7. Контрольні завдання і питання
1. Поясніть принципи ІКМ: дискретизацію, квантування, кодування.
2. Зобразіть спектральну діаграму АІМ сигналу. Користуючись нею, пояснить зміст теореми В.А. Котельникова. Поясніть, чому на практиці частоту дискретизації вибирають з умови:
fд = (2,15 ... 2,4) · fв ,
де fв - верхня гранична частота спектру дискретизуємого сигналу.
3. Як розраховують потужність шуму квантування при рівномірному квантуванні ?
4. В скільки разів (на скільки дБ) зміниться відношення сигнал/завада квантування (захищеність від шуму квантування) при зміні кількості розрядів у кодовому слові на два ? При зменшенні амплітуди кодуємого сигналу в 4 рази ?
5. Зобразіть залежність захищеності сигналу від шуму квантування від рівня сигналу при рівномірному і нерівномірному квантуванні. Чому при телефонному зв'язку характеристику компресії вибирають близькою до логарифмічної ?
6. Як залежить захищеність від шуму квантування від кількості переприйомів по ТЧ? Дайте фізичне тлумачення цієї залежності.
7. Які фактори обмежують кількість каналів первинної СП з ІКМ і ЧРК ? Що дає використання ієрархічного принципу побудови багатоканальних ЦСП ?
8. Яке призначення накопичувачів по входу в синхронізм і по виходу із синхронізму ? З яких міркувань вибирають значення коефіцієнтів накопичення ?
9. Чому збої символів цифрового сигналу приводять до клацання на виході каналу ? Збої яких розрядів кодового слова особливо помітні ?
10. Як і чому спотворюється імпульсний сигнал на виході фізичного ланцюга ? Для чого необхідна корекція форми цього сигналу ?
11. Сформулюйте основні вимоги, що висуваються до тривалості і форми одиночного відгуку на вході вирішуючого пристрою.
12. Зобразіть спрощену структурну схему регенератора. Поясніть принцип його дії.
13. Сформулюйте основні вимоги до кодів у лінії ЦСП. Чим викликане широке використання квазітрійкових кодів ? Поясніть принцип формування кодів із ЧПІ і КВП-3. У чому недолік коду з ЧПІ ?
14. Як розрахувати тактову частоту і ширину смуги частот ІКМ сигналу ? В скільки разів смуга частот ІКМ сигналу ширше смуги частот первинного сигналу ?
15. Зобразіть залежність коефіцієнта загасання ланцюга металевого кабелю від частоти. Як зміниться загасання ланцюга при збільшенні частоти вдвічі ?
16. Чому цифрові системи можуть використовувати кабельний ланцюг у більш широкому діапазоні частот, ніж аналогові ?
17. Яким чином виділяють тактовий синхросигнал з цифрового сигналу ? Для чого потрібен тактовий синхросигнал ?
18. Сформулюйте вимоги до величини захищеності сигналу від власних перешкод у ТРР. Чому на практиці величину захищеності вибирають на 5 ... 10 дБ більше мінімально допустимої ?
19. Від чого залежить максимальна довжина ділянки регенерації ?
20. Дайте визначення основних показників надійності.
8. ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ
Варіант № ...
Вихідні дані
Довжина лінійного тракту L, км.........................................600
Кількість переприйомів по ТЧ, n.........................................3
Кількість каналів передачі зі смугою ефективно
переданих частот 0,3...3.4 кГц, N.........................................360
Захищеність гармонічного сигналу від шуму
квантування на виході каналу АКВ, дБ, не менше..............20
Середній час відновлення циклового синхронізму
Тв, мс, не більше....................................................................3,5
Допустима імовірність помилки на один км лінійного
тракту Ро, 1/км.......................................................................10 -10
Коефіцієнт шуму корегувального підсилювача F,од. ......5
Амплітуда імпульсу на виході регенератора UПЕР, В........4,5
Кодова послідовність символів.................................1101000011000011
8.1 ВИБІР ЧАСТОТИ ДИСКРЕТИЗАЦІЇ ТЕЛЕФОННИХ СИГНАЛІВ, РОЗРАХУНОК КІЛЬКОСТІ РОЗРЯДІВ У КОДОВОМУ СЛОВІ І ЗАХИЩЕНОСТІ ВІД ШУМУ КВАНТУВАННЯ НА ВИХОДАХ КАНАЛІВ ЦСП
У курсовому проекті необхідно обчислити частоту дискретизації.
Згідно з рекомендацією МСЕ частота дискретизації вибирається з умови:
fД = (2,2 ... 2,4) · FВ,
де FВ – верхня частота вихідного сигналу; FВ = 3,4 кГц.
fД = 2,35 · 3,4 = 8 кГц.
Тд = 1 / fД = 1 / 8 · 10 3 = 0,125 · 10 - 3 сек = 125 мксек.
Кількість розрядів у кодовому слові розраховується на основі заданої величини захищеності від шуму квантування на виході каналу Акв і кількості переприйомів по ТЧ (n) по формулі
m = Ц {[Aкв + 10 · ℓg (n + 1) + (16 ... 17)] / 6},
де символ Ц означає найближче ціле число, більше числа, що стоїть у фігурних дужках.
m = Ц {[20 + 10 · ℓg (3 + 1) + 17] / 6} = 7,16 ≈ 8.
Визначаємо по формулі (1.5) мінімальну величину захищеності сигналу в пункті прийому у діапазоні рівнів - 36 дБ ≤ p ≤ 0 дБ :
Акв мін = 6 · m – (16 ... 17) – 10 · ℓg (n + 1);
Акв мін = 6 · 8 - 17 – 10 ℓg 4 = 48 – 17 – 6.021 = 24.98 ≈ 25 дБ.
Максимальна величина захищеності у тому ж діапазоні буде приблизно на З дБ більше мінімальної.
Акв макс = Акв мін + 3 = 25 + 3 = 28 дБ.
Креслимо на графіку горизонтальні прямі, що відповідають знайденим Акв макс і Акв мін. Захищеність при р = - 36 дБ приблизно на 2 дБ вище Акв мін;
Акв 0 = Акв мін + 2 = 25 + 2 = 27 дБ.
Значення захищеності від шуму квантування в діапазоні рівнів - 36 дБ ≤ p ≤ 0 дБ лежать між цими прямими. У діапазоні - ∞ < р ≤ -36 дБ квантування є рівномірним і тому Акв зменшується на 1 дБ при зменшенні рівня сигналу на таку ж величину.
Діапазон зміни рівня сигналу, у якому захищеність залишається не нижче заданої, знаходять безпосередньо з рисунку. При Акв = 20 дБ він складає D = 46 дБ.
Графік залежності захищеності від шуму квантування на виході каналу від рівня сигналу приведений на рис.1.2 методичних вказівок
8.2. РОЗРОБКА СТРУКТУРИ ЧАСОВИХ ЦИКЛІВ ПЕРВИННОЇ ЦСП І РОЗРАХУНОК ТАКТОВОЇ ЧАСТОТИ АГРЕГАТНОГО ЦИФРОВОГО СИГНАЛУ
Структура часових циклів первинної ЦСП приведена в розділі 2 методичних вказівок. Її треба використовувати і для розроблюваної в курсовому проекті ЦСП.
Тактову частоту первинного (компонентного) потоку розраховуємо по формулі
f1 = 32 ∙ fД ∙ m, кГц.
fД = 8 кГц;
f = 32 ∙ 8 ∙ 8 = 2048 кГц.
Розраховуємо тактову частоту агрегатного цифрового сигналу по формулі
f = f1 ∙ М ∙ (1 + r),
де М - кількість компонентних сигналів, що об'єднуються; r - відношення кількості додаткових символів у цикліагрегатного сигналу до загальної кількості символів у циклі (r = 0,01. ..0,02).
Загальна кількість каналів ТЧ 360, дві ЦСП по 180 каналів ТЧ, кожна з яких містить по 6 комплектів АЦО-30.
У нашому випадку М = 6.
Fт = 2048 ∙ 6 ∙ (1 + 0,02) = 12533,76 кГц.
8.3 ПОБУДОВА СИГНАЛУ НА ВИХОДІ РЕГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЗАДАНОЇ КОДОВОЇ ПОСЛІДОВНОСТІ СИМВОЛІВ
Матеріал по цьому пункту викладений у п.3 методичних вказівок, там же приведений приклад виконання рисунку (рис.3.1).
8.4. РОЗРАХУНОК МАКСИМАЛЬНИХ ДОВЖИН ДІЛЯНОК РЕГЕНЕРАЦІЇ І ВИБІР ТИПУ КАБЕЛЮ
Розрахунок максимальних довжин ділянок виконується по формулам (4.1), (4.2), (4.3) і даним з табл. 4.1 методичних вказівок.
Розрахунок для коаксіального кабелю 2,6 / 9,4 мм:
α
= 2,54 · √ l2,53 : 2 = 6,36;
Рпер = 10 · ℓg (6 2 : 75) : 10 - 3 = 26,81;
Азсп1 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·6,36·l = 125,377;
Азсп2 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·6,36·4 =102,958;
Азсп3 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·6,36·8 = 73,066;
Азсп4 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·6,36·l2 = 43,174;
Азсп5 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·6,36·16 =13,282;
Рош1 = 10 - 10 · 1 = 1 · 10 – 10;
Рош2 = 10 - 10 · 4 = 4 · 10 – 10;
Рош3 = 10 - 10 · 8 = 8 · 10 – 10;
Рош4 = 10 - 10 · 12 = 1,2 · 10 – 9;
Рош5 = 10 - 10 · 16 = 1,6 · 10 – 9;
Аз.треб1 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (l · l0 - 10) + 7 = 29,07;
Аз.треб2 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (4 · l0 - 10) + 7 = 28,76;
Аз.треб3 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (8 · l0 - 10) + 7 = 28,6;
Аз.треб4 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (l,2 · l0 - 9) + 7 = 28,5;
Аз.треб5 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (l,6 · l0 - 9) + 7 = 28,43.
Розрахунок для коаксіального кабелю 1,2 / 4,6 мм:
α
= 5,47 · √ 12,53 : 2 = 13,69;
Рпер = 10 · ℓg (6 2 : 75) : 10 - 3 = 26,81;
Азсп1 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,69 · l = 116,75;
Азсп2 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,69 · 2 = 100,65;
Азсп3 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,69 · 4 = 68,45;
Азсп4 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,69 · 6 = 36,25;
Азсп5 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,69 · 8 = 4,05;
Рош1 = 10 - 10 · 1 = 1 · 10 – 10;
Рош2 = 10 - 10 · 2 = 2 · 10 – 10;
Рош3 = 10 - 10 · 4 = 4 · 10 – 10;
Рош4 = 10 - 10 · 6 = 6 · 10 – 10;
Рош5 = 10 - 10 · 8 = 8 · 10 – 10;
Аз.треб1 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (l · l0 - 10) + 7 = 29,07;
Аз.треб2 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (2 · l0 - 10) + 7 = 28,92;
Аз.треб3 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (4 · l0 - 10) + 7 = 28,76;
Аз.треб4 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (6 · l0 - 10) + 7 = 28,67;
Аз.треб5 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (8 · l0 - 10) + 7 = 28,6.
Розрахунок для коаксіального кабелю 0,7 / 3,0 мм:
α
= 9,03 · √ 12,53 : 2 = 22,6;
Рпер = 10 · ℓg (6 2 : 75) : 10 - 3 = 26,81;
Азсп1 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·22,6 · l = 106,29;
Азсп2 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·22,6 · 2 = 79,74;
Азсп3 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·22,6·3 = 53,185;
Азсп4 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·22,6·4 = 26,63;
Азсп5 = 26,81 + 121 - 10·ℓg 5 - 10·ℓg (12,53:2) - 1,175·22,6·5 = 0,075;
Рош1 = 10 - 10·1 = 1·10 – 10;
Рош2 = 10 - 10 · 2 = 2 · 10 – 10;
Рош4 = 10 - 10 · 3 = 3 · 10 – 10;
Рош3 = 10 - 10 · 4 = 4 · 10 – 10;
Рош5 = 10 - 10 · 5 = 5 · 10 – 10;
Аз.треб1 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (l · l0 - 10) + 7 = 29,07;
Аз.треб2 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (2 · l0 - 10) + 7 = 28,92;
Аз.треб3 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (3 · l0 - 10) + 7 = 28,83;
Аз.треб4 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (4 · l0 - 10) + 7 = 28,76;
Аз.треб5 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (5 · l0 - 10) + 7 = 28,71.
Розрахунок для симетричного кабелю 1 х 4 x 1,2 мм:
α
= 5,35 · √ 12,53 : 2 = 13,39;
Рпер = 10 · ℓg (6 2 : 140) : 10 - 3 = 24,1;
Азсп1 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,39 · l = 117,12;
Азсп2 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,39 · 2 = 101,39;
Азсп3 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,39 · 4 = 69,93;
Азсп4 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,39 · 6 = 38,47;
Азсп5 = 26,81 + 121 - 10 · ℓg 5 - 10 · ℓg (12,53:2) - 1,175 · 13,39 · 8 = 7,01;
Рош1 = 10 - 10 · 1 = 1 · 10 – 10;
Рош2 = 10 - 10 · 2 = 2 · 10 – 10;
Рош3 = 10 - 10 · 4 = 4 · 10 – 10;
Рош4 = 10 - 10 · 6 = 6 · 10 – 10;
Рош5 = 10 - 10 · 8 = 8 · 10 – 10;
Аз.треб1 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (l · l0 - 10) + 7 = 29,07;
Аз.треб2 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (2 · l0 - 10) + 7 = 28,92;
Аз.треб3 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (4 · l0 - 10) + 7 = 28,76;
Аз.треб4 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (6 · l0 - 10) + 7 = 28,67;
Аз.треб5 = 10,65 + 11,42 · ℓg ℓg (8 · l0 - 10) + 7 = 28,6.
Результати розрахунків заносимо в табл. 8.1.
Максимальна довжина регенераційної ділянки для:
КК 2,6 / 9,4 мм - 13,9км;
КК 1,2 / 4,6 мм - 6,5 км;
КК 0,7 / 3,0 мм - 3,9км;
СК 1 x 4 x 1,2 мм - 6,6км.
Частотна залежність середнього значення захищеності на віддаленому кінці для кабелю з кордельно-полістирольною ізоляцією має вигляд (4.5 ):
Аз1 (f) = Аз1 (f = 1 МГц) – 40 · ℓg ( f / 2).
Тут частота виражена в мегагерцах.
Користуючись формулами (4.4) і (4.5), визначаємо захищеність від перехідної перешкоди, порівнюємо знайдене значення захищеності з допустимим Аз.пп.доп = 18 дБ, робимо висновок про можливість використання симетричного кабелю на розрахункових частотах. Приймаємо, що захищеність ланцюга на віддаленому кінці на частоті 1 МГц складає Аз1 (f = 1 МГц) = 60 дБ.
Aзl (fт / 2) = 60 – 40 · ℓg (12,54 / 2) = 33,776 дБ.
Знайдене значення Aзl (fт / 2) більше 18 дБ, виходить, симетрич-ний кабель використовувати можна.
Таблиця 8.1
|
Кабель |
ℓрег, км |
а |
Zв, Ом |
Α, дБ/км |
Рпер, дБм. |
Aз.сп, дБ |
Aз.треб, дБ |
|||||||
|
Коакс. 2,6 / 9,4 мм |
1 |
2,54 |
75 |
6,36 |
26,81 |
125,377 |
29,07 |
|||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
102,958 |
28,76 |
|||||||
|
|
8 |
|
|
|
|
73,066 |
28,6 |
|||||||
|
|
12 |
|
|
|
|
43,174 |
28,5 |
|||||||
|
|
16 |
|
|
|
|
13,282 |
28,43 |
|||||||
|
Коакс. 1,2 / 4,6 мм |
1 |
5,47 |
75 |
13,69 |
26,81 |
116,75 |
29,07 |
|||||||
|
2 |
|
|
|
|
100,65 |
28,92 |
||||||||
|
4 |
|
|
|
|
68,45 |
28,76 |
||||||||
|
6 |
|
|
|
|
36,25 |
28,67 |
||||||||
|
8 |
|
|
|
|
4,05 |
28,6 |
||||||||
|
Коакс 0,7 / 3,0 мм |
1 |
5,47 |
75 |
13,69 |
26,81 |
116,75 |
29,07 |
|||||||
|
2 |
|
|
|
|
79,74 |
28,92 |
||||||||
|
3 |
|
|
|
|
53,185 |
28,83 |
||||||||
|
4 |
|
|
|
|
26,63 |
28,76 |
||||||||
|
5 |
|
|
|
|
0,075 |
28,71 |
||||||||
|
Симм. 1x4x1,2 мм |
1 |
5,35 |
140 |
13,39 |
24,1 |
117,12 |
29,07 |
|||||||
|
2 |
|
|
|
|
101,39 |
28,92 |
||||||||
|
4 |
|
|
|
|
69,93 |
28,76 |
||||||||
|
6 |
|
|
|
|
38,47 |
28,67 |
||||||||
|
8 |
|
|
|
|
7,01 |
28,6 |
||||||||
Вибір типу кабелю здійснюється на основі економічних міркувань по мінімуму витрат.
Кількість НРП визначають по формулі
Вихідні дані для розрахунку беремо з табл.2.
Для КК 2,6 / 9,4 мм - 13,9км; QНРП = Ц (600 / 13,9) - 3 = 41;
СНРПΣ = 5,5 - 41 = 225,5 т. грн.
СКАБΣ = 3,6 · 600 = 2160 т. грн.
З = 225,5 + 2160 = 2385,5 т. грн.
КК 1,2 / 4,6 мм - 6,5км: QНРП = Ц (600 / 6,5) - 3 = 90;
СНРПΣ = 5,5 - 90 = 495 т. грн.
СКАБΣ = 1 ,6 · 600 = 960 т. грн .
З0 = 495 + 960 = 1455 т. грн.
КК 0,7 / 3,0 мм - 3,9км: QНРП = Ц (600 / 3,9) - 3 = 151
СНРПΣ = 5,5 · 151 = 830,5 т. грн.
СКАБΣ = 0,9 · 600 = 540 т. грн.
З0 = 830,5 + 540 = 1370,5 т. грн.
СК 1x4x1, 2 мм - 6,6км.: QНРП = Ц (600 / 6,6) - 3 = 88
СНРПΣ = 5,5 · 88 = 484 т. грн.
СКАБΣ = 2 · 0,345 · 600 = 414 т. грн.
З0 = 484 + 414 = 898 т. грн.
Найменші витрати виходять при використанні симетричного кабелю СК 1 x 4 x 1,2 мм, виходить, доцільніше за все вибрати симетричний кабель.
8.5. ОЦІНКА НАДІЙНОСТІ ЛІНІЙНОГО ТРАКТУ ЦСП
8.5.1. Розрахунок інтенсивності відмов і середнього часу наробітку на відмову тракту
Відповідно до виразу (5.1) інтенсивність відмов лінійного тракту визначають як суму імовірностей відмов НРП, ОРП і кабелю.
СИСТ
=
НРП
· QНPП
+
ОРП
· QOPП
+
КАБ
· L,
СИСТ
=
3 · 10
- 8
· 88 + 10 -
7
· 3 + 5 ·10
- 8
· 600 = 3,294 · 10
- 5
1 / годину.
Середній час безвідмовної роботи лінійного тракту визначається по формулі:
tCP = 1 / λ СИСТ;
tCP = 1 / 3,294 · 10 - 5 = 3,036·10 4 г. = 3,466 років.
8.5.2. Розрахунок імовірності безвідмовної роботи
Імовірність безвідмовної роботи протягом заданого проміжку часу знаходимо по формулі (5.1) для tl = 24 г. (доба), t2 = 720 г. (місяць) і t3 = 8760 г. (рік).
СИСТ
=
3,294·10
– 5;
t = 24; t = 720; t = 8760;
P (24) = 0,99920972;
P (720) = 0,95367377;
P (8760) = 0,74934606.
8.5.3. Розрахунок коефіцієнту готовності
Середній час відновлення зв'язку знаходять з виразу:
tВ
= (
НРП
·
QНРП
· tВ.НРП
+
ОPП
· QОРП
·
tВ.ОРП
+
КАБ
· QКАБ
·
tВ.КАБ)
/
СИСТ,
tВ = (3 · 10 - 8 · 88 · 4 + 10 - 7 · 3 · 0,5 + 5 ·10 - 8 · 600 · 5) / 3,294 · 10 - 5 =
= 4,879 г.
Звідси коефіцієнт готовності:
КГ = 3,036 · 10 4 / (3,036 · 10 4 + 4,879) = 0,999839.
8.6. РОЗРОБКА УКРУПНЕНОЇ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ КІНЦЕВОГО УСТАТКУВАННЯ ЦСП
Матеріал по цьому розділу викладений в розділі 6 методичних вказівок і на рис. 6.1 ... 6.3.