АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра автоматической электросвязи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

 

Методические указания к выполнению курсовой

работы (для студентов заочной формы обучения

по специальности 380240 –

«Многоканальные телекоммуникационные

системы)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2002

         СОСТАВИТЕЛЬ: А.С. Байкенов. Цифровые системы передачи. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов заочной формы обучения специальности 380240 – Многоканальные телекоммуникационные системы.- Алматы: АИЭС, 2002. -  30 с.

 

 

Методические указания содержат техническое задание на проектирование, указания по проектированию цифровых систем передач, требования к содержанию и оформлению курсовой работы и список рекомендуемой литературы.

Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения по специальности 380240 – Многоканальные телекоммуникационные системы.

         Ил.12 , Табл. 4. Библиогр.: 13, назв.

 

 

 

 

 

Рецензент: старший преподаватель кафедры ТКС А.Т. Омаров.

 

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2001 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2001 г.

 

 

 

 

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра автоматической электросвязи

 

 

 

 

      УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебно-методической работе

                                                                 ________________

                                                                «_____»  ___________________ 200_г.

 

 

 

ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

 

Методические указания к выполнению курсовой работы

(для студентов заочной формы обучения по специальности 380240 –

 Многоканальные телекоммуникационные системы)

 

 

 

 

 

 

СОГЛАСОВАНО                                                      Рассмотрено и одобрено на

Начальник УМО                                                        заседании кафедры  _______        

                                                                                     Протокол №_ от «__»  __2002г.  

«__»  ____2002г.                                                        Зав.кафедрой_____________

                                                                                     (подпись и.о.ф.).

 

Инженер по стандартизации                                     Составители:

____________________                                              ___________________И.О.Ф.

«__» ___________2002г.                                             ___________________И.О.Ф.

 

Редактор

____________________

«__» ___________2002г.

 

 

 

 

Алматы 2002г.

                                                  

Сводный план 2001. Поз. 110.

 

 

 

 

Алимжан Сергеевич Байкенов

 

 

ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

Методические указания к выполнению курсовой работы

(для студентов заочной формы обучения по специальности 380240 –

Многоканальные телекоммуникационные системы)

 

 

 

 

 

 

Редактор В.В. Шилина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать __ __ __                                     Формат 60х84  1/16

Тираж _51 экз.                                                               Бумага типографическая №1 

Объем 1,6 уч.-изд. л.                                                   Заказ__. Цена_52 тг.

 

 

 

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

480013 Алматы, Байтурсынова 126

 

 

     Введение

 

      Курсовой проект по дисциплине «Цифровые системы передачи» для студентов специальности 380240 посвящен проектированию цифровой системы передачи.

      Данный курсовой проект базируется на знаниях студентов по курсу «Многоканальные системы передачи» и  на соответствующем курсовом проекте по этой дисциплине.

      В данных методических указаниях рассматриваются такие вопросы,  как  построения АЦП, построения  структуры цикла и сверхцикла передачи ЦСП,  вопросы прохождения сигнала через регенератор, вопросы выбора длины кабеля и длины участка регенерации и т.д.

     Выбор варианта осуществляется следующим образом. Например: последние цифры в зачетной книжке –« 47». Тогда следуя таблице 1:

- Протяженность линейного тракта – 400;

-  Количество переприемов по ТЧ    - 3;

      - Коэффициент шума корректирующего усилителя – F –6;

      - Амплитуда импульса на выходе регенератора  - Uпер – 4 В;

      - Кодовая последовательность символов -    011100101010 ;

      - Количество каналов ТЧ  - 120;

      - Защищенность от шума квантования на выходе канала –Аз – 24 дБ;

      - Среднее кол-во щелчков – 8.                                

 

    

     1 Задание на курсовой проект «Проект цифровой системы передачи»

     

     1.1 Выбрать частоту дискретизации телефонных сигналов, рассчитать количество разрядов в кодовом слове и защищенность от искажений квантования на выходе каналов ЦСП.

     1.2 Разработать укрупненную структурную схему оконечного оборудования ЦСП.

     1.3 Разработать структуры временных циклов первичного цифрового сигнала и расчет тактовой частоты агрегатного цифрового сигнала.

     1.4 Построить сигнал на выходе регенератора (в коде КВП-3) для заданной кодовой последовательности символов. Рассчитать и построить временную диаграмму сигнала на выходе корректирующего усилителя регенератора.

      1.5 Выбрать  тип кабеля и рассчитать  длину регенерационного участка

      1.6 Оценить надежность линейного тракта ЦСП.

 

 

 

 


Таблица 1

 

Протяженность линейного тракта L , км.

  350

  900

  700

  400

   600

Количество переприемов по ТЧ , n 

    2

    3

     2

     3

    3

Коэффициент шума корректирующего усилителя,

F, ед.                                        

7

8

7

6

4

5

4

6

7

5

Амплитуда импульса на выходе регенератора, U пер., B

5

3

6

5

4

3

3

4

3

4

 

Кодовая последователь-ность симво-лов

 

Коли-чество кана-лов ТЧ, N

Защищенность от шума кванто-вания на выходе канала

 А з, дБ

Среднее кол-во щелчков от цифровых ошибок в течение 10 минут, К, не более

  

 

                Номера   вариантов

111011000011

200

20

10

00

01

02

03

04

05

06

07

08

09

101010011101

300

21

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

101001101010

260

25

10

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

011010100101

180

22

13

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

011100101010

120

24

8

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 1

 

Протяженность линейного тракта L , км.

  200

  800

  600

  400

  350

Количество переприемов по ТЧ , n 

    1

    3

    3

    2

    2

Коэффициент шума корректирующего усилителя, F , ед.                                               

8

7

6

7

5

4

6

4

5

7

Амплитуда импульса на выходе регенератора, U пер., B

3

5

6

6

2

4

4

3

5

2

 

Кодовая последователь-ность симво-лов

 

Кол-во кана-лов ТЧ,

      N

Защищен-ность от шума квантова-ния на выходе канала

 А з, дБ

Среднее количес-тво щелч-ков от цифровых ошибок в течение 10 минут, К, не более

  

 

                Номера   вариантов

111011000011

360

25

12

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

101010011101

180

22

10

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

101001101010

240

23

11

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

011010100101

120

21

13

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

011100101010

180

20

6

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

 

 

      2 Методические указания по выполнению курсовой работы

 

     Для выполнения задания по п. 2.1 необходимо рассмотреть следующие вопросы. Выбрать частоту дискретизации телефонных сигналов, обосновать выбор. Выбрать и обосновать выбор характеристики компрессии. Определить количество разрядов в кодовой комбинации, необходимое для обеспечения требуемой защищенности от шума квантования  в каналах разрабатываемой ЦСП в пункте приема. Для найденного количества разрядов рассчитать и достроить зависимость защищенности сигнала от шума квантования в пункте приема, как функцию уровня сигнала н а входе АЦО. При расчете принять, что уровень входного сигнала, соответствующий порогу перегрузки АЦП, составляет 0 дБ. Определить диапазон изменения уровня входного сигнала (и дБ), в котором защищенность от шума квантования на приеме остается не ниже заданной в таблице 1.

     2.1 Теоретические сведения для выбора частоты дискретизации

 

    Выбор частоты дискретизации осуществляется на основе теоремы В.А. Котельникова. Изучите материал  3.2 ç4ç, рассмотрите рисунок 3.8 ç4ç,  разберитесь, как демодулируется АИМ сигнал. Уясните, что при передаче телефонных сигналов с верхней граничной частотой 3,4 кГц частоту дискретизации выбирают равной  fд = 8 кГц. В тексте пояснительной записки коротко обоснуйте выбор этой величины.

     Расчет количества разрядов в кодовой комбинации выполняется на основе заданной величины защищенности от шума квантования на выходе канала и количества переприемов по ТЧ. Перед тем, как приступить к расчету, вспомните, в чем суть операции квантования, что такое равномерное и неравномерное квантование. Обоснуйте, почему в системах ИКМ и ВРК, предназначенных для передачи телефонных сигналов, следует применять неравномерное квантование с характеристикой компрессии, близкой к логарифмической. Для этого изучите материал, изложенный в пп. 5.3 и 5.4 ç4ç.

     Имейте в виду, что в современных системах с ИКМ и ВРК применяется линейно-ломаная характеристика компрессии (поясните почему). МККТТ рекомендует использовать компрессию, основанную на 16-сегментной  (т.е. состоящей из 16-ти отрезков) характеристике. Именно эту характеристику рекомендуется использовать в разрабатываемой ЦСП. Форма этой характеристики для одной полярности компрессируемого сигнала показана на рисунке 1.

     Оценим защищенность от шума квантования гармонического сигнала с амплитудой Uм.. Для этого воспользуемся выражением (15.10) из (5), определяющим величину защищенности А к в р  при равномерном квантовании АИМ сигнала:

A к в р = 6m + 1,8 + 20lg*Uм / Uo,                 (1)

 

где      m - количество разрядов в кодовой комбинации,

                      Uo - напряжение, соответствующее порогу перегрузки АЦП.

 

     Чтобы рассчитать защищенность от шума  квантования при неравномерном квантовании, представим АЦП с неравномерной шкалой квантования в виде каскадного соединения компрессора с характеристикой, показанной на рисунке 1 и АЦП с равномерной шкалой квантования (рисунок 2) и порогом перегрузки, равным Uo. Из рисунка 1 и формулы (1) следует, что до тех пор, пока Uм<<Uo/4, защищенность от шума квантования возрастает на 6 дБ при увеличении напряжения сигнала вдвое (или уровня сигнала – на 6 дБ), поскольку начальный участок характеристики компрессии представляет собой прямую линию. Максимум защищенности достигается при Uм = Uo / 4     и составляет:

 

A к в п  макс = 6m+1,8+20lg(1/4) ≈ 6m-10, дБ.           (2)

 

     При дальнейшем увеличении амплитуды входного сигнала защищенность от шума квантования изменяется мало, так как характеристика компрессии близка к логарифмической (рисунок 3). Колебательный характер зависимости защищенности от уровня сигнала на входе компрессора обусловлен скачкообразным изменением наклонов сегментов. Минимальная величина защищенности ниже рассчитанной по формуле (2) примерно на 3- 4 дБ.

 

 

Рисунок 1

 

 


           Uвх                                             Uвых                                        Цифровой код

                                     

 

                   АИМ сигнал

Рисунок 2

 

      Наконец, следует учесть аппаратурные погрешности АЦП, составляющие обычно 2 - 3 дБ. Таким образом, величину защищенности от шума квантования

 А к в лог при неравномерном квантовании с характеристикой компрессии, показанной на рисунке 1, можно оценить следующим образом:

 

А к в лог=6m – (15 … 17), дБ                                          (3)

 

                                               Рисунок 3

 

     Если в разрабатываемой ЦСП предусмотрены переприемы по ТЧ, то защищенность на выходе любого из каналов Аз будет меньше рассчитанной по формуле (3), Обычно считают, что шумы вносимые каждым АЦП некоррелированы и поэтому суммируются по мощности. Следовательно:

 

Азкв лог-10lg(n+1)=6m-10lg(n+1)-(15…17), дБ,                  (4)

 

где   n -  количество переприемов по ТЧ.

     Отсюда следует формула для определения количества разрядов  в кодовой комбинации:

 

m=Ц {Аз+10lg(n+1)+(15…17)/6},                                 (5)

 

 где символ Ц означает ближайшее число, большее числа, стоящего в квадратных скобках.

После того, как определено необходимое количество разрядов в кодовой комбинации, следует рассчитать и построить зависимость защищенности сигнала на выходе канала от его уровня. Методика расчета и построения ясна из следующего числового примера.

Пусть m = 7, a n = 2. Определим по формуле (2) максимальную величину защищенности сигнала в пункте приема с учетом заданного числа переприемов по ТЧ и аппаратурных погрешностей АЦП.

 

Аз макс=6m-10-10lg(n+1)-(2…3)=42-10-4,8-2,2=25 дБ.

 

Минимальная величина защищенности будет на 3 - 4  дБ ниже максимальной.

 


Аз мин = Аз макс - (3 - 4) = 25 – 4 = 21 дБ.

                                               Рисунок 4

 

     Наносим на график горизонтальные прямые, соответствующие найденным

Аз мин и Аз макс    (рисунок 4). Точки максимумов защищенности соответствуют изломам характеристики компрессии. Из рисунка 1 следует, что имеется всего 7 таких точек, отстоящих друг от друга на 6 дБ. Последний максимум соответствует уровню сигнала Рс=0-6(7-1)= -36 дБ. При Рс<-36 дБ характеристика компресии является прямой линией и поэтому Аз убывает на 1 дБ при уменьшении уровня входного сигнала на такую же величину. Диапазон изменения уровня входного сигнала, в котором защищенность остается  не ниже заданной, можно определить непосредственно из рисунка. При  Аз=20 дБ он составляет  D≈40 дБ.      

 

 

 

 

2.2 Разработка укрупненной структурной схемы ЦСП

 

          Разработка структурной схемы выполняется, исходя из заданного количества каналов ТЧ и переприемов по ТЧ. Учтите, что используемый кабель имеет четыре коаксиальные пары (для всех вариантов заданий). Чтобы полностью использовать кабель, необходимо включить две идентичные системы передачи (по четырехпроводной схеме).

Разработку структурной схемы ЦСП следует начинать с выбора емкости первичной системы передачи. Рекомендуется использовать тридцатиканальную систему, а формирование группового цифрового потока осуществлять двумя ступенями группообразования. Обобщенная структурная схема одной СП для одного направления передачи показана на рисунке 5а и рисунке 5б.   Исходя  из нее, каждый студент должен разработать и вычертить схему ЦСП, соответствующую заданному количеству каналов. Имейте в виду, что заданное в таблице 1 количество каналов организуется с помощью двух СП, а переприемы по ТЧ по условию осуществляются в каждом ОРП. Число НРП на данном этапе не определяется.

Чтобы составить описание структурной схемы, необходимо внимательно изучить учебный материал, изложенный в  пп.  16.1, 17.1, 17.2, 19.3 (5).

 

2.3  Разработка структур цикла и сверхцикла первичной ЦСП и расчет тактовой частоты сигнала в линии

 

При разработке структуры цикла необходимо оценить среднее время поиска сигнала цикловой синхронизации,  выбрать способ объединения первичных цифровых потоков и определить тактовую частоту сигнала в линии.

 

                                                        Рисунок 5а

 

                                                        Рисунок 5б

 

Разрабатывая структуру цикла ЦСП, примите за основу цикл системы ИКМ-30. Если рассчитанное количество разрядов в кодовой комбинации не равно 8, сделайте соответствующую коррекцию стандартного цикла. Цикл передачи разрабатываемой ЦСП должен быть изображен в таком виде, как это сделано в ç5ç на с.380. Приведите краткое описание его структуры. Перед тем, как выполнить это задание, следует определить среднюю величину времени поиска сигнала цикловой синхронизации и сравнить ее с нормой, приняв последнюю равной   Тср≤2 мс. Оценить среднее время восстановления состояния циклового синхронизма можно по следующей приближенной формуле:

 

Тср ≈ (Н/2в+1)То,                                  (6)

 

где   Н - число информационных позиций, заключенных между двумя соседними синхрокомбинациями;

         в- количество символов в синхрокомбинации;

         То-временной интервал между двумя ближайшими синхрокомбинациями.

 

2.4 Пример расчета

 

В системе ИКМ-30 принять m = 8, а количество канальных интервалов равно 32. В нулевом канальном интервале каждого четного цикла передается синхрокомбинация, состоящая из 7 разрядов (b = m-1 = 8-1 = 7) , т.е. синхрокомбинация передается через цикл. Поэтому То = 2Тц=2/fg=2/8*103=0,25 мс. В каждом цикле размещается 31*8 = 248 информационных позиций. Следовательно, общее количество позиций между двумя синхрокомбинациями равно 2*248 + 8 = 504.

Отсюда: Тср = (Н/2в + 1)То=(504/27+1)0,25=1,24 мс.

 

Если рассчитанное время вхождения в синхронизм превышает номинальное, можно принять b=m и передавать синхрокомбинацию в каждом цикле (Тоц=1,25 мс). Как видно из формулы (6) , в этом случае уменьшается среднее время вхождения системы в состояние циклового синхронизма.

Тактовая частота первичного цифрового потока рассчитывается по очевидной формуле:

 

Fт1=32fgm=256m , кГц.                       (7)

 

     Задача второй ступени цифрового группообразования состоит в объединении нескольких первичных цифровых потоков в единый цифровой поток с соответственно большей скоростью передачи. Известны 2 метода группообразования: синхронное и асинхронное. Отличительной чертой синхронного группообразования является использование только одного задающего генератора, частота которого равна тактовой частоте вторичного (группового) потока. Сигналы хронирования для аппаратуры системы низшего порядка получаются именно от этого генератора (делением частоты). При асинхронном объединении потоков тактовые частоты систем низшего порядка отличаются друг от друга вследствие того, что каждая из них использует «свой» задающий генератор. Этот способ группообразования предполагает использование так называемого цифрового выравнивания. Оно осуществляется путем введения в цифровой сигнал дополнительных (выравнивающих) символов, либо удаления информационных символов, причем значения удаленных символов передаются в приемное устройство с помощью дополнительного служебного канала. Более подробно ознакомиться с особенностями методов цифрового группообразования можно по учебнику ç1ç, изучив материал на с.с. 117 - 129.

При любом способе объединения потоков зависимость между тактовой частотой соединяемых символов  fт1  и тактовой частотой объединенного сигнала fт  имеет вид:

fтfт1(1+q),                                                         (8)

 

где     q     - отношение числа дополнительных символов в цикле объединенного сигнала (для цикловой синхронизации, необходимой на приеме для разделения суммарного потока на компонентные, передачи служебной информации, данных и т.п.) к числу информационных символов,

M - количество объединяемых потоков.

При асинхронном объединении величина избыточности несколько больше, чем при синхронном, поскольку приходится передавать еще и команды согласования скоростей объединяемых потоков. В курсовой работе можно принять  q =  0.03  при синхронном объединении и q = 0.04 при асинхронном объединении. В дальнейших расчетах можно округлить полученную величину fт до десятых долей мегагерца.

 

2.5  Построение сигнала на выходе регенератора для заданной кодовой последовательности символов. Расчет и построение временной диаграммы сигнала на выходе корректирующего усилителя регенератора.

При выполнении этого пункта задания необходимо обосновать целесообразность применения в ЦСП кода с ЧПИ. Записать заданную в таблицу 1 двоичную последовательность символов в коде ЧПИ. Рассчитать и построить временную диаграмму сигнала на выходе корректирующего усилителя регенератора, соответствующую записанной последовательности символов этого кода. На этой диаграмме указать пороги решения и моменты времени, в которое они выносятся. Доказать, что при отсутствии шума регенерация происходит без ошибок.

Перед тем, как приступить к выполнению этого задания, изучите структуру цифрового тракта и уясните требования, предъявляемые к кодам в линии. Для этого изучите учебный материал, изложенный на с.с. 344 - 352 ç5ç или на с.с. 129 - 151 ç1ç, и ознакомьтесь с приведенными ниже дополнительными объяснениями.

 

 

 

 

         Изобразим заданную последовательность в кодах с ЧПИ и КВП-3 (рисунок 4.1).

 

Рисунок 6. Временная диаграмма заданной последовательности в кодах ЧПИ  и КВП - 3

 

Чтобы изобразить вид сигнала на выходе регенератора для заданной кодовой последовательности символов, необходимо уяснить алгоритм формирования кода с ЧПИ. В этом коде символы двоичной последовательности (0 или 1) передаются поочередно импульсами положительной и отрицательной полярностей (-1,0,+1) и таким путем формируется биполярный сигнал в линии.

                            Рисунок 7

 

     Важное преимущество ЦСП перед аналоговыми СП заключается в возможности регенерации цифрового сигнала. Задача регенерации состоит в восстановлении начальной формы, амплитуды и временного положения импульсов. Причинами искажения прямоугольной формы импульсов на выходе физической цепи являются линейные (частотные и фазовые) искажения, вносимые цепью. На рисунке 7 показаны отклики на прямоугольный импульс длительностью 15 нс на выходе коаксиальной пары размером 1,2/4,4 мм. Из рисунка видно, что с увеличением длины цепи длительность отклика существенно возрастает. При длине цепи 1 км длительность отклика по уровню 0,5 составляет 100 нс, а по уровню 0,1 – более 400 нс. При увеличении длины цепи до 3 км длительность отклика по уровню 0,5 возрастает до 900 нс, а по уровню 0,1 – до 4000 нс. Поэтому на каждый символ сигнала в линии, поступающего на вход регенератора после прохождения участка цепи, воздействуют сотни соседних символов цифрового кода. Столь сильное влияние между символами, называемое межсимвольной интерференцией, приводит к невозможности правильной регенерации цифрового сигнала.

 

                                 +Uп   -Uп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                              Рисунок 8

 

Для уменьшения межсимвольной интерференции сигнал до регенерации корректируют. Одновременно осуществляется его усиление. Эти операции выполняются корректирующим усилителем (КУ), включенным на входе регенератора. Рациональный выбор импульсного отклика на входе решающего устройства регенератора (РУ) является одним из важных вопросов, возникавших при проектировании цифровых линейных трактов. Поясним, почему этот вопрос столь важен. Для этого рассмотрим временные диаграммы, показанные на рисунке  9.

На диаграмме 9а показан цифровой сигнал на входе регенерационного участка, Тт=1/fт- тактовый интервал. На диаграммах б, в, г сплошными кривыми изображены сигналы на выходе КУ (входе РУ) при различных длительностях отклика на одиночный импульс: Тт, 2Тт, 3Тт (по основанию импульса). Пунктирными кривыми показаны отклики на каждый отдельный кодовый импульс; результирующий сигнал находится как суперпозиция (сумма) этих откликов. Для удобства максимум каждого отклика совмещен с серединой прямоугольного импульса. В действительности импульсы на выходе КУ появляются с некоторой задержкой во времени, которая однако не имеет значения для дальнейших рассуждений и по этому не учитывается. Сигнал с выхода КУ

 

                                                        Рисунок 9

 

поступает на РУ регенератора (рисунок 8), на другой вход которого подаются синхроимпульсы, сформированные в выделителе тактовых импульсов (ВТИ) (рисунок  9 д). На выходе РУ в каждый тактовый момент времени появляется “единица”, если напряжение сигнала на его входе по абсолютной величине больше порогового напряжения Uпор. В противном случае формируется нуль (пробел). Величина Uпор выбирается равной половине амплитуды импульса на выходе КУ.

         Рассмотрим сигнал, изображенный на диаграмме 9 б. Видно, что здесь межсимвольная интерференция отсутствует, так как отдельные отклики не перекрываются во времени. Такой сигнал легко регенерируется (рисунок 9 е). Сигнал, полученный суперпозицией откликов с удвоенной длительностью (диаграмма 9 в), также может быть регенерирован без ошибок, несмотря на то, что межсимвольная интерференция здесь имеет место. При сильной интерференции, возникающей при увеличении длительности отклика до 3Тт, появляются ошибки при регенерации (диаграммы г и ж).

         Означает ли это, что для уменьшения вероятности ошибки регенерации необходимо возможно более уменьшать длительность отклика на входе РУ? Нет,  не означает. Дело в том, что приведенный выше качественный анализ не учитывает шумов цепи кабеля и КУ. Чтобы уменьшить длительность отклика, необходимо увеличить глубину коррекции и ширину полосы частот, в которой используется кабельная цепь (напомним, что чем уже импульс, тем шире его спектр частот). Это неизбежно приведет к уменьшению защищенности от собственного шума на входе РУ и увеличению вероятности ошибки регенерации за счет этого шума. Поэтому выбор формы и длительности отклика на входе РУ является результатом компромисса между величиной межсимвольных искажений и уровнем собственного шума на входе РУ.

         В курсовой работе в качестве “оптимального” отклика рекомендуется использовать импульс, описываемый выражением:

 

go(t)=sin2πt/Тт/2πt/Тт{1-4(t/Тт)2}.                         (9)

 

Для удобства выполнения дальнейших расчетов отклик нормирован относительно своего максимального значения: go(0) = 1/. Вид отклика показан на рисунке 10. Из рисунка видно, что отклик (9) имеет малый уровень боковых лепестков (при | t | > Тт). практически можно считать, что при | t | > 2Тт go(t) ≈ 0. Поэтому взаимное влияние распространяется здесь не более, чем на 4 соседних символа. Кроме того, импульс (9) имеет довольно узкий спектр частот, сосредоточенный преимущественно в низкочастотной области частотного диапазона (рисунок 11), где затухание кабельной цепи сравнительно невелико. Эти свойства отклика и его спектра частот позволяют в известной степени обеспечить приемлемый компромисс между шумами и межсимвольными искажениями.

                                               Рисунок 10

 

                            Рисунок 11

 

     Чтобы построить временную диаграмму сигнала на выходе КУ необходимо прежде всего определить значения отклика (9) в фиксированные моменты времени. Рекомендуется выбрать шаг измерения аргумента tт=0,2, а затем по формуле (9) найти значения отклика в моменты времени t1=0,2Тт, t2=0,4Тт  Результаты расчета представьте в виде следующей таблицы (таблица 2).

 

Таблица 2

 

tт

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

go(t/Тт)

1

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

Так как функция (9) четная, то go(t)=go(-t). Для расчета временной диаграммы следует сложить импульсные отклики на каждый символ кода с ЧПИ, аналогично тому, как это сделано на рисунке 9 в. Построение диаграммы выполняйте на миллиметровой бумаге в достаточно крупном масштабе, приняв, например, величину одного тактового интервала равной 2,5 см.

В соответствии с заданием необходимо рассчитать восемь значений импульсного отклика (таблица 2), заданного функцией (9). Для этого целесообразно составить программу на ЭВМ.

 

2.6 Выбор типа кабеля и расчет длины регенерационного участка.

 

         Для выполнения этого задания необходимо рассчитать длины регенерационных участков при использовании коаксиальных пар трех заданных размеров. Выбрать тип кабельной пары из условия минимума затрат на создание линейного тракта ЦСП.

     Основным видом помех в линейных трактах ЦСП, работающих по коаксиальному кабелю, являются собственные помехи. Защищенность сигнала от собственной помехи на входе решающего устройства регенератора можно оценить по следующей формуле:

 

h=20lgUo/Uсппер+121-10lgF-10lgƒт/2-1,75а,               (10)

 

где    Uo- амплитуда отклика (импульса) на выходе КУ при подаче на вход участка регенерации одиночного прямоугольного импульса с амплитудой UПЕР, в;

         Uсп- действующее значение напряжения собственной помехи в той же точке;

Рпер=10lgUпер2/Zo/10-3 – абсолютный уровень пиковой мощности прямоугольного импульса на входе регенерационного участка, дБм;

Zo=75 Ом – волновое сопротивление коаксиальной кабельной цепи;

F- коэффициент шума корректирующего усилителя регенератора, ед.;

fт – тактовая частота сигнала в линии, МГц;

а=αlрег – затухание цепи длиной lрег на полутактовой частоте, дБ;

lрег – длина регенерационного участка, км;

α – коэффициент затухания цепи на полутактовой частоте, дБ/км;

Коэффициент затухания цепи приближенно равен:

 

α = αоfт/2, дБ/км,

 

где αо – параметр аппроксимирующей функции, равный 2,34 дБ/км для кабеля с парами 2,6/9,4 мм, 5,31 дБ/км – для малогабаритного кабеля с парами 1,2/4,6 мм, 8,86 дБ/КМ –для микрокоаксиала с размерами проводников 0,73/3,0 мм.

Используя формулу (10), можно получить выражение для расчета максимальной длины участка регенерации:

 

Lрег= Рпер+121-10lgF-10lgт/2)-h1,                   (11)

 

где h1 = ho+∆h – требуемое значение защищенности на входе РУ (дБ), необходимое для получения допустимой вероятности ошибки регенерации в одиночном регенераторе (ho) с учетом необходимых запасов (∆h).

 

     Ошибки регенерации (сбои) приводят к помехам на выходе цифрового канала. При передаче телефонных сообщений  по каналам СП с ИКМ и ВРК ошибки приводят к появлению щелчков, похожих на щелчки, возникающие при проигрывании старых граммофонных пластинок. Сбои наиболее заметны в случае неправильной регенерации импульсов, соответствующих двум старшим разрядам кодовой комбинации. По заданному допустимому количеству щелчков К (таблица 1) за единицу времени (в данном случае за 10 минут) можно найти среднюю допустимую вероятность ошибки Рош на весь линейный тракт. Такой расчет выполняется следующим образом. При  fд = 8кГц в течение 10 мин. Будет передано 8*103*60*10 = 4,8*106 кодовых комбинаций и соответственно 4,8*m*106 кодовых символов для каждого канала системы. Если бы каждая ошибка приводила к щелчку, то за это время можно было бы допустить К сбоев. Поскольку заметный щелчок возникает только в случае ошибок в двух старших разрядах, а вероятность поражения любого символа одна и та же, можно допустить не К, а К*(m/2) сбоев. Отсюда допустимая вероятность ошибки на весь тракт составит:

Рош=К*(m/2)/4,8*m*106≈10-7*K,

А вероятность ошибки в одном регенераторе равна:

 

Рош1ошlрег/L*10-7,                                                                (12)

 

где L- протяженность линейного тракта.

         Исходя из вычисленной вероятности ошибки в одном регенераторе, можно найти требуемую величину защищенности на входе РУ от собственной помехи по формуле указанной на странице 370 | 5 |. Однако расчет по ней может быть выполнен только при наличии таблиц интеграла вероятности. Значительно более удобна для инженерных расчетов следующая приближенная формула | 4 | :

 

ho=10,65+11,42lg(lg1/Pош1).                                           (13)

 

Рассчитанная по этой формуле величина ho является теоретическим порогом помехоустойчивости. Реально приходиться считаться с аппаратурными погрешностями и различными дестабилизирующими факторами: смещением порога решения и флуктуациями момента стробирования, неточностями коррекции, влиянием межсимвольных помех второго рода (из-за ограничения полосы частот линейного тракта снизу) и рядом других. Поэтому необходимо обеспечить определенный запас помехоустойчивости ∆h, который гарантирует долговременную стабильность параметров регенератора в процессе эксплуатации. На практике выбирают ∆h=6 - 12 дБ.

 

Lрегпер+110-10lgF-10lgfт/2-11,42lg(lg107L/lрег*к)-∆h/1,175αofт/2            (14)

 

Обозначим:

А=9,72/αofт/2;     В= Рпер+110-10lgF-10lgfт/2-∆h/11,42.

 

С учетом таких обозначений выражение (14) можно переписать следующим образом:

Lрег=А(В-lg(lg107L/Klрег)),                                                  (15)

 

Откуда

lg(7+lgL/Klрег)=В-lрег/A                                              (16)

 

Решая это уравнение, можно найти длину регенерационного участка.

         Пользуясь выражением (16), определите длину регенерационных участков при использовании коаксиальных пар трех заданных размеров. Методика расчета длины участка регенерации состоит в следующем:

А) Определение величин А и В

Постоянная величина В не зависит от размеров пары. Уровень передачи по мощности находят по следующей формуле:

Рпер = 10lgU2пер/Zo/10-3, дБм, Zo = 75 Ом.

Uпер и F- заданы в таблице1, fт – рассчитанное значение тактовой частоты сигнала в линии, Мгц. Постоянную А следует рассчитать для каждого типа пары.

 

б) Решение  уравнения (16)

 

                                      Рисунок 12

 

     Проще всего решать уравнение графически. Для этого нужно построить семейство прямых, соответствующих правой части уравнения, а затем – кривую, соответствующую его левой части. Точки их пересечения определяют искомую длину участка регенерации для каждого размера коаксиальной пары (рисунок 12).

Графическое решение уравнения (16) имеет невысокую точность и поэтому приводит к непроизводительным затратам времени на уточнение решения и проверку его правильности. Очень удобно решать уравнение на ЭВМ. Ниже описана идея одного из методов приближенного решения нелинейных алгебраических и трансцендентных уравнений с одним неизвестным.

Расчет состоит из двух этапов. На первом из них определяются постоянные для данного варианта задания коэффициенты А1, А2, А3 (соответствующие различным значениям αо) и В. Эти величины должны быть приведены в пояснительной записке. На втором этапе осуществляется численное решение уравнения на ЭВМ, результатом которого являются три значения длины регенерационного участка lрег1, lрег2, lрег3, соответствующие кабелям с различными размерами коаксиальных пар.

в) Проверка правильности результатов расчета.

     Она осуществляется подстановкой полученных значений lрег в формулу (15). Если равенство (15) выполняется с точностью до 0,01 км, то расчет можно считать законченным.

     Следующий этап работы состоит в выборе размера коаксиальной пары, которым определяется тип используемого кабеля. Этот выбор осуществляется на основе экономических соображений, рассчитываются затраты на кабель и аппаратуру линейного тракта для трех вариантов размера пары. Окончательно выбирают такой кабель, при котором затраты минимальны. Порядок расчета следующий. Определяется количество НРП на магистрали

Qнрп = Ц (L/lрег) - n

Их стоимость Снрп = Снрп* Qнрп

Находятся затраты на кабель Скаб = Скаб*L и суммарные затраты:

Срнрпкаб,

 

где     Снрп- стоимость одного НРП;

                   Скаб--стоимость одного километра кабеля;

                  n – количество ОРП на магистрали, равное по условию числу переприемов по ТЧ.

Символ Ц означает ближайшее целое число, большее числа, стоящего в скобках. Исходные данные для расчета взять из таблицы 3.

 

Таблица 3

Размер пары кабеля, мм

2,6/9,4

1,2/4,6

0,7/3,0

Стоимость одного километра кабеля Скаб ед/км

0,12

0,08

0,03

Стоимость одного НРП, Снрп ед

0,5

0,5

0,5

 

 

2.7 Оценка надежности ЦСП

 

         Разрабатывая этот пункт работы необходимо оценить надежность проектируемой ЦСП по следующим показателям: интенсивности отказов, среднему времени наработки на отказ, вероятности безотказной работы в течение суток, месяца и года, коэффициенту готовности.

Под надежностью элемента (системы) понимают его способность выполнять заданные функции с заданным качеством в течение некоторого промежутка времени в определенных условиях. Изменение состояния элемента (системы), которое влечет за собой потерю указанного свойства, называется отказом. Системы МЭС относятся к восстанавливаемым системам, в которых производится устранение отказа, т. е. эти системы обладают свойством ремонтопригодности.

Одно из центральных положений теории надежности состоит в том, что отказы рассматриваются в ней как случайные события. Интервал времени от момента включения элемента (системы) до его первого отказа является случайной величиной, называемой “время работы ”. Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой (по определению) вероятность того, что время безотказной работы будет менее t, обозначается q(t) и имеет смысл вероятности отказа на интервале 0 - t ; вероятность противоположного события – безотказной работы на этом интервале равна P(t) = 1-q (t).

Удобной мерой надежности элементов и систем является интенсивность отказов λ(t) , представляющая собой условную плотность вероятности отказа в момент t, при условии, что до этого момента отказов не было. Между функциями λ(t) и р(t) существует взаимосвязь (5).

 

P(t)=                                                        (17)

 

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но еще до того, как наступил физический износ) интенсивность отказов примерно постоянна λ(t) ≈ λ . В этом случае

 

P(t)=e-λt                                                                        (18)

 

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствует экспоненциальное уменьшение вероятности безотказной работы с течением времени.

         Среднее время безотказной работы (наработки на отказ) находится как математическое ожидание случайной величины “Время безотказной работы”

tср=e-λtdt=1/λ.                                 (19)

 

Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов tср=1/λ.

Оценим надежность некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов. Пусть p1(t), p2(t), … pr(t) – вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0 - t , r – количество элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы (такой вид соединения элементов в теории надежности называется последовательным), то вероятность безотказной работы системы в целом равно произведению вероятностей безотказной работы отдельных элементов

 

Рсист(t)=Pi(t)=e-λit=e-Λсистt,                                               (20)

где    Λсист=λi – интенсивность отказов системы,

         λi – интенсивности отказов отдельных ее элементов.

Среднее время безотказной работы системы равно:

 

Tср сист=1/Λсист .                                                                            (21)

 

К числу основных характеристик надежности восстанавливаемых элементов и систем относится коэффициент готовности:

Kr=tср/tср+t в,                                                                          (22)

 

где t в – среднее время восстановления элемента (системы), характеризующий вероятность того, что элемент (система) будет работоспособен в любой момент времени.

         При выполнении проверочного расчета надежности следует считать отказом выход из строя хотя бы одной первичной группы каналов в любой из двух имеющихся ЦСП. Методика расчета основных характеристик надежности состоит в следующем.

а) ΛсисткабLацоQацо+λввгQввг+λнрпQнрпорпQорп ,

 

где         λкаб – интенсивность отказов, одного километра кабельной линии передачи;

              λацо  -          интенсивность отказов АЦО одного комплекта передачи или приема;

                   Qацо – количество АЦО на две СП (Qацо=4М);

                   λввг – интенсивность отказов аппаратуры ВВГ;

Qввг – количество аппаратуры ВВГ (Qввг=4 для двух СП);

                   λнрп – интенсивность отказов одного НРП на обе СП;

Qнрп – количество необслуживаемых регенерационных пунктов;

λорп – интенсивность отказов ОРП;

Qорп – количество ОРП (равно числу переприемов по ТЧ n);

Среднее время безотказной работы системы в целом определяется по формуле (19).

б) Вероятности безотказной работы в течение заданного времени определяются по формуле (18) для t1=24 часа (сутки), t2=720 часов (месяц), t3=8760 часов (год).

в) Для расчета коэффициента готовности по формуле (20) необходимо определить среднее время восстановления связи:

 

tв= λкабLtвкабацоQацоtвацо+λввгQввг tвввг+λнрпQнрпtвнрпорпQорпtворпсист .

 

 

Значения всех необходимых для расчета параметров возьмите из таблицы 4. Они являются сугубо ориентировочными и пригодны только для курсового проектирования.

 

Таблица 4

 

 

Наименование элемента

 

АЦО

 

ВВГ

 

НРП

 

ОРП

Один километр кабельной линии

 λ ,I/ч

3*10-6

5*10-6

2*10-7

10-5

5*10-7

tв , ч

0,5

0,5

4

1,0

5,0

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               Список литературы

 

 

1. Цифровые и аналоговые системы передачи / В.И. Иванов и др. – М.: Радио и связь, 1995.

2. Левин Л.С., Плотник М.А. Цифровые системы передачи информации.-М.:Радио и связь,1982.-215с.

3. Скалин Ю.В., Берштеин А.Г., Финкевич А.Д. Цифровые системы передачи.-М.:Радио и связь, 1988. - 272с.

4. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи: Учеб. Пособие для вузов/В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, В.И. Иванов и др.; Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В Крухмалева.-М.:Радио и связь.- 1996.- 344 с.

5. Зингеренко А.М.; Баева Н.Н.; Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи.- М.:Связь, 1980.-439с.

6. Многоканальные системы передачи / Н.Н. Баева и др. – М.: Радио и связь, 1996.

7. Многоканальная электросвязь и РРЛ / Н.Н. Баева и др. – М.: Радио и связь, 1984 .

8. Беллами Дж. Цифровая телефония.- М.: Радио и связь, 1986г. 544с.

9. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH.- М.:ЭКО-ТРЕНДЗ,1999.-149с.

10. Бакланов И.Г. Технологии измерений первичной сети.- М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000.-143с.

11. Назаров М.В., Прохоров Ю.Н. Методы цифровой обработки передачи речевых сигналов.- М.: Радио и связь, 1985. - 176с.

12. Ситняковский И.В., Мейкшан В.И., Маглицкий В.И. Цифровая сельская связь. -  М.: Радио и связь, 1994. - 248с.

13. Ситняковский И.В., Порохов О.Н., Нехаев А.Л. Цифровые системы передачи абонентских линий”. - М.: Радио и связь, 1987. -  214с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                      СОДЕРЖАНИЕ

 

    Введение                                                                                                                 3

1   Задание на курсовой проект «Проект цифровой системы передачи»                 3

 

2    Методические указания по выполнению курсовой работы                      5

 

2.1 Теоретические сведения для выбора частоты дискретизации                       6

 

2.2 Разработка укрупненной структурной схемы ЦСП                                   10

 

2.3     Разработка структур цикла и сверхцикла первичной ЦСП

и расчет тактовой частоты сигнала в линии                                             10

 

2.4  Пример расчета                                                                                          12

 

2.5 Построение сигнала на выходе регенератора для

заданной кодовой последовательности символов. Расчет

и построение временной диаграммы сигнала на выходе

корректирующего усилителя регенератора                                                 13

 

2.6 Выбор типа кабеля и расчет длины регенерационного участка                     18     

 

2.7 Оценка надежности ЦСП                                                                              22

 

Список литературы                                                                                            27