close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kornilov Marykova Sbornik laborat rabot Ch1

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего профессионального образования
ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ
ЭЛЕКТРОННАЯ
БИБЛИОТЕЧНАЯ СИСТЕМА
Самара
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»
Факультет телекоммуникаций и радиотехники
КАФЕДРА СИСТЕМ СВЯЗИ
Одобрено методическим советом ПГУТИ
СБОРНИК
МЕТОДИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК
к лабораторным работам по дисциплинам
«Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей»
«Основы построения телекоммуникационных систем и сетей»
«Многоканальные телекоммуникационные системы»
«Цифровые системы передачи»
Часть 1
САМАРА
ИУНЛ ПГУТИ
2013
2
УДК 621.395.4
Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей, Основы
построения телекоммуникационных систем и сетей, Многоканальные
телекоммуникационные системы, Цифровые системы передачи: сборник
методических разработок к лабораторным работам, ч.1 / Корнилов И. И.,
Марыкова Л. А. Самара: ИУНЛ ПГУТИ. 2013 – 90 с.
Рецензент: к.т.н., доцент кафедры МСИБ ФГОБУ ВПО ПГУТИ
Крыжановский А.В.
В сборнике методических разработок к лабораторным работам приведены
методические материалы по выполнению лабораторных работ.
Рекомендовано Методическим советом факультета ТР
в качестве методического пособия для студентов, обучающихся по
специальности 210400, 210401,210402, 210403, 210404, 210406
и по направлению 210700.
Протокол заседания Методического совета ПГУТИ № 3 от 9.04.2013г.
© Корнилов И.И. – 2013
© Марыкова Л.А. - 2013
3
Содержание
1. Система передачи с ВРК...............................................................................4
2. АИМ-тракт ЦСП...........................................................................................14
3. Кодер ИКМ-30..............................................................................................20
4. Декодер ИКМ-30..........................................................................................31
5. Стойка аналого-цифрового оборудования ИКМ-30.................................37
6. Временное группообразование на основе синхронного и асинхронного
объединения потоков......................................................................................59
7. Приемник синхросигнала...........................................................................71
8. Генераторное оборудование ЦСП..............................................................81
4
МЕТОДИЧКСКАЯ РАЗРАБОТКА
к лабораторной работе 1
«СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ С ВРК»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение принципов построения телекоммуникационных систем с
временным разделением каналов (ВРК) на основе амплитудно-импульсной
модуляции (АИМ).
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Произвести наблюдение и зарисовать осциллограммы сигналов во всех
точках схемы трехканальной телекоммуникационной системы с АИМ ВРК.
3. Измерить уровни сигналов и межканальной переходной помехи для
различных типов линий.
4. Рассчитать значения защищенности сигналов от переходных помех для
различных типов линий.
5. Сделать выводы по полученным результатам.
3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. По рекомендованной литературе изучить вопросы построения
телекоммуникационных систем с ВРК.
2. Рассчитать защищенность сигнала
от переходных помех в точке
нулевого относительного уровня (ТНОУ) канала ТЧ по заданному уровню
переходных помех (Таблица 1.1).
Таблица 1.1
№ бригады
Уровень переходных помех
, дБм
Защищенность
дБ
1
2
3
4
5
6
-30
-29
-28
-27
-26
-25
3. Сравнить рассчитанное значение защищенности с нормой на
защищенность сигнала в ТНОУ простого канала ТЧ длиной 2500 км,
предположив отсутствие в канале ТЧ других видов помех.
4. Подготовить бланк отчета со структурной схемой системы передачи с
ВРК и таблицей 1.2.
5
4. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для
вузов / В.В. Крухмалѐв, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н.
Гордиенко и В.В. Крухмалѐва. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004, с. 44-47,
102-106, 110-112, 166-194.
2. Гордиенко
В.Н.,
Тверецкий
М.С.
Многоканальные
телекоммуникационные системы: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия –
Телеком, 2007(2005), с.28-32, 40-51.
3. Крухмалѐв В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. Цифровые системы
передачи: Учебник пособие для вузов / Под ред. А.Д. Моченова. – М.: Горячая
линия – Телеком, 2007, с.7-12, 16-25.
4. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов / В.И.
Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. – М.:
Горячая линия – Телеком, 2003(1995), с.81-85.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дайте определение понятий «канал связи» и «канал ТЧ».
2. Что понимается под дискретизацией непрерывных сигналов по времени?
3. Сформулируйте теорему Котельникова, поясните ее физический смысл.
4. Из каких соображений выбирается частота дискретизации сигналов в СП с
ВРК?
5. Почему теорема Котельникова применима к непрерывным сигналам
только с ограниченным спектром?
6. Какие искажения имеют место при дискретизации непрерывного сигнала,
если частота дискретизации меньше удвоенного значения верхней частоты
сигнала?
7. Приведите структурную схему СП с ВРК с АИМ и поясните назначение и
работу отдельных ее узлов.
8. Какие спектральные составляющие имеет АИМ-сигнал?
9. Как производится объединение (мультиплексирование) канальных
сигналов в СП с ВРК?
10. Приведите временную диаграмму группового сигнала СП с ВРК с АИМ.
11. Перечислите причины появления переходных помех между каналами СП
с ВРК.
12. Приведите формулу определения защищенности сигнала от помех. Каков
физический смысл понятия «защищенность»?
13. Как влияют линейные искажения группового АИМ-сигнала на уровень
переходных помех между каналами в СП с ВРК? Назовите виды линейных
искажений?
14. Назовите причины возникновения нелинейных искажений в групповом
тракте СП с ВРК. Какое влияние оказывают нелинейные искажения на
передачу группового сигнала?
6
15. Как производится разделение (демультиплексирование) канальных
сигналов в СП с ВРК?
16. Каково назначение цикловой синхронизации в СП с ВРК?
17. К чему приводит несинхронность работы приемного и передающего
частей оборудования СП с ВРК?
18. Поясните режимы работы СП с ВРК «синфазно» и «несинфазно». К чему
приводит несинфазная работа СП с ВРК?
19. Как на приеме осуществляется демодуляция АИМ-сигнала, т.е.
восстановление непрерывного сигнала из последовательности его дискретных
отсчетов?
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Результаты расчетов защищенности домашнего задания с выводами об их
соответствии норме.
2. Структурная схема трехканальной СП с ВРК с АИМ (Рисунок 1.1).
3. Осциллограммы формы токов в заданных контрольных точках схемы.
4. Результаты измерений уровней сигналов и переходных помех, а так же
расчетов защищенности (Таблица 1.2).
5. Выводы по результатам измерений и расчетов.
7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Краткое описание схемы
Структурная схема трехканальной СП с ВРК с АИМ представлена на
рисунке 1.1.
Схема содержит амплитудно-импульсные модуляторы в каждом канале,
которые под управлением импульсов дискретизации (для первого канала – в
контрольной точке 4) осуществляют амплитудно-импульсную модуляцию
канальных сигналов, поступающих из контрольных точек 1, 2 и 3.
В итоге в контрольных точках 5, 6 и 7 имеются АИМ-сигналы первого,
второго и третьего каналов соответственно.
Генераторное оборудование передающей части аппаратуры состоит из
задающего генератора ЗГ, распределителя импульсов канальных РИК
(импульсов дискретизации), формирователя цикловых синхросигналов ФС, с
выхода которого синхроимпульсы СИ поступают на сумматор (мультиплексор),
где они суммируются с АИМ-сигналами каналов.
Контрольная точка 8 является выходом в линию передающей части
аппаратуры. В этой точке присутствуют разнесенные во времени АИМ-сигналы
каналов и синхроимпульсы СИ.
Далее суммарный сигнал передается по линии связи, в которой можно
установить три режима работы
7
1. “идеальная”, когда в линии отсутствуют искажения сигналов;
2. “линейные искажения”, когда линия вносит линейные искажения;
3. “нелинейные искажения”, когда линия вносит нелинейные искажения.
Контрольная точка 9 является входом приемной части аппаратуры СП с ВРК
с АИМ.
В приемной части аппаратуры в генераторном оборудовании вместо ЗГ
используется выделитель тактовой частоты с целью обеспечения синхронной и
синфазной работы передающей и приемной станций. Обычно тактовая частота
выделяется узкополосным полосовым фильтром из принимаемого рабочего
сигнала. Режим работы генераторного оборудования приема определяется
приемником синхросигнала СС и устанавливается таким образом, что после
приема синхросигнала появляется импульс на первом выходе распределителя
импульсов канальных РИК приема, следом – на втором выходе, а затем - на
третьем выходе.
Эти импульсы, разнесенные во времени, поступают на селекторы АИМимпульсов первого, следом – второго, а затем – третьего каналов. Таким
образом, из принятого группового АИМ-сигнала селекторы первого, второго и
третьего каналов под управлением импульсов дискретизации выбирают
(селектируют) АИМ-импульсы “своих” каналов. В итоге в контрольной точке
10 присутствуют АИМ-импульсы первого канала, в контрольной точке 11 –
второго канала и в контрольной точке 12 – третьего канала.
8
В режиме “несинфазно” АИМ-импульсы на входах селекторов и импульсы
на выходах РИК приема могут совпадать частично, а могут и не совпадать. В
этом случае амплитуда принимаемого сигнала будет уменьшаться или
принимаемый сигнал будет отсутствовать.
Фильтры нижних частот ФНЧ, включенные на выходах селекторов,
выделяют огибающие АИМ-импульсов, т. е. фактически выполняют
демодуляцию АИМ-сигнала с выделением исходных непрерывных сигналов.
2. Зарисовка осциллограмм
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Введите частоту синусоидального сигнала, подаваемого на вход канала 1 в
пределах эффективно передаваемой полосы частот (ЭППЧ) канала ТЧ
9
(300…3400) Гц. Установите масштаб по вертикали и по горизонтали так, чтобы
на экране уместились 2 периода синусоидального сигнала канала 1. При этом
необходимо иметь ввиду, что на вход канала 2 будет подан также
синусоидальный сигнал с меньшей частотой, а на вход канала 3 –
последовательность прямоугольных импульсов.
3. Выберете тип линии передачи “Идеальная” и режим работы “Синфазно”.
4. Зарисуйте осциллограмму импульсов дискретизации канала 1 в
контрольной точке 4.
5. Зарисуйте одну колонку в одинаковом масштабе осциллограммы сигналов
канала 1 в контрольных точках 1, 5, 8, 9, 10, 13.
6. Зарисуйте во 2-ю колонку в одинаковом масштабе осциллограммы
сигналов канала 2 в контрольных точках 2, 6, 8, 9, 11, 14.
7. Зарисуйте в 3-ю колонку в одинаковом масштабе осциллограммы
сигналов канала 3 в контрольных точках 3, 7, 8, 9, 12, 15.
8. Выберете тип линии передачи с “Линейными искажениями” и зарисуйте
осциллограммы сигналов:
канала 1 в контрольных точках 10, 13;
канала 2 в контрольных точках 11, 14;
канала 3 в контрольных точках 12, 15.
9. Выберете тип линии передачи с “Нелинейными искажениями” и зарисуйте
осциллограммы сигналов:
канала 1 в контрольных точках 10, 13;
канала 2 в контрольных точках 11, 14;
канала 3 в контрольных точках 12, 15.
3. Измерение взаимных переходов между каналами
Для измерения взаимных переходов между каналами необходимо нажать на
поле “Далее” и на экране появится схема рисунка 1.2.
На приеме выход ФНЧ канала 2, отмеченный точкой, является
измерительной точкой, к которой подключен указатель уровня. Если подать
сигнал на вход канала 2, то на выходе этого канала указателем уровня можно
измерить уровень сигнала . Если подать сигнал на вход канала 1 (на вход
канала 2 сигнал не подается), то на выходе канала 2 можно измерить уровень
переходной (из канала 1 в канал 2) помехи
.
Такие измерения необходимо выполнить для трех видов линий, по которым
проходит групповой АИМ-сигнал:
идеальная,
с линейными искажениями,
с нелинейными искажениями.
и для двух режимов работы генераторного оборудования:
синфазно,
10
несинфазно.
Результаты измерений занести в таблицу 1.2 и рассчитать защищенность
сигнала канала 2 от переходной (из канала 1 в канал 2) помехи:
где
- уровень сигнала на выходе канала 2(сигнал подан на вход канала 2),
- уровень переходных помех на выходе канала 2 (сигнал подан на вход
канала 1).
11
Результаты расчетов защищенности также занести в таблицу 1.2.
Проанализировать результаты измерений и расчетов и сделать выводы.
Таблица 1.2
Тип линии
Режим
работы
Идеальная
С лин.
искажения
ми
С нелин.
искажения
ми
Номер
влияю
щего
канала
Синфазно
Несинф.
Синфазно
Несинф.
1
1
1
1
Синфазно
Несинф.
1
1
Номер
Уровень Уровень
подверже сигнала
помех
нного
, дБ
, дБ
влиянию
канала
2
2
2
2
, дБ
2
2
8. МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Дискретизация во времени
Дискретизация – это представление непрерывного во времени сигнала
последовательностью его дискретных отсчетов. Дискретизация позволяет
осуществлять временное разделение каналов (ВРК), когда между отсчетами
сигнала одного канала размещаются со сдвигами по времени отсчеты сигналов
других каналов,
Согласно теореме В. А. Котельникова – Х. Найквиста любой непрерывный
сигнал, ограниченный по спектру верхней частотой
, может быть
восстановлен без искажений из последовательности его дискретных отсчетов,
если частота дискретизации определяется по формуле
. Для сигналов
канала ТЧ
. Тогда частоту дискретизации можно выбрать равной
Для упрощения ФНЧ, ограничивающего спектр частот
аналогового сигнала перед дискретизацией на передаче, и ФНЧ, выделяющего
спектр частот исходного сигнала на приеме,
выбирается несколько больше,
чем . Для канала ТЧ рекомендовано МСЭ-Т
В общем случае спектр АИМ-сигнала (рисунок 1.3) может содержать:
постоянную составляющую ;
исходный модулирующий сигнал;
гармоники частоты дискретизации;
нижние и верхние боковые полосы около гармоник частоты
дискретизации.
12
Рисунок 1.3
Из рисунка 1.3 следует, что в спектре АИМ-сигнала содержится
составляющая с исходным сигналом. Следовательно, процесс демодуляции
АИМ-сигнала можно осуществить фильтром нижних частот (ФНЧ), АЧХ
затухания которого в полосе расфильтровки
показана на рисунке 1.3.
В ЦСП первых поколений применялся однополярный исходный сигнал, а
для двуполярных сигналов в спектре АИМ-сигнала отсутствуют постоянная
составляющая и гармоники частоты дискретизации ,
….
2. Защищенность
Средняя мощность телефонного сигнала в точке нулевого относительного
уровня (ТНОУ) без учета пауз равна
Псофометрическая мощность помех простого канала ТЧ длиной 2500 км не
должна быть более 10 000 пВт0п, что соответствует невзвешенному значению
помех
Тогда допустимая защищенность сигнала простого канала ТЧ в ТНОУ будет
равна:
В логарифмических единицах защищенность сигнала рассчитывается как
разность между уровнем сигнала и уровнем помехи:
13
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
к лабораторной работе 2
«АИМ-ТРАКТ ЦСП»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение структурной схемы индивидуального АИМ-тракта ЦСП и
принципов преобразования сигналов в узлах индивидуального тракта.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Изучить построение структурной схемы индивидуального АИМ-тракта
ЦСП.
3. Изучить назначение и принципы работы отдельных узлов структурной
схемы.
4. Произвести наблюдение и зарисовать осциллограммы сигналов в
контрольных точках АИМ-тракта при подаче на вход канала:
- гармонического сигнала;
- негармонического сигнала
со сравнением с исходным сигналом и спектральный состав сигнала в местах
измерения трактов передачи и приема.
5. Сделать выводы по полученным результатам.
3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. По рекомендованной литературе изучить вопросы построения
индивидуального оборудования АИМ-тракта.
2. Амплитудно-импульсной модуляции подвергается сигнал канала ТЧ.
Определить минимальное значение частоты дискретизации, при которой будут
отсутствовать искажения дискретизации при заданной ширине полосы
расфильтровки ФНЧ Δfp (таблица 2.1).
Таблица 2.1
№ бригады
Δfp ,кГц
fд min, кГц
1
1,05
2
1,10
3
1,15
4
1,20
5
1,25
6
1,30
Начертить спектральную диаграмму АИМ-сигнала по рассчитанным
значениям, имея в виду, что на вход АИМ-модулятора поступает двуполярный
сигнал канала ТЧ.
14
4. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для
вузов / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н.
Гордиенко и В.В. Крухмалева. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004, с.166-174.
2. Гордиенко
В.Н.,
Тверецкий
М.С.
Многоканальные
телекоммуникационные системы: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия –
Телеком,2007 (2005), с.40-51.
3. Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. Цифровые системы
передачи: Учебное пособие для вузов/ Под ред. А.Д. Моченова. – М.: Горячая
линия – Телеком, 2007, с. 12-16.
4. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/ В.И.
Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. – М.:
Горячая линия – Телеком, 2003 (1995), с. 83-85.
5. Аппаратура ИКМ-30/ Голубев А.Н., Иванов Ю.П., Левин Л.С. и др.; Под
ред. Ю.П. Иванова и Л.С. Левина. – М.: Радио и связь, 1983, с.23-26.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Поясните особенности сигналов АИМ-1 и АИМ-2, их отличие и при каких
условиях эти отличия исчезают?
2. С какой целью выполняется преобразование сигнала АИМ-1 в сигнал
АИМ-2?
3. Поясните, как зависит ширина спектра частот импульсной
последовательности от длительности импульсов?
4. Какие искажения имеют место при дискретизации непрерывного сигнала,
если частота дискретизации меньше удвоенного значения верхней частоты
сигнала?
5. Почему для ослабления требований к ФНЧ не увеличивают частоту
дискретизации?
6. В чем отличие в спектральных составляющих АИМ-сигналов в случае
дискретизации однополярных и двуполярных сигналов?
7. Нарисуйте структурную схему индивидуального АИМ-тракта ЦСП и
поясните назначение отдельных узлов.
8. Поясните назначение ограничителя амплитуд (ОА) в тракте передачи.
9. Поясните назначение усилителей в трактах передачи и приема.
10. Поясните назначение ФНЧ, включаемых на входе канальных
амплитудно-импульсных модуляторов на передаче и на выходе канальных
селекторов на приеме.
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Результаты расчетов и спектральная диаграмма АИМ-сигнала домашнего
задания с выводами.
2. Структурная схема индивидуального АИМ-тракта.
15
3. Зарисовки осциллограмм сигналов в контрольных точках трактов
передачи и приема и их спектральных диаграмм при подаче на вход канала
гармонического сигнала с указанием амплитуды, частоты сигнала и частоты
дискретизации.
4. Таблица с номерами гармоник, их амплитудами и частотами при подаче
на вход канала негармонического сигнала.
5. Зарисовки осциллограмм сигналов в контрольных точках трактов
передачи и приема и их спектральных диаграмм при подаче на вход канала
негармонического сигнала с указанием частоты дискретизации.
6. Выводы по результатам наблюдений и расчетов.
7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Краткое описание схемы АИМ-тракта ИКМ-30
Структурная схема индивидуального АИМ-тракта аппаратуры ИКМ-30
приведена на рисунке 2.1. Более упрощенный вариант этой схемы приведен в
окне «Блок-схема» раздела «Справка» лабораторной работы.
Телефонный сигнал в тракт передачи поступает от оборудования АТС на
вход дифсистемы (ДС). Удлинитель 1 (Удл.1) служит для установки уровня
сигнала на четырехпроводном входе канала -13 дБ. Ограничитель амплитуд ОА
обеспечивает защиту УНЧ 1 от перегрузки, которая может возникнуть из-за
импульсных помех АТС и абонентской линии.
УНЧ 1 усиливает сигнал и согласовывает входное сопротивление канала с
входным сопротивлением ФНЧпер, который ограничивает спектр частот
входного сигнала частотой 3,4 кГц. Буферный усилитель УНЧ 2 обеспечивает
развязку ФНЧпер и амплитудно-импульсного модулятора АИМ-1.
АИМ-сигналы всех каналов объединяются (мультиплексируются) в
групповой АИМ-сигнал в устройстве Гр.АИМ-1, который из индивидуального
оборудования поступает на преобразователь сигнала АИМ-1 в сигнал АИМ-2
группового оборудования, а далее – в кодер.
В тракте приема групповой сигнал АИМ-2 из декодера через
демультиплексор Гр.АИМ-2 поступает на временные селекторы (ВС) всех
каналов, которые выделяют последовательности АИМ-2 сигналов отдельных
каналов.
Рисунок 2.1
16
Фильтр ФНЧпр, идентичный ФНЧпер, демодулирует АИМ-сигнал, в
результате чего восстанавливается исходный телефонный сигнал.
Усилитель УНЧ 3 согласовывает выходное сопротивление ФНЧпр с
выходным сопротивлением каналаТЧ и обеспечивает измерительный уровень
сигнала на четырехпроводном выходе канала, равный 4дБ.
С помощью удлинителей Удл.2 – Удл.4 реализуется возможность работы в
двухпроводном режиме с остаточным затуханием 1,8; 3,5; 7,0 дБ и совместно с
удлинителем Удл.1 в тракте передачи – в четырехпроводном режиме с
остаточным затуханием 0 дБ или -17 дБ.
Следует отметить, что в последних реализациях аппаратуры групповой
АИМ-сигнал не образуется и индивидуальные АИМ-сигналы поступают на
индивидуальные преобразователи сигнала АИМ-1 в сигналы АИМ-2, а далее –
на индивидуальные кодеры. Мультиплексирование канальных сигналов в
групповой выполняется на выходах индивидуальных кодеров. Такой способ
формирования группового ИКМ сигнала позволяет значительно уменьшить
переходные влияния между каналами.
В тракте приема также используются индивидуальные декодеры в каждом
канале.
В этом случае кодеры и декодеры отдельных каналов исполняются в одной
микросхеме, которую называют «кодек» (кодер + декодер).
2. Зарисовка осциллограмм
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Задать гармонический сигнал на входе канала, введя его амплитуду и
частоту в пределах эффективно передаваемой полосы частот (ЭППЧ) канала ТЧ
(300..3400) Гц.
3. Установить соответствующие масштабы на экране осциллографа, чтобы
сигнал умещался по оси ординат, а по оси абсцисс умещалось два - три периода
сигнала.
4. Произвести наблюдение и зарисовать осциллограммы сигналов и
спектральный состав в местах измерения трактов передачи и приема.
5. Задать негармонический сигнал на входе канала, введя амплитуды и
частоты составляющих этот сигнал гармоник в пределах ЭППЧ канала ТЧ и
зарисовать таблицу с параметрами гармоник.
6. Произвести наблюдение и зарисовать осциллограммы сигналов и
спектральный состав в местах измерения трактов передачи и приема.
8. МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Искажения дискретизации
Процесс дискретизации (или амплитудно-импульсной модуляции)
непрерывного сигнала сопровождается искажениями дискретизации,
обусловленными тем, что действительные первичные сигналы являются
17
ограниченными по времени и, следовательно, имеют неограниченный спектр
частот.
Ограничением полосы частот передаваемого сигнала в ФНЧпер. вносятся
искажения.
Различают амплитудно-импульсную модуляцию первого рода (АИМ-1) и
второго рода (АИМ-2). При АИМ-1 мгновенное значение импульсов отсчетов
на их длительности изменяется в соответствии с изменениями модулирующего
(дискретизируемого) сигнала. При АИМ-2 амплитуда импульса определяется
только амплитудой сигнала в начальный момент взятия отсчета и остается
постоянной на всей длительности импульса отсчета. Таким образом, импульсы
отсчетов при АИМ-2 имеют плоскую вершину. При достаточно большой
скважности импульсов дискретизации (q>10) сигналы АИМ-1 и АИМ-2
идентичны по спектрам. Кроме того, при переходе от АИМ-1 к АИМ-2 имеют
место специфические искажения, для компенсации которых на выходе канала
включается амплитудно-частотный корректор.
2. Ослабление сигнала при дискретизации
При дискретизации и последующем восстановлении исходного сигнала
происходит его значительное ослабление, т.к. часть энергии, которая
распределена между различными спектральными составляющими АИМсигнала, подавляется в процессе демодуляции. Ослабление сигнала в процессе
дискретизации равно:
Ад
20lg
U mi
Ui
20lg
Tд
20lg q ,
и
где Umi – амплитуда i-й составляющей сигнала на входе АИМ-модулятора;
Ui– амплитуда i-й составляющей сигнала на выходе ФНЧпр.;
Тд – период дискретизации;
τи – длительность АИМ-импульса;
q – скважность импульсов дискретизации.
Из формулы следует, что ослабление растет с увеличением скважности
импульсов (числа каналов ЦСП). Это обстоятельство накладывает ограничения
на число каналов на этапе дискретизации. Так, если частота дискретизации
равна fд=8 кГц или период дискретизации Тд=125 мкс, а τи=4 мкс (что
ориентировочно соответствует 30-канальной ЦСП) то ослабление сигнала на
ступени дискретизации будет равно:
Aд
20lg
Tд
и
20lg q
20lg
125
4
20lg 31, 25 30 дБ,
т.е. полезный сигнал ослабляется на 30 дБ. Для снижения потерь энергии
сигналов при дискретизации используются усилители низких частот (УНЧ),
включаемые в трактах передачи и приема.
18
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
к лабораторной работе 3
«КОДЕР ИКМ-30»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение основ кодирования АИМ-сигналов в ЦСП с ИКМ и принципов
работы нелинейного кодера СП ИКМ-30.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Изучить формирование нелинейной амплитудной характеристики кодера
(рисунок 3.1).
3. Изучить формирование нелинейной амплитудной характеристики
декодера (рисунок 3.2).
4. Разобраться с таблицей используемых эталонных сигналов при
кодировании номера сегмента и номера шага квантования внутри выбранного
сегмента (таблица 3.2).
5. Разобраться с алгоритмом поиска номера сегмента (рисунок 3.3).
6. Изучить работу нелинейного кодера СП ИКМ-30 (рисунок 3.4) и
принципы работы отдельных узлов структурной схемы.
7. Закодировать
заданные
отсчеты
АИМ-сигналов,
зарисовать
осциллограммы процесса кодирования и записать полученные кодовые
комбинации.
8. Рассчитать величины ошибок квантования, внесенных кодером, для
заданных АИМ-сигналов и сравнить их с шагом квантования в выбранном
сегменте.
9. Перекодировать полученные кодовые комбинации в соответствии с
Рекомендацией МСЭ-Т G.711.
10. Сделать выводы по полученным результатам.
3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. По рекомендованной литературе изучить процессы нелинейного
кодирования.
2. Закодировать в нелинейном кодере заданные значения АИМ-импульсов
(таблица 3.1).
Таблица 3.1
№ бригады
1
2
3
4
5
6
UАИМ 1
-1087,9∙δ0
-543,9∙δ0 -271,9∙δ0 -135,9∙δ0 -67,9∙δ0 -33,9∙δ0
UАИМ 2
1024∙δ0
512∙δ0
256∙δ0
128∙δ0
64∙δ0
32∙δ0
19
3. Рассчитать величины ошибок квантования для заданных АИМ-сигналов,
учитывая, что δ0 – минимальный шаг квантования.
4. Сравнить полученные величины ошибок квантования с шагом
квантования в выбранном сегменте.
5. Перекодировать полученные кодовые комбинации в соответствии с
Рекомендацией МСЭ-Т G.711.
4. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для
вузов / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н.
Гордиенко и В.В. Крухмалева. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004, с. 200-222.
2. Гордиенко
В.Н.,
Тверецкий
М.С.
Многоканальные
телекоммуникационные системы: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия –
Телеком, 2007 (2005), с. 11-18, 51-70.
3. Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. Цифровые системы
передачи: Учебное пособие для вузов / Под ред. А.Д. Моченова. – М.: Горячая
линия – Телеком, 2007, с. 25-69, 96-102.
4. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов / В.И.
Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. – М.:
Горячая линия – Телеком, 2003 (1995), с. 85-104.
5. Аппаратура ИКМ-30 / Голубев А.Н., Иванов Ю.П., Левин Л.С. и др.; Под
ред. Ю.П. Иванова и Л.С. Левина. – М.: Радио и связь, 1983, с. 45-52.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Поясните необходимость квантования сигналов АИМ по уровню при
формировании цифрового ИКМ-сигнала.
2. Что называют шумом квантования? Поясните физическую сущность
шумов квантования и энергетический спектр шумов квантования.
3. Что такое шум ограничения? Поясните физическую сущность шумов
ограничения.
4. В чем заключается основной недостаток равномерного квантования?
5. Исходя из чего определяется число уровней квантования АИМ-сигнала?
6. Приведите структурную схему и объясните принцип работы кодера
последовательного счета. Достоинства и недостатки схемы.
7. Приведите структурную схему и объясните принцип работы кодера
поразрядного взвешивания. Достоинства и недостатки схемы.
8. Поясните необходимость применения неравномерного квантования,
способы реализации. Назовите методы неравномерного квантования (законы
компандирования).
9. Для чего используются компандерные устройства в СП с ИКМ?
10. Почему в ЦСП с ИКМ используется неравномерное квантование и
нелинейное кодирование телефонных сигналов?
20
11. Назовите двоичные коды, применяемые при формировании ИКМсигнала.
12. В чем отличие симметричного двоичного кода от натурального
двоичного кода? Какой из этих двух кодов используется в кодере СП ИКМ-30?
13. От чего зависит число разрядов в кодовой группе, соответствующей
отсчету АИМ-сигнала?
14. Приведите структурную схему и объясните принцип работы нелинейного
кодера.
15. Из каких этапов состоит процесс нелинейного кодирования и сколько
тактов он включает?
16. Какие операции выполняются за время прохождения числа тактов,
отведенных на кодирование одного отсчета АИМ-сигнала?
17. Приведите диаграмму кодирования в нелинейном кодере АИМ-отсчета с
амплитудой +672∙δ0.
18. Приведите диаграмму кодирования в нелинейном кодере АИМ-отсчета с
амплитудой -317∙δ0.
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Результаты кодирования двух отсчетов домашнего задания в виде 8разрядных кодовых комбинаций.
2. Результаты расчетов величин ошибок квантования для двух отсчетов
домашнего задания с их сравнением с величиной шага квантования в
выбранном сегменте.
3. Перекодированные кодовые комбинации для заданных двух отсчетов в
соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.711.
4. Нелинейная амплитудная характеристика кодера (рисунок 3.1).
5. Нелинейная амплитудная характеристика декодера (рисунок 3.2).
6. Таблица с используемыми эталонными сигналами при кодировании
номера сегмента и номера шага квантования внутри выбранного сегмента
(таблица 3.2).
7. Диаграмма кодирования номера сегмента в нелинейном кодере (рисунок
3.3).
8. Структурная схема нелинейного кодера СП ИКМ-30 (рисунок 3.4).
9. Осциллограммы процесса кодирования двух заданных преподавателем
отсчетов и полученные кодовые комбинации.
10. Результаты расчетов величин ошибок квантования для двух заданных
отсчетов АИМ-сигналов с их сравнением с величиной шага квантования в
выбранном сегменте.
11. Перекодированные кодовые комбинации для двух заданных отсчетов в
соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.711.
12. Выводы по результатам наблюдений и расчетов.
21
7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Нелинейное кодирование
В системах ИКМ применяется нелинейное кодирование, основу которого
составляет неравномерное квантование преобразованных из АИМ-1 в АИМ-2
сигналов по уровню.
Известно, что качество передачи телефонных сигналов отвечает
предъявляемым требованиям, если защищенность сигнала от помех (в данном
случае от шумов квантования) составляет:
дБ,
где Aз ш.кв. – защищенность сигнала от шумов квантования;
Wс – мощность сигнала;
Wш.кв. – мощность шумов квантования;
рс – уровень мощности сигнала;
рш.кв. – уровень мощности шумов квантования.
Из формулы видно, что при равномерном квантовании, когда мощность
шумов квантования, определяемая соотношением
, при
постоянном шаге квантования δ является постоянной величиной, а мощность
сигнала увеличивается с увеличением амплитуды сигнала. При этом очевидным
является следующий вывод: если при определенном шаге квантования
защищенность сигнала от шумов квантования для сигналов с малой
амплитудой будет соответствовать требованиям, то при увеличении амплитуды
сигнала защищенность будет увеличиваться и станет излишне большой.
Идея неравномерного квантования заключается в увеличении величины
шага квантования при увеличении амплитуды сигнала с тем, чтобы
защищенность сигнала от шумов квантования была примерно одинаковой для
всех возможных амплитуд сигнала.
В аппаратуре ИКМ-30 используется квазилогарифмическая амплитудная
характеристика компрессии (сжатия) кодера (рисунок 3.1), которая позволяет
обеспечить требуемую защищенность при 8-разрядном двоичном кодировании:
где
– относительная амплитуда выходного сигнала;
– относительная амплитуда входного сигнала;
= 87,6 – коэффициент компрессии (сжатия).
22
Для упрощения схемы кодера эта функция заменена линейно-ломаной
характеристикой с 16 сегментами (по 8 в положительной и отрицательной
частях амплитудной характеристики), каждый из которых в свою очередь
разбит на 16 шагов квантования.
Шаг квантования внутри каждого сегмента постоянен и определяется по
закону:
где
– шаг квантования в сегментах 0 и 1.
Так как четыре сегмента в центральной части характеристики (сегменты с
номерами 0 и 1 как в положительной, так и отрицательной частях) имеют
одинаковый шаг квантования δ0, то часто их считают как один сегмент и
характеристику называют 13-сегментной (характеристика типа
).
При этом необходимо иметь в виду, что внутри каждого сегмента кодирование
номера шага квантования - равномерное.
Восстановление исходных значений сигнала на приеме (в декодере)
происходит в соответствии с характеристикой, обратной характеристике
компрессии. В результате суммарная характеристика компрессии и
экспандирования (расширения) остается линейной.
Амплитудные характеристики кодера и декодера приведены на рисунке 3.1 и
3.2 соответственно.
Рисунок 3.1
Для работы кодера (определение номера сегмента и номера шага
квантования внутри сегмента) используются эталонные токи, перечень которых
приведен в таблице 3.2.
23
2. Выполнение работы
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Задать амплитуду кодируемого отсчета положительной полярности в
пределах шкалы сигнала (рисунок 3.3), но не равную величинам эталонных
сигналов, указанных на рисунке.
3. Нарисовать в тетради рисунок 3.3.
4. На рисунке выделить жирной линией процесс определения полярности
заданного отсчета. Отметить в тетради появившийся знаковый разряд На
рисунке выделить жирной линией процесс определения в окне
«Сформированный код».
Рисунок 3.2
Таблица 3.2
Основной
Двоичный
Дополнительные
Номер
эталонный
Шаг
код
эталонные
сегмента
сигнал,
квантования, у.е.
сегмента
сигналы, у.е.
у.е.
7
111
1024
512 256 128 64
64
6
110
512
256 128 64 32
32
5
101
256
128 64 32 16
16
4
100
128
64 32 16 8
8
3
011
64
32 16
8
4
4
2
010
32
16
8
4
2
2
1
001
16
8
4
2
1
1
0
000
0
8
4
2
1
1
24
1. На этапе кодирования номера сегмента (2, 3 и 4 такты) проследить за
процессами сравнения с эталонными сигналами и на рисунке 3.3 выделить
жирной линией процесс выбора номера сегмента. Отметить в тетради кодовую
комбинацию номера сегмента, появившуюся в окне «Сформированный код».
2. На этапе кодирования номера шага (уровня) квантования внутри
выбранного сегмента (5, 6, 7 и 8 такты) проследить за процессами сравнения с
дополнительными эталонными сигналами (таблица 3.2) и зарисовать
осциллограммы всех четырех этапов. Отметить в тетради кодовую комбинацию
номера шага квантования, появившуюся в окне «Сформированный код».
Записать в тетради сформированную 8-разрядную кодовую комбинацию.
3. Задать амплитуду кодируемого отсчета отрицательной полярности в
пределах шкалы сигнала (рисунок 3.3), но не равную величинам эталонных
сигналов, указанных на рисунке.
4. Выполнить все этапы кодирования отсчета отрицательной полярности по
пунктам 3, 4, 5, 6.
5. На этапе кодирования номера сегмента (2, 3 и 4 такты) проследить за
процессами сравнения с эталонными сигналами и на рисунке 3.3 выделить
жирной линией процесс выбора номера сегмента. Отметить в тетради кодовую
комбинацию номера сегмента, появившуюся в окне «Сформированный код».
6. На этапе кодирования номера шага (уровня) квантования внутри
выбранного сегмента (5, 6, 7 и 8 такты) проследить за процессами сравнения с
дополнительными эталонными сигналами (таблица 3.2) и зарисовать
осциллограммы всех четырех этапов. Отметить в тетради кодовую комбинацию
номера шага квантования, появившуюся в окне «Сформированный код».
Записать в тетради сформированную 8-разрядную кодовую комбинацию.
7. Задать амплитуду кодируемого отсчета отрицательной полярности в
пределах шкалы сигнала (рисунок 3.3), но не равную величинам эталонных
сигналов, указанных на рисунке.
8. Выполнить все этапы кодирования отсчета отрицательной полярности по
пунктам 3, 4, 5, 6.
9. Рассчитать величины ошибок квантования для двух закодированных
отсчетов и сравнить их с величиной шага квантования в выбранном сегменте.
10. Привести перекодированные две кодовые комбинации в соответствии с
Рекомендацией МСЭ-Т G.711.
8. МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Алгоритм поиска номера сегмента
Определение полярности (знака) отсчета выполняется за один такт. Для
этого цифровой регистр ЦР (рисунок 3.4) на выходе Р1 выставляет «1». Если
полярность отсчета положительная, то дифференциальный компаратор К со
своего выхода по цепи обратной связи на вход цифрового регистра ЦР подает
25
«0», в итоге «1» на выходе Р1 ЦР сохраняется. При отрицательной полярности
отсчета по цепи обратной связи на вход ЦР поступает «1», которая убирает «1»
с выхода Р1 ЦР и устанавливает на Р1 «0».
На втором этапе определяется номер сегмента, в котором находится АИМотсчет. Алгоритм поиска номера сегмента приведен на рисунке 3.3. Номер
сегмента кодируется тремя разрядами Р2, Р3, Р4 за три такта.
Первоначально амплитуда отсчета сравнивается с основным эталонным
сигналом 128∙δ0, соответствующим нижней границе 4-го сегмента. В
зависимости от того, превысил эталонный сигнал амплитуду АИМ-отсчета или
нет, в разряде Р2 записывается «0» или «1». Следующий эталон, с которым
происходит сравнение, равен 32∙δ0 или 512∙δ0 и т.д. В результате формируется
кодовая комбинация номера сегмента разрядами Р2, Р3, Р4.
Следует заметить, что после определения номера сегмента включенным
может остаться только один основной эталонный сигнал, соответствующий
нижней границе выбранного сегмента (таблица 3.2).
Третий этап предназначен для определения номера шага квантования внутри
выбранного сегмента. При этом формируются разряды Р5, Р6, Р7, Р8.
2. Структурная схема нелинейного кодера
На рисунке 3.4 приведена упрощенная структурная схема нелинейного
кодера СП ИКМ-30.
Кодер состоит из следующих узлов:
ЦР – цифровой регистр;
ЦЭ – цифровой экспандер;
ЛВ ФЭС – логика выбора ФЭС;
ФЭС-1, ФЭС-2 – формирователи положительных и отрицательных
эталонных сигналов;
ЗУ – запоминающее устройство;
К – дифференциальный компаратор;
Ф – формирующее устройство.
Запоминающее устройство ЗУ предназначено для запоминания амплитуды
отсчета и удержания ее значения на своем выходе в течение всего времени
кодирования, т.е. ЗУ преобразует сигнал АИМ-1 в сигнал АИМ-2. Кроме того,
имеется возможность коррекции «0» кодера в канальных интервалах КИ0 и
КИ16. Коррекция «0» кодера необходима для того, чтобы из-за наличия
постоянной составляющей сигнал не сместился относительно «0» амплитудной
характеристики. Такое смещение приводит к тому, что сигналы с малой
амплитудой квантуются с бóльшим шагом квантования, а значит,
увеличиваются шумы квантования.
Дифференциальный компаратор К предназначен для определения
полярности отсчета и для сравнения эталонного сигнала, поступающего от
ФЭС с амплитудой отсчета, поступающего с ЗУ. По результатам сравнения
26
компаратор К по цепи обратной связи выдает сигнал управления цифровым
регистром ЦР.
Рисунок 3.3
Каждый из ФЭС предназначен для образования шкалы уровней квантования
в одной половине биполярной амплитудной характеристики кодера.
Логика выбора ФЭС предназначена для включения нужного ФЭС в
зависимости от полярности отсчета (управляется знаковым разрядом Р1
цифрового регистра).
Цифровой экспандер ЦЭ предназначен для реализации неравномерного
квантования отсчета преобразованием 7-разрядного кода Р2…Р8 в 11разрядный код. Включение экспандера в цепь обратной связи кодера
равноценно включению компрессора в прямой цепи прохождения сигнала.
3. Выписка из Рекомендации МСЭ-Т G.711
Для улучшения статистики группового цифрового сигнала первичного
цифрового потока (ПЦП) в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.711
символы четных разрядов кодовой комбинации инвертируются: «1» на «0» и
«0» на «1».
27
Рисунок 3.4
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
к лабораторной работе 4
«ДЕКОДЕР ИКМ-30»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение принципов декодирования 8-разрядных кодовых
комбинаций в ЦСП с ИКМ и принципов работы нелинейного декодера СП
ИКМ-30.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Изучить формирование нелинейной амплитудной характеристики
декодера (рисунок 3.2 лабороторной работы 3 «Кодер ИКМ-30») и сопоставить
еѐ с амплитудной характеристикой кодера (рисунок 3.1 лабораторной работы 3
«Кодер ИКМ-30»).
3. Разобраться с таблицей используемых эталонных сигналов при
декодировании (что и при кодировании) номера сегмента и номера шага
квантования внутри выбранного сегмента (таблица 3.2 лабораторной работы 3
«Кодер ИКМ-30»).
4. Изучить работу нелинейного декодера СП ИКМ-30 (рисунок 4.1) и
принципы работы отдельных узлов структурной схемы.
28
5. Перекодировать две кодовые комбинации п.10 выполнения лабораторной
работы 3 «Кодер ИКМ-30» по Рекомендации МСЭ-Т G.711 в обычные кодовые
комбинации станционного двоичного кода.
6. Декодировать в нелинейном декодере указанные две кодовые
комбинации.
7. Сделать выводы по полученным результатам.
3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. По рекомендованной литературе изучить процессы нелинейного
декодирования.
2. Перекодировать две кодовые комбинации п.5 домашнего задания
лабораторной работы 3 «Кодер ИКМ-30» в обычные кодовые комбинации
станционного двоичного кода.
3. Декодировать полученные две кодовые комбинации в нелинейном
декодере и получить сигналы U′АИМ 1 и U′АИМ 2.
Рассчитать ошибки квантования для двух заданных в таблице 3.1
4. лабораторной работы 3 «Кодер ИКМ-30» АИМ – сигналов как разность
между заданными в таблице 3.1 сигналами
UАИМ 1 и UАИМ 2 и
соответствующими им декодированными сигналами U′АИМ 1 и U′АИМ 2:
ξкв.1 = UАИМ 1 - U′АИМ 1;
ξкв.2 = UАИМ 2 - U′АИМ 2.
5. Сравнить полученные значения ошибок квантования с шагом квантования
в выбранном сегменте и с ошибками квантования указанных сигналов в
нелинейном кодере, рассчитанными в п.3 домашнего задания лабораторной
работы 3 «Кодер ИКМ-30».
6. Сделать выводы по результатам расчѐтов ошибок квантования в кодере и
декодере.
4. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для
вузов / В.В. Крухмалѐв, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н.
Гордиенко и В.В. Крухмалѐва. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004, с. 209-222.
2. Гордиенко
В.Н.,
Тверецкий
М.С.
Многоканальные
телекоммуникационные системы: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия –
Телеком, 2007(2005), с.40-42, 51-70.
3. Крухмалѐв В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. Цифровые системы
передачи: Учебное пособие для вузов / Под ред. А.Д. Моченова. – М.: Горячая
линия – Телеком, 2007, с.34-45, 96-102.
4. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов / В.И.
Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. – М.:
Горячая линия – Телеком, 2003(1995), с.85-104.
29
5. Аппаратура ИКМ-30 / Голубев А.Н., Иванов Ю.П., Левин Л.С. и др.; Под
ред. Ю.П. Иванова и Л.С. Левина. – М.: Радио и связь, 1983, с.58-63.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чѐм заключаются преимущества передачи сигналов в цифровой форме
перед передачей:
а) аналоговых сигналов;
б) сигналов АИМ?
2. Какой сигнал формируется на выходе декодера: АИМ-1, АИМ-2?
3. Как соотносятся между собой амплитудные характеристики нелинейных
кодера и декодера?
4. Перечислите блоки аналоговой части структурной схемы нелинейного
декодера и объясните их функции.
5. Перечислите блоки цифровой части структурной схемы нелинейного
декодера и объясните их функции.
6. Поясните необходимость использования в декодере преобразователя
последовательного двоичного кода в параллельный.
7. Поясните, сколько эталонных токов используется в нелинейных кодере и
декодере.
8. Почему при кодировании отсчѐта в нелинейном кодере максимальная
ошибка квантования приближается к величине шага квантования в сегменте?
Где и каким образом максимальную ошибку квантования уменьшают до
половины шага квантования в сегменте?
9. Приведите структурную схему и объясните принцип работы декодера
поразрядного взвешивания. Достоинства и недостатки схемы.
10. Приведите структурную схему и объясните принцип работы нелинейного
декодера. Достоинства и недостатки схемы.
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
1. Перекодированные две кодовые комбинации п.5 домашнего задания
лабораторной работы 3 «Кодер ИКМ-30» в обычные кодовые комбинации
станционного двоичного кода из кодовых комбинаций, преобразованных по
Рекомендации МСЭ-Т G.711.
2. Декодированные сигналы U′АИМ 1 и U′АИМ 2 домашнего задания.
3. Расчѐты ошибок квантования для двух заданных в таблице 3.1
лабораторной работы 3 «Кодер ИКМ-30» АИМ – сигналов как разность между
заданными в таблице 3.1 сигналами UАИМ 1 и UАИМ 2 и соответствующими им
декодированными сигналами U′АИМ 1 и U′АИМ 2 (см. п.4 домашнего задания).
4. Результаты сравнения полученных значений ошибок квантования с шагом
квантования в выбранном сегменте и с ошибками квантования указанных
сигналов в нелинейном кодере, рассчитанными в п.3 домашнего задания
лабораторной работы 3 «Кодер ИКМ-30».
30
5. Выводы по результатам расчѐтов, ошибок квантования, сигналов
домашнего задания в кодере и декодере.
6. Перекодированные две кодовые комбинации п.10 выполнения
лабораторной работы 3 «Кодер ИКМ-30» по Рекомендации МСЭ-Т G.711 в
обычные кодовые комбинации станционного двоичного кода.
7. Декодированные два сигнала АИМ при вводе в декодер кодовых
комбинаций п.6.
8. Структурная схема нелинейного декодера.
9. Амплитудная характеристика декодера (рисунок 3.2 лабораторной работы
3 «Кодер ИКМ-30»).
10. Осциллограммы процессов декодирования указанных двух кодовых
комбинаций.
11. Выводы по результатам наблюдений и расчѐтов.
7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Ввести первую из двух кодовых комбинаций п.5 содержания работы.
3. Зарисовать в тетради этапы декодирования: определение полярности
отсчѐта, номера сегмента и номера шага квантования внутри выбранного
сегмента.
4. Зафиксировать амплитуду декодированного сигнала АИМ.
5. Ввести вторую кодовую комбинацию п.5 содержания работы.
6. Зарисовать в тетради этапы декодирования: определение полярности
отсчѐта, номера сегмента и номера шага квантования внутри выбранного
сегмента.
7. Зафиксировать амплитуду декодированного сигнала АИМ.
8. Рассчитать величину ошибок квантования двух декодированных отсчѐтов
как разность заданных амплитуд АИМ – отсчѐтов (п.2 и 7 выполнения работы 3
«Кодер ИКМ-30») и амплитуд декодированных сигналов АИМ (п.4 и 7 порядка
выполнения работы 4 «Декодер ИКМ-30»).
9. Сравнить величины ошибок квантования двух декодированных отсчѐтов
п.8 с рассчитанными в п.9 выполнения работы 3 «Кодер ИКМ-30» и с
величинами шагов квантования внутри выбранных сегментов.
8. МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
Структурная схема нелинейного декодера представлена на рисунке 4.1.
Декодер предназначен для преобразования 8-разрядного двоичного кода в
сигнал АИМ-2.
Преобразователь последовательного кода в параллельный предназначен для
распределения разрядов, поступающих на вход декодера, в соответствии с их
номерами по соответствующим выходам преобразователя.
31
Рис.4.1
Регистр памяти предназначен для запоминания кодовой комбинации на
своих выходах в течение времени декодирования
Δtдек. = 6T ≈ 3 мкс.,
необходимого для получения требуемой длительности отсчѐтов выходного
АИМ – сигнала. Первый разряд (знаковый) кодовой комбинации поступает
непосредственно на логику выбора ФЭС, которая при Р1=1 включает ФЭС 1, а
при Р1=0 включает ФЭС 2.
Цифровой экспандер выполняет преобразование 7-символьного кода
Р2…Р8, поступающего с выходов регистра памяти, в 12-символьный код для
управления разрядами ФЭС. Учитывая особенности построения нелинейной
характеристики кодера (рисунок 3.1) и декодера (рисунок 3.2), для уменьшения
ошибок квантования при декодировании используется ещѐ один, 12-й эталон.
Значение этого эталона для каждого сегмента своѐ и равно половине шага
квантования в этом сегменте. 12-й выход цифрового регистра предназначен для
управления этим дополнительным эталонным сигналом.
Логика выбора ФЭС по первому разряду Р1 кодовой комбинации
определяет, на какой ФЭС должны поступать сигналы с выхода цифрового
экспандера.
Формирователи эталонных сигналов ФЭС 1 и ФЭС 2 по схемному
построению идентичны и полярности выходных сигналов с ФЭС одинаковы и
имеют отрицательную полярность.
Дифференциальный усилитель преобразовывает отрицательные отсчѐты
сигнала АИМ – 2 в биполярный сигнал (с ФЭС 1 сигнал инвертируется с
отрицательного на положительный, а с ФЭС 2 отрицательный сигнал только
усиливается), а также обеспечивает низкоомное выходное сопротивление
декодера, необходимое при работе на импульсную реактивную нагрузку.
32
2
2.1
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА К РАБОТЕ
к лабораторной работе 5
«СТОЙКА АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО
ОБОРУДОВАНИЯ ИКМ-30»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является исследование аналого-цифрового оборудования
ЦСП, ознакомление с конструкцией САЦО и с методами измерения параметров
каналов ЦСП.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Ознакомление с макетом лабораторной работы и с измерительными
приборами.
2. Проверка аппаратуры «на себя».
3. Измерение остаточного затухания канала.
4. Измерение амплитудной характеристики канала.
5. Измерение отношения сигнал-шум квантования.
6. Проверка частоты задающего генератора.
7. Проверка наличия последовательности импульсов в гнездах «ЦО» блоков
ДЧ.
3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
В отчет включаются результаты измерений по всем пунктам лабораторной
работы. Отчет должен содержать следующие пункты:
1. Домашнее задание.
2. Схемы измерений.
3. Результаты измерений и осциллограммы наблюдений.
4. Выводы по результатам измерений.
4. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Задано напряжение АИМ сигнала:
U АИМ ( мВ)
( Г 10 П С Б ) ( 1) П ,
где Г- номер группы;
П - номер подгруппы;
Б - номер бригады;
С - последняя цифра зачетной книжки студента.
Шаг квантования ( мВ) 0,1 П , система передачи ИКМ-30.
Определить:
33
1) Кодовую комбинацию и записать ее симметричным и квазитроичным
кодами, а также привести временные диаграммы токов;
2) Ошибку квантования.
2. Задана система передачи ИКМ-30. 8-ми разрядная комбинация. В старшем
разряде ( Р1 ) записан символ Р1 ( 1)С , в трех последующих ( Р2 , Р3 , Р4 ) записана
трехсимвольная комбинация, соответствующая десятичному числу, равному Н,
(Н – порядковый номер студента в бригаде). В последних четырех разрядах (
Р5 , Р6 , Р7 , Р8 ) записана четырехсимвольная комбинация, соответствующая
десятичному числу, равному П+Б+Н. Шаг квантования взять из зад.1.
Определить:
1) Амплитуду и знак импульса на выходе декодера;
2) Максимальное значение мощности шума квантования.
5. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Гордиенко
В.Н.,
Тверецкий
М.С.
Многоканальные
телекоммуникационные системы: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия –
Телеком, 2007 (2005), с.11-18, 40-42, 51-70.
2. Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. Цифровые системы
передачи: Учебное пособие для вузов/ Под ред. А.Д. Моченова. – М.: Горячая
линия - Телеком, 2007, с. 25-69, 96-102.
3. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/ В.И.
Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. – М.:
Горячая линия – Телеком, 2003 (1995), с. 85-104.
4. Аппаратура ИКМ-30/ Голубев А.Н., Иванов Ю.П., Левин Л.С. и др.; Под
ред. Ю.П. Иванова и Л.С. Левина. – М.: Радио и связь, 1983, - 184с.
6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Стойка аналого-цифрового оборудования, назначение, конструктивное
исполнение, основные блоки.
2. Индивидуальное и групповое оборудование, их отличие.
3. Структура временного спектра линейного сигнала системы. Сверхциклы,
циклы. Сверхцикловая, цикловая синхронизация.
4. Структурная схема САЦО, основные блоки тракта передачи, тракта
приема.
5. Приемопередатчик телефонных сигналов, его назначение.
6. Согласующие устройства, их назначение. Типы согласующих устройств.
7. Кодер. Назначение и принцип действия.
8. Декодер. Процесс декодирования. Основные блоки, их назначение.
9. Генераторное оборудование, его назначение. Цикловой, канальный,
разрядный делители.
10. Назначение цикловой синхронизации. Расположение синхроимпульсов
во временном спектре сигнала.
34
7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Включение стойки
Включите источник питания стойки. При этом должны загореться лампы
«авария систем» на ПО-1, соответствующие установленным АЦО, красная
лампа на верхней раме стойки. Нажмите кнопку «Авария систем» на ПО-1,
соответствующую установленному АЦО. При этом на ПО-1 должна загореться
лампа «УП». Включите «УП» проверяемого АЦО. При нажатии кнопки
«Авария систем» на ПО-1 данного АЦО должна погаснуть лампа «УП» и
загореться лампа «ПР».
2. Включение аппаратуры «На себя»
Соедините с помощью шнура, находящегося в ЗИПе на стойке, гнезда
«лин.сиг.», расположенные на лицевой панели блока ФЛС с аналогичными
гнездами на ПКПР, включив тем самым АЦО в режим работы «на себя». При
этом на ПО-1 должны погаснуть лампы «Пр» и «Авария систем». Отожмите
кнопку «Авария систем».
3. Измерение остаточного затухания канала
Установите на место согласующего устройства, соответствующего
измеряемому каналу, блок измерений и контроля (ИК). Подключите
микротумблер на блоке ИК в положение «4пр».измерения проводятся по схеме
рис. 5.1.
Рисунок 5.1
Измерения проводятся в следующем порядке:
1) Переключатель «точки подключения», дБ генератора установите в
положение –3,5дБ.
2) Переключатели «уровень», дБ установите в положение «0дБ», «частота»,
Гц- в положение 805Гц.
35
3) Гнезда выхода генератора «( » подключите к входам блока ИК (гн. «а»и
«в» - канальный вход, «е» и «f» - канальный выход).
4) Переключатель режимов измерений измерителя установите в положение
«ОЗ», установите предел измерений «0дБ».
5) Переключатель «точки подключения», дБ измерителя установите в
положение «-3,5дБ».
6) Гнезда входа измерителя « ) » подключите к выходу измеряемого канала
блока ИК (гн. «е» и «f»).
7) Установите переключатель пределов измерений в положение –10, 0, +10;
дофиксируйте его положение, при котором обеспечивается наиболее точное
измерение.
8) Произведите отсчет уровня (показания по шкале измерителя с учетом
установленного предела измерения), который соответствует остаточному
затуханию канала, которое должно быть в пределах 0 0,5дБ.
4. Измерение АЧХ канала
АЧХ в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т измеряется сигналом с
набором частот 0,3…3,4кГц.
АЧХ называется зависимость приращения остаточного затухания на частоте
измерительного сигнала по отношению к затуханию на f=1010Гц от
измерительной частоты:
а
аf
а1010
.
1) Измерение АЧХ проводится на отдельных частотах по схеме рис.5.1 с
помощью прибора ПЭИ-ИКМ с предварительной калибровкой прибора на
частоте 1010 Гц.
Для калибровки ПЭИ-ИКМ в режиме АЧХ переключатель режимов
измерений установите в положение «АЧХ», установите предел измерения 0дБ.
Переключатели «точки подключения» на генераторе и на измерителе уровня и
переключатель «уровень» генератора – в положение «0дБ». Потенциометром
калибровки уровня « » в режиме «АЧХ» установите стрелку измерителя на
отметку «0» шкалы.
2) Гнезда выхода генератора «( » подключите ко входу измеряемого канала
(гн. «а» и «в» ИК).
3) Переключатель «точки подключения» генератора и измерителя уровня
установите в положение «-3,5дБ».
4) Переключатель «уровень» генератора установите в положение «0дБ».
5) Гнезда входа измерителя « ) » подключите к выходу измеряемого канала
(гн. «е» и «f» ИК).
6) Для измерения АЧХ переключатель частот установите последовательно в
положения 300,805, 1010, 3000, 3400Гц. Зафиксируйте показания измерителя
36
прибора, которые соответствуют неравномерности АЧХ канала на данных
частотах а f .
7) Вычислите отклонение остаточного затухания (изменение уровня приема)
по измерительной частоте a от затухания на частоте 1010Гц. Результаты
занесите в таблицу 5.1.
Таблица 5.1
f, Гц
300
a f , дБ
a , дБ
805
1010
3000
3400
8) Постройте график АЧХ (зависимость a от f) и сравните его с шаблоном,
рекомендуемым МСЭ-Т (рис.5.2).
2.1.1 Шаблон АЧХ канала ТЧ
Рисунок 5.2
5. Измерение амплитудной характеристики
Амплитудной характеристикой называется зависимость приращения
остаточного затухания (коэффициента передачи) канала ТЧ aоз при изменении
уровня на входе канала, по отношению к величине остаточного затухания при
уровне рн 12дБ .
аоз рвх рвых аоз ,
где рвх , рвых - уровни измерительного сигнала на входе и выходе канала,
аоз - остаточное затухание канала.
Измерение АХ проводится по схеме рис.5.1.
1) Переключатель «частота», Гц на генераторе установите в положение
805Гц.
2) Переключатели «точки подключения» генератора и измерителя уровня
установите в положение –3,5дБ.
37
3) Переключатель режимов измерений измерителя установите в положение
«ОЗ», установите предел измерений 0дБ.
4) Для измерения АХ переключатель «уровень» генератора установите
последовательно в положение 0, -12, -24, -36дБ.
5) Зафиксируйте показания измерителя прибора с учетом установленного
предела измерения.
Результаты измерения занесите в таблицу 5.2
Таблица 5.2
рвх , дБ
рвых , дБ
а
рвх
0
-12
-24
-36
рвых аном , дБ
аном
рвх
рвых (при рвх = -12дБ).
6) Построить зависимости a от рвх и сравнить его с шаблоном (рис.5.3).
6. Измерение отношения сигнал-шум квантования
Измерение отношения сигнал-шум квантования производится с
предварительной калибровкой измерителя ПЭИ-ИКМ в режиме «ОСШК».
1) Для калибровки прибора в режиме «ОСШК» переключатель «частота», Гц
установите в положение1010Гц; переключатель режимов измерений поставьте
в положение «ОСШК»; нажмите кнопку « », потенциометром калибровки
уровня в режиме «ОСШК» - « » установите стрелку измерителя на отметку
шкалы, соответствующую 0дБ.
2) Соберите схему рис.5.1.
3) Переключатель «точки подключения» генератора установите в положение
–3,5 дБ.
4) Переключатель «частота», Гц установите в положение 1010Гц.
5) Переключатель пределов измерений в положение –3,5дБ.
6) Произведите измерение уровней шумов квантования при получаемых от
генератора сигналов с уровнями 0, -12, -24, -36дБ. Для этого переключатель
режимов измерений установите в положение «ОСШК».
Устанавливая переключатель пределов измерений в положение –10, -20, -30
зафиксируйте его в положении, при котором обеспечиваются наиболее точные
измерения.
7) Рассчитайте защищенность от шумов квантования Аз.шк. , дБ по формуле:
Аз.шк. рвых.с. рвых.ш.к. ,
Шаблон АХ канала ТЧ при измерении гармоническим сигналом
38
Рисунок 5.3
где рвых.с. - уровень сигнала, дБ. рвых.с. взять из табл.5.2 результатов измерений
АХ ( рвых.с. рвых ).
рвых.ш.к. - уровень шумов квантования, дБ.
Результаты занести в таблицу 5.3.
Таблица 5.3
рвх , дБ
рвых.ш.к. , дБ
рвых.с. , дБ
Аз.ш.к . , дБ
0
-12
-24
-36
8) Построить график зависимости Аз.ш.к. от рв х и сравнить его с шаблоном.
7. Проверка частоты задающего генератора
1) Проверьте частоту задающего генератора, для чего включите в гнездо
«2048кГц» на блоке ГЗ частотомер и измерьте частоту, которая должна быть
равна 2048000 5Гц. При необходимости подстройте частоту потенциометром
«Рег.част.»
2) Подключите к гнездам «2048кГц» блока ГЗ осциллограф и зарисуйте
осциллограмму.
8. Проверка наличия последовательности импульсов
1) Проверьте наличие последовательности импульсов в гнездах «ЦО» на
блоках ДЧ передачи и приема. Частота следования импульсов равна 500Гц,
длительность импульсов равна 125мксек.
39
2) Подключите к гнездам «ЦО» делителей частоты передачи и приема
осциллограф и зарисуйте осциллограмму.
Шаблон для измерения защищенности от шумов квантования в канале ТЧ
гармоническим измерительным сигналом
Рисунок 5.4
8. МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
Стойка аналого-цифрового оборудования (САЦО) предназначена для
аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования сигналов тональной
частоты, формирования и распределения группового цифрового потока со
скоростью 2048 кбит/с, ввода и вывода дискретной информации и сопряжения с
помощью согласующих устройств СУ аппаратуры ИКМ-30 с аппаратурой АТС.
Конструктивно АЦО выполнено в виде съемных комплектов. На стандартной
стойке (САЦО) с размерами 2600 600 225мм размещается до четырех
комплектов АЦО, т.е. при полной комплектации стойки обеспечивается
организация 30 4=120 каналов ТЧ.
Стойка АЦО используется в качестве каналообразующей для цифровых
систем передачи более высоких порядков (ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920 и
др.)
Кроме того, в аппаратуре предусмотрена возможность передачи
дискретной информации путѐм ввода еѐ непосредственно в групповой тракт.
Аналого-цифровое оборудование АЦО состоит из индивидуального и
группового оборудования
Индивидуальное оборудование содержит
устройства, каждое из которых обрабатывает сигналы, соответствующие только
одному каналу ТЧ, а устройства группового оборудования обрабатывают
сигналы всех 30 каналов.
В индивидуальном оборудовании осуществляется согласование входа и
выхода каждого канала аппаратуры ИКМ – 30 с оборудованием АТС,
дискретизация аналоговых сигналов в передающей части оборудования АЦО и
восстановление исходного сигнала из последовательности отсчетов в приѐмной
части оборудования АЦО.
40
В групповом оборудовании осуществляется аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование сигналов ТЧ (соответственно в приемной и
передающей частях оборудования АЦО). Внешний вид АЦО представлен на
рис 5.5.
Рисунок 5.5 - Аналого-цифровое оборудование
2.1.1 Структура временного спектра линейного цифрового сигнала
Временной спектр линейного сигнала системы (рис.5.6) состоит из
последовательно следующих друг за другом сверхциклов. Каждый сверхцикл
содержит шестнадцать циклов. Циклы, в свою очередь, разделяют на 32
канальных интервала. Каждый канальный интервал состоит из восьми разрядов
(Р). Длительность цикла равна 125 мкс, таким образом, длительность
сверхцикла равна 2 мс, длительность канального интервала равна 3,91мкс,
длительность разряда 488нс.
Циклы в сверхцикле нумеруются Ц0, Ц1…Ц15. Отсчѐт циклов в сверхцикле
начинается с цикла, содержащего сверхцикловой сигнал. Символы
сверхциклового синхросигнала имеют вид 0000 и передаются в разрядах
Р1…Р4 шестнадцатого КИ цикла Ц0, символы остальных разрядов КИ16 имеют
вид Р5 – 1, Р7 – 0, Р8 – 1, Р6 используется для передачи сигнала о нарушении
сверхциклового синхронизма на противоположную станцию.
Канальные интервалы в цикле нумеруются КИ0, КИ1…КИ31. Отсчѐт
канальных интервалов в цикле начинается с канального интервала,
содержащего цикловой синхросигнал. Символы циклового синхросигнала
имеют вид 0011011 и передаются в разрядах Р2…Р8 КИ0 чѐтных циклов
сверхцикла.
Разряд Р1 в КИ0 во всех циклах используется для передачи дискретной
информации.
41
Символ Р2 в КИ0 нечѐтных циклов имеет значение 1, Р3 в КИ0 нечѐтных
циклов используется для передачи сигнала о нарушении циклового
синхронизма на противоположную станцию.
Использование символов разряда Р4, Р5, Р7 и Р8 в КИ0 нечѐтных циклов не
регламентируется и на их местах формируются 1.
Канальные интервалы КИ1…КИ15 используются для передачи информации
с 1-го по 15-ый телефонных каналов (ТК), КИ17..КИ31 – для передачи
информации с 16-го по 30-ый телефонных каналов.
Канальный интервал КИ16 в циклах Ц1…Ц15 используется для передачи
сигналов
управления и взаимодействия (СУВ) между АТС. Каждому
телефонному каналу придаются 2 СУВ.
Канальные интервалы КИ1, КИ9, КИ17, КИ25 могут быть использованы для
передачи сигналов вещания, а канальный интервал КИ8 – для передачи
дискретной информации.
Структурная схема САЦО
Структурная схема САЦО одного направления передачи представлена на
рис.5.7.
Сигнал ТЧ и соответствующие два сигнала управления и взаимодействия СУВ
1, СУВ 2 поступают на вход согласующего устройства (СУ). Сигнал ТЧ
транслируется согласующим устройством в передатчик (Пер). Сигналы
управления
и
взаимодействия
преобразуются
в
импульсные
последовательности с тактовой частотой 500 Гц каждая, синхронизированные с
линейным сигналом. Процессом преобразования управляют импульсные
последовательности, формируемые в генераторном оборудовании (ГО)
делителями частоты ДЧ. ДЧ управляются последовательностью импульсов с
номинальной частотой 2048 кГц, вырабатываемой задающим генератором ГЗ.
Сигналы ТЧ в передатчике ограничиваются по частоте фильтром нижних
частот и с помощью амплитудно-импульсных модуляторов АИМ
преобразуются в последовательности отсчетов. При этом модулируемые
импульсные последовательности, вырабатываемые в ГО, имеют частоту 8 кГц и
сдвинуты по времени друг относительно друга на величину, равную одному
канальному интервалу. Выходы передатчиков соединяются в одной точке, в
которой образуется групповой АИМ – сигнал, соответствующий 30 каналам
ТЧ, разделѐнным один относительно другого по времени.
42
Рисунок 5.7 - Структурная схема аналого-цифрового оборудования
43
Кодер, на вход которого поступает групповой АИМ сигнал, преобразует
последовательность АИМ–1 в последовательность АИМ–2, квантует эту
последовательность по уровню и кодирует в 8-разрядном симметричном
двоичном коде.
Групповой ИКМ сигнал с выхода кодера и импульсные последовательности
СУВ объединяются в формирователе линейного сигнала (ФЛС). В ФЛС, кроме
того, вводятся сигналы дискретной информации, преобразованные в блоке
ДИ пер , сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации, сформированные в
блоке ФС и определяющие временное положение в цикле передачи
соответственно каналов ТЧ и каналов передачи СУВ. С выхода ФЛС
объединенный ИКМ сигнал поступает в преобразователь кода передачи ПК пер ,
который преобразует однополярный двоичный сигнал в сигнал с чередованием
полярностей импульсов, удобный для передачи по линейному тракту.
В приемной части оборудования САЦО осуществляется обратное
преобразование – групповой сигнал в коде с чередованием полярностей
импульсов в ПК пр преобразуется в однополярный двоичный сигнал, который
затем декодируется декодером. В устройстве разделения УР групповой сигнал
разделяется между соответствующими
приемниками, в которых
восстанавливается исходная форма переданных сигналов: телефонных – в
приемниках Пр, сигналов управления и взаимодействия – СУ, сигналов
дискретной информации - ДИ пр . Процессом декодирования и разделения
группового сигнала управляет ГО, начальная фаза работы которого
устанавливается устройством цикловой синхронизации ЦС.
2.2
Индивидуальное оборудование
3
Приѐмопередатчик (ПП) телефонных сигналов
Приѐмопередатчик аппаратуры ИКМ-30 предназначен для преобразования
аналогового телефонного сигнала в АИМ-сигнал на передаче и обратного на
приѐме.
Приѐмопередатчик обеспечивает организацию как двухпроводного так и
четырехпроходного трактов телефонного сигнала. В исходном состоянии
приѐмопередатчик имеет двухпроводное окончание. Четырехпроходный режим
осуществляется как автоматически, так и постоянно при транзитном
соединении двух каналов.
Структурная схема ПП телефонных сигналов представлена на рис. 5.8.
Тракт передачи ПП состоит из дифференциальной системы ДС с балансным
контуром БК, удлинителя Удл.1, ограничителя амплитуд ОА, усилителей
низкой частоты Ус.1 и Ус.2, фильтра нижних частот ФНЧ1, амплитудноимпульсного модулятора М, управляемого импульсной последовательностью с
генераторного оборудования. Тракт приѐма включает временной селектор ВС,
44
фильтр нижних частот ФНЧ2, усилитель низкой частоты Ус.3 и трех
удлинителей.
Двух- или четырехпроводное включение телефонного канала обеспечивается
состоянием реле р1. В исходном состоянии ПП имеет двухпроводное
окончание.
Ограничитель амплитуд ОА обеспечивает защиту Ус1 от перегрузки,
которая может возникнуть из-за импульсных помех АТС.
Усилитель Ус1 усиливает входной сигнал на 12 дБ и согласует входное
сопротивление канала (R=600 Ом) с входным сопротивлением ФНЧ1 (R=6
кОм). Последний ограничивает спектр входного сигнала до 3400 Гц. Ус.2
обеспечивает развязку ФНЧ1 и амплитудно-импульсного модулятора М.
Рисунок 5.8 - Структурная схема приемопередатчика телефонного сигнала
В тракте приема временной селектор выделяет последовательность АИМ
сигнала данного канала из группового АИМ сигнала. Фильтр ФНЧ2,
идентичный ФНЧ1, демодулирует АИМ сигнал, в результате чего
восстанавливается исходный телефонный сигнал. Усилитель Ус.3 согласует
выходное сопротивление ФНЧ2 (R=6 кОм) с выходным сопротивлением
канала (R=600 Ом) и обеспечивает измерительный уровень сигнала, равный 4,3
дБ. С помощью удлинителей Удл.2-Удл.4 реализуется возможность работы в
двухпроводном режиме с остаточным затуханием 1,8; 3,5; 7,0 дБ и совместно с
Удл.1 – в четырѐхпроводном режиме с остаточным затуханием 0 дБ.
Групповое оборудование
Кодер
Выполняет следующие функции: преобразует сигнал АИМ-1 в сигнал АИМ2, осуществляет амплитудное квантование сигнала АИМ-2 и 8-ми разрядное
нелинейное кодирование квантованного сигнала.
Кодер комплекта АЦО построен по принципу поразрядного
уравновешивания.
Его особенностью является выполнение процесса
поразрядного уравновешивания с частотой 4096 кГц, удвоенной по сравнению с
45
тактовой частотой f т цифрового потока. Это позволяет осуществлять 8разрядное кодирование отсчета сигнала в течение интервала tкод 4T 2 мкс и
обеспечить достаточный временной интервал для преобразования сигнала
АИМ-1 в АИМ-2 с требуемой защищенностью от внятных переходных помех
между каналами.
Структурная схема кодера разделяется на аналоговую и цифровую части,
выполненные в виде соответствующих блоков (Рис.5.9).
Аналоговая часть кодера включает следующие функциональные узлы:
- групповой тракт АИМ сигнала ГТ-АИМ, в котором производится
преобразование входного сигнала АИМ-1 в сигнал АИМ-2;
- два одинаковых формирователя эталонных сигналов ФЭС, каждый из
которых формирует 11-разрядный набор сигналов с двоичным соотношением
амплитуд между разрядами для образования шкалы уровней квантования в
одной половине биполярной амплитудной характеристики кодера;
- дифференциальный компаратор, предназначенный для определения знака
(полярности) сигнала АИМ-2, сравнивая его амплитуды с амплитудой сигналов
ФЭС и формирования двоичных символов по результатам сравнения.
Цифровая часть кодера содержит следующие функциональные узлы:
- регистр памяти с логикой управления, предназначенный для записи и
хранения информации, поступающей от компаратора по цепям обратной связи
А и В, в соответствии с которой формируются сигналы управления
аналоговыми узлами кодера;
- цифровой экспандер, выполняющий преобразование 7-разрядного кода (без
знакового символа d1), поступающего с выходов регистра памяти, в 11разрядный простой двоичный код, необходимый для управления разрядами
ФЭС;
- логические элементы выбора ФЭС, пропускающие сигналы цифрового
экспандера на входы разрядов одного из ФЭС в зависимости от значения
сигнала d1;
- удвоитель тактовой частоты и распределитель импульсов, который
формирует импульсную последовательность 2 f т 4096 кГц («Строб. К») для
стробирования компаратора и импульсные последовательности P 8, P 1, P 2, P 3 ,
задержанные на половину тактового интервала относительно соответствующих
последовательностей P8, P1, P 2, P3 , поступающих в кодер от делителя частоты
ДЧ передачи;
- преобразователь параллельного кода в последовательный, формирующий
выходной цифровой сигнал кодера.
46
Рисунок 5.9 - Структурная схема кодера
Декодер
Декодер предназначен для преобразования 8-разрядного двоичного кода в
сигнал
АИМ-2.
При
нелинейном
декодировании
осуществляется
преобразование с помощью цифрового экспандера 7-символьного кода (кроме
знакового символа d1) в 12-символьный. При этом комбинации символов
d 2, d 3, d 4
преобразуются в сигнал управления H m разрядом ФЭС,
формирующим основной эталонный сигнал. Комбинация символов d 5, d 6, d 7, d 8
используется для управления последующими четырьмя разрядами ФЭС.
Восстановленный таким образом однополярный отсчѐт сигнала затем
инвертируется или передаѐтся без изменения на выход декодера (в зависимости
от знакового символа d1 кодового слова).
Декодер комплекта АЦО (см. рис.5.10) построен по
принципу
суммирования двоично-взвешенных эталонных сигналов и делится на
аналоговую и цифровую части, выполненные на двух платах, входящих в один
блок.
Аналоговая часть декодера содержит следующие функциональные узлы:
- два одинаковых формирователя эталонных сигналов ФЭС-А и ФЭС-Б,
которые по назначению аналогичны соответствующим узлам кодера и
конструктивно выполнены в виде микросхем;
47
- дифференциальный усилитель, преобразующий однополярные отсчеты
сигнала АИМ-2 в биполярный сигнал, а также обеспечивающий низкоомное
выходное сопротивление декодера, необходимое при работе на импульсную
реактивную нагрузку.
Основными функциональными узлами цифровой части декодера являются:
- преобразователь последовательного двоичного кода в параллельный;
- регистр памяти с логикой управления, предназначенный для хранения
кодового слова в течение интервала времени tдек 6T 3 мкс, необходимого
для получения необходимой длительности отсчетов выходного АИМ сигнала;
- цифровой экспандер, выполняющий преобразование 7-символьного кода,
поступающего с выходов регистра памяти, в 12-символьный код для
управления разрядами ФЭС;
- логические элементы выбора ФЭС, пропускающие сигналы цифрового
экспандера на входы разрядов одного из ФЭС в зависимости от значения
символа в знаковом разряде.
Рис.5.10 - Структурная схема декодера
Генераторное оборудование
Генераторное оборудование ГО формирует и распределяет во времени
управляющие импульсные последовательности, определяя тем самым порядок
и последовательность работы канальных и групповых устройств аппаратуры.
Генераторное оборудование передачи состоит из генератора задающего,
частота которого стабилизирована кварцем, двух делителей частоты ДК и ДЧ.
48
Функционально ГО делится на передающее и приемное ( ГОпер и ГОпр
соответственно). Каждое из них содержит следующие узлы (рис.5.11):
- устройство тактовой синхронизации УТС, вырабатывающее импульсы
тактовой частоты. Функции этого устройства на передаче выполняет задающий
генератор (ГЗ 2048), а на приеме – выделитель тактовой частоты (ВТЧ 2048).
Задающий генератор вырабатывает две сдвинутые друг относительно друга на
180 0 импульсные последовательности: строб 1 и строб 2, управляющие работой
передающей части АЦО;
- делитель разрядный ДР, формирующий восемь импульсных
последовательностей с частотой следования кодовых групп, которые
используются для управления групповыми устройствами. С выходов делителя
на 8 получаются восемь сдвинутых друг относительно друга разрядных
импульсных последовательностей с частотой следования 256 кГц (Р1…Р8);
делитель
канальный
ДК,
формирующий
32
импульсные
последовательности, соответствующие канальным интервалам цикла передачи
и используемые для управления канальными устройствами. С выходов
делителя на 32 получаются сдвинутые друг относительно друга импульсные
последовательности с частотой следования 8 кГц (КИ0…КИ31);
- делитель цикловой ДЦ, формирующий импульсные последовательности,
соответствующие циклам Ц0-Ц15 и управляющие оборудованием СУВ. С
выходов делителя на 16 получаются сдвинутые друг относительно друга
импульсные последовательности с частотой следования 500 Гц (Ц0…Ц15).
Рисунок 5.11 - Структурная схема генераторного оборудования ГО
Система синхронизации
Нормальная работа аппаратуры ИКМ предусматривает наличие следующих
видов синхронизации: по тактовой частоте, по кодовым группам, по циклам и
по сверхциклам.
Синхронизация по тактовой частоте необходима для обеспечения равенства
скоростей обработки сигналов на передаче и приѐме и выполняется путѐм
выделения тактовой частоты f=2048 кГц из спектра линейного сигнала на
приѐмной станции. Выделение тактовой частоты осуществляется в
преобразователе кода приѐма. Выделенная тактовая частота управляет
49
генераторным
оборудованием
приемной
станции,
вырабатывающим
необходимую сетку частот импульсных последовательностей.
Синхронизация по кодовым группам выполняется автоматически при
достижении состояния циклового синхронизма.
Синхронизация по циклам необходима для правильного распределения
декодированных сигналов по соответствующим приѐмным канальным трактам
и обеспечивается путѐм совмещения времени начала циклов принимаемого
сигнала с ГО приѐма.
Синхронизация по сверхциклам необходима для правильного распределения
сигналов управления и взаимодействия (СУВ), передаваемые в КИ16, по
соответствующим канальным трактам и обеспечивается путѐм совмещения
времени начала сверхциклов принимаемого сигнала и ГО приѐма.
Устройство цикловой и сверхцикловой синхронизации состоит из
формирователя синхросигналов, размещѐнного в блоке ФЛС, и приѐмника
синхросигнала по циклам и сверхциклам, размещенного в блоке Пр.Синхр. Для
обеспечения работы аппаратуры ИКМ-30 в составе интегральной цифровой
сети связи предусмотрена возможность включения аналого-цифрового
оборудования в режим жѐсткой связи – по фазе между временными спектрами
приѐма и передачи как по циклам, так и по сверхциклам, что обеспечивается
формирователем сигналов управления. Формирователь сигналов управления
размещѐн в блоке Пр.Синхр.
Формирователь линейного сигнала
Формирователь линейного сигнала предназначен для объединения
цифровых потоков, поступающих с кодера, импульсных сигналов СУВ1 и
СУВ2, сигнала с выхода блока дискретной информации, а также для
формирования в групповом ИКМ-сигнале сигналов цикловой и сверхцикловой
синхронизации.
Преобразователь кода
Преобразователь кода передачи предназначен для преобразования
униполярных импульсов группового ИКМ-сигнала в квазитроичный
биполярный линейный сигнал.
Преобразователь кода приѐма предназначен для преобразования
квазитроичного биполярного линейного сигнала в униполярный групповой
ИКМ-сигнал и выделения сигнала тактовой частоты, для работы приѐмной
части АЦО.
Преобразователи кодов передачи и приѐма обеспечивают сопряжение АЦО с
оконечным оборудованием.
50
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
к лабораторной работе 6
«ВРЕМЕННОЕ ГРУППООБРАЗОВАНИЕ НА ОСНОВЕ СИНХРОННОГО
И АСИНХРОННОГО ОБЬЕДИНЕНИЯ ПОТОКОВ»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение принципов временного группообразования в цифровых СП на
основе синхронного и асинхронного объединения потоков.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Изучить
общие
принципы
временного
группообразования
с
положительным, нулевым и отрицательным согласованием скоростей.
3. Разобраться в процессах возникновения временных сдвигов и
неоднородностей.
4. Усвоить построение, параметры цикла и групп цикла вторичного
цифрового потока (ВЦП) с двусторонним согласованием скоростей.
5. Изучить общую схему асинхронного сопряжения цифровых потоков,
схему блока асинхронного сопряжения (БАС), схему запоминающего
устройства (ЗУ) и схему временного детектора (ВД) при асинхронном
объединении цифровых потоков и принципы их работы.
6. Изучить общую схему синхронного сопряжения цифровых потоков, схему
блока синхронного сопряжения (БСС), схему запоминающего устройства (ЗУ) и
схему временного детектора (ВД) при синхронном объединение цифровых
потоков и принципы их работы.
7. Сделать выводы по полученным результатам.
3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. По рекомендованной литературе изучить принципы временного
группообразования
с
положительным,
нулевым
и
отрицательным
согласованием скоростей.
2. Разработать структурную схему оконечного оборудования ЦСП,
обеспечивающую организацию заданного количества каналов ТЧ или ОЦК (
таблица 6.1 ).
3. Рассчитать тактовые частоты первичного цифрового потока и
объединенного цифрового потока.
Таблица 6.1
Номер бригады
1
2
3
4
5
Число каналов
60
90
100
110
120
Метод группообр.
синхр
асинхр
синхр асинхр синхр
51
В качестве первичной ЦСП рекомендуется использовать ЦСП ИКМ-30, а в
оборудовании временного группообразования (ОВГ) осуществить объединение
соответствующего количества первичных цифровых потоков (ПЦП) в
нестандартный (стандартный) вторичный цифровой поток (ВЦП).
Тактовую частоту ПЦП рассчитывают по формуле:
,
где – частота дискретизации сигнала канала ТЧ;
m – число разрядов в кодовой группе ПЦП;
N – число канальных интервалов в цикле ПЦП.
Задача второй ступени цифрового группообразования состоит в
объединении нескольких ПЦП в нестандартную (стандартную) ВЦП с
соответственно большей скоростью передачи.
Тактовую частоту агрегатного (объединенного) цифрового потока
определяют по формуле:
,
где М – количество объединяемых ПЦП;
r- отношение количества дополнительных символов в цикле агрегатного
сигнала к общему количеству символов в цикле.
Рекомендуется брать для синхронного объединения r=(0,01…0,02), а для
асинхронного - r=(0,02…0,03).
При асинхронном объединении величина избыточности r несколько больше,
чем при синхронном, поскольку при этом передаются еще и команды
согласования скоростей компонентных (объединенных) потоков.
4. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для
вузов/ В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н.
Гордиенко и В.В. Крухмалева. - М.: Горячая линия – Телеком, 2004, с. 252-257.
2. Гордиенко
В.Н.,
Тверецкий
М.С.
Многоканальные
телекоммуникационные системы: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия –
Телеком, 2007(2005), с.118-143.
3. Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. Цифровые системы
передачи : Учебное пособие для вузов/Под ред. А.Д. Моченова. - М.: Горячая
линия – Телеком, 2007, с.110-157.
4. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/В.И.
Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. – М.:
Горячая линия – Телеком, 2003(1995), с.117-129.
52
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Поясните иерархию ЦСП с ИКМ, ее необходимость и скорости передачи
цифровых потоков, рекомендованные МСЭ-Т.
2. Объясните, почему скорость передачи агрегатного (объединенного)
цифрового потока в иерархии ЦСП с ИКМ превышает сумму скоростей
компонентных (объединяемых) цифровых потоков?
3. Каким образом осуществляется объединение цифровых потоков в потоки
более высокого порядка? Поясните поразрядный (посимвольный), побайтный
(поканальный) и поцикловой (посистемный) метод объединения цифровых
потоков.
4. Назовите методы асинхронного объединения цифровых потоков, виды
согласования скоростей. Поясните положительное, нулевое и отрицательное
согласование скоростей.
5. Что называют временным сдвигом и неоднородностью? Каковы причины
их возникновения?
6. Какую последовательность группового сигнала называют однородной и
при каком условии формируется однородная цифровая последовательность?
7. Назовите отличия синхронного и асинхронного объединения цифровых
потоков?
8. Приведите обобщенную структурную схему ОВГ с асинхронным
объединением цифровых потоков и поясните принципы ее работы.
9. Приведите структурную схему БАС и поясните принципы ее работы.
10. Приведите обобщенную структурную схему ОВГ с синхронным
объединением цифровых потоков и поясните принципы ее работы.
11. Когда метод объединения цифровых потоков называется синхронносинфазным?
12. Приведите структурную схему БСС и пояснит принципы ее работы.
13. Назначение и принципы работы запоминающего устройства (ЗУ) БАС и
БСС.
14. Назначение и принципы работы временного детектора (ВД) БАС и БСС.
15. Для чего служат команды согласования скоростей и как осуществляется
их передача от передающей станции ЦСП к приемной?
16. Поясните построение циклов ВЦП с двусторонним и положительным
согласование скоростей.
17. Поясните построение циклов ТЦП с двусторонним и положительным
согласование скоростей.
18. Поясните построение циклов ЧЦП с двусторонним и положительным
согласование скоростей.
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Временной цикл ВЦП с двусторонним согласованием скоростей.
53
2. Временные диаграммы, поясняющие принципы возникновения временных
сдвигов и неоднородностей.
3. Обобщенная структурная схема ОВГ с асинхронным объединением
цифровых потоков.
4. Структурные схемы БАС, ЗУ и ВД с временными диаграммами работы
ВД при асинхронном объединении.
5. Обобщенная структурная схема ОВГ с синхронным объединением
цифровых потоков.
6. Структурные схемы БСС и ВД с временными диаграммами работы ВД
при синхронном объединении.
7. Выводы по результатам выполнения работы.
7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Открыть «Grooppoob» в «PDH» и в окнах «Общая схема» и «Схема БАС»
произвести наблюдение прохождения сигналов в общей схеме асинхронного
объединения потоков и в схеме БАС.
3. Открыть окно «Диаграмма» и меняя частоты записи и считывания,
добиться появления на временных диаграммах временных сдвигов и
неоднородностей. Зарисовать временные диаграммы.
4. Открыть окно «Схема» и зарисовать цикл ВЦП с двусторонним
согласованием скоростей и, нажимая последовательно на 1-ю,2-ю,3-ю и 4-ю
группы, зарисовать построение четырех групп цикла.
5. Выйти из «Grooppoob» и открыть «Project 1» в папке «Временное
группообразование» и получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
6. Открыть окно «Введение», изучить и записать краткую теорию
временного группообразования.
7. Для изучения принципа возникновения временных сдвигов и
неоднородностей выберите систему передачи: Вторичная ЦСП (или Третичная
ЦСП, Четверичная ЦСП). При этом на экране появятся номинальные частоты
записи и считывания.
8. Введите частоты записи и считывания, отличные от номинальных с таким
условием, что частоты должны отличаться не более, чем на 40% и не менее, чем
на 30%. Основным критерием должно быть появление на временных
диаграммах временных сдвигов и неоднородностей. Зарисовать временные
диаграммы.
Асинхронное объединение
9. Открыть окно «Асинхронное объединение» и проследить по обобщенной
структурной схеме ОВГ с асинхронным объединением цифровых потоков
(рисунок 6.1) прохождение сигналов, импульсов записи и считывания.
54
Зарисовать структурную схему ОВГ и кратко записать принципы работы
схемы.
10. Нажать «Вперед» и проследить по схеме БАС (рисунок 6.2) прохождение
сигналов, импульсов записи, считывания и управления. Зарисовать
структурную схему БАС и кратко записать принципы работы схемы.
11. Нажать «Вперед» и проследить по схеме ЗУ (рисунок 6.3) прохождение
сигналов, импульсов записи и считывания. Зарисовать структурную схему ЗУ
и кратко записать принципы работы схемы.
12. Нажать «Вперед» и проследить по схеме ВД (рисунок 6.4) прохождение
импульсов записи и считывания. Зарисовать структурную схему ВД и
зарисовать временные диаграммы работы ВД:
a) при отсутствии согласования скоростей;
b) при отрицательном согласовании скоростей;
c) при положительном согласовании скоростей.
Синхронное объединение
13. Открыть окно «Синхронное объединение» и проследить по обобщенной
структурной схеме ОВГ с синхронным объединением цифровых потоков
(рисунок 6.5) прохождение сигналов, импульсов записи и считывания.
Зарисовать структурную схему ОВГ и кратко записать принципы работы
схемы.
14. Нажать «Вперед» и проследить по схеме БСС (рисунок 6.6) прохождение
сигналов, импульсов записи, считывания и управления. Зарисовать
структурную схему БСС и кратко записать принципы работы схемы.
15. Нажать «Вперед» и проследить по схеме ЗУ (рисунок 6.3 – такой же, как
и ЗУ при асинхронном объединении) прохождение сигналов, импульсов записи
и считывания.
16. Нажать «Вперед» и проследить по схеме ВД (рисунок 6.7) прохождение
импульсов записи и считывания. Зарисовать структурную схему ВД и
зарисовать временные диаграммы работы ВД.
8. МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Асинхронное объединение
Обобщенная
структурная
схема
оборудования
временного
группообразования (ОВГ) с асинхронным объединением цифровых потоков
приведена на рисунке 6.1
При асинхронном сопряжении цифровых потоков, они поступают на входы
соответствующих приемных преобразователей кода (ПК), в которых сигналы из
стыкового кода преобразуются в станционный двоичный код, и далее подаются
в блоки асинхронного сопряжения (БАС). В них цифровые потоки
55
записываются со скорость поступления и считывания сигналами,
поступающими с соответствующих выходов генераторного оборудования (ГО).
Сигналы с выходов БАС и передатчика синхросигнала мультиплексируются
в схеме объединения и далее поступают в преобразователь кода группового
сигнала (ПК), где преобразуются в стыковой код.
На рисунке 6.2 приведена структурная схема БАС.
Процессом записи в БАС управляет импульсная последовательность с
частотой . На входы временного детектора (ВД) поступают сигналы записи
и считывания
и в нем определяются моменты возникновения и вид (знак)
неоднородности.
Рисунок 6.1
По сигналу о наличии неоднородности, когда изменение временного интервала
между последовательностями записи и считывания достигает периода
считывания, вырабатывается соответствующая команда согласования скоростей
(КСС). При этом положительное согласование скоростей осуществляется
запретом с помощью логического элемента НЕТ одного импульса считывания,
а отрицательное – дополнительным считыванием, которое производится через
логический элемент ИЛИ.
В системах с односторонним согласованием скоростей имеется только одна
цепь согласования скоростей.
На рисунке 6.3 приведена структурная схема ЗУ.
В запоминающем устройстве информационные символы записываются
последовательно в ячейки памяти
. Процессом записи управляют
логические элементы
, открываемые поочередно сигналами с
соответствующих выходов распределителя записи (РЗ), на вход которого
поступают импульсы с частотой . Считывание осуществляется импульсными
последовательностями с соответствующих выходов распределителя считывания
(РС). Сигналы с одноименных выходов РЗ и РС подаются на входы ВД.
Информация, считанная с ячеек
, объединяется элементом ИЛИ, на
выходе которого формируется считанная импульсная последовательность.
56
Число ячеек памяти выбирается таким образом, чтобы момент считывания
никогда не совпадал с моментом записи (момент считывания всегда отставал от
момента записи).
Рисунок 6.2
Обычно минимальное число ячеек памяти составляет от 5 до 8. В системах с
двусторонним согласованием скоростей объем ЗУ при прочих равных условиях
оказывается меньшим, чем в системах с односторонним согласованием
скоростей благодаря меньшему времени ожидания.
Рисунок 6.3
На рисунке 6.4 приведена структурная схема ВД.
Временной детектор предназначен для контроля временных интервалов (ВИ)
между моментами записи и считывания. В ОВГ используется цифровой (в
передающей части) и аналоговый (в приемной части) ВД.
В цифровом ВД одноименные выходы РЗ и РС подключены к раздельным
входам триггера (Тг). Выходы Тг соединены с логическими элементами И1 и
И2, на другие входы которых подаются контрольные импульсные
последовательности
с
РЗ.
Временные
положения
контрольных
57
последовательностей выбираются таким образом, что, когда интервал между
импульсными последовательности записи и считывания достигает величины,
достаточной для согласования скоростей, на входе одного из элементов И
происходит совпадение положительного импульса с выхода Тг и контрольного
импульса.
Триггер управляется импульсами с выходов 4 РЗ и РС (L=4), а контрольные
последовательности снимаются с выходов 1 и 3 РЗ.
При отсутствии согласования скоростей (рис. а) в работе) импульсная
последовательность с выхода 1 РЗ соответствует по времени нулевому
состоянию 1 плеча Тг, а импульсная последовательность с выхода 3 РЗ –
нулевому состоянию 2 плеча Тг.
Рисунок 6.4
В результате на выходах элементов И1 и И2 имеется нулевой сигнал.
При отрицательном согласовании скоростей (рис. б) в работе) импульсная
последовательность с выхода 3 РЗ совпадает с единичным состоянием 2 плеча
Тг, в результате чего формируется сигнал на выходе элемента И1.
При положительном согласовании скоростей (рис. в) в работе) импульсная
последовательность с выхода 1 РЗ совпадает с единичным состоянием 1 плеча
Тг и формируется сигнал на выходе элемента И2.
В системах с односторонним согласованием скоростей предусматривается
одна схема совпадения.
2. Синхронное объединение
Сопряжение синхронных ЦП является частным случаем сопряжения
асинхронных ЦП, при которым частота считывания кратна частоте записи. При
этом импульсные позиции временных сдвигов можно полностью использовать
для передачи служебных сигналов.
Обобщенная структурная схема ОВГ с синхронным объединением ЦП
приведена на рисунке 6.5.
В каждом блоке синхронного сопряжения (БСС) осуществляется запись
входного потока в ЗУ и считывание сигналов импульсами с соответствующего
58
выхода ГО. Процессом записи управляет импульсная последовательность,
вырабатываемая преобразователем кода приема (ПК).
Рисунок 6.5
Считанные импульсные последовательности с выходов БСС, а также
синхрокомбинация с выхода передатчика синхросигнала (СС) через схему
объединения поступает в преобразователь кода группового сигнала (ПК), где
преобразуется в стыковой код.
На рисунке 6.6 приведена структурная схема БСС.
Процессом записи в БСС управляет импульсная последовательность ,
вырабатываемая преобразователем кода приема (ПК). Сигналы считывания и
управления записью поступают на входы временного детектора (ВД), в котором
контролируется их взаимное временное положение.
Начальная установка сигнала считывания относительно сигнала записи
производится таким образом, чтобы импульсы считывания никогда не
совпадали с импульсами записи.
Когда изменение временного интервала между последовательностями
записи и считывания достигает периода считывания, осуществляется запрет с
помощью логического элемента НЕТ одного импульса считывания.
Запоминающее устройство (ЗУ) выполнено по той же схеме, что и ЗУ при
асинхронном сопряжении (рисунок 6.3). При синхронном сопряжении в ЗУ
должны быть включены дополнительные ячейки памяти, предназначенные для
компенсации максимально возможных временных флуктуаций входного ЦП.
59
Рисунок 6.6
На рисунке 6.7 приведена структурная схема ВД.
В цифровом ВД одноименные выходы РЗ и РС подключены к раздельным
входам триггера (Тг). Выход Тг соединен с логическим элементом И, на другой
вход которого подается контрольная импульсная последовательность с РЗ.
Рисунок 6.7
Начальная установка сигнала считывания относительно сигнала записи
производится таким образом, чтобы импульсы считывания никогда не
совпадали с импульсами записи.
Временное положение контрольной последовательности выбирается таким
образом, что, когда интервал между импульсами записи и считывания
достигает периода считывания, на входе элемента И происходит совпадение
положительного импульса с выхода Тг и контрольного импульса.
Триггер управляется сигналами с выходов 4 РЗ и РС (L=4), а контрольная
последовательность снимается с выхода 1 РЗ.
60
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
к лабораторной работе 7
«ПРИЁМНИК СИНХРОСИГНАЛА»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение
принципов
организации
цикловой
и
сверхцикловой
синхронизации и алгоритмов функционирования приѐмников синхросигнала.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Изучить назначение и общие принципы организации цикловой
синхронизации в ЦСП.
3. Изучить требования, состав и принципы работы приемника
синхросигнала.
4. Разобраться в принципах работы неадаптивного приѐмника синхросигнала
в режимах синхронизма и сбоя синхронизма при искажении символов
синхросигнала и при изменении длительности периода приѐма синхросигнала.
5. Разобраться в принципах работы адаптивного к вероятности ошибок
приѐмника синхросигнала в режимах синхронизма и сбоя синхронизма при
искажении символов синхросигнала и при изменении длительности периода
приѐма синхросигнала.
6. Сделать выводы по полученным результатам.
3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. По рекомендованной литературе изучить принципы организации
цикловой и сверхцикловой синхронизации.
2. Уяснить длительности цикла и сверхцикла первичного цифрового потока
(ПЦП) и частоты их следования.
3. Уяснить периоды и частоты следования сигналов цикловой и
сверхцикловой синхронизации ПЦП.
4. Рассчитать среднее время восстановления синхронизма ПЦП при его
нарушении в неадаптивном приѐмнике для двух значений числа символов в
синхрогруппе с одной критической точкой (таблица 7.1).
5. Сделать выводы о зависимости времени восстановления синхронизма от
числа символов в синхрогруппе.
Таблица 7.1
Номер бригады
1
2
3
4
Число символов
7;8
7;6
7;5
7;4
в синхрогруппе
61
В неадаптивном приемнике с последовательно работающими цепями
поиска и удержания синхронизма среднее время восстановления синхронизма
определяется выражением:
tв
tнвых
tп
tнвх
tсцс ,
где tнвых и tнвх - соответственно время накопления по выходу и входу
синхронизм;
tп - среднее время поиска синхросигнала;
tсцс - среднее время восстановления сверхциклового синхронизма.
Из принципа работы приѐмника синхросигнала следует:
tнвых
Tцс rвых ;
tнвх
в
Tцс rвх ,
где rвых =4 и rвх =1 – соответственно коэффициенты накопления по выходу
и входу в синхронизм в ЦСП ИКМ-30;
Tцс =250 мкс – период повторения циклового синхросигнала.
Установка сверхциклового синхронизма начинается после установки
циклового синхронизма. Поскольку начало цикла установлено, приѐмник
сверхциклового синхросигнала не осуществляет скользящего поиска, а
проверяет поочерѐдно во всех циклах позиции сверхциклового синхросигнала
(например, наличие символов «0» на позициях Р1-Р4 КИ16).
Среднее время восстановления сверхциклового синхронизма равно
полусумме наименьшего и наибольшего времѐн поиска сверхциклового
синхросигнала.
Для ПЦП наименьшее время соответствует поиску сверхциклового
синхросигнала (СЦС) с начала нулевого цикла. Поскольку сверхцикловой
синхросигнал расположен в середине цикла (КИ 16), а длительность цикла
равна 125 мкс, то наименьшее время будет равно 125/2=62,5 мкс.
Наибольшее время соответствует поиску СЦС с начала первого цикла,
т.е. когда до начала СЦС должно пройти 15 циклов и половина нулевого цикла,
тогда наибольшее время будет равно 15,5 125=1937,5 мкс.
Таким образом, полусумма наименьшего и наибольшего времѐн будет равна:
tсцс
62, 5 1937, 5
2
1000 мкс
= 1 мс.
Среднее время поиска циклового синхросигнала определяется формулой:
tп
(
a b 1
b
2 1
a b 1
a b
) Tцс ,
где a – число символов в ПЦП между соседними синхросигналами
(а = 256 2 - b);
b – число символов в синхрогруппе.
В ПЦП используется синхросигнал с b=7. В домашнем задании необходимо
рассчитать время восстановления синхронизма tв для b=7 и другого значении
«b» (таблица 7.1). Следует иметь ввиду, что при изменении «b» меняется
значение «a», т.к. общее число символов в двух циклах ПЦП равно 256 2=512.
62
На основе полученных результатов расчетов времен восстановления
синхронизма сделать выводы об их зависимости от числа символов в
синхрогруппе.
4. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: учебник для
вузов/ В.В. Крухмалѐв, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н.
Гордиенко и В.В. Крухмалѐва. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004, с. 226-230.
2. Гордиенко
В.Н.,
Тверецкий
М.С.
Многоканальные
телекоммуникационные системы: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия –
Телеком, 2007 (2005), с. 105-117.
3. Крухмалѐв В.В., Гордиенко В.Н., Моченов А.Д. Цифровые системы
передачи: Учебное пособие для вузов/ под ред. А.Д. Моченова. – М.: Горячая
линия – Телеком, 2007, с. 209-210, 232-251.
4. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/ В.И.
Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др.; Под ред. В.И. Иванова. – М.:
Горячая линия – Телеком, 2003 (1995), с. 111-115.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назовите виды синхронизации в ЦСП и их назначение.
2. В чем заключается цикловая синхронизация передающей и приемной
станций? Каково назначение цикловой синхронизации в первичной ЦСП и в
ЦСП более высокого уровня?
3. Назовите общие принципы работы устройств цикловой синхронизации.
4. Назовите основные требования, предъявляемые к устройствам цикловой
синхронизации.
5. Назовите причины нарушения цикловой синхронизации и их влияние на
качество передачи различных сигналов.
6. Как классифицируются сигналы цикловой синхронизации и способы их
передачи?
7. Назовите основные признаки синхросигнала.
8. Какова длительность цикла ПЦП? В каких циклах сверхцикла передается
сигнал цикловой синхронизации? Назовите частоту и период следования
сигнала цикловой синхронизации в ПЦП.
9. В чем заключается и каково назначение сверхцикловой синхронизации?
10. Какова длительность сверхцикла ПЦП? В каком канальном интервале и в
каком цикле сверхцикла передается сигнал сверхцикловой синхронизации?
Назовите частоту и период следования сигнала сверхцикловой синхронизации в
ПЦП.
11. Какое оборудование включает в себя системы цикловой синхронизации?
Назовите назначение отдельных узлов.
12. Назовите основные характеристики приемников синхросигнала. Их
классификация, преимущества и недостатки каждой схемы.
63
13. Из каких элементов состоит приемник синхросигнала и каково
назначение элементов?
14. Поясните алгоритм функционирования приемника синхросигнала со
скользящим поиском и одноразрядным сдвигом.
15. Неадаптивный приемник синхросигнала: структурная схема, алгоритм
функционирования, достоинства и недостатки.
16. Адаптивный к вероятности ошибок приемник синхросигнала:
структурная схема, алгоритм функционирования, достоинства и недостатки.
17. Алгоритм функционирования полностью адаптивного приемника
синхросигнала.
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Обобщенная структурная схема приемника синхросигнала.
2. Временная диаграмма функционирования приемника синхросигнала со
скользящим поиском и одноразрядным сдвигом.
3. Структурная схема неадаптивного приемника синхросигнала.
4. Структурная схема адаптивного к вероятности ошибок приемника
синхросигнала.
5. Выводы по результатам выполненной работы.
7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Открыть окно «Теория», усвоить определения «цикл передачи», «виды
синхронизации», «цикловая синхронизация» и ее организацию, а также
параметры ПЦП: периоды и частоты следования циклов, циклового
синхросигнала и сверхциклового синхросигнала.
3. Изучить особенности синхросигнала (СС): признаки и классификацию
СС, назначение, принципы работы и состав приемника СС и требования к
системе синхронизации.
4. Разобраться в алгоритме работы приемника СС со скользящим поиском и
одноразрядным сдвигом, уяснить причины сбоя цикловой синхронизации и
типы приемников СС.
5. В разделе меню «Схема» открыть «Неадаптивный приемник» и по
структурной схеме изучить работу приемника СС в режимах синхронизма и
сбоя синхронизма при искажении символа СС и при изменении длительности
периода СС.
6. В разделе меню «Схема» открыть «Адаптивный приемник» и по
структурной схеме изучить работу приемника СС в режимах синхронизма и
сбоя синхронизма при искажении символа СС и при изменении длительности
периода СС.
64
8. МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Состав приемника СС
На рисунке 7.1 приведена структурная схема приемника СС. Система
цикловой синхронизации предназначена для восстановления и удержания
состояния циклового синхронизма между передающим и приемным частями
ЦСП.
В первичной ЦСП цикловая синхронизация обеспечивает правильное
декодирование кодовых групп и распределение принятого сигнала по
соответствующим каналам.
В ЦСП более высокого уровня цикловая синхронизация обеспечивает
правильное разделение (демультиплексирование) агрегатного цифрового
потока на компонентные цифровые потоки.
Рисунок 7.1
В соответствии с общими принципами работы системы цикловой
синхронизации приемник СС включает в себя:
1. Опознаватель (регистр сдвига и дешифратор)
- предназначен для выделения из группового ИКМ сигнала кодовых
комбинаций, совпадающих по структуре с СС;
2. Анализатор (элементы Нет и И)
- определяет соответствие момента времени прихода истинной
синхрогруппы и контрольного сигнала с генераторного оборудования
(ГО);
3. Решающее устройство (накопители и схемы управления ГО)
- определяет состоянии синхронизма, момент выхода из синхронизма,
управляет работой соответствующих узлов ГО в режиме синхронизма.
Выделитель тактовой частоты (ВТЧ) обеспечивает выделение тактовой
частоты из принимаемого группового рабочего ИКМ сигнала.
2. Неадаптивный приемник
65
Структурная схема неадаптивного приемника СС приведена на рисунке 7.2.
Групповой цифровой поток поступает на вход опознавателя СС. Каждая
комбинация
символов
аналогичная
синхронизирующей,
вызывает
формирование сигнала на выходе опознавателя.
Рисунок 7.2
Режим синхронизма
1. Сигнал с выхода опознавателя совпадает по времени с сигналом с выхода
ГО. При этом на выходе логического элемента НЕТ, соединенного с
накопителем по выходу из синхронизма (Нвых), сигнал отсутствует, а на выходе
логического элемента И1, соединенного с накопителем по входу в синхронизм
(Нвх), формируется сигнал, соответствующий моменту опознавания СС.
2. В результате Нвх оказывается заполненным, а Нвых – сброшенным в
нулевое состояние импульсом с выхода Нвх.
Ложные синхрогруппы, формируемые в групповом сигнале вследствие
случайного сочетания «0» и «1», не совпадают по времени с контрольными
сигналами с выхода ГОпр и не будут влиять на работу приемника в режиме
синхронизма.
Сбой синхронизма при искажении символа СС
1. При отсутствии СС из-за воздействия помех или других причин
контрольный сигнал от ГОпр пройдет схему НЕТ на вход Нвых и запишет «1».
2. Если эти нарушения кратковременные, то следующий СС, совпадающий с
сигналом от ГОпр, запишет «1» в Нвх.
3. Так как Нвх заполнится, это приведет к установке в нулевое состояние
первых трех разрядов Нвых. Таким образом, кратковременные искажения СС не
нарушают работу ГО.
Сбой синхронизма при изменении длительности периода СС
1. Если СС отсутствует четыре цикла подряд, то Нвых будет заполнен, при
этом на его выходе появятся «1», что позволит начать поиск синхронизма
(логический элемент И2 открыт).
66
2. Первый же импульс от опознавателя при появлении СС пройдет через
схему И2 и установит «0» в последнем разряде Нвых и сбросит Нвх, а также
установит ГОпр в нулевое состояние.
3. Следующее опознавание синхросигнала будет произведено ровно через
цикл СС. Если СС выделен верно, то через цикл произойдет совпадение
очередного СС и контрольного сигнала от ГОпр, т.е. в Нвх поступит «1».
3. Адаптивный приемник
На рисунке 7.3 приведена структурная схема адаптивного к вероятности
ошибок приемника СС.
Режим синхронизма
1. Сигнал с выхода опознавателя совпадает в цепи удержания синхронизма
(ЦУС) с сигналом с выхода ГОпр. При этом на выходе схемы НЕТ1,
соединенной с накопителем по выходу (Нвых), сигнал отсутствует, а на выходе
схемы И1 формируется сигнал сброса этого накопителя в нулевое состояние,
при этом на выходе схемы И4 не может сформироваться сигнал установки ГО пр
в новое состояние.
2. В цепи поиска синхронизма (ЦПС) сигнал с выхода опознавателя
совпадает по времени с сигналом с выхода делителя частоты (ДЧ),
коэффициент деления которого равен коэффициенту деления ГОпр. При этом на
выходе схемы И2 формируются сигналы заполняющие накопитель по входу в
синхронизм (Нвх).
3. Ложные синхрогруппы, формируемые в групповом сигнале вследствие
случайного сочетания «1» и «0» информации, не совпадают по времени с
сигналами на выходах ГОпр и ДЧ, а следовательно, и не участвуют в процессе
накопления и не устанавливают ДЧ в новое состояние. Последнее
обеспечивается с помощью триггера (ТГ), удерживающего схему ИЗ в
закрытом состоянии.
Сбой синхронизма при искажении символа СС
1. В ЦУС сигнал с выхода ГОпр проходит через открытый элемент НЕТ1 на
вход Нвых, заполняя его.
2. В ЦПС сигнал с выхода ДЧ, проходя через схему НЕТ2, изменит
состояние триггера (ТГ) и подготовит всю схему к поиску СС (схема И3 будет
открыта).
67
Рисунок 7.3
3. Любой импульс от опознавателя, свидетельствующий о появлении
синхрогруппы, проходит через схему И3, устанавливает ДЧ в начало отсчета,
«0» во всех разрядах Нвх и вернет триггер в исходное положение.
Новый контрольный импульс будет выработан ДЧ через цикл.
4. Так как сбой вызван искажением структуры СС, то следующий СС придет
вовремя и импульс от опознавателя пройдет схему И2 и запишет «1» в Нвх.
После нескольких циклов Нвх будет заполнен.
5. В ЦУС появление СС совпадает с контрольным импульсом от ГОпр. На
выходе схемы И1 появится импульс, который, пройдя через схему ИЛИ,
установит «0» во всех разрядах Нвых.
Изменений в работе ГОпр не произойдет.
Сбой синхронизма при изменении длительности периода СС
1. В ЦУС сигнал с выхода ГОпр проходит через открытый элемент НЕТ1 на
вход Нвых, заполняя его.
2. В ЦПС сигнал с выхода ДЧ, проходя через схему НЕТ2, изменит
состояние триггера (ТГ) и подготовит всю схему к поиску СС (схема ИЗ будет
открыта).
3. Любой импульс от опознавателя, свидетельствующий о появлении
синхрогруппы, проходит через схему ИЗ, устанавливает ДЧ в начало отсчета,
«0» во всех разрядах Нвх и вернет триггер в исходное положение.
Новый контрольный импульс будет выработан ДЧ через цикл.
4. Если после начала поиска СС в цикле будет содержаться ложная
синхрогруппа, то она также вызовет установку ДЧ в начало отсчета. ДЧ
вырабатывает контрольный сигнал совпадения и, если от опознавателя сигнала
не будет, то ЦПС подготовит схему к поиску СС.
Контрольные импульсы от ГОпр заполнят Нвых, который выдает
разрешающий сигнал на вход схемы И4.
68
5. Установка ГОпр в новое состояние произойдет в том случае, если в ЦУС
Нвых будет заполнен, а в ЦПС Нвх будет заполнен и в момент появления
контрольного сигнала от ДЧ.
6. При длительном поиске СС состояние ГОпр остается без изменений до
появления сигнала на выходе И4, что равносильно увеличению емкости Нвых.
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
к лабораторной работе 8
«ГЕНЕРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЦСП»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение принципов построения генераторного оборудования (ГО)
многоканальных ЦСП на основе ГО ИКМ-30 и принципов работы узлов ГО.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Изучить назначение, требования и общие принципы работы в целом ГО
ЦСП и отдельных узлов ГО.
3. Разобраться в отличиях схемного построения ГО пер. и ГО пр.
4. Уяснить перечень и назначение импульсных последовательностей,
вырабатываемых ГО ЦСП.
5. Уяснить назначение, требования и возможные схемы построения
задающих генераторов (ЗГ) ЦСП.
6. Разобраться в режимах работы ЗГ и в возможных вариантах их
использования.
7. Произвести наблюдение осциллограмм в контрольных точках схемы ГО и
зарисовать их в масштабе.
8. Сделать выводы по полученным результатам.
3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
1. По рекомендованной литературе изучить принципы построения и работу
ГО в целом и его отдельных узлов.
2. Уяснить назначение и параметры импульсных последовательностей на
выходах формирователя тактовой последовательности (ФТП) , распределителей
разрядных (РР), канальных (РК), и цикловых (РЦ) импульсов.
3. Рассчитать параметры указанных импульсных последовательностей ГО
первичной ЦСП и результаты расчетов занести в таблицу 8.1.
Тактовая частота первичного цифрового потока (ПЦП) определяется по
формуле:
69
fТ = fд × m × N,
где fд - частота дискретизации сигналов канала ТЧ;
m – число разрядов в кодовой комбинации;
N – число канальных интервалов в цикле ПЦП
Таблица 8.1
Параметры
Частота f, кГц
Период Т, мкс
Длительность τ,
мкс
Скважность Т/τ
ФТП
РР
РК
РЦ
Длительность импульсов тактовой последовательности равна половине
длительности тактового интервала.
Частота следования разрядных импульсов определяется числом разрядов в
кодовой комбинации:
fp= fТ ∕ m,
а длительность разрядных импульсов равна длительности тактового
интервала:
τp = Tp ∕ m,
где Tp – период следования разрядных импульсов.
Частота следования канальных импульсов равна частоте дискретизации и
определяется по формуле:
fk = fд = fp ∕ N,
а длительность канальных импульсов в N раз меньше периода их следования
(периода дискретизации):
τk = Tk ∕ N = Tд ∕ N,
где Tk – период следования канальных импульсов.
Частота следования цикловых импульсов в 16 раз меньше частоты
следования канальных импульсов, т. к. в сверхцикл включаются 16 циклов:
fц = fk ∕ 16,
а длительность цикловых импульсов определяется по формуле:
τц = Тц ∕ 16,
где Тц – период следования цикловых импульсов.
70
4. СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей : Учебник для
вузов / В. В. Крухмалѐв, В.Н. Гордиенко, А. Д. Моченов и др.; Под ред. В. Н.
Гордиенко и В. В. Крухмалѐва. – М.:Горячая линия – Телеком, 2004, с. 222 –
226.
2. Гордиенко
В.
Н.,
Тверецкий
М.
С.
Многоканальные
телекоммуникационные системы: Учебник для вузов . – М.: Горячая линия –
Телеком, 2007(2005), с. 78 – 83, 91 – 96.
3. Крухмалѐв В. В. , Гордиенко В. Н., Моченов А. Д. Цифровые системы
передачи: Учебное пособие для вузов / Под ред. А. Д. Моченова. – М.: Горячая
линия – Телеком, 2007, с.102 – 108.
4. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов / В. И.
Иванов, В.Н. Гордиенко, Г. Н. Попов и др.; Под ред. В. И. Иванова. - М.:
Горячая линия – Телеком, 2003 (1995), с. 115 – 117.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Поясните назначение генераторного оборудования (ГО) ЦСП.
2. Сформулируйте основные требования к ГО ЦСП.
3. Приведите структурную схему ГО передачи первичной ЦСП и поясните
назначение отдельных блоков.
4. Приведите структурную схему ГО приѐма первичной ЦСП и назовите еѐ
отличие от схемы ГО передачи.
5. Для каких целей в ГО первичной ЦСП вырабатывается тактовая частота?
Назовите частоту, период, длительность и скважность импульсов тактовой
частоты.
6. Для каких целей в ГО первичной ЦСП вырабатываются разрядные
импульсы? Назовите частоту, период, длительность и скважность разрядных
импульсов. Как соотносятся между собой длительности разрядных импульсов и
информационных разрядов?
7. Для каких целей в ГО первичной ЦСП вырабатываются канальные
импульсы? Назовите частоту, период, длительность и скважность канальных
импульсов. Как соотносятся между собой длительности канальных импульсов
и импульсов управления АИМ – модуляторами каналов на передаче и
селекторами на приѐме?
8. Для каких целей в ГО первичной ЦСП вырабатываются цикловые
импульсы? Назовите частоту, период, длительность и скважность цикловых
импульсов.
9. Поясните работу распределителя ГО на основе двоичного счѐтчика на
триггерах и дешифраторе. Приведите временные диаграммы его работы.
10. Поясните работу распределителя ГО на основе регистра сдвига с
обратной связью. Приведите временные диаграммы его работы.
71
11. Поясните назначение задающего генератора (ЗГ). Какие основные
требования предъявляются к ЗГ ЦСП?
12. В ЦСП ИКМ – 30 тактовая частота равна 2048 кГц. Почему ЗГ этой
аппаратуры вырабатывает последовательность с частотой 8192 кГц?
13. В каких режимах может работать ЗГ?
В каких случаях они
применяются?
14. Приведите структурную схему ЗГ. Поясните работу ЗГ в режиме
автогенерации (внутренней синхронизации).
15. Приведите структурную схему ЗГ. Поясните работу «ведомого» ЗГ в
режиме внешней принудительной синхронизации.
16. Приведите структурную схему ЗГ. Поясните работу ЗГ в режиме
внешнего запуска. В каком случае на сети используется режим внешнего
запуска?
17. В чем заключается режим удержания в работе ЗГ?
6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Структурная схема ГО первичной ЦСП.
2. Временные диаграммы работы ГО первичной ЦСП в контрольных точках.
3. Функциональная схема распредителя импульсов на основе двоичного
счѐтчика на триггерах и дешифраторе. Временные диаграммы его работы.
4. Функциональная схема распределителя импульсов на основе регистра
сдвига с обратной связью. Временные диаграммы его работы.
5. Структурная схема ЗГ с фазовой автоподстройкой частоты. Пояснения к
схеме о режимах работы ЗГ.
6. Выводы по результатам выполнения работы.
7. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Получить допуск к работе, ответив на вопросы теста.
2. Открыть окно «Справка» и изучить основные положения работы ГО
первичной ЦСП.
3. Зарисовать структурную схему ГО первичной ЦСП.
4. В контрольных точках схемы зарисовать временные диаграммы работы
ГО первичной ЦСП, соблюдая масштаб.
8. МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1. Принципы работы ГО первичной ЦСП
Структурная схема ГО первичной ЦСП приведена на рисунке 8.1
72
Рисунок 8.1
ГО
ЦСП
вырабатывает
определенный
набор
импульсных
последовательностей,
которые
используются
для
управления
функциональными узлами аппаратуры и синхронизации соответствующих
оконечных и промежуточных станций, а также определяют порядок и скорость
обработки сигналов в трактах передачи и приема. Структурная схема ГО во
многом зависит от принципов формирования группового ИКМ сигнала и места
конкретной системы в типовой иерархии ЦСП.
Рассмотрим построение ГО первичной ЦСП. Структура управляющих
сигналов, вырабатываемых ГО, определяется структурами цикла и сверхцикла
передачи. Так, например, тактовая частота первичной ЦСП fТ = 2048 кГц. Так
как каждый символ цифрового потока занимает половину тактового интервала,
то необходима последовательность импульсов с тактовой частотой следования
и скважностью q = 2. Все остальные управляющие импульсные
последовательности могут быть сформированы путем деления тактовой
частоты.
Относительная нестабильность частоты ЗГ должна быть не выше 10 -5 ,
поэтому в схемах ЗГ для стабилизации частоты используются кварцевые
резонаторы. Частота ЗГ выбирается в целое число раз большей, чем тактовая
частота fТ. Так, например, ЗГ аппаратуры первичной ЦСП ИКМ –30
вырабатывает гармоническое колебание с частотой 8192 кГц с последующим
делением на 4. Выбор частоты генерации, в 4 раза превышающей тактовую
частоту потока, позволяет осуществить почти оптимальное построение ЗГ.
Фиксирующая способность генератора тем больше, чем выше частота
генерации и выше крутизна фазовой характеристики резонансного элемента.
Этот элемент должен иметь параметры, мало зависящие от внешних условий
(быть стабильным) и от замены элемента (обладать эталонностью). Такими
свойствами обладают кварцевые резонаторы.
Формирователь тактовой последовательности (ФТП) формирует основную
импульсную последовательность с частотой следования fТ. Импульсы тактовой
последовательности используются при выполнении операций кодирования и
декодирования, формировании и обработке линейного сигнала.
Распределитель разрядный (РР) формирует m = 8 импульсных
последовательностей (Р1, Р2, Р3,…,Рm).
Число разрядных последовательностей импульсов, формируемых РР, равно
числу разрядов в кодовой комбинации , а частота их следования fp = fТ ∕ m = 256
73
кГц. Эти импульсные последовательности используются для правильного
определения каждого разряда кодовой комбинации при выполнении операций
кодирования и декодирования, а также при формировании группового
цифрового сигнала, когда необходимо выделить временные интервалы для
передачи соответствующих позиций синхросигнала, СУВ, служебных сигналов.
Распределитель канальный (РК) формирует управляющие канальные
импульсные последовательности КИ0, КИ1,…, КИN, где N – общее число
канальных интервалов в цикле. Частота следования КИ равна частоте
дискретизации. При числе КИ равном 32, fk = fp ∕ N = 8 кГц.
Если эти импульсы применяются для фиксации КИ в групповом ИКМ
сигнале, то их длительность должна равняться длительности КИ. При
использовании этих импульсов для управления ключевыми устройствами,
формирующими АИМ сигнал на передаче, и распределения группового АИМ
сигнала по каналам на приеме, то их длительность должна быть меньше.
Распределитель цикловой (РЦ) служит для формирования цикловых
импульсных последовательностей Ц0, Ц1,…Цs-1, где S – число циклов в
сверхцикле. При S = 16, частота следования одноименных цикловых импульсов
fц = fк ∕ S = 8000 ∕ 16 = 500 Гц.
С целью обеспечения синхронной и синфазной работы передающей и
приемной станций на приеме вместо ЗГ используется выделитель тактовой
частоты (ВТЧ) системы устройств тактовой синхронизации.
Для подстройки ГО пр по циклам и сверхциклам используются сигналы
«Установка по циклу» и «Установка по сверхциклу». В ГОпр по сигналу
«Установка по циклу» РР начинает работать с первого разряда, РК – с первого
КИ, а по сигналу «Установка по сверхциклу» РЦ начинает работать с первого
цикла.
2. Режимы работы ЗГ
К задающим генераторам ЦСП не предъявляются таких высоких требований
по стабильности частоты, формы выходного сигнала, как к ЗГ аналоговых
систем передачи. В то же время они должны иметь возможность перестраивать
частоту в определенных пределах. На рисунке 8.2 приведена структурная схема
ЗГ с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ).
На рисунке представлена схема ЗГ, состоящая из автогенератора с
кварцевым резонатором и схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), в
которую входят фазовый детектор (ФД), ФНЧ и усилитель постоянного тока
(УПТ), формирующий ток управления частотой ЗГ.
74
Рисунок 8.2
В режиме автогенерации устанавливаются перемычки 1 – 2, 4 – 6, а в режиме
внешней подстройки частоты – перемычки 2 - 3, 4 – 6, 7 – 8, при этом в работу
включается схема ФАПЧ , которая сравнивает фазы внешней частоты
синхронизации и собственную частоту ЗГ. Если имеется расхождение фаз этих
частот, то вырабатывается соответствующий управляющий сигнал и частота ЗГ
подстраивается под частоту синхронизации. В режиме использования внешнего
генератора устанавливается перемычка 5 – 6.
ФАПЧ включает в себя фазовый детектор (ФД), фильтр нижних частот
(ФНЧ) и усилитель постоянного тока (УПТ), формирующий ток управления
частотой ЗГ. Задающий генератор может работать в нескольких режимах.
1. Режим автогенерации (внутренней синхронизации). В этом режиме
замкнуты перемычки 1 – 2, 4 – 6, т.е. петля ФАПЧ разомкнута.
2. Режим внешней принудительной синхронизации («ведомый ЗГ»). В этом
режимы замкнуты перемычки 2 – 3, 4 – 6, 7 – 8 и в ФД сравниваются фазы
внешней частоты синхронизации и частоты собственного генератора.
Генератор в этом режиме способен улучшать параметры ведущего
синхросигнала за счет подавления в нем фазовых флуктуаций, которое
происходит тем эффективнее, чем меньше полоса пропускания ФНЧ. Однако
сужение полосы ФНЧ ограничено диапазоном захвата ФАПЧ – возможностью
подстройки ЗГ при изменении частоты ведущего синхросигнала ( в пределах
допустимой ее нестабильности).
3. Режим внешнего запуска. В этом режиме замкнута перемычка 5- 6, т. е.
разорвана петля ФАПЧ и собственные колебания отсутствуют. Этот режим
используется, когда все генераторы управляются одним центральным
высокостабильным сетевым генератором.
4. Режим удержания, когда «запоминается» величина управляющего тока (
напряжения) при кратковременном пропадании внешнего синхросигнала и
удерживается постоянная частота генератора.
75
3. Распределители импульсов
Схемно РР, РК и РЦ могут быть построены различными способами.
1. Распределители импульсов на основе двоичного счетчика на триггерах и
дешифраторе [ 2, с. 82 – 83]; [3, с. 108];[4, с. 116 - 117].
Частота следования импульсов на каждом выходе определяется частотой
следования входных импульсов и коэффициентом деления счетчика. При числе
триггеров в счетчике «n», и входной частоте следования fвх частота следования
выходных импульсов равна
fвых = fвх ∕ 2n.
Таким образом, распределители импульсов на основе двоичного счетчика на
триггерах и дешифраторе реализуются с меньшим числом триггеров, поэтому
на практике они получили более широкое распространение (рисунок 8.3).
Рисунок 8.3
Перед запуском распределителя сигналом «Установка 0» триггеры
устанавливаются в состоянии Q = 0, = 1. Первый тактовый импульс изменит
состояние триггеров, второй вернет в исходное состояние и т.д. Подключив
соответствующие выходы триггеров к схемам, можно получить на выходах
последовательность восьми импульсов одинаковой длительности, сдвинутых
относительно друг друга на определенный интервал времени и следующих с
одинаковой частотой. Частота следования импульсов на каждом выходе
определяется частотой следования входных импульсов и коэффициентом
деления счетчика. При числе триггеров в счетчике «n» и входной частоте
следования fвх частота следования выходных импульсов fвых = fвх ∕ 2n.
2. Распределители импульсов на основе регистра сдвига с обратной связью
[2, с. 80 - 82];[3, с. 108]. Число триггеров в таком распределителе равно числу
выходов (рисунок 8.4).
В распределителях импульсов по первому и второму вариантам имеется
возможность установки начала цикла отсчета подачей импульса на вход
76
«Уст.0» и, таким образом, подстраивать ГО
синхронизации.
при нарушении цикловой
Рисунок 8.4
В начальный момент времени сигнал «Установка 0», поступивший на вход
R, сбрасывает регистры в исходное состояние. На вход С подаются тактовые
импульсы, сигналы с выхода инвертора подаются на вход D. Входы инвертора
соединены с выходами регистров. При поступлении первого тактового
импульса, единица появляется на первом регистре, на остальных появляются
нули. С появлением следующего тактового импульса единица появляется на
выходе второго регистра, и т. д. После чего цикл работы повторяется.
77
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
63
Размер файла
1 482 Кб
Теги
sbornik, kornilova, rabota, laborat, marykova, ch1
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа