Скачать: lekcii-cifrovye-sistemy.zip [690,97 Kb] (cкачиваний: 0)  

Цифровые системы передачи

ЦСП используют ВРК. ЦСМ преобразуют непрерывный аналоговый сигнал в цифровой путем дискретизации по времени, квантования по уровню и кодирования.

Достоинства ЦСП:

1)Высокая помехозащищенность

2)Независимость качества передачи информации от длины линии связи

3)Стабильность параметров канала в зависимости от времени t ⁰С.

4)Эффективность использования пропускной способности ЦСП при передаче дискретной информации за счет введения сигнала в групповой цифровой поток.

Снижаются требования к частотным и фазовым характеристикам КТУ.

5)Возможность построения цифровой сети связи, которая объединяет цифровые каналы и цифровые системы коммуникации.

При этом значительно повышается помехозащищенность оборудования коммуникации и транзита; А качество канала не зависит от структурной сети. Она обладает высокой доступностью и надежностью.

6)Высокие технико-экономические показатели, за счет увеличения объема цифрового оборудования, его высокой унификации, снижения габаритов и стоимости.

7)Более простая цифровая обработка сигналов (ЦОС). Цель: создание спектра передачи, объединение и разъединение каналов. ЦОС позволяет более точно воспроизвести сигнал на приеме. ЦОС направлена на устранение избыточности сигнала и его перекодирования. Например, в результате перекодирования сигнала цифрового ТV его скорость уменьшается с 114 до 35 Мбит/с. Области применения, ЦСП: на межстанционной связи ГТС, междугородняя связь по оптическим линиям связи, ООПС тропосферной и линейной видимости, а также СЛС с многостанционным доступом.

Параметры цифровых КТЧ (ЦКТЧ)

ЦСП формирует стандартный КТЧ, параметры которого нормируют и нормы во многом совпадают с соответствующими параметрами аналоговых каналов. Особенности обусловлены наличием операций дискретизации, квантования и кодирования.

1.Остаточное затухание

Норма зависит от точки измерения (2^х и 4^х). В двухпроводной части канала норма остаточного затухания 7дБ, а в четырёхпроводной – 17,4 дБ.

Отклонение остаточного затухания нормируется ± 0,5 дБ.

Остаточное затухание изменяется от 700 до 1200 Гц и отличной от 800 Гц.

2. АЧХ – это зависимость отклонения рабочего затухания от остаточного в рабочем диапазоне частот (0,3-3,4 кГц). Отклонение нормируется шаблоном:

Цифровой канал вносит меньше линейных искажений, чем аналоговый, из-за отсутствия КПФ (фильтры).

Наличие неравномерности АЧХ обусловлено применением фильтра-демодулятора на выходе канала.

Цифровой канал вносит меньше и фазовых искажений, которые оцениваются с помощью ГВ3 (оценивать их не обязательно).

3. Амплитудная характеристика

Амплитудная характеристика имеет ступенчатый характер и обусловлена характеристиками квантующих устройств АЦП и ЦАП.

Неравномерность АХ приведет к появлению спец. для цифровых систем шумов квантования.

В ЦСП вводят понятие «защищенность от шумов квантования». Эта величина нормируется в зависимости от уровня на входе. В диапазоне от -30 до +3дБ

А_3шк³33бД

А в диап <30 дБм А_3шк³22бД

4. Уровень внятных шумов переходов между каналами внутри одной системы не должен превышать 65 дБм.

5. Параметры цифрового стыка:

ЦСП более высокого уровня иерархии получены путем объединения цифровых потоков систем низкого уровня.

В зависимости от уровня иерархии: нормированные параметры: скорость стыкования кода и затухание соединения линии стыка.

Преобразование сигналов в цифровых системах передачи

1. Дискретизация по времени

При дискретизации по времени передается ни весь непрерывный сигнал, а только его амплитудные значения, взятые через определенный промежуток времени (названный периодом дискретизации)

АИМ – амплитудно-импульсный сигнал.

Спектр АИМ сигнала содержит исходный сигнал, несущую гармонику и боковые полосы при гармониях.

Частота дискретизации выбирается таким образом, чтобы на приеме было возможно восстановление непрерывного сигнала по амплитудным отсчетам.

Восстановление возможно с помощью ФНЧ. если выполняется условие низких Теоремы Котельникова.

¦_{с мах} <¦_д-¦_{с мах}

¦_д> 2¦с мах</sub>

Для фильтров с реальной характеристикой частоту дискретизации определяют

¦_д>(2,3 … 2,4)¦с мах</sub>

В этом случае можно снизить требование к крутизне нарастания, характеристики затухания фильтра – демодулятора.

Если дискретизации подвергается сигнал Т4 0,3…3,4 кГц, то стандартная частота дискретизации для ¦_д КТЧ=8кГц, тогда Тд=1/¦_д=125 мкс.

Полоса расфильтровки 1,2 кГц=D¦_р

Если дискретизации подвергается сигнал, спектр которого имеет соотношение

<1, то есть выполняется принцип актавности, то восстановление сигнала по его отсчетам возможно с помощью полосового фильтра.

Выбор частоты дискретизации по второму условию уменьшит искажение сигнала за счет сокращения ширины линейного спектра. Что позволит увеличить длину регенерационного участка.

Аналогово-цифровое преобразование

Фильтр передатчика ограничивает спектр исходного сигнала частотой ¦_{с мах}

Дискретизация по времени осуществляется с помощью ключей, на выходе которых формируются канальные амплитудно-импульсные сигналы, причем когда замкнут ключ одного из каналов, ключи остальных каналов разомкнуты. Групповой сигнал представляет собой сумму канальных.

В групповой АИМ сигнале период дискретизации (длительность цикла) поделен на канальные интервалы, дискретность которых

Dt_к=, число каналов

а значит и время срабатывания ключей соседних каналов сдвинуто на канальный интервал.

В приемнике разделение каналов разделяют с помощью ключей.

На выходе – приеме, сигнал близок к исходному.

Ортогональность (независимость каналов в системах с ВРК) обеспечивается неперекрывающимися промежутками времени, отводимыми для каждого канала.

В любой фиксированный момент времени в замкнутом состоянии находится ключ только одного канала, а все остальные разомкнуты, то есть ключи включаются с одной и той же скоростью но в разные моменты времени с тем, чтобы обеспечить синхронную и синфазную работу ключей передатчика и приемника создают жесткую систему синхронизации генераторного оборудования.

Восстановление сигнала на приеме осуществляется с помощью ФНЧ.

Полученные в результате дискретизации отсчеты формируют аналоговый сигнал, то есть АИМ модуляция – это аналоговый модулятор и все значения амплитуд разрешены.

Возникающие в линейном тракте шумы и искажения прежде всего изменяют амплитуду, вызывая паразитную модуляцию.

Отличить паразитную от полезной на приеме невозможно.

Амплитудно – импульсная модуляция обладает низкой помехозащищенностью и используется как промежуточный вид модуляции в ЦСП. Повышение помехозащищенности сигнала возможно применением цифровых методов модуляции – ИКМ модуляция, дифференциальная ИКМ, дельта модул.

В стандартных ЦСП, формирующих стандартные цифровые потоки применяют ИКМ, который получают из сигнала АИМ путем квантования по уровню и кодированию отсчетов.

Квантование по уровню

При квантовании по уровню динамический диапазон сигнала делится на отрезки, которые называются шагами квантования, внутри которых выбирают разрешенные для передачи уровни.

При квантовании по уровню амплитуда каждого АИМ отсчета округляется до ближайшего разрешенного для передачи уровня. В результате получаем квантованный по уровню сигнал.

Квантованное значение отсчета отличается от истинного, что приводит к ошибке квантования, а на приеме к специфическому шуму – шуму квантования.

i = U_аимi (t) – U_квi (t)

max =

Шум квантования представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, следующих с частотой дискретизации, имеющих случайную амплитуду в диапазоне от -до +

Мощность шума квантования на выходе: Ршкв =

Шум практически равномерен и в несколько раз шире спектра исходного сигнала.

Качество передачи оценивают с помощью помехозащищенности

Аз шкв = Рс – Р шкв

Если применять равномерную шкалу квантования, то уровень шума является постоянным для сигнала с любой амплитудой.

Чем меньше уровень сигнала, тем меньше его помехозащищенность от шума квантования.

Наиболее вероятно появление в КТЧ именно слабых сигналов.

Для увеличения помехозащищенности можно уменьшить шаг квантования. Это приведет к увеличению разрешенных уровней и увеличению разрядности кода:

m = loq₂L

Для обеспечения необходимой помехозащищенности потребуется 10-11 знаков в кодовом слове.

Это значительно усложняет конструкцию кодеров и декодеров и увеличивает спектр группового цифрового сигнала. В этом случае требуется линия передачи с большой пропускной способностью.

В цифровых системах передачи для увеличения помехозащищенности слабых сигналов применяют неравномерное квантование. Для слабых сигналов для увеличения помехозащищенности необходимо слабые сигналы квантового по уровню с меньшим шагом, то есть квантование должно быть не равномерным. Шаг квантования будет зависеть от того в каком диапазоне амплитуд находится сигнал.

В этом случае мощность шума рассчитывают на каждом шаге

Ршкв. =

РSшкв. =

Выполнить квантующие устройства с неравномерным шагом очень сложно.

Поэтому в стандартных системах ИКМ – 12М, ИКМ-12 применяют компандерные устройства, чтобы создать неравномерную шкалу. При этом возникают нелинейные искажения.

Работу компрессора оценивают коэффициентом сжатия

<1

Компандерные устройства не несут искажений, если:

- КОЭФФИЦИЕНТ КОМПАНДИРОВАНИЯ

Амплитудные характеристики аналоговых систем строят по логарифмическому закону, что позволяет повысить помехозащищенность слабых сигналов на 26-33 дБ однако трудно построить компандерные устройства, у которых характеристики компрессии и экспандирования были точно взаимообратными, так как трудно подобрать диоды с похожими характеристиками.

Поэтому в стандартных системах, начиная с ИКМ-30, применяют цифровое сжатие.

Кодирование

В результате кодирования в канальном интервале размещается кодовая группа, соответствующая номеру уровня, которого достиг квантованный отсчет, то есть при квантовании по уровню выделяется номер разрешенного для передачи уровня в десятичной системе отчисления.

Кодер преобразует это число из десятичной системы в двоичную

Обычно применяют натуральные, либо симметричные коды.

Телефонный сигнал и сигнал звукового вещания двухполярные, значит, кодируются отсчёты разных полярностей.

Натуральный код

Максимальному значению амплитуды сигнала с отрицательным знаком присваивают нулевое значение.

Число уровней

Разрядность

C – целое значение ³loq₂L

Номер уровня

N =

Задача:

Определить структуру кодовой комбинации для расчетов с амплитудами 13…-13, если шаг D=1 и Uогр = 25

Решение:

При использовании симметричного кода первый разряд кодовой комбинации кодирует знак отсчета. «1» - отсчет положительный «О» - отсчет отрицательный.

Весь диапазон амплитуд разбивается на уровни положительных и отрицательных полярностей.

Разрядность кода:

m = Ц {loq₂ L}+1

"отсчет в симметричном коде может быть представлен кодовым словом

N = a₁ +

Кодеры с линейной шкалой квантования

В системах с ИКМ используют 3 основных метода построения АИМ:

1) матричный

2) последовательного счета

3) поразрядного взвешивания.

Матричный – представляет собой кодовое поле, состоящее из пространственно разнесенных элементов, число которых равно числу разрешенных для передачи уровней кодовое поле может представлять собой набор пороговых устройств.

Основной недостаток: низкая точность воспроизведения сигнала.

Матричный кодер может представлять собой кодовую маску на специальной электронно-лучевой трубке.

Достоинство такого кодера: высокая точность кодирования; недостаток – необходимость использования сложных электронно-лучевых приборов.

Кодер последовательного счета

На вход кодера постает групповой АИМ сигнал, который преобразуется в групповой ШИМ сигнал, причем длительность импульсов ШИМ пропорциональна, амплитуде АИМ сигнала. Модулированные по длительности импульсы поступают на И, на второй вход И поступает последовательность коротких импульсов от генераторного оборудования. На выходе схемы будут сформированы пачки импульсов.

Число пачек импульсов будет пропорционально длительность (ШИМ) сигналов, а значит и высоте АИМ отсчетов. Максимальное число импульсов в пачке может быть равно 2^m. Максимальная скорость работы данного счетчика.

2^m¦_д·N » 6·10⁶импульс/сек

m = 8

f_д = 8 кГц

N = 30

Основной недостаток кодера – это высокие требования к быстродействию всех элементов.

Достоинство: точность кодирования и простота схемы.

Метод поразрядного взвешивания

Кодеры поразрядного взвешивания

Амплитуда любого отсчета складывается из набора эталонных напряжений.

Uс_АИМ=

Uэт i = D2^m-i

D- выбранный шаг квантования.

Такой кодер содержит ячейки, число которых равно разрядности кода.

Каждая ячейка содержит решающее устройство с порогом, равным эталонному напряжению данного разряда и схему вычитания.

В решающем устройстве производится сравнение АИМ отсчета с эталонным напряжением данного разряда. Если амплитуда сигнала не меньше эталонного напряжения, то на разрядном выходе решающего устройства формируется единица, а на схему вычитания подается импульс с амплитудой Uэт, а на следующую ячейку поступит импульс с амплитудой U_АИМ- Uэт.

Если амплитуда сигнала меньше эталонного, то АИМ отсчет пройдет через схему вычитания без изменения.

Символы кодовой группы формируются последовательно, начиная с символа старшего разряда.

Пример: Пусть нужно закодировать с помощью кодера поразрядного взвешивания отсчет с амплитудой U= 100D, m = 7.

Требуемое быстродействие:

F_qN = 8000·30 = 240 кГц

В этом методе снижается требование к быстродействию всех узлов кодера. Он становится проще и дешевле. Такой кодер реализован в системе передачи ИКМ – 12 - М.

Кодер поразрядного взвешивания может быть реализован и на одной ячейке, а все символы кодовой группы будет сформированы последовательно с помощью цепи обратной связи.

В начале кодирования на всех выходах регистра сдвига кроме первого будут установлены нулевые сигналы. При этом ЦАП формирует эталонное напряжение старшего разряда, который подключен ко второму входу компаратора, который сравнивает эталонное напряжение с амплитудой отсчета. Если сигнал больше, то на выходе компаратора формируется символ «1» и по обратной связи этот символ подтверждает правильность подачи импульса на первый вход ЦАП, на выходе ЦАП останется эталонное напряжение старшего разряда до конца кодирования. На втором такте кодирования единице появляется на втором выходе регистра.

На выходе ЦАП останется сумма эталонных напряжений старшего и последующего разрядов. То есть процесс формирования кодовой комбинации будет продолжаться до тех пор, пока не будут опробованы импульсы всех разрядов, а на выходе ЦАП будет сформирован импульс, равный по амплитуде АИМ отсчетам.

Цифровое компандирование

Кодеры, использующие цифровое компандирование, осуществляется с помощью логики.

Динамический диапазон 2-х полярного сигнала разбит на 16 сегментов. Внутри каждого сегмента расположены 16 уровней квантования.

Шаг квантования в первых 2-х сегментах минимальный и равен D.

Стандартные кодеры использую 8-ми разрядный код.

Uкв = Uнг + а_i·D_i·2^4-к

Пример: определить структуру кодовой комбинации, если отсчет имеет амплитуду +352 D

Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6 Р7 Р8

1 1 0 1 0 1 1 0

Uкв = 256D + 0·128D+1·64D+1·32D+0·16D

В таком кодере для кодирования уровня внутри сегмента используется равномерное квантования и поразрядное взвешивание. Для кодирования отсчета внутри сегмента необходимо 4 эталонных напряжения. Всего в кодере используется 11 эталонных напряжений, чтобы закодировать 16² квантованных значений.

Что значительно упрощает требования к источникам эталон. и АЦП в целом.

При кодировании номера сегмента на первом шаге отсчет сравнивается с эталонным напряжением нижней границы V-го сегмента.

Если отсчет больше, то второй символ кодовой группы 1, значит отсчет находится с 5-го по 8 сегмент. Если отсчет меньше 128 ∆, то второй символ кодовой группы 0, а отсчет находится с 1 по 4 сегмент и так далее.

(На первом шаге кодируется символ 2-го разряда, на 2-м 3-го, на 4-м …).

Качество кодирования оценивается параметром помехозащищенности от шумов квантования. При переходе от одного сегмента к другому шаг квантования увеличивается в 2 раза, а угол наклона амплитудной характеристики уменьшается в 2 раза. Таким образом осуществляется компрессия сегмента. Коэффициент компрессии равен отношению величины самого большого шага квантования к самому маленькому.

Выигрыш в помехозащищенности от шума квантования равен 24 дБ. Помехозащищенность от шума квантования:

Аз шкв = Рс – Р шкв

Р шквi =

Р шкв = 10 lg

При переходе из одного сегмента в сегмент с большим порядковым номером шаг квантования увеличивается вдвое, что приводит к уменьшению шума квантования на 6 дБ. Помехозащищенность уменьшается на 6 дБ.

Внутри сегмента помехозащищенность увеличивается.

Если сегмент больше 0 дБ, наступает перегрузка АЦП и помехозащищенность резко уменьшается. Таким образом, использование цифрового компандирования позволяет обеспечить допустимую помехозащищенность от шума квантования в переделах 35-40 дБ в динамическом диапазоне сигнала.

Нелинейный кодер с цифровым компандированием

ЗУ – запоминающее устройство запоминает АИМ отсчет на весь период кодирования. Компаратор определяет знак разности между амплитудой отсчета, поступающего на первый вход и суммы эталонных напряжений поступающих на 2-й вход. ИЭ - источники эталонных напряжений формируют 11 эталонных напряжений разных полярностей.

БКЭ – блок коммутации и выбора эталонных напряжений производит подключение соответствующих эталонов ко 2 входу компаратора.

ЦР - цифровой регистр производит формирование кодовой комбинации.

Ф – формирующее устройство преобразует линейный код в последовательный.

Кодирование отсчетов осуществляется за 8 тактов. За эти 8 тактов с каждого из 8 выходов цифрового регистра единичный символ через БК-блок коммутации будет подключать соответствующие эталоны ко входу компаратора.

Если U аим>Uэт на выходе К – «0»

Если U аим<Uэт то компаратор выдает – «1».

«0» на выходе компаратора сохраняет «1» на соответствующем выходе цифрового регистра. «1» на выходе компаратора запрещает ее.

UАИМ = 354∆

На первом выходе цифрового регистра появляется "1”.

За 3 такта был определен номер сегмента – 5-й, в котором находится отсчет и ко второму входу компаратора осталось подключенным эталонное напряжение нижней границы пятого сегмента Uэт = 256∆.

Кодер осуществляет две операции: квантование по уровню и кодирование, то есть цифровой регистр запоминает на своих выходах комбинацию, соответствующую амплитуде квантованонного отсчета. При этом кодер производит округление всегда в меньшую сторону. То есть, ошибка квантования на выходе кодера может быть больше половины шага квантования. Кодер определяет номер уровня внутри сегмента, который пересек отсчет.

Уменьшение ошибки квантования производится при декодировании.

Декодирование цифрового сигнала состоит в преобразовании кодовой группы «Декодер ИКМ» в соответствующие им квантованные отсчетные значения аналоговых сегментов.

В декодерах величина АИМ отсчета формируется путем суммирования весовых значений символов кодовой группы.

Декодеры в системах с ИКМ бывают 3-з видов:

1)Матричные

2)Поразрядного взвешивания

3)Последовательного счета

Матричные декодеры не применяют вследствие низкой прочности декодирования и громоздкости схемы.

Декодеры счета требуют высокого быстродействия схемы - основным декодером является кодер взвешивания.

Декодер осуществляет цифроаналоговое преобразование кодовой группы в АИМ отсчет, то есть в отсчет необходимой полярности и амплитуды.

8-ми разрядная кодовая комбинация параллельным кодом записывается на 8 выходах цифрового регистра. В зависимости от структуры первого разряда БКЭ включает соответствующий источник эталонов. Комбинация символов со 2 по 4 разряд подключает на выход кодера эталонное напряжение, соответствующее нижней границе сегмента.

Структура символов с 5 по 8 разряды включает эталонное напряжение из выбранного сегмента и амплитуда отсчета будет складываться из всех подключенных эталонов. Для уменьшения ошибки квантования при декодировании амплитуда отсчета увеличивается на половину шага квантования внутри расшифрованного сегмента (8∆).

Пример: пусть задана комбинация 11010110

Uаим = 256∆ + 64∆ + 32∆ + 8∆ = 360∆

Цикл передачи системы с ИКМ

Состоит из канальных интервалов, в которых кроме кодовых групп отдельных каналов размещаются символы служебной информации, к которой относят синхросигнал, сигналы передачи данных, сигналы управления и взаимодействия.

Nки = Nкти + Nси

Канальный интервал – это промежуток времени, выделенный в цикл передачи одному каналу.

Тогда частота следования циклов определяется как:

F_ц= = fд

f ки = fд (Nктч Nси)

тактовая частота

fm = fд m(Nктч Nси)

Например: ИКМ30

fm = 8· 8 · 32 = 2048 кбит/с.

Системы синхронизации ЦСП

Для синхронной работы всех узлов цифровых систем передачи, однозначного кодирования и декодирования сигналов, объединения каналов на передаче и разделения на приеме в ЦСП существует три системы синхронизации: цикловая, сверхцикловая и тактовая.

ЦИКЛОВАЯ СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ

Для организации цикловой синхронизации в групповой цифровой сигнал вводят сигнал цифровой синхронизации, который представляет собой либо отдельный импульс, либо группу импульсов определённой комбинации.

Требования к системе цикловой синхронизации.

1.)Время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры и время вхождения в синхронизм при его потере должно быть минимальным.

2.)Высокая помехоустойчивость системы.

3.)Число импульсов в синхросигнале должно быть оптимальным.

4.)При большом числе импульсов в синхросигнале уменьшается пропускная способность системы.

5.)При малом числе синхроимпульсов уменьшается помехозащищённость, так как в цифровом сигнале появляются комбинации, по структуре совпадающие с синхросигналом.

Особенности синхросигнала:

Структура синхросигнала постоянна и вероятность её появления в информационном сигнале мала. Синхросигнал появляется всегда на одних и тех же позициях цикла и имеет постоянную частоту следования. По числу разрядов в синхросигнале различают одноразрядные и многоразрядные синхросигналы. На рисунке синхросигналы выделены чёрным цветом:

С точки зрения помехозащищённости выгоднее всего последний вариант, а значит он не приводит к сбою синхронизма, но схеме такого устройства будет из-за большего числа импульсов усложнена.

В стандартных цифровых системах передачи основное применение получили многоразрядные сосредоточенные синхросигналы.

Приемник синхросигналов цикловой синхронизации

Основной узел системы синхронизации – это приёмник синхросигнала.

Опознаватель синхросигнала выделяет из группового цифрового сигнала кодовые комбинации, совпадающие по структуре с синхросигналом.

Анализатор определяет соответствие момента времени прихода истинного синхросигнала и контрольного сигнала от генераторного оборудования приёмника. Если эти моменты совпадают, то решающее устройство определяет состояние синхронизма и коррекция работы ГО не происходит. Если эти моменты не совпадают, то схема переходит в состояние поиска синхронизма. Обычно применяют приёмники со скользящим поиском и одноразрядным сдвигом.

Опознаватель, сдвигая каждый раз момент регистрации на один такт, будет пробовать на соответствие поступающие кодовые комбинации синхросигналу до тех пор, пока истинный синхросигнал не будет найден, то есть синхросигнал обязательно будет найден за период цикла. Следующее опробование синхросигнала будет найдено только через цикл.

В качестве опознавателя используется регистр сдвига, выход которого подключён к схеме совпадения. Число выходов регистра совпадает с числом входов схемы и равно числу разрядов в синхросигнале. На выходе схемы И появится импульс, если структура принятой комбинации соответствует структуре синхросигнала – синхросигнал выделен из потока. Синхросигнал поступает в анализатор, который состоит из двух ячеек. На второй вход этих ячеек поступает синхросигнал, вырабатываемый генераторным оборудованием приёмника. Схема И1 формирует тактовый импульс, если система находится в состоянии синхронизма. На схеме НЕТ "единица” появится в том случае, если моменты прихода импульсов с опознавательного и генераторного оборудования не совпадают "сбой синхронизма”. Если система находится в состоянии синхронизма, то после заполнения ячеек накопителя 2 происходит сброс всех ячеек накопителя 1. В этом случае на выходе системы И2 сигнал отсутствует и коррекция работы ГО не происходит. Если произошёл сбой синхронизма, то при заполнении всех ячеек накопителя 1 импульс на его выходе откроет ячейку И2. При этом произойдёт сброс второго накопителя и последней ячейки первого накопителя, а также сброс генераторного оборудования. После этого система переходит в режим поиска синхронизма.

Достоинство этой схемы в том, что она обладает инерционностью, так как при кратковременных сбоях синхронизма сбой системы синхронизации не произойдёт.

Недостаток этой схемы в большем времени восстановления синхронизма после его сбоя, так как поиск синхронизма начинается только после заполнения накопителя.

t_{заполнения накопителя}=t_{нак. вых}+t_поиска+t_{нак. вх}

Скомпенсировать время поиска синхронизма можно, если сразу параллельно начать поиск синхронизма, при этом удерживая предыдущее состояние генераторного оборудования.

Приёмник синхросигнала с параллельным поиском и удержанием синхронизма.

Каждая из цепей имеет АНАЛИЗАТОР и решающее устройство. Контрольный сигнал на схему ЦУС подаётся от генераторного оборудования приёма, а на схему ЦПС от делителя частоты, причём делитель частоты работает независимо от ГО приёма. Значит поиск состояния синхронизма производится независимо от ГО приёма. При сбое синхронизма через схему НЕТ 1 начнётся заполнение накопителя по выходу. Но одновременно начинается поиск синхронизма схемы ЦПС. Схема НЕТ 2 изменяет состояние триггера, открывая схему И3 и любой импульс от опознавателя переводит делитель частоты в нулевое состояние. При этом происходит сброс накопителя по выходу И триггера в исходное состояние. Через период цикла делитель частоты выдаёт новый контрольный сигнал и если произошёл новый случайный сбой синхронизации, то схема И2 начнёт заполнение накопителя по входу в синхронизм. В ЦУС случайный сбой тоже будет зафиксирован, значит следующий импульс с генераторного оборудования совпадёт с синхросигналом и на выходе И1 появится1, которая обнулит накопитель. Если с начала поиска синхронизма в цикле будет содержаться ложный синхросигнал за счёт изменения временных позиций (сбой работы генераторного оборудования). В ЦУС будет происходить заполнение по выходу, а ЦСП будет параллельно искать состояние синхронизма и после заполнения накопителя по входу откроется ячейка И4, то есть установка ГО приёма в начало отсчёта происходит при выполнении трёх условий:

1. В ЦУС заполнен накопитель по выходу.

2. ВЦПС заполнен накопитель по входу.

3. В момент поступления контрольного импульса с делителя частоты.

При длительном поиске синхросигнала ГО работает в прежнем режиме до тех пор, пока не будет найдено новое состояние синхронизма. В ЦСП последнего поколения используют адаптивные схемы приёмника синхросигнала, то есть эти схемы адаптируются к уровню помех на линии связи и в зависимости от коэффициента ошибок изменяются ёмкости накопителей по входу и выходу из синхронизма.

Сверхцикловая синхронизация

Максимально – допустимое время сбоя синхронизма определяется временем нарушения работы системы управления и взаимодействия, при котором может произойти разделение устройств АТС. Время удержания работы устройств АТС не превышает нескольких миллисекунд. Следовательно, существует необходимость отдельной синхронизации распределителей сигналов СУВ. Система синхронизации СУВ также строится по принципу введения специального сигнала. Следовательно, временной спектр цифровой системы строят по сверхциклам (в основном, речь идёт го ИКМ – 30) для ИКМ – 30 сверхцикл состоит из шестнадцати циклов. Длительность сверхцикла 2 мс. Частота следования цикла f _CЦ= 500Гц.

В канальном интервале на первых трёх позициях сверхцикловая синхронизация.

А и А1 – сигналы аварии цикловой и сверхцикловой синхронизации.

Д – сигнал контроля остаточного затухания

Циклы в сверхцикле нумеруются от 0 до 15. В нулевом цикле передаётся сигнал сверхцикловой синхронизации. В шестнадцатом канальном интервале передаются с первого по четвёртый разряды (0000), здесь осуществляется передача сигналов управления и взаимодействия СУВ для двух телефонных каналов в каждом цикле. В каждом нулевом канальном интервале каждого чётного цикласистемы цикловой синхронизации, а в нечётных циклах – служебная информация вида контроля остаточного затухания и сбоя цикловой синхронизации. Канальные интервалы с 1 по 17 и с 17 по 31 каждого цикла используют для передачи информации от 30 КТЧ.

Структура приёмника синхросигнала и принцип работы системы сверхцикловой синхронизации аналогичны. Системы цикловой и сверхцикловой синхронизации обеспечивают синфазность работы приёмной и передающей станции, так как они определяют время начала цикла и сверхцикла.

Тактовая синхронизация

Системы тактовой синхронизации предназначены для обеспечения синхронной работы приёмной и передающей систем передачи, то есть обеспечивают равенство скоростей обработки сигналов. Различают два вида устройств тактовой синхронизации:

1.) Устройства, работающие по специальному синхросигналу. При этом усложняется оборудование линейного тракта и генераторное оборудование. Качество подстройки устройств тактовой синхронизации будет зависеть от линейных и нелинейных искажений в линейном тракте и уровня помех. Следовательно, будет снижаться пропускная способность системы.

2.УТС: подстройка генераторного оборудования под принимаемый сигнал. При этом учитывают, что групповой цифровой сигнал в линейном тракте следует с тактовой частотой f_Т.

Спектр цифрового сигнала содержит непрерывные и дискретные составляющие (нечётные гармоники тактовой частоты) поэтому можно выделить тактовую частоту из группового цифрового потока.

Сигнал, поступающий извне (1) не содержит колебания с тактовой частотой и её гармониками. Выпрямитель преобразует код в однополярный, который будет содержать колебания с тактовой частотой. Узкополосный полосовой фильтр выделяет сигнал с тактовой частотой, а формирующее устройство имеет на своём выходе импульсную последовательность с импульсами, имитирующими одинаковую форму, длительность и следующими через тактовый период. К узкополосному полосовому фильтру предъявляются жёсткие требования по добротности, то есть он должен быть очень избирательным, так как в противном случае попадание части спектра непрерывного сигнала в полосу пропускания приведёт к искажениям (дрожанию тактовой частоты) и изменению интервалов между импульсами.

Генераторное оборудование ЦСП

Предназначено для формирования импульсных последовательностей, управляющих работой функциональных узлов системы, а также синхронизации оборудования передающей и приёмной станции. Генераторное оборудование строят отдельно для передающей и приёмной станции. Рассмотрим принцип построения ГО на примере ИКМ – 30.

F_T=2048кГц – тактовая частота следования каналов.

Частота синхросигнала цикловой синхронизации.

Сверхцикловая синхронизация.

Таким образом, основной частотой, которая формирует генераторное оборудование (синтезирует) является тактовая частота, а все остальные сигналы получают путём деления с помощью схем цифровой логики. Кроме формирования импульсных последовательностей генераторное оборудование обеспечивает их временное распределение.

Структурная схема генераторного оборудования передающей станции

В этой схеме задающий генератор формирует последовательность с частотой 2048кГц и с относительной нестабильностью Δf=10^-15-10^-6/

Делитель – распределитель разрядов формирует разрядные импульсы кодовых групп, которые следуют с частотойfк и сдвинуты на один тактовый интервал. В делителе – распределителе каналов формируются импульсные последовательности с частотой 8кГц, сдвинутые относительно друг друга на один канальный интервал.

Делитель распределитель разрядов формирует синхросигнал, а также импульсные последовательности с частотой следования цикла и сдвинутые на период следования цикла.

ДРР делитель Распределитель Разрядов формирует разрядные импульсы кодовых групп, которые следуют с частотой f_к и сдвинуты на один тактовый интервал. Делитель распределителя частоты обычно построен на основе триггеров со схемами дешифрации.

Схемная реализация ДРР

К ячейке И подключены тактовые импульсы и выход инвертора. Инвертор соединён с ячейкой И и выходами от всех ячеек регистра сдвига. При поступлении первой единицы на ДРР она появится на выходе первого разряда. На всех остальных выходах будут нули.

При поступлении второй единицы тактовых импульсов единица будет присутствовать на втором разрядном выход. И так далее до тех пор, пока единица не появится на последнем разрядном выходе n, то есть цикл закончится и всё повторится сначала. То есть на разрядных выходах будут сформированы импульсные последовательности с частотой следования каналов и сдвинутые относительно друг друга на тактовый интервал.

В основном используют ДРР, реализованные на каскадном включении двоичных счётчиков с дешифраторами. В качестве счётчиков используют триггеры.

Перед запуском распределителя сигналом установки "0” оба триггера приводятся в исходное состояние.

Первый тактовый входной импульс изменит состояние триггеров. Второй тактовый импульс соответственно приведёт триггер 1 в исходное состояние.

Переход триггера 2 из одного устойчивого состояния в другое происходит под управлением импульсной последовательности, сформированной на прямом выходе первого триггера.

Подключив соответствующие выходы триггера к дешифраторам, на выходе получают 4 импульсные последовательности, сдвинутые относительно друг друга на тактовый интервал с частотой:

, где n – число триггеров системы.

Структурная схема оконечной станции цифровой системы передачи с ИКМ.

Оконечное оборудование системы передачи состоит их индивидуального и группового оборудования. Индивидуальное оборудование предназначено для дискретизации непрерывного сигнала на передаче и выделения непрерывной составляющей из спектра отсчётов на приёме. ГО – групповое оборудование предназначено для кодирования группового сигнала и передачи его в цифровом виде, а на приёме для его восстановления и декодирования.

УВУ – устройство временного уплотнения

f_Т – тактовая частота

СУ – согласующее устройство

СС – синхросигнал

ПК – преобразователь кода (преобразует станционный код в линейный)

ЛР – линейный регенератор

ВТЧ – выделитель тактовой частоты

ПрСС – приёмник синхросигнала

Речевой сигнал, поступающий на вход канала, ограничивается по спектру с тем, чтобы частота дискретизации была равна 8кГц.

Функцию дискретизации сигнала по времени выполняют электронные ключи или АИМ модуляторы. Работой ключей управляет ГО передачи. Ключи всех каналов замыкаются с одинаковой скоростью (F_Д=(2,3÷2,4)f_cmax, но в разные моменты времени. То есть время замыкания ключей соседних каналов сдвинуто на длительность канального интервала Δτ_К. Выходы всех ключей объединяются и получается групповой АИМ сигнал.

Преобразователь АИМ1 в АИМ2 формирует импульсы с плоской вершиной и длительностью, достаточной для устойчивой работы кодера. Кодер преобразует АИМ групповой сигнал в цифровой, причём в стандартных системах применяют ИКМ модуляцию и кодеры с цифровым компандированием. Устройство временного уплотнения объединяет ИКМ сигнал с синхросигналом и сигналами управления и взаимодействия СУВ между АТС. ПК – преобразователь кода преобразует сигнал из стационарного кода в линейный, то есть в код, удобный для передачи по линии связи.

Тракт приема

Линейный генератор восстанавливает сигнал, пришедший из линии по форме, длительности, амплитуде и временному положению в потоке.

ПК – преобразователь кода. Преобразует код из линейного в станционный, кроме того здесь осуществляется выделение из цифрового сигнала тактовой частоты и синхросигнала с тем, чтобы обеспечить синхронную и синфазную работу ГО передающей станции.

Декодер на приеме преобразует кодовые группы, поступающие на вход в АИМ отсчёты определенной амплитуды и полярности и групповой АИМ сигнал поступает в индивидуальное оборудование.

Разделение сигналов по времени произведут ключи приемника, которые работают синхронно и синфазно с ключами передатчика. Восстановление огибающей АИМ сигнала осуществляется ФНЧ.

Иерархия цифровых систем передачи с ИКМ

Цифровые системы передачи рассчитаны для формирования разного числа каналов, по которым передается различная информация. Для рационального построения цифровых систем передачи необходимо, чтобы число каналов более высокого порядка было равно числу каналов системы низкого порядка и оборудование систем передачи было стандартизировано.

Цифровые системы передачи должны предоставлять возможность совместной работы с аналоговыми.

В основе иерархии ЦСП положена первичная цифровая система передачи ИКМ30, которая формирует 30-ти канальный первичный цифровой поток со скоростью fm = 2048 Гц ≈2 МГц, v = 2048 кбит/с = 2 Мбит/с.

ВГ – вторичная группа

АЦО – аналогово-цифровое оборудование

Вторичная цифровая система передачи (ИКМ-120) получается двумя способами:

1)путем объединения 4-х первичных цифровых потоков

2)путем объединения одного первичного потока с кодированным сигналом вторичной группы. В этом случае число каналов будет 90.

Скорость вторичного цифрового потока 8448 > 4·2048 за счет ввода дополнительной информации согласования скоростей объединяемых потоков. Аппаратура, с помощью которой производят объединение первичных потоков, называется оборудованием вторичного временного группообразования.

Третичная цифровая система передачи ИКМ-480 формируется 3-мя способами:

1)Путем объединения 4-х цифровых потоков систем передачи более низкого уровня.

2)Кодирование стандартной 3-й группы, полученной в аналоговой системе передачи, и объединение ее с одним вторичным цифровым потоком

Четверичная система передачи так же формируется двумя способами.

1)Объединение 4-х третичных потоков (1220 каналов)

2)Передача преобразованного в цифровую форму телевизионного сигнала с одним третичным цифровым потоком.

Система передачи ИКМ 30применяется на местных сетях.

Система ИКМ120 используется на местных и внутритональных сетях.

Система ИКМ 480 применяется как на внутризоновых, так и на магистральных связях.

Способы объединения цифровых потоков

3 способа:

1) Посимвольный (поразрядный) или (побитный)

2) Поканальный (по кодовым группам или побайтное объединение)

3) Посистемное объединение (объединение по циклам)

В любом из этих способов разряды компонентных (объединяемых потоков записываются в запоминающее устройство, а затем считываются в агрегатный суммарный поток).

При объединении цифровых потоков происходит укорочение импульсов компонентных потоков и их перераспределение по времени с тем, чтобы в освободившиеся промежутки времени поместить импульсы всех объединяемых потоков.

Побитное объединение цифровых потоков применяют в плезиохронных системах передачи (стандартные системы с ИКМ). В этих системах символы записываются в ЗУ соответствующих компонентных потоков, а считывание происходит в тактовые моменты агрегатного потока на общую нагрузку. В системах синхронной цифровой иерархии СЦИ применяют побайтные объединения, то есть в агрегатном потоке последовательного передаются байты компонентных потоков.

В зависимости от соотношения скоростей компонентных потоков и фазы импульсов различают три способа объединения:

1) Синхронно-синфазное

2) Синхронное объединение

3) Асинхронное

1. При этом совпадают не только скорости объединяемых потоков, но и начало отсчетов внутри них.

Синхронно-синфазные потоки получают на выходе АЦО ЧРК.

2. Если скорости компонентных потоков в точности равны, но начала отсчетов смещены относительно друг друга. При таком способе в агрегатный поток вводят специальный синхросигнал, который указывает порядок объединения, т.е. в агрегатном потоке сразу после синхросигнала следует импульс первого компонентного потока, второго и так далее.

3. При таком способе в агрегатном потоке кроме синхросигнала, указывающего порядок объединения, присутствует служебная информация, обеспечивающая согласование скоростей компонентных потоков.

Синхронно-синфазное объединение цифровых потоков

Импульсы компонентных потоков одновременно записываются в соответствующее ЗУ одним общим импульсом записи.

Записанная информация считывается на общую нагрузку поочередно из каждого ЗУ.

Импульсы считывания формируются линией задержки которая имеет 4 выхода (пусть это будет оборудование вторичного временного группообразования).

Скорости последовательностей записи и считывания равны между собой и соответствуют скорости компонентного потоков, однако импульсы считывания, сформированные на разных выходах линии задержки, сдвинуты относительно друг друга на тактовый интервал временного потока.

После объединения выходов ЗУ получаем суммарный поток со скоростью в 4 раза большей поступающих потоков (ЗУ - записывающее устройство).

Импульсы считывания в 4 раза короче импульсов записи.

После считывания информация в ЗУ обнуляется. Емкость каждого ЗУ (достаточная) 1 бит.

Тракт приема

При считывании цифровых потоков из запоминающих устройств формируется длительность импульсов компонентного потока.