Основы построения телекоммутационных систем и сетей

ПОВОЛЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ФИЛИАЛ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦЕПЛИНЕ «ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ»

СТУДЕНТА: Заочного факультета

ССиСК 5 курса 1 гр.

Xодуc Александра Юрьевича.

ПРОВЕРИЛ: Бондарь С. Н.

Ставрополь 1999г.

Задание № 1.

Дать определения понятий: сообщение, сигнал, канал, система связи, система N – канальной связи. Изобразить структурную схему многоканальной системы передачи, пояснить назначение блоков.

Решение:

Сообщением называют совокупность сведений о состоянии какого либо материального объекта. Источник и получатель сообщений разделены некоторой средой, в которой источник образует возмущения, отображающие сообщение и воспринимаемые получателем.

Физическая реальность, изменение которой в пространстве и во времени отображают переданное сообщение, называется сигналом.

Системой N – канальной связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной цепи связи (по одному стволу).

Структурная схема многоканальной системы передачи приведена на рис. 1.

Рис. 1.

М – модуляторы, О – устройства объединения, Цепь – цепь связи, Ф – фильтры, D – демодуляторы.

К передатчику N – канальной системы связи подводятся первичные сигналы а(t) от N источников сообщений. Эти сигналы подвергаются специальной обработке в модуляторах и объединяются в общий групповой сигнал u(t), направляемый в цепь связи. В приемной части системы из группового сигнала , подвергшегося воздействию помех, выделяются индивидуальные сигналы отдельных каналов , соответствующие передаваемым сообщениям.

Задание № 2.

Пояснить принцип формирования одной боковой полосы фазоразностным методом. Оценить качеств формирования канального сигнала. Рассчитать и построить спектр сигнала (на основе крайних частот спектра) полезной боковой полосы первой ступени преобразования МСП с ЧРК согласно исходным данным:

    исходный сигнал

- несущая частота

    полезная боковая полоса – ВБП

    асимметрия в плечах фазоразностной схемы

    погрешность фазирования

Решение:

    Схема, реализующая фазоразностный метод формирования ОБП приведена на рис. 2.

Схема содержит:

РУ – развязывающие устройства;

ВУ – вычитающие устройства;

ФК – фазовые контура;

М – модуляторы.

На схеме (рис. 2) фазовый сдвиг π/2 для несущей частоты создает фазовый контур ФК>1>. Фазовые контуры ФК>2> и ФК>3> создают фазовый сдвиг π/2 для всех частот исходного сигнала в одном плече по отношению к другому.

    Если на модулятор одного плеча исходный сигнал и несущую частоту подать сдвинутыми по фазе π/2 относительно сигнала и несущей частоты, подаваемых на модулятор другого плеча, то сигнал на выходе схемы будет содержать колебания только одной боковой полосы.

Покажем это. Пусть исходный сигнал представляет собой гармоническое колебание вида U>Ω>cosΩt (с учетом, что Ω = 2πF, θ = 2πw). Тогда исходный сигнал и несущая частота подаваемые на модулятор, будут определятся выражениями:

и , а второго соответственно и .

В случае выполнения модуляторов по двойной балансной схеме, напряжение на выходе первого и второго модуляторов соответственно будут:

Если амплитуды токов на выходе преобразователей будут одинаковые

I = I>1> = I>2>, то на выходе схемы (или входе ВУ) ток будет равен:

,

то есть в его составе будет только ток одной (в рассматриваемом случае верхней) боковой полосы.

При несоблюдении равенства тока в плечах схемы I>1 >≠ I>2> и равенства разности фаз величине π/2 ток на выходе схемы будет содержать составляющие нижней и верхней боковых полос.

    Степень подавления фазоразностной схемой неиспользуемой полосы (затухание в полосе не пропускания), при наличии:

    Ассиметрии в плечах фазоразностной схемы составит:

дБ,

    Погрешности фазирования:

дБ,

    Асимметрии в плечах фазоразностной схемы и погрешности фазиования:

дБ

    Степень дополнительного затухания полезной боковой полосы, при наличии:

    Асимметрии в плечах фазоразностной схемы:

дБ;

    Погрешности фазирования:

дБ;

    Асимметрии в плечах фазоразностной схемы и погрешности фазирования:

    Для расчета и построения спектра сигнала, рис3, (на основе крайних частот спектра) верхней боковой полосы первой ступени МСП с ЧРК воспользуемся выражениями:

Гц;

Гц.

Задание №3.

Пояснить групповой принцип построения аппаратуры МСП с ЧРК, рассчитать:

    Значение несущей частоты используемой в аппаратуре сопряжения при наличии одной ступени преобразования;

    Значение виртуальной несущей частоты, согласно исходным данным:

    исходный сигнал 299 – 2549 Гц.;

    Ступени преобразования 29; 84; 249; 449 кГц. (ВБП, НБП, ВБП, ВБП)

    Полоса частот сигнала линейного спектра 12049 – 14299 Гц.

Решение:

    Структурная схема, поясняющая принцип построения МСП с ЧРК с использованием многократного или группового преобразования, приведена на рис. 4

    В первой ступени, являющейся ступенью индивидуального преобразования, одинаковые исходные частотные полосы от n>1> различных источников сигналов преобразуются в n>1>-канальных сигналов, размещенных в не перекрывающихся полосах частот, образуя n>1>-канальный групповой сигнал.

Вторая и последующие ступени преобразования являются групповыми. Во второй ступени n>2> одинаковых частотных полос n>1>-канального сигнала преобразуются в общий групповой n>1>n>2>-канальный сигнал. В следующей ступени преобразования образуется n>1>n>2>n>3>-канальный сигнал путем переноса n>3> одинаковых частотных полос группового n>1>n>2>-канального сигнала в не перекрывающиеся полосы частот и т. д. Последняя ступень группового преобразования предназначается для получения линейного спектра системы передачи, которая передается по линии.

Совокупность ступеней преобразования образуют каналообразующую аппаратуру.

Преобразование спектра частот на выходе каналообразующей аппаратуры в определенный для системы передачи линейный спектр осуществляется аппаратурой сопряжения (АС). Она содержит, как правило, одну ступень преобразования.

    Для расчета несущей частоты используемой в АС при наличии одной ступени преобразования, воспользуемся планом спектра частот составленным согласно варианту задания (ВБП, НБП, ВБП, ВБП). Из анализа которого следует:

Откуда можем получить результирующее соотношение для вычисления искомой частоты:

    Виртуальной несущей частотой называется воображаемая несущая частота, с помощью которой можно было бы исходную полосу частот переместить в линейную путем однократного преобразования (минуя все промежуточные ступени преобразования).

    Виртуальная несущая частота составит:

Гц.

Задание №4.

Пояснить принципы организации двухсторонней связи по проводным и радиорелейным линиям связи.

Решение:

Двухсторонняя связь может быть организована по:

1 – однополосной четырехпроводной;

2 – двухполосной двухпроводной;

3 – однополосной двухпроводной системам.

    При однополосной четырехпровод­ной системе (рис. 5) используются две двухпроводные цепи:

Одна цепь для передачи сигналов в одном направлении, вторая – в обратном направлении. Передача сигналов в обоих направлениях осуществляется в одном и том же диапазоне частот. Эта система является при организации связи по ка­бельным линиям.

    Двухполосная двухпроводная система используется при построении многоканальных систем передачи, работающих на воздушных и радиорелейных линиях. Структурная схема системы передачи, работающая по воздушным линиям, приведена на рисунке 6.

Здесь используется одна двухпроводная цепь, по ко­торой передача сигналов в двух направлениях осуще­ствляется в разных спектрах частот. Направ­ляющие фильтры соответ­ственно низких высоких частот служат для разделения спектров частот двух направлений передачи.

    В однополосной двухпроводной системе (рис. 7) для передачи сигналов в обоих направлениях по одной двухпроводной цепи используется одна и та же полоса тональных частот, следовательно, можно осуществить одну двухстороннюю передачу.

Разделение направлений передачи в оконечных и промежуточных усилительных пунктах осуществляется с помощью дифференциальных систем. В настоящее время эта система используется крайне редко, что обусловлено низкой устойчивостью усилителей двухстороннего действия.

Задание №5.

Пояснить принцип построения МСП с ВРК-ФИМ. Рассчитать возможное число каналов МСП, без ведения сигналов синхронизации при заданных начальных условиях:

Частота дискретизации кГц.

Защитный интервал мкс.

Решение:

    На рис. 8 приведена упрощенная структурная схема, иллюстрирующая принципы построения аппаратуры с временным разделением каналов и фазоимпульсной модуляцией.

    Рассмотрим назначение и функции ее узлов, пологая, что аппаратура предназначена для передачи телефонных сигналов.

Разговорные токи абонен­тов через дифференциальные устройства, разделяю­щие направления пе­редачи и приема, попа­дают в ветвях передачи на фильтры нижних час­тот. С выходов этих фильтров сигналы по­ступают на входы ка­нальных амплитудно-им­пульсных модуляторов, с помощью которых непрерыв­ные речевые сигналы преобразуются в последовательности отсчетов. На модуляторы подаются так же управляющие импульсные последовательности – импульсные переносчики, выра­батываемые ГО передачи. От ГИ импульсы поступают на распределитель им­пульсов каналов РИК, с которого они в заданные моменты времени попадают на канальные модуляторы. Преобразователи АИМ-ФИМ осуществляют преобразо­вание импульсных сигналов, модулированных по амплитуде, в сигналы, модули­рованные по фазе. Выходы всех канальных преобразователей АИМ-ФИМ объе­диняются, и формируется групповой ФИМ сигнал.

С выхода приемного устройства ПР, групповой ФИМ сигнал поступает на канальные временные селекторы (ключи) КС, поочередно открывающиеся и пропускающие импульсы только к данному каналу. Далее осуществляется преобразование ФИМ-АИМ. Восстановление непрерывных сигналов осуществляется фильтрами нижних частот.

    На рис. 9 приведена последовательность импульсов цикла передачи.

    Из рис. 9 видно, что

Тогда при условии получим:

Учитывая, что N – наименьшее целое, число каналов в МСП составит 5.

Задание 6.

Пояснить принцип построения МСП с ВРК-ИКМ. Рассчитать тактовую частоту передачи символов в линейном тракте, если цикл разделен на N+2 равных временных интервала из которых N заняты кодовыми группами каналов, 2 – служебной информацией, при заданных начальных условиях:

Частота дискретизации кГц.

Число каналов .

Число разрядов в кодовой группе .

Решение:

    Упрощенная структурная схема МСП с ВРК приведена на рисунке 10.

    Аналоговый сигнал, при­шедший от абонента по двух­проводной линии, через диф­ференциальную систему попа­дает на фильтр нижних частот. Дискретизация осуществля­ется АИМ модуляторами, выходы кото­рых запараллелены. Групповой АИМ сигнал поступает на кодер, где проходит его квантование и кодирование. В системе ВРК-ИКМ передача осуществляется циклами. Цикл передачи состоит из кодовых групп каналов, сигналов цикловой синхронизации, позволяющий отделить один цикл передачи от другого и осуществить тем самым временную селекцию сигналов, а также сигналов управления и взаимодействия АТС (СУВ). Работа всех блоков передающей части синхронизируется сигналами, вырабатываемыми блоком синхронизации БС>пер>. С выхода УО импульсы поступают на регенератор, где нормализуется их форма и устраняются фазовые флуктации т. е. случайные смещения от тактовых моментов. Перекодирование осуществляется в специальном устройстве согласования с линией УСЛ. С выхода УСЛ сигнал передается непосредственно в линейный тракт.

В приемной части системы сигнал преобразуется в обратной последовательности. Входные импульсы с линии после регенерации поступают на устройство разделения УР, где выделяются сигналы СУВ и информационные. Декодер служит для цифро-аналогового преобразования, в результате которого ИКМ сигнал превращается в АИМ сигнал. Разделение каналов осуществляется канальным селектором КС, а выделений первичного сигнала – ФНЧ.

    Временные диаграммы, поясняющие принцип образования группового сигнала в системе ВРК ИКМ приведены на рис. 11. Где:

а) сигнал в 1-м канале;

б) сгнал во 2-м канале;

в) сигнал в n-м канале;

    г) групповой АИМ сигнал;

д) групповой ИКМ сигнал.

    Тактовая частота передачи символов в линейном тракте составляет:

Задание №7.

Пояснить принципы линейного кодирования при передачи сигналов ЦСП (одним из способов кодирования). Показать, на временных диаграммах, форму сигнала при разных способах кодирования с использованием: (согласно заданному варианту) – попарно - избирательного троичного (ПИТ) кода.

Решение:

    Реальный сигнал на выходе формирователя импульсов МСП с ВРК представляет собой случайную последовательность однополярных импульсов, спектр которой характеризуется наличием постоянной составляющей на передаваемой по каналу связи в виду особенностей реализации последнего. Это, в свою очередь, приводит к возникновению искажений формы восстановленного сигнала, а кроме того, что крайне важно, приводит к увеличению трудностей формирования тактовой частоты и возрастанию числа ошибок регенерации.

Во избежании указанных недостатков, применяют дополнительное преобразование двоичного цифрового сигнала (линейное кодиование).

    Линейное кодирование на базе попарно - избирательного троичного (ПИТ) кода предполагает, что в процессе его формирования входной двоичный поток разбивается на пары символов и каждой такой паре ставится в соответствии пара троичных символов кода линии. Правило формирования ПИТ-кода определяется таблицей 1.

Таблица 1.

Двоичный код

ПИТ-код

Условие выбора

00

- +

11

+ -

01

+ П

Если предыдущая пара 01 или 10 была представлена через ’- П’ или ’П -’

- П

Если предыдущая пара 01 или 10 была представлена через ’+П’ или ’П+’

10

П -

Если предыдущая пара 01 или 10 была представлена через ’+П’ или ’П+’

П +

Если предыдущая пара 01 или 10 была представлена через ’- П’ или ’П -’

    Согласно методическим указаниям, исходный цифровой сигнал примет вид:

Данному ИЦП соответствует временная диаграмма, рис 12.

Задание №8.

Пояснить принцип построения асинхронно адресных систем связи (ААСС). Рассчитать число возможных абонентов в сети при организации:

а) телефонной связи;

б) передачи данных, при заданных начальных условиях.

Допустимое число активных абонентов N = 100 + N>пр>N>п> =100 + 49 =149.

Коэффициент занятости:

Коэффициент активности:

Решение:

    Функциональная схема ААСС и временные диаграммы сигналов ААСС приведены на рис. 13, 14.

2 . Выходные сигналы, в частности речевые, подаются на входы импульсных модуляторов, где преобразуются в АИМ колебания, причем тактовые моменты дискретизации разных сигналов не совпадают, поскольку станции всех абонентов автономны и не синхронизированы. Модулированные импульсы поступают в устройство адресации, где каждый из них наделяется адресом. Адресом может быть, например, кодовая группа символов. В этом случае, устройство адресации представляет собой линию задержки (ЛЗ) с отводами. Каждому импульсу на входе ЛЗ соответствует группа импульсов на ее выходе. Число импульсов в группе зависит от числа используемых отводов лини. На рис.13, задействованы 4 отвода.

Взаимное расположение импульсов, характеризующее адрес абонента, определяется тем, с каких отводов ЛЗ берется выходной сигнал, т. е. сигналы речевых абонентов на выходе устройства адресации представляют собой асинхронные последовательности импульсов, несущие информацию, как об адресе абонента, так и о передаваемом сигнале.

Сигналы, с выхода устройства адресации, подаются на радиопередающее устройства и излучаются в открытое пространство.

На приемной стороне после усиления и преобразования в индивидуальном радиоприемном устройстве сигналы поступают в устройство дешифрации адреса. Дешифрация адреса заключается в определении взаимного расположения импульсов адреса и осуществляется так же с помощью ЛЗ с отводами.

    Адрес абонента формируется из элементов (обозначенных на рисунке 15а) заштрихованными квадратами, определяющими частоту заполнения и время передачи импульсов адреса. Примеры адресов приведены на рис. 15б. Видно, что адреса представляют собой группы радиоимпульсов, имеющие разные частоты заполнения и время передачи.

    Число возможных абонентов ААСС в общем случае определяется выражением:

а) при передачи телефонных сообщений:

б) при передаче данных:

5. Асинхронно адресные системы связи обладают очень важным свойством – высокой живучестью. Это определяется тем, что ААСС не имеют центральной станции, выход которой из строя означает прекращение связи для всех абонентов. Такие свойства как гибкость и оперативность установления соединения, возможность обслуживания большого числа абонентов, эластичность, живучесть и в тоже время пониженное качество связи, обусловленное наличием шумов не ортогональности, определили применение ААСС в системах низовой радиосвязи, в системах связи с подвижными объектами и др. Качество связи в ААСС может быть повышено при использовании в них цифровых методов преобразования первичных сигналов. В этом случае ААСС находят применение, например, в спутниковых системах связи.