Скалин Цифровые системы передач

В некоторых случаях в одном канальном интервале размещают СУВ нескольких СК, что позволяет сократить число циклов в сверхцикле. Общее число циклов в сверхцикле определяется общим числом СК и числом СК,

организуемых в одном цикле. Один цикл предназначается для передачи сигнала сверхцикловой синхронизации. Временная диаграмма работы четырех СК приведена на рис. 3.43. На ней показан сверхцикл, состоящий из пяти циклов. В четырех из них в соответствующие канальные интервалы передаются СУВ, а в одном цикле передается сигнал сверхцикловой синхронизации.

Функциональная схема построения передающих и приемных устройств четырех каналов передачи СУВ показана на рис. 3.44. Четыре схемы И выполняют операцию дискретизации СУВ, разрешая прохождение сигнала каждого из каналов только в соответствующий цикл сверхцикла,

соответствующий канальный интервал цикла и соответствующий разряд канального интервала, которые на схеме условно обозначены КИт и Рп. В

нулевой цикл в групповой сигнал подается сверхцикловая синхрокомбинация. Устройство объединения УО объединяет групповой цифровой сигнал всех каналов, СУВ, сверхцикловый синхросигнал.

Управляет работой передающих устройств ГОпер. Синфазная работа ГОпр и

ГОпер, а следовательно, и правильное распределение сигналов по С К обеспечивается приемником сверхцикловой синхронизации. На приеме выполняется обратная операция — импульсы СУВ распределяются по своим каналам согласно соответствующим импульсам от ГОПр. На выходе СК включен расширитель импульсов, который восстанавливает длительность импульсов, уменьшая влияния искажений операции дискретизации.

В некоторых системах АТС для передачи СУВ используется многочастотиая сигнализация, тогда СУВ передается комбинацией тональных частот. Эти сигналы, лежащие в спектре 0,3...3,4 кГц, поступают на вход канала ТЧ, где и передаются аналогично телефонному сигналу.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие узлы входят в состав аппаратуры оконечной станции системы передачи ИКМ?

2.Как строится временной цикл и сверхцикл ЦСП?

3.Какие требования предъявляются к амплитудно-импульсным модуляторам и временным селекторам?

4.Как строятся электронные ключи?

5.Объясните необходимость преобразования сигнала АИМ-1 в АИМ-2

иувеличения длительности импульса.

6.Как строится структурная схема преобразования сигнала АИМ-1 в

АИМ-2?

7.Как строится линейный кодер счетного типа?

8.Как строятся линейные кодеры и декодеры взвешивающего типа для однополярных и двухполярных сигналов?

9.Поясните принцип построения сегментной характеристики комианднрова-ннн типа А-87,6/13.

10.Поясните этапы кодирования нелинейного кодера.

11.Как строятся нелинейные кодеры и декодеры?

12.Как строится генераторное оборудование и какие импульсы формируются на его выходах?

13.Как строятся отдельные узлы генераторного оборудования?

14.Для чего необходима тактовая синхронизация передающей и приемной станций?

15.Назовите требования, предъявляемые к тактовой синхронизации.

16.Как могут строиться схемы устройств тактовой синхронизации?

17.В чем заключается цикловая синхронизация передающей и приемной станций?

18.Какие узлы входят в состав приемника синхросигнала?

19.Поясните работу развернутой схемы приемника синхросигнала.

20.Поясните построение приемника синхросигнала при параллельной работе цепей удержания и поиска синхронизма.

21.Как строятся отдельные узлы приемника синхросигнала?

22.Поясните принцип передачи СУВ в цифровых системах передачи.

23.Как строятся передающие и приемные устройства передачи СУВ?

Глава 4 ЛИНЕЙНЫЙ ТРАКТ ЦСП

4.1 ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ ПО ЛИНЕЙНЫМ ТРАКТАМ. ЛИНЕЙНЫЕ КОДЫ ЦСП

Цифровой линейный тракт (ЦЛТ). Рассмотренное в предыдущих главах аналого-цифровое оборудование обеспечивает формирование цифрового двоичного сигнала, состоящего из импульсов и пробелов (единиц и нулей).

Этот сигнал должен быть передан по ЦЛТ на противоположную оконечную станцию системы передачи, при этом должна быть обеспечена необходимая достоверность передачи.

Цифровой линейный тракт как тракт системы передачи должен содержать среду распространения цифрового сигнала и устройства,

обеспечивающие требуемое качество передачи. В отличие от аналогового сигнала, используемого в системах с ЧРК и имеющего сложную форму,

полное восстановление которой в промежуточных пунктах невозможно,

цифровой сигнал в большинстве случаев достаточно прост по форме:

импульс определенной амплитуды и длительности, и в промежуточных пунктах возможно его полное восстановление (регенерация). Поэтому промежуточные пункты цифрового линейного тракта носят название регене-

рационных. Структурная схема ЦЛТ приведена на рис. 4.1.

Оборудование окончания линейного тракта (ОЛТ) предназначено для формирования линейного цифрового сигнала на передаче и его регенерации на приеме. Регенерационные пункты РГ1 обеспечивают регенерацию цифрового сигнала на промежуточных участках линейного тракта.

Особенности построения ЦЛТ различных систем передачи связаны с физическими свойствами сред распространения цифрового сигнала (СРЦС),

определяющими степень искажения формы сигнала, помехозащищенность и,

как следствие этого, верность передачи цифровой информации. Учитывая это, рассмотрим свойства основных СРЦС, их влияние на сигнал и

предъявляемые к средам и сигналам требования, обеспечивающие получение необходимой верности передачи.

Рис. 4.1. Цифровой линейный тракт

Одной из наиболее широко используемых сред для передачи цифровых сигналов является электрический кабель (как симметричный, так и коаксиальный). Рассмотрим влияние характеристик кабеля на передачу цифровых сигналов.

Затухание кабельной цепи с увеличением частоты растет, что неизбежно приводит к ограничению полосы частот цифрового сигнала сверху. Такое же воздействие оказывают на сигнал различные элементы входных схем регенератора (трансформаторы, усилители) .

На рис. 4.2, а показана последовательность двоичных импульсов на входе и выходе цепи при ограничении сверху полосы пропускания.

При поступлении импульса на вход участка кабельной цепи возникающие в этой цепи переходные процессы приводят к завалу фронта импульса и затягиванию спада при одновременном снижении амплитуды импульса. Причем, чем длиннее участок цепи, тем меньше величина импульсного отклика на его выходе и тем резче выражены явления завала фронта и затягивания спада. При значительном ограничении полосы частот цифрового сигнала переходные процессы, возникающие в цепи кабеля при прохождении через нее каждого импульса, не успевают закончиться к мо-

менту прихода следующего импульса или пробела. Это приводит к наложению импульсов, особенно сильно ощущаемому для соседних символов цифрового сигнала. Явление наложения символов цифрового

сигнала за счет расширения их длительности получило название межсимвольной интерференции.

Межсимвольная интерференция приводит как к изменениям амплитуды, так и временным сдвигам символов. Вследствие межсимвольной интерференции на соседнем тактовом интервале импульс или пробел получает случайное приращение ДиПр. Если при отсутствии интерференции допустимая амплитуда помехи Un, то при наложении символов ее значение уменьшается на АыПр. Сдвиг фронта импульса Ат также приводит к искажению формы символа.

Рис. 4.2. Влияние ограничения полосы частот на форму двоичного цифрового сигнала в линейном тракте

В линейных трактах, организованных на цепях симметричных кабелей,

присутствуют согласующие трансформаторы и усилители, ограничивающие полосу частот цифрового сигнала снизу за счет подавления постоянной и низкочастотных составляющих спектра. Влияние ограничения полосы частот цифрового сигнала снизу показано на рис. 4.2, б.

Ослабление низкочастотных составляющих приводит к появлению выбросов, полярность которых противоположна полярности символа цифрового сигнала, причем спад выброса затягивается на последующие тактовые интервалы, вызывая межсимвольную интерференцию, снижающую амплитуду импульсов. Снижение амплитуды импульсов при возможной амплитуде помехи U„ снижает возможность регистрации импульсов на фоне помех. Следовательно, ограничение полосы частот вызывает искажение

цифрового сигнала, что всегда снижает помехоустойчивость. Цифровой сигнал в электрическом кабеле подвергается воздействию помех. Рассмотрим характерные помехи и их влияние на цифровые сигналы.

Основным видом помех в ЦЛТ, построенных на симметричном кабеле,

являются переходные помехи с других трактов этого кабеля. Влияние помехи на сигнал зависит от способа организации передачи. При однокабельной передаче преобладают переходные помехи на ближнем конце регенерационного участка, при двухкабельной — переходные помехи на дальнем конце. Переходная помеха на ближнем конце не зависит от длины регенерационного участка и в большинстве случаев превышает переходную помеху на дальнем конце. Величина переходной помехи на ближнем конце определяется уровнем сигнала на передаче, переходным затуханием между парами кабеля на ближнем конце А0 и спектрами влияющего и подверженного влиянию сигналов.

Увеличение скорости передачи цифрового сигнала приводит к уменьшению длительности импульсов и расширению полосы частот. Это, в

свою очередь, снижает переходное затухание и соответственно увеличивает помехи. В этом случае уменьшается защищенность на ближнем конце А30- С

целью сохранения величины защищенности Ат в допустимых пределах приходится либо соответственно уменьшать длину регенерационных участков, либо использовать двухкабельную систему организации передачи.

Кроме переходных помех для симметричных кабелей характерны помехи от отраженных сигналов. Отражения сигналов возникают в тех точках кабельной пары, где происходит скачкообразное изменение волнового сопротивления цепи — это прежде всего стыки строительных длин и участки включения газонепроницаемых муфт. Отражения приводят к возникновению паразитных цифровых потоков, опережающих основной сигнал или отстающих от него.

При одновременном использовании пар симметричного кабеля для организации цифровой передачи и коммутируемой низкочастотной связи на

регенерационных участках, прилегающих к коммутационной станции,

возникают импульсные помехи. Помехи создаются коммутационными приборами. Мощность этих помех на прилегающих к станции регенерационных участках значительно превышает мощность остальных помех, из-за чего приходится укорачивать пристанционные участки.

Характерной особенностью коаксиальных кабелей, используемых для организации высокоскоростных цифровых трактов, является рост переходного затухания при увеличении частоты. Переходное затухание типовых коаксиальных кабелей уже на частоте 1 МГц не менее 120 дБ, что позволяет не учитывать переходные помехи при рассмотрении процессов передачи по ним сигналов.

Основным видом помех в коаксиальных цифровых трактах являются тепловые помехи, вызванные хаотическим тепловым движением носителей тока в кабельных цепях и входных каскадах регенераторов. Защищенность от тепловых шумов всецело определяется скоростью передачи цифрового сигнала и длиной регенерационного участка (эти параметры определяют затухание участка). Менее значительны помехи от отражений, которые в коаксиальных цепях возникают не только в точках стыка строительных длин,

но и в точках технологической неоднородности структуры цепи.

В целом уровень помех в коаксиальных цепях намного ниже, чем в симметричных. При организации высокоскоростных цифровых трактов по симметричным кабелям необходимая защищенность не может быть обеспечена, поэтому при скоростях передачи свыше 8 Мбит/с цифровые линейные тракты строятся на базе коаксиальных кабелей.

Линейные коды ЦСП. Как уже отмечалось, по ЦЛТ должны передаваться сигналы, обеспечивающие минимальные уровни помех внутри сигнала и переходных помех между соседними трактами. Уровень и мешающее действие указанных помех зависят в общем случае как от ширины и формы энергетического спектра сигнала, так и от ширины и формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) тракта.

Следовательно, вопрос выбора цифрового сигнала, обеспечивающего необходимую помехозащищенность, сводится к подбору сигнала, спектр которого удовлетворяет определенным требованиям. Первое требование:

энергетический спектр сигнала должен ограничиваться снизу и сверху, быть достаточно узким, располагаться на сравнительно низких частотах и не содержать постоянной составляющей.

Ограниченный спектр сигнала позволяет уменьшить искажения при прохождении сигнала через тракт, так как в спектре сигнала будут подавляться составляющие, имеющие небольшую мощность (известно, что чем больше мощность составляющей, тем сильнее искажение при ее подавлении). Сдвиг спектра в область более низких частот снижает уровень переходной помехи. Уменьшение ширины спектра сигнала позволяет сделать более узкой полосу пропускания входных цепей регенератора, уменьшив тем самым ширину полосы и мощность помех, проникающих в решающее устройство.

Было установлено, что качество тактовой синхронизации регенератора в большой степени зависит от состава энергетического спектра цифрового сигнала. Известно, что системы тактовой синхронизации требуют наличия в спектре дискретной составляющей с частотой fT. Если тактовая частота в спектре цифрового сигнала отсутствует, то организация тактовой синхронизации сильно затруднена. Поэтому второе требование к спектру цифрового сигнала: в составе спектра должна быть составляющая с частотой fT.

Рис. 4.3. Двоичные цифровые сигналы и их энергетические спектры:

а — двоичный сигнал со скважностью </=2; б — энергетический спектр сигнала с q=2:в —двоичный цифровой сигнал с импульсами, «затянутыми» на тактовый интервал (</—1): г — спектр сигнала с q=\

Как известно из теории передачи сигналов, наличие информационной избыточности в кодовых комбинациях позволяет выявлять в них ошибки.

Следовательно, применив линейный код, содержащий избыточность, можно решать вопросы контроля качества передачи в линейном тракте без перерыва связи. Отсюда третье требование к цифровому линейному сигналу: он должен быть представлен в коде, содержащем информационную избы-

точность.

Рассмотрим, насколько известные двоичные коды удовлетворяют представленным выше трем требованиям.

Сигнал на выходе АЦП в безызбыточном двоичном коде может быть представлен в виде случайной последовательности однополярных импульсов

(рис. 4.3, а) со скважностью </ = Г/ги>1 (как правило, q—2). Такой сигнал называют двоичным, или бинар-н ы м. Энергетический спектр двоичного сигнала содержит сплошные и линейчатые составляющие (рис. 4.3, б).

Анализ спектральной диаграммы этого сигнала показывает, что амплитуды