Цифровая многоканальная система передачи с ИКМ по металлическому кабелю

    Министерство  РФ по связи и информатизации

    Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

___________________________________________________________________________________

Факультет многоканальной электросвязи 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

ПЕРЕДАЧИ

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

Цифровая  многоканальная система  передачи с ИКМ  по металлическому кабелю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Новосибирск

2000

Вариант № 01. 

Задание на курсовой проект: 

   Разработать  эскизный проект цифровой системы  передачи с ИКМ. 

Вопросы, подлежащие проработке: 

1. Выбор частоты  дискретизации телефонных сигналов, расчет количества разрядов в кодовом  слове и защищенности от искажений  квантования на выходе каналов ЦСП.
2. Разработка укрупненной структурной схемы оконечного оборудования ЦСП.
3. Разработка структуры временных циклов первичного цифрового сигнала и расчет тактовой частоты агрегатного цифрового сигнала.
4. Построение сигнала на выходе регенератора (в коде КВП-3) для заданной кодовой последовательности символов. Расчет и построение временной диаграммы сигнала на выходе корректирующего усилителя регенератора (в ТРР).
5. Оценка надежности линейного тракта ЦСП.

 

Исходные  данные к курсовому  проекту: 

1. протяженность линейного тракта км;
2. количество переприемов по ТЧ ;
3. количество каналов передачи ;
4. защищенность от искажений квантования на выходе канала дБ;
5. среднее время восстановления циклового синхронизма мс;
6. допустимая вероятность ошибки на один километр линейного тракта 1/км;
7. коэффициент шума корректирующего усилителя ;
8. амплитуда импульса на выходе регенератора В;
9. кодовая последовательность символов .

 
 
 
 
 
 
 
 

I. Выбор частоты дискретизации телефонных сигналов, расчет количества разрядов в кодовом слове и защищенности от искажений квантования на выходах каналов ЦСП. 

Задание: 

   Выбрать  частоту дискретизации телефонных  сигналов  , обосновать выбор. Выбрать и обосновать выбор характеристики компрессии. Определить количество разрядов в кодовом слове , необходимое для обеспечения требуемой защищенности гармонического сигнала от искажений квантования в каналах разрабатываемой ЦСП в пункте приема. Для найденного количества разрядов рассчитать и построить зависимость защищенности гармонического сигнала от искажений квантования в пункте приема как функцию уровня этого сигнала. При расчете принять, что уровень перегрузки кодера составляет дБ. Определить диапазон изменения уровня входного сигнала ( в дБ), в котором защищенность от искажений квантования на приеме остается не ниже заданной. 
 
 

   Осуществляем  выбор частоты дискретизации на основе теоремы Котельникова, согласно которой непрерывный сигнал, ограниченный частотой , полностью определяется отсчетами его мгновенных значений, отстоящими друг от друга на интервалы , т.е. частота дискретизации должна быть . Данная теорема верна только в случае дискретных отсчетов бесконечно малой длительности и при использовании идеальных фильтров ФНЧ (с бесконечно большой крутизной среза) для демодуляции. В связи с этим на практике частоту дискретизации выбирают из условия , что позволяет обеспечить практически безыскаженную демодуляцию с помощью сравнительно простых фильтров за счет создания защитного интервала шириной больше полосы среза ФНЧ. Для телефонного сигнала, ограниченного частотой Гц, выбираем частоту дискретизации Гц, что составляет . Спектральная диаграмма АИМ-сигнала, поясняющая выбор частоты дискретизации, представлена на рисунке 1.1. 
 
 
 

 
 

   В цифровых  системах связи определяющим  является шум квантования. Шум  квантования обусловлен конечностью  числа уровней отсчетов и, как  следствие, неточностью представления  мгновенного уровня сигнала. Разность между исходным и квантованным сигналом называется шумом квантования. Амплитудная характеристика квантующего устройства может быть представлена как сумма идеальной линейной характеристики и ступенчатой функции, определяющей искажения сигнала. Конечность числа уровней квантования определяет максимальную амплитуду входного сигнала. Превышение максимальной амплитуды входного сигнала приводит к ограничению уровня квантованного сигнала (перегрузка кодера). При равномерном шаге квантования шум квантования не зависит от уровня сигнала, поэтому для получения приемлемого соотношения сигнал/шум при малом уровне сигнала необходимо уменьшать шаг, что ведет либо к увеличению числа уровней, либо к ограничению максимальной амплитуды сигнала. Выбор характеристики квантования основан на особенностях восприятия человеческого слуха, чувствительного не к абсолютному уровню шума, а к соотношению сигнал/шум. Это дает возможность увеличивать шаг квантования при увеличении уровня сигнала и за счет этого добиться большего соотношения сигнал/шум при том же числе уровней и динамическом диапазоне. Возможны разные пути неравномерного квантования:

1. сжатие динамического диапазона сигнала перед квантованием и расширение после обратного преобразования – компандер (это решение применяется в аппаратуре ИКМ-12М);
2. применение нелинейной шкалы квантования (это решение применяется в современных системах с ИКМ).

   В связи  с трудностью обеспечения стабильности  аналогового сжатия и расширения  сигнала, второй способ является  предпочтительным.

   Поскольку  разница между уровнями сигнала  и шума (защищенность от шума  квантования) величина логарифмическая,  все реализации компрессии имеют  характеристику, близкую к логарифмической.  Наибольшее распространение получила 16-сегментная шкала квантования с характеристикой компрессии, соответствующей А-закону. В этом случае весь динамический диапазон делят на 16 сегментов, по восемь для каждой полярности. В пределах каждого сегмента шаг квантования неизменен. Для сигналов, абсолютная величина которых не превышает , шаг квантования равномерный, в дальнейшем шаг удваивается в каждом следующем сегменте.  

Характеристика  квантования.

Таблица 1.1.

 

   Определяем  количество разрядов в кодовом  слове по формуле 4 [1]:

,

где – количество переприемов по ТЧ;

       дБ – защищенность от шума квантования.

   Определяем  по формуле 3 [1] минимальную величину  защищённости сигнала в пункте приёма в диапазоне уровней с учётом заданного числа переприёмов по ТЧ и аппаратурных погрешностей.

дБ

   Максимальная  величина защищённости в том  же диапазоне будет примерно  на 3дБ больше минимальной. 

дБ

   Наносим  на график горизонтальные прямые, соответствующие найденным  и (рисунок 1.2). Значения защищённости от искажений квантования в диапазоне лежат между этими прямыми.

   Защищённость  при  примерно на дБ выше .

дБ

   В диапазоне  квантование является равномерным, т.е. убывает равномерно на дБ при уменьшении уровня сигнала на такую же величину. Диапазон изменения уровня сигнала, в котором защищённость остаётся не ниже заданной, находим непосредственно из рисунка. При дБ, он составляет дБ.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II. Разработка укрупнённой структурной схемы оконечного

оборудования  ЦСП. 
 

Задание: 

   Разработать  и начертить структурную схему  оконечного оборудования ЦСП,  соответствующую заданному количеству каналов. Указать назначение блоков структурной схемы и дать краткое описание их взаимодействия. 

   В качестве  каналообразующего оборудования  используем стандартное 30-тиканальное  АЦО. Структурная схема аналого-цифрового  оборудования приведена на рисунке 2.1. АЦО содержит индивидуальное оборудование ИО, одинаковое для всех каналов (на схеме показан один канал), и групповое оборудование ГО. 

   ИО тракта  передачи содержит:

1. усилитель низких частот 1, который осуществляет предварительное усиление сигналов и согласование дифсистемы ДС с дальнейшей схемой;
2. фильтр низких частот 2, ограничивающий спектр сигнала частотой 3400 Гц;
3. электронный ключ 3, формирующий АИМ-сигнал. Работой ключей различных каналов управляют импульсные последовательности с частотой кГц, соответствующие по фазе временному положению канала.

 

   ГО тракта  передачи содержит:

1. устройство объединения АИМ-сигналов 4, которое осуществляет сложение всех канальных сигналов и стробирование их импульсной последовательностью кГц, где – количество канальных интервалов (30 каналов ТЧ и 2 интервала для передачи служебных сигналов);
2. кодер 5, который осуществляет квантование и кодирование сигналов АИМ. Формирование разрядов кода происходит под управлением импульсов тактовой частоты кГц;
3. устройство объединения УО, которое вводит в групповой сигнал служебные сигналы (нулевой и 16-й канальный интервалы);
4. согласующее устройство СУ, которое осуществляет стробирование сигналов управления и взаимодействия СУВ;
5. передатчик синхросигналов Пер с/с формирует сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации для ввода в групповой поток;
6. преобразователь кода 6 преобразует двоичный групповой поток в сигнал с чередованием полярности импульсов ЧПИ, который отвечает рекомендациям МККТТ для точки сетевого стыка ТСС1 на выходе АЦО;
7. генераторное оборудование ГОпер вырабатывает все необходимые импульсные последовательности, синхронизированные относительно единого задающего генератора. Задающий генератор может работать в ведущем режиме или синхронизироваться от входящего потока на приеме или от внешнего генератора;
8. импульсный трансформатор ИТ служит для гальванической развязки и согласования выхода АЦО в ТСС1 с последующими устройствами (блок окончания линейного тракта или блок вторичного временного группообразования).