDH:

1. Синхронизация в SDH осуществляется по отдельной линии от первичного эталонного генератора, что дает возможность повысить скорости передачи, которая будет зависеть от точности генератора;

2. Наращивание скорости возможно только на основе оптоволоконных кабелей;

3. В SDH предусмотрены возможности построения сети и управления ею с использованием современных микропроцессоров;

4. В SDH идет работа с байтами, а не битами.

Синхронный транспортный сигнал представляет собой пакет (STM – синхронный транспортный модуль).

36. Предпосылки создания и принципы построения SDH.

Сначала развития SDH заполняли низкоскоростными потоками PDH (от E1 до E4).

Поток STS-1 от SONET (Synchronic Optical Net - USA ):

Скорость передачи:

с=264*3*8*8000=50688 кбит/c

Поток STM-1 (Europe):

Скорость передачи:

с=270*9*8*8000=155520кбит/c

Системы SDH строятся по функциональным слоям, каждый из которых имеет свою аппаратуру, своё управление и свои средства контроля.

Вся информация укладывается в виртуальных контейнерах (VC – virtual container), который имеет пункт отправления и назначения, фиксированный объем.

Каждый слой имеет свои стандарты. Взаимодействие между слоями оговаривается.

В SDH в качестве входных сигналов каналов доступа выступают трибы PDH и SDH(компонентные сигналы).

Структура верхнего уровня иерархии SDH может строится из структур нижнего уровня и несколько структур одного и того же уровня могут быть объединены в одну общую структуру.

Трибы должны упаковываться в стандартные помеченные виртуальные контейнеры. Положение виртуального контейнера может определяться с помощью указателей.

Несколько контейнеров одного уровня могут быть сцеплены вместе и рассматриваться в качестве непрерывного контейнера.

37. Схемы мультиплексирования потоков в STM-1 для SDH ( G.707, G.708, G.709).

Первый стандарт на построение мультиплексора разработан ITU-T в 1988 году (стандарты G.707, G.708). В нем оговариваются свойства базового мультиплексора.

Схема мультиплексирования SDH:

C1…C4 – контейнеры 1…4 уровня: (для инкапсуляции сигналов канала доступа или трибов)

C1 содержит трибы T1 или E1 (C1.1 – 25 байт или C1.2 – 34 байт);

C2 содержит трибы T2 или E2 (C2.1 или C2.2 – 106 байт);

C3 содержит трибы T3 или E3 (C3.1 или C3.2 – 756 байт);

C4 содержит триб E4 (2340 байт).

VC – виртуальный контейнер (содержит адрес мультиплексора назначения, дописывает маршрутный заголовок POH);

TU – трибный блок (указатель административного блока PTR указывает начало виртуального контейнера VC в трибном блоке TU);

TUG – группа трибных блоков;

AU – административный блок (заполняется иначе, чем TU);

AUG – группа трибных блоков;

A – блок, используемый для совместимости со стандартом SONET;

E – блок, используемый для совместимости с Европейским стандартом.

Пути мультиплексирования программно включаются/выключаются. Таким образом, существует 3 варианта мультиплексирования С1→ STM-1.

38. Структура заголовка STM -1.

RSOH – заголовок регенерационной секции;

AUP – указатель административного блока;

MSOH – заголовок секции мультиплексирования;

A1, A2 – сигналы цикловой синхронизации (A1 = 11110110,

A2 = 00101000), длина синхрослова в STM-1: 6×8 = 48 бит;

J0 – байт индикатора трассы регенерационной секции [в рамках национальных границ – 1 байт, при пересечении – 2 байта (Z0۷)];

B1 – контроль информации для регенерационной секции RSOH по процедуре BIP-8 (результат суммы по модулю-2 всех полей RSOH, кроме двух полей Z0۷, отправляется в следующем пакете STM-1)

E1 – служебная связь на участке регенерации (64 кбит/с);

E2 – служебная связь на участке мультиплексирования (64 кбит/с);

F1 – канал пользователя;

D1, D2, D3 – служебные каналы передачи данных внутри RSOH

(3×64 = 196 кбит/с);

● – байты адаптации к среде передачи (зависят от используемой линии передачи);

B2 – результат проверки секции RSOH по процедуре BIP-24;

K1, K2 – байты сигнализации и управления автоматическим защитным переключением (APS) (G.783);

D1…D12 – служебный каналы передачи данных (12×64 = 576 кбит/с);

S1 – статус синхронизации;

Z0, Z1, Z2 – биты, используемые в совместных стандартах SDH-SONET;

× – зарезервированные биты для национальных нужд.

39. Формирование STM -1 из VC-4 и VC -3. Структура маршрутных заголовков виртуальных контейнеров.

Существует два варианта заполнения группы блоков AUG:

1)Заполнение AUG виртуальным контейнером 4-го уровня VC-4.(AU-4)

Полезная нагрузка VC-4 служит для транспортировки нескольких трибных блоков TU-1(2,3). Начало VC-4 задается указателем PTR.

2)Заполнение AUG виртуальными контейнерами 3-го уровня VC-3.(3*AU-3)

Полезная нагрузка VC-3 служит для транспортировки нескольких трибных блоков TU-1(2). Начало VC-4 задается указателем PTR.

Положение виртуальных контейнеров внутри фрейма STM-1 не фиксировано, это позволяет им «плавать» внутри блока AU.(компенсирует разность фаз и скоростей VC и RSOH)

RSOH – заголовок для регенерационной секции;

AUP – указатель административного блока;

MSOH – заголовок для мультиплексирования;

VC-3, VC-4 – виртуальный контейнер 3-го и 4-го уровня.

Виртуальный контейнер любого уровня:

РОН – маршрутный заголовок(обеспечивает целостность связи на маршруте от точки сборки виртуального контейнера до точки разборки).

J1 – байт трассировки маршрута (мониторинг связи между мультиплексорами);

B3 – результат процедуры контроля BIP-8;

S2 – указатель типа последней нагрузки (11 типов);

G1 – указатель состояния маршрута (сигнал состояния на удаленном конце);

Если на приеме имеется такой сигнал, то соседний мультиплексор принял информацию с ошибкой;

F2, F3 – байты каналов служебной связи (2×64 кбит/с);

H4 – обобщенный индикатор положения нагрузки (дает возможность организации мультифрейма на низкой скорости);

K3 – сигнализация об аварийном защитном переключении (APS) – авария на сети;

N1 – байт оператора сети (для мониторинга сети).

Поля H4, F2, F3 зависят от типа полезной нагрузки.

Контейнер STM-N имеет вид:

PL – поле полезно нагрузки(261*9*N)

40. Указатели AU и выравнивание скоростей нагрузки при передаче по SDH .

Указатели AU позволяют отображать положение виртуального контейнера VC внутри полезной нагрузки, что позволяет им «плавать»(смещаться) внутри AU.Этот указатель позволяет учесть разницу в скоростях фреймов.

Указатель Au-4 начала контейнера VC-4 помещается в байтах H1,H2,H3(4 трока заголовка SOH).

Три указателя AU-3(по три байта каждый) на три контейнера VC-3 помещаются в 9 байтов той же 4 строки заголовка SOH.

c

Смещение может быть положительным и отрицательным. Для отрицательного смещения используется поле в три байта Н3, для положительного – байты 10,11,12 в той же строке.

1* - байт, состоящий из «1»

H1, H2 – указатели структуры;

H3 – указатель для согласования скоростей;

Fs – фиксированные наполнители

41. Принципы синхронизации в SDH , и взаимодействия PDH и SDH.

Синхронизация в SDH осуществляется по отдельному кабелю (волокну), то есть существует своя сеть синхронизации. Информационная сеть строится в виде петли. Сеть синхронизации строится по схемам «звезда» и «дерево».

Схемы построения сети синхронизации:

ПЭГ – первичный эталонный генератор;

ВЭГ – вторичный эталонный генератор;

Slave – подчиненный генератор.

В SDH синхронизация по частоте осуществляется четко, однако имеют место изменения по фазе, что приводит к ограничению скорости распространения сигнала.

Режимы синхронизации в SDH:

1. Синхронный режим – все устройства работают от одного ПЭГ.

Точность при этом режиме составляет ~ ±10^-12 Гц, вследствие чего нет потери бит и проскальзываний;

2. Псевдосинхронный режим – часть оборудования синхронизируется от одного ПЭГ, другая часть – от другого ПЭГ.

Точность при этом режиме составляет ~ ±10^-11 Гц, вследствие чего может возникнуть 1 проскальзывание за 70 суток;

3. Плезиохронный режим – считается, что у оборудования потеряна синхронизация с первичным эталонным генератором.

Точность при этом режиме составляет ~ ±10^-9 Гц, вследствие чего может возникнуть 1 проскальзывание за 17 суток;

4. Асинхронный режим – каждый мультиплексор работает от своего генератора.

Точность при этом режиме составляет ~ ±10^-5 Гц, вследствие чего может возникнуть 1 проскальзывание за 7 секунд, и придется высылать пакет заново;

Взаимодействие SDH и PDH.

42. Основы построения волоконно-оптических систем передачи.

Обобщенная структура системы передачи на оптическом кабеле:

КОО – каналообразующая аппаратура (n потоков → 1 поток);

ОС – оборудование сопряжения (электрический сигнал → оптический сигнал);

ОП – оптический передатчик;

ПОМ – передающий оптический модуль: ИОИ – источник оптического излучения;

СУ – согласующее устройство. ОВ – оптическое волокно;

ОР – оптический регенератор (оптический сигнал → электрический сигнал → регенерация → оптический сигнал); ОУ – оптический усилитель; ОПР – оптический приемник:

Приемники работают по числу пришедших фотонов.

Классификация волоконно-оптических систем передачи:

По оборудованию:

1)Аналоговое оборудование; 2)Цифровое оборудование.

По способу модуляции:

1)Аналоговая модуляция; 2)Цифровая модуляция; 3)Смешанная модуляция (ИКМ).

По способу демодуляции:

1)Прямая демодуляция – световой поток сразу переходит в электрический сигнал;

2)Демодуляция с промежуточной частотой:

Гетеродинное преобразование:

Частота приема больше частоты гетеродина и больше частоты сигнала:

(f_ПРИЕМА > f_{ГЕТЕРОДИНА} > f_{СИГНАЛА})

Это позволяет уменьшить размеры и увеличить усиление у приемника.

Гомодинное преобразование:

Частота приема равна частоте гетеродина, что позволяет сразу получать на выходе исходный сигнал.

По способу организации двухсторонней связи (дискретная информация передается аналоговым сигналом).

1) 2-волоконная 1-полосная ВОЛС: 2) 1-волоконная 1-полосная ВОЛС

В 1-волоконных 1-полосных ВОЛС используется различная поляризация прямой и обратной волн.

3)1-волоконная 2-полосная ВОЛС:

По методу уплотнения:1) Спектральное уплотнение

ОФМС – оборудование формирования многоканального сигнала;

УСО – устройство спектрального объединения (WDM/DWDM);

2)Временное уплотнение

Реализуется по одному из двух способов

3)Частотное (гетеродинное) уплотнение

Пояснения к рисунку:

• ИИ – источник излучения;

• А_n – призма;

• λ/4 – четвертьволновая призма (смещает длину волны λ на λ/4);

• Ф_n – фильтр n-го канала;

• ОМ – оптический модулятор;

• З – зеркало;

• ОС_n – оптический сигнал;

• СУ – согласующее устройство;

• ОСМ – оптический смеситель;

• ГЕТ – гетеродин;

• ПФ – полосовой фильтр;

• ФД – фотодетектор.

Достоинством частотного уплотнения является то, что участок регенерации приблизительно в 2 раза больше при всех прочих условиях. Коэффициент использования пропускной способности волокна выше.

Недостатком частотного уплотнения является то, что передающий тракт должен сохранять поляризацию света. При частотном уплотнении используется более сложная аппаратура.

43. Оптические передатчики в волоконно-оптических системах передачи.

Структурная схема оптического передатчика:

ФМС – формирователь модулирующего сигнала;

МОИ – модулятор оптического излучения;

СВД – система встроенной диагностики;

ОР – оптический разветвитель;

ЛОС – линейный оптический сигнал;

СРРИОИ – сигнализатор режима работы источника оптического излучения;

СУ (ОС) – соединительное устройство (оптический соединитель); ОВ – оптическое волокно.

Характеристики оптических передатчиков:

1. Длина волны λ должна совпадать с одним из окон прозрачности оптического волокна;

2. Высокая мощность излучения (60-100 мВт) и эффективность его ввода в оптическое волокно;

3. Возможность модуляции несколькими способами;

4. Длительный срок службы;

5. Высокий КПД;

6. Ограничение по весу и габаритам;

7. Простота технологии производства и эксплуатации.

Основные параметры лазерных диодов:

1. λ₀ – длина волны оптического излучателя (мкм);

2. Δλ – ширина полосы излучения оптического излучателя (нм);

3. W – мощность оптического излучателя (мВт);

4. I_В – ток возбуждения оптического излучателя (мА);

5. – КПД;

6. t_НАР – время нарастания оптического излучения:

7. C – максимальная скорость передачи данных (Мбит/с);

8. F_МОД – максимальная частота модуляции (МГц);

9. Шумы (дБ).

Основные характеристики оптических излучателей:

1)Вольт-амперная характеристика:

где I_В – ток возбуждения.

Пояснения к графику:

СИД – светоизлучающий диод;

ЛД – лазерный диод;

I_ПОРОГ – пороговое значение тока

2) Спектральная характеристика излучения для различных токов возбуждения:

где I_В = const – ток возбуждения, λ – длина волны.

3)Диаграмма направленности – пространственная хар-ка излучения

7.