Цифровые системы передачи телефонных сигналов

Задание №1

Рассмотрите вопросы, связанные с принципом построения цифровых систем передачи ЦСП с ВРК ИКМ-ВД.

    Составьте структурную схему, поясняющую принцип построения ЦСП с ИКМ-ВД для заданного числа телефонных каналов. Кратко укажите назначение всех узлов и этапы аналого-цифрового преобразования АЦП в тракте передачи и цифро-аналогового преобразования ЦАП в тракте приема.

    Рассчитайте тактовую частоту f>т>, длительность канального интервала Т>ки>, длительность цикла Т>и>, длительность сверхцикла Т>сц>.

    Постройте диаграмму временного цикла, сверхцикла, канального интервала, разрядного интервала.

    Заполните рисунок 1 по мере выполнения заданий 2, 3, 4, 5 данной домашней работы.

Исходные данные:

Число ТЛФ каналов

Fg, кГц

m

Передача СУВ

18

8

8

За один цикл передаются СУВ для двух ТЛФ каналов

    3 этапа аналого-цифрового преобразования АЦП на передаче:

      Дискретизация по времени;

      Квантование по уровню;

      Кодирование.

Назначение узлов схемы:

ФНЧ передачи – фильтр нижних частот – выделение ограниченного спектра частот из сигнала;

М – канальный амплитудно-импульсный модулятор – осуществляет дискретизацию передаваемых сигналов во времени;

ГОпр и ГОпер – генераторное оборудование – посылает канальные импульсы для управления модуляторами, на передаче и приеме СУВ для дискретизации сигналов управления и взаимодействия, обеспечивает правильный порядок следования циклов в сверхцикле и кодовых групп в цикле передачи и приема;

ЗГ – задающий генератор – формирует гармоничный высокостабильный сигнал с частотой равной или кратной fт;

ВТЧ – выделитель тактовой частоты – для синхронной и синфазной работы ГО;

Пер СУВ – передатчик сигналов управления и взаимодействия – дискретизация СУВ, передаваемых по телефонным каналам для управления приборами АТС,

Пер СС – передатчик синхросигнала – для передачи синхросигнала цикловой синхронизации;

Кодер – преобразование амплитуды АИМ сигнала в 8-ми разрядную кодовую комбинацию, квантование по уровню и кодирование;

УО – устройство объединения – объединение кодовых групп каналов выхода кодера, кодирование сигналов СУВ и кодовой группы синхросигнала в циклы и сверхциклы;

ПК пер – преобразователь кода передачи – преобразование однополярного ИКМ сигнала в биполярный сигнал, удобный для передачи по линейному тракту;

РЛ – линейный регенератор – для периодического восстановления ИКМ сигнала в процессе передачи по линии связи;

РС – станционный регенератор – восстановление ИКМ сигнала на приемной станции;

ПК пр – преобразователь кода – преобразует биполярный сигнал в однополярный;

Пр СС – приемник синхросигналов – правильное декодирование и распределение сигналов по своим телефонным каналам и каналам передачи СУВ;

УР – устройство разделения – разделяет кодовые группы ТЛФ каналов и СУВ;

Пр СУВ – приемник групповых сигналов управления и взаимодействия – распределяет СУВ по своим каналам;

Декодер – преобразует групповой ИКМ сигнал в групповой АИМ сигнал; для преобразования 8-ми разрядной кодовой комбинации в амплитуду КАИМ сигнала;

ВС – временной селектор – обеспечивает выделение отсчетов своего канал из группового АИМ сигнала;

ФНЧ приема – восстановление непрерывного исходного сигнала из последовательности его АИМ отсчетов.

Тактовая частота рассчитывается по формуле:

F>т>=F>д>×m×N>ки>, (кГц),где F>д >=8 кГц – частота дискретизации ТЛФ сигнала; m=8 – разрядность кодовой комбинации; N>ки> – число канальных интервалов в цикле системы; складывается из числа ТЛФ каналов, одного канального интервала для системы синхронизации и одного КИ для передачи сигналов управления и взаимодействия между АТС СУВ.

F>Т>=8×(18+2) ×8×103=1280 (кГц).

Длительность тактового (разрядного) интервала рассчитывается по формуле:

Т>т>=, мкс

Т>т>==0,781 (мкс).

Длительность импульса рассчитывается по формуле:

τ=, мкс

τ==0,39 (мкс).

Длительность канального интервала рассчитывается по формуле:

Т>ки>= Т>т>×m, мкс

Т>ки>=0,781×8=6,248 (мкс).

Длительность цикла рассчитывается по формуле:

Т>ц>=Т>ки>×N>ки>, мкс

Т>ц>=6,248 ×20=124,96 (мкс).

Длительность сверхцикла рассчитывается по формуле:

S=+1

S=+1=10.

Диаграмма временных цикла, сверхцикла, канального интервала и разрядного интервала:

>>

4. Упрощенная структурная схема ЦСП с ИКМ-ВД: см. приложение №1.

Задание №2

    Составьте схему построения генераторного оборудования ГОпер или ГОпр для заданного числа ТЛФ каналов. Укажите назначение элементов схемы.

    Укажите отличие ГОпер от ГОпр; с помощью чего обеспечивается синхронная и синфазная работа ГОпер и ГОпр; назначение сигналов «Установка по циклу» и «Установка по сверхциклу».

    Рассчитайте частоты импульсных последовательностей, управляющих работой АИМ или временных селекторов ВС, кодера или декодера, передатчика или приемника СУВ.

    Рассчитанные значения F>т>, F>к>, F>р>, F>ц >проставьте на упрощенной структурной схеме ЦСП с ИКМ-ВД.

Исходные данные:

ГО

Число ТЛФ каналов

Число канальных интервалов, N>ки>

Число циклов в сверхцикле, S

ГОпер

18

20

10

1. Структурная схема ГО передачи:

Назначение элементов схемы:

ЗГ – задающий генератор – формирует гармоничный высокостабильный сигнал с частотой равной или кратной fт;

ФТП – формирователь тактовой последовательности – вырабатывает основную импульсную последовательность с частотой следования fт;

РР – распределитель разрядный – формирует m импульсных последовательностей. Число разрядных импульсов, формирующих РР, равно числу разрядов в кодовой комбинации;

РК – распределитель канальный – формирует управляющие канальные импульсные последовательности КИ>0>, КИ>1>, …, КИ>n>, где n – число канальных интервалов в цикле;

РЦ – распределитель цикловой – формирует цикловые импульсные последовательности Ц>0>, Ц>1>, …, Ц>S>, где s – число циклов в сверхцикле.

В соответствии с рекомендациями МККТТ относительная нестабильность частоты ЗГ должна быть не хуже 10-5, поэтому в ЗГ используется кварцевая стабилизация частоты.

2. В отличие от ГОпер, в ГОпр используется выделитель тактовой частоты системы устройств тактовой синхронизации (для обеспечения синхронной и синфазной работы передающей и приемной станции).

Для подстройки генераторного оборудования по циклам и сверхциклам используются сигналы «Установка по циклу» и «Установка по сверхциклу». Это дает возможность подстраивать ГО одной станции в режим цикловой и сверхцикловой синхронизации с ГО другой станции.

Тактовая частота рассчитывается по формуле:

F>т>=F>д>×m×N>ки>, кГц

F>т>=8×(18+2) ×8×103=1280 (кГц).

Частота следования разрядных импульсов рассчитывается по формуле:

F>р>=, кГц, где m – число разрядов в кодовой комбинации

F>р>==160 (кГц).

Частота следования канальных импульсных последовательностей (частота дискретизации) рассчитывается по формуле:

F>к>=F>д>=, кГц, где N>ku> – число канальных интервалов в цикле передачи

F>к>=F>д>==8 (кГц).

Частота следования цикловых импульсных последовательностей рассчитывается по формуле:

F>ц>=, Гц, где S – число циклов в сверхцикле

F>ц>==800 (Гц).

Задание №3.

    Начертите структурную схему нелинейного кодера. Кратко поясните: 3 этапа кодирования, назначение всех узлов кодера.

    выполните операцию нелинейного кодирования. Рассчитайте ошибку квантования.

    На упрощенной структурной схеме ЦСП с ИКМ-ВД на выходе кодера приведите полученную в результате кодирования кодовую 8-разрядную комбинацию.

Для кодирования используется нелинейный кодер взвешивающего типа с характеристикой компрессии А – 87,6/13.

Значение амплитуды отсчета АИМ-сигнала в у. е. – «+130».

1. Назначение кодера – для преобразования амплитуды отсчета АИМ-сигнала в соответствующую 8-разрядную кодовую комбинацию.

3 этапа кодирования:

    Кодирование полярности (результат записывается в первом разряде);

    Кодирование номера сегмента, выбор основного эталонного тока (результат записывается во 2, 3, 4 разрядах;

    Кодирование уровня квантования внутри выбранного сегмента, выбор дополнительного эталонного тока (результат записывается в 5, 6, 7, 8 разрядах).

Назначение элементов схемы:

Компаратор определяет знак разности между амплитудами токов кодируемого отсчета и эталона (I>c> и I>эт>);

Цифровой регистр служит для записи решений компаратора после каждого такта кодирования и формирования структуры кодовой группы;

Генератор эталонов (ГЭТ(+) и ГЭТ()) формирует полярность и величины эталонов, количество формируемых эталонов равно 11, их значения – 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 усл. ед.

ПК преобразует параллельный код в последовательный, считывая состояние выходов 1 … 8 ЦР;

ГОпер управляет работой узлов кодера;

БКЭ – блок выбора и коммутации эталонных токов – для подключения выбранных ГЭТ, а также для подключения выбранных эталонных токов по сигналам от ключей;

КЛ – компрессирующая логика – для коммутации поступающего от ЦР семиразрядного регистра (без первого символа полярности) в П-разрядный двоичный код для управления разрядами выбранного ГЭТ.

Структурная схема нелинейного кодера: см. приложение №2.

1-й этап – кодирование полярности – 130>0 → 1;

2-й этап – кодирование номера сегмента, выбор основного эталонного тока –

130>128 → 1

130<512 → 0

130<256 → 0

→ 4 сегмент (ОЭ для 4 сегмента – 128)

3-й этап – кодирование уровня квантования внутри выбранного сегмента, выбор дополнительного эталонного тока: ОЭ –128, ДЭ –64, 32, 16, 8

130<128+64 → 0

130<128+32 → 0

130<128+16 → 0

130<128+8 → 0

Шаг квантования равен последнему эталону – 8

Ошибка квантования: ε>кв>=130–128=2, не должна превышать 0,5Δ

Опред. полярности

Выбор основного эталонного тока, I>осн.эт.>

Вкл. I>осн.эт.>

Дополнительные эталонные токи, I>доп.эт.>

Разряды кодирования

1

2

3

4

5

6

7

8

I>эт.>

1

128

512

256

128

64

32

16

8

I>аим> Σ I>эт.>

130>0

130128>0

130–512<0

130–256<0

130 – (128 +64) <0

130 – (128+32) <0

130 – (128+16) <0

130 – (128+8) <0

Состояние выхода компаратора

0

0

1

1

1

1

1

1

Запись решения в ЦР

1

1

0

0

0

0

0

0

Шаг квантования

8

Ошибка квантования,

2

1-й этап

2-й этап

3-й этап

При неравномерном квантовании шаг квантования изменяется в допустимых пределах амплитудных значений квантуемых сигналов, возрастая с увеличением уровня сигнала. Абсолютная ошибка квантования возрастает с увеличением уровня сигнала, но ее относительное значение, т.е. отношение сигнал-ошибка квантования, не изменяется. Использование неравномерного квантования позволяет выровнять отношение сигнал-ошибка квантования во всем диапазоне сигналов, а, следовательно, сократить число шагов квантования в 2 … 4 раза по сравнению с равномерным квантованием до М>кв.>=128 … 256, что требует семи разрядов кодовой группы.

Вывод: преимущество кодера с неравномерной шкалой квантования заключается в передаче сигналов с необходимым качеством.

Задание №4

    Начертите структурную схему нелинейного декодера. Кратко поясните три этапа декодирования, назначение всех узлов декодера.

    Выполните операцию нелинейного декодирования.

    Укажите назначение эталона коррекции.

Исходные данные: кодовая комбинация – 11000000.

1. Назначение декодера – для преобразования 8-разрядной кодовой комбинации в соответствующую амплитуду отсчета АИМ-сигнала.

3 этапа декодирования:

1-й этап – по символу записанному в 1-м разряде, выбирается ГЭТ. Если записана «1», то выбирается ГЭТ(+), если «0»  ГЭТ().

2-й этап – по кодовой комбинации, записанной во 2, 3 и 4-м разрядах, выбирается эталонный ток I>осн.эт.>.

3-й этап – из четырех дополнительных эталонных токов данного I>осн.эт.> выбираются те, в чьих разрядах записаны «1».

В конце добавляется эталон коррекции, равный половине шага квантования данного сегмента.

Структурная схема нелинейного декодера: см. приложение №3.

Назначение элементов схемы:

ЦР – служит для принятия кодовой группы ИКМ-сигнала и формирования на выходе в виде 8-разрядного параллельного двоичного кода.

ГОпр – управляет работой узлов декодера.

ГЭТ – формирует полярность и величины эталонов, количество формируемых эталонов равно 11, их значения – 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 у. е.

БКЭ – для подключения выбранного ГЭТ>1> или ГЭТ>2>, а также для подключения выбранных эталонных токов по сигналу от ЭЛ.

ЭЛ – экспандирующая логика – для коммутации 7-разрядного кода (без первого символа полярности сигнала), поступившего от ЦР, в 12-разрядный двоичный код для управления разрядами выбранного ГЭТ.

2. Кодовая комбинация – 1100000.

1-й этап – выбираем ГЭТ:

«1» → ГЭТ(+);

2-й этап – выбираем основной эталонный ток:

100 → 4-й сегмент → ОЭ – 128, ДЭ – 64, 32, 16, 8;

3-й этап – из ДЭ выбираем те, в чьих разрядах стоит «1». Т.к. в ДЭ нет разрядов со значением «1», выбираем последний и определяем шаг квантования:

Δ=8, эталон коррекции равен 0,5Δ=4.

128+4=132 (у. е.) – полученный КАИМ-сигнал.

Эталон коррекции применяется для уменьшения искажения при декодировании.

Задание №5

    Приведите три требования к линейным кодам. Укажите достоинства и недостатки заданного линейного кода.

    Постройте заданную цифровую последовательность в кодах:

Однополярном со скважностью Q=2 (ВН);

Однополярном со скважностью Q=1 (МБВН);

Двухполярном ЧПИ;

Двухполярном КВП-3 (МЧПИ).

Исходные данные:

Цифровая последовательность

Тип линейного кода

1110000110000101000010101

МБВН (NRZ)

1. Три требования к линейным кодам:

      Энергетический спектр сигнала должен ограничиваться сверху и снизу, быть достаточно узким, располагаться на сравнительно низких частотах и не содержать постоянной составляющей.

      В составе спектра должна быть составляющая f>т>.

      Сигнал должен быть представлен в коде, содержащем информационную избыточность.

Линейный код МБВН (NRZ) – однополярный, со скважностью Q=1, так называемый сигнал с импульсами, затянутыми на тактовый интервал.

«+»:

Спектр линейного сигнала расположен в НЧ области, поэтому малы МСИ-1 и переходные помехи;

Схема генератора проще, чем у ЧПИ.

«»:

В спектре есть постоянный ток и мощные НЧ составляющие, поэтому велики МСИ-1;

Возможен сбой УТС из-за большой серии нулей;

В коде нет избыточности, поэтому нельзя контролировать ошибки;

В спектре нет f>р>, поэтому схема УТС сложнее, чем у ВН.

Список использованной литературы

    Скалин Ю.В., Финкевич А.Д., Бернштейн А.Г. цифровые системы передачи. М.: Радио и связь, 1987

    Цифровые системы передачи. Контрольные задания, методические указания по их выполнению и задание на курсовой проект для студентов заочных отделений по специальности 2005 – «Многоканальные телекоммуникационные системы».