141 ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ОПИСАНИЕ

1.     СИСТЕМАТИЗАЦИЯ СОСТАВА АППАРАТУРЫ ЦСП

 

1.1. Систематизация аппаратуры ЦСП

 

Для более успешного выполнения задачи проектирования целесообразно систематизировать и классифицировать состав аппаратуры цифровых систем передачи. Эта систематизация является основой для выполнения технической части курсового или дипломного проектов.

Для этого цифровые системы передачи условно разделены на два класса по типу используемого линейного тракта: ЦСП на электрических и оптических кабелях (ЭК и ОК).

В соответствии с рекомендациями МККТТ сети связи и используемые на них ЦСП разделяются по территориальному признаку: местные, зоновые и магистральные [2].

При выполнении курсового или дипломного проектов используются типовые отечественные ЦСП.

Систематизированный состав аппаратуры оконечных пунктов и линейного тракта для ЦСП на линиях ЭК и ОК приведен соответственно на рис. 1.1 и рис. 1.2.

 

 

 

1.2. Аппаратура оконечных пунктов ЦСП

 

1.2.1. Аналого-цифровое оборудование

В  системах с ВД-ИКМ и ЧД-ИКМ операция разделения каналов реализуется в оборудовании АЦО и АЦО-ЧД соответственно [1-2].

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 N каналов.

В индивидуальном оборудовании осуществляются дискретизация аналоговых сигналов в передающей части оборудования АЦО и восстановление исходного сигнала из последовательности отсчетов в приемной части оборудования АЦО.

В групповом оборудовании осуществляется аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов ТЧ (соответственно в передающей и приемной частях оборудования АЦО).

Рис. Структурная схема АЦО.

Структурная схема АЦО одного направления передачи представлена на рис.1.3. Сигнал ТЧ поступает на вход ФНЧ и далее транслируется на амплитудно-импульсный модулятор М. Сигналы управления и взаимодействия (СУВ) поступают на входы передатчика СУВ, где преобразуются в импульсные последовательности, синхронизированные с линейным сигналом. Процессом преобразования управляют импульсные последовательности, формируемые в генераторном оборудовании ГО делителями частоты. В свою очередь, делители частоты управляются последовательностью импульсов с номинальной частотой fт, вырабатываемой задающим генератором ЗГ.


 

 

 

 

 

 

Сигналы ТЧ ограничиваются по частоте фильтрами нижних частот (300-3400 Гц) и с помощью амплитудно-импульсных модуляторов М преобразуются в последовательность отсчетов. При этом модулирующие импульсные последовательности, вырабатываемые в ГО, имеют частоту Fц и сдвинуты по времени друг относительно друга на величину, равную одному канальному интервалу.

Рис. 1.3. Структурная схема АЦО

Выходы модуляторов соединяются в одной точке, в которой образуется групповой АИМ сигнал, соответствующий N каналам ТЧ, разделенным один относительно другого по времени.

Кодер, на вход которого поступает групповой АИМ сигнал, преобразует последовательность АИМ-1 в АИМ-2, квантует эту последовательность по уровню в соответствии с законом компандирования  А=87,6/13 и кодирует в 8-разрядном двоичном коде.

Групповой ИКМ сигнал с выхода кодера и импульсные последовательности СУВ объединяются в устройстве объединения (УО). В УО, кроме того, вводятся сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации, сформированные в передатчике синхросигнала Пер. СС и определяющие временное положение в цикле передачи соответственно КТЧ и каналов передачи СУВ. С выхода УО объединенный ИКМ сигнал поступает в преобразователь кода передачи ПК, который преобразует однополярный двоичный сигнал в сигнал с чередованием полярностей импульсов, удобный для передачи по линейному тракту.

В приемной части оборудования АЦО осуществляется обратное преобразование – групповой сигнал в коде ЧПИ в преобразователе кода передачи ПК преобразуется в однополярный двоичный сигнал.

В устройстве разделения УР групповой сигнал разделяется между соответствующими приемниками - сигналы СУВ поступают на вход приемника СУВ Пр. СУВ, сигналы синхронизации поступают на вход приемника синхросигнала    Пр. СС, а групповой сигнал каналов ТЧ – на вход декодера, где декодируется.

В индивидуальном оборудовании приемной части АЦО групповой АИМ сигнал разделяется соответствующими временными селекторами ВС. Фильтрами НЧ  восстанавливается исходная форма переданных сигналов.

Процессом декодирования и разделения группового сигнала управляет генераторное оборудование приема, начальная фаза работы которого устанавливается приемником синхросигнала.

Оборудование АЦО-ЧД совместно с остальным оборудованием ЦСП предназначено для замены участка линейного тракта аналоговой системы. Оборудование осуществляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование сигналов стандартных групп, сформированных в аналоговых системах передачи с ЧРК.

Структурная схема оборудования АЦО-ЧД показана на рис. 1.4.

В передающей части оборудования спектр стандартной группы переносится в полосу частот, удобную для кодирования (для уменьшения частоты дискретизации) в блоке преобразования сигнала ПС. Несущую частоту для преобразования получают от ГО аналоговых систем, так как стабильность их ГО выше. Далее в формирователе АИМ сигнала ФС сигнал дискретизируется по времени, и на выходе формируется сигнал АИМ-2, который кодируется в кодирующем устройстве Код. 11-разрядным кодом. Кодирование нелинейное с характеристикой типа А=5,4/5. С выхода кодера параллельный 11-разрядный код записывается в запоминающее устройство ЗУ, откуда соответствующие разряды попадают в свои формирователи потоков, находящиеся в схеме разделения. На соответствующие временные интервалы подаются также синхросигнал, сигналы служебной связи СС, аварийные сигналы Ав.С. Цифровой поток в схеме разделения разделяется на три потока со стандартными скоростями. Преобразователь кода передачи ПК преобразует однополярный двоичный сигнал в линейный код.

В тракте приема ПК осуществляет обратную операцию. Схема объединения распределяет информацию каждого из трех потоков по разрядам 11-разрядной кодовой группы. Информация записывается в ЗУ. Из третьего потока выделяются синхросигнал, сигналы служебной связи, аварийной сигнализации. Кодовая комбинация с выхода ЗУ параллельным кодом поступает в декодирующее устройство Дек., где согласно кодовой комбинации формируется АИМ сигнал. Далее сигнал поступает в блок ФС, где выделяется спектр аналогового сигнала. В блоке ПС этот спектр преобразуется в спектр исходного аналогового сигнала.

Оборудование АЦО-ЧД-60, предназначенное для работы с ЦСП ИКМ-120, преобразует спектр вторичной группы (312-552 КГц, 60 каналов ТЧ), сформированный в аналоговой системе передачи К-60, в три первичных цифровых потока со скоростью 2048 кбит/с каждый. В оборудовании ВВГ ИКМ-120 эти потоки объединяются с четвертым, сформированным в аппаратуре АЦО-30 ЦСП ИКМ-30. Всего при таком режиме организуется 90 каналов ТЧ. В ПС спектр 312-552 кГц преобразуется в спектр 12-252 кГц. Несущая частота от ГО аналоговой системы 564 кГц. Частота дискретизации 512 кГц, кратная частоте 2048 кГц.

Оборудование АЦО-ЧД-ТГ, предназначенное для работы с ЦСП ИКМ-480, преобразует спектр третичной группы (812-2044 кГц, 300 каналов ТЧ), сформированный в аналоговой системе передачи К-300, в три вторичных цифровых потока со скоростью 8448 кбит/с каждый. В оборудовании ТВГ ИКМ-480 эти потоки объединяются с четвертым, сформированным в аппаратуре ВВГ ЦСП ИКМ-120. Всего при таком режиме организуется 420 каналов ТЧ. В ПС спектр 812-2044 кГц преобразуется в спектр 12-1244 кГц. Несущая частота от ГО аналоговой системы 2056 кГц. Частота дискретизации 2112 кГц, кратная частоте 8448 кГц.

 

 

Оборудование АЦО-ТВ (рис. 1.6), предназначенное для работы с ЦСП ИКМ-1920, обеспечивает передачу методом ИКМ сигналов цветного телевизионного сопровождение СТС со спектром частот 50 Гц-6 МГц, и двух сигналов звукового сопровождения СЗС со спектром частот 30-15000 Гц. Сигналы ТВ и ЗС преобразуются в три третичных цифровых потока со скоростью 34368 кбит/с каждый. Частота дискретизации СТС 12888 кГц, закон кодирования линейный, код восьмиразрядный. Сигналы ЗС подвергаются нелинейному аналого-цифровому преобразованию в кодере ЗС Код. ЗС с семисегментной характеристикой типа m=15,7. Символы цифрового потока (537 кбит/с), соответствующего сигналам ЗС, синхронно вводятся в цифровой телевизионный сигнал на позиции младшего (восьмого) разряда каждой шестой кодовой группы. На этих же позициях осуществляется передача синхросигнала. Для уменьшения заметности искажений в канале телевидения перед цифроаналоговым преобразованием СТС каждый символ СЗС или синхроимпульс заменяется символом восьмого разряда предшествующей кодовой группы цифрового сигнала телевидения.

 

1.2.2. Оборудование временного группообразования

 

Оборудование временного группообразования (ОВГ) предназначено для формирования группового сигнала ЦСП высшего порядка путем объединения цифровых групповых сигналов, сформированных в системах более низкого порядка. ОВГ играет основную роль при  создании иерархии ЦСП.

Структурная схема ОВГ приведена на рис. 1.5. От систем низшего порядка цифровые потоки со скоростью Снп каждый поступают на вход устройств стыка приема (УСпр). В УСпр происходит преобразование линейного кода в униполярный двоичный код.

Рис. 1.5. Структурная схема ОВГ

С выхода УСпр информационные сигналы поступают на входы соответствующих блоков асинхронного сопряжения передачи (БАСпер). В БАСпер происходят синхронизация объединяемых цифровых потоков путем записи входных сигналов со скоростью Снп в запоминающее устройство и считывание с частотой, кратной частоте следования группового сигнала Свп. Кроме того, в БАСпер производится контроль за временным интервалом между импульсными последовательностями записи и считывания в ячейках памяти, ввод старфингов и передача команд согласования скоростей.

Сигналы с выходов блоков АСпер поступают на формирователь группового сигнала ФГС, в котором происходит объединение четырех потоков в групповой поток, ввод синхросигнала, сигналов служебной связи, аварии.

Затем групповой сигнал поступает на вход устройства стыка передачи УСпер, где осуществляется преобразование группового цифрового сигнала из  униполярного двоичного кода в линейный код. Далее сигнал поступает к оборудованию линейного тракта (ОЛТ).

В направлении приема сигналы проходят через следующие устройства. С выхода ОЛТ сигнал поступает в устройство стыка приема УСпр, где происходит преобразование линейного кода в униполярный двоичный код, а также выделение тактовой частоты.

С выхода УСпр информационный сигнал и сигнал тактовой частоты поступают в распределитель группового сигнала РГС  и генераторное оборудование приема соответственно. Информационный сигнал поступает также в приемник синхросигнала. В РГС происходит разделение группового сигнала на четыре цифровых потока. Приемник синхросигнала обеспечивает установку по синхросигналу первоначальной фазы работы ГОпр, а также непрерывный контроль за состоянием циклового синхронизма после его потери.

Разделенные цифровые потоки с выхода РГС поступают на соответствующие блоки асинхронного сопряжения приема (БАСпр). В БАСпр происходит восстановление первоначальной скорости переданного цифрового потока путем записи информационного сигнала в ЗУ и считывания его с частотой, вырабатываемой устройством фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В БАСпр также происходят удаление старфингов и прием команд согласования скоростей.

С выходов БАСпр информационные сигналы поступают на входы устройств стыка передачи УСпер, в которых происходит преобразование сигнала из униполярного двоичного кода в линейный код.

Устройство стыка передачи. В устройствах стыка передачи УСпер осуществляется преобразование двоичного цифрового сигнала в биполярный сигнал с одновременным повышением плотности единиц исключением комбинаций из четырех подряд следующих нулей двоичного сигнала (при преобразовании в код КВП-3 в ЦСП ИКМ-120 и ИКМ-480) или трех подряд следующих нулей (при преобразовании в код КВП-2 в ЦСП ИКМ-1920). Каждая комбинация из последовательных нулей заменяется комбинацией 000V либо В00V (для кода КВП-3) или 00V либо В0V (для кода КВП-2). Здесь через V обозначен символ, сохраняющий полярность предыдущего импульса, а через В – импульс, полярность которого противоположна полярности предыдущего импульса.

Структурная схема устройства стыка передачи (рис. 1.7) [7] содержит преобразователь кода ПКпер, формирователь биполярного сигнала ФБС и формирователь тактовых импульсов ФТИ.

 

Рис. 1.7. Структурная схема устройства стыка передачи

 

Цифровой двоичный сигнал ЦС через устройство ввода V-импульсов УВ-V поступает на обнаружитель комбинации нулей ОК. При поступлении такой комбинации на выходе ОК формируется V-импульс, который через УВ-V вводится в цифровой сигнал. Одновременно этот импульс через логический элемент НЕТ поступает в устройство ввода  В-импульсов УВ-В, а также в устройство нарушения полярности импульсов УНП. При наличии разрешающего потенциала, поступающего от обнаружителя числа импульсов ОЧ, через логический элемент НЕТ проходит импульс, который в УВ-В вводится в цифровой сигнал на место первого тактового интервала комбинации нулей. Цифровой сигнал с введенными V- и В-импульсами поступает в устройство разделения УР, где он разделяется на два цифровых потока, поступающих в устройство ФБС. В ФБС осуществляются объединение цифровых потоков и формирование импульсов биполярного сигнала БС с заданными параметрами.

Существует возможность работы УСпер в коде ЧПИ. Для этого обнаружитель комбинации нулей блокируется сигналом «код», поступающим в устройство ОК. В результате В- и V-импульсы не формируются и сигнал разделяется на два цифровых потока без нарушения чередования полярности импульсов на выходе ФБС. Для подачи в линию сигнала об аварийном состоянии оборудования ОВГ предусмотрена блокировка ФБС сигналом, поступающим от устройства контроля и сигнализации.


Устройство стыка приема. В устройствах стыка приема (УСпр) (рис. 1.8) [7] осуществляется восстановление формы и структуры кода (регенерация и преобразование линейного кода в униполярный двоичный код), передаваемого по стыковой линии цифрового сигнала.

Рис. 1.8. Структурная схема устройства стыка приема

 

Сигнал, поступающий на вход УСпр, усиливается пороговым устройством ПУ (усилителем Ус с автоматически регулируемым порогом АРП) для последующего опознавания символов в решающем устройстве РУ. Опознавание символов цифрового сигнала основано на методе амплитудно-временного опробования. Сущность метода состоит в том, что решение о наличии символа принимается в случае превышения пикового значения сигнала опорного напряжения, величина которого выбирается равной половине амплитуды импульсов на входе порогового усилителя.

В РУ импульсы цифрового сигнала опробываются в моменты появления фронтов тактовых импульсов, поступающих от ВТЧ, и нормируются по длительности. С выхода РУ цифровой сигнал в виде двух потоков поступает в преобразователь кода приема ПКпр, где осуществляется его декодирование. Процесс декодирования цифрового сигнала в коде КВП-n состоит в обнаружении V- и В-импульсов и исключении их из цифрового сигнала.

ПКпр содержит обнаружитель V-импульсов ОИ, устройство исключения V- и В-импульсов УИ и формирователь цифрового сигнала ФЦС. Синхронизация ПКпр осуществляется импульсами тактовой частоты, сформированными из цифрового сигнала с помощью выделителя тактовой частоты ВТЧ.

Блок асинхронного сопряжения передачи (БАСпер) предназначен для приема информационного сигнала, поступающего от ЦСП низшего порядка, а также для синхронизации входного цифрового потока ЦСП низшего порядка с групповым потоком методом двустороннего согласования скоростей с двухкомандным управлением.

При асинхронном методе объединяются цифровые потоки, тактовые частоты которых не синхронизированы между собой и отличаются от номинального значения. Так как частота считывания обычно определяется для номинального значения тактовой частоты, то скорость считывания может либо превысить скорость записи, либо быть меньше ее. Это несоответствие скоростей приводит к «переполнению» или «опустошению» памяти запоминающего устройства, что вызывает искажение передаваемой информации. Для согласования скоростей в БАСпер из считанной последовательности либо исключается информационный символ – отрицательное согласование скорости, либо вводится дополнительный символ, не несущий информации, – положительное согласование скорости. Сочетание положительного и отрицательного согласования скорости называется двухсторонним согласованием скорости. На рис. 1.9 приведена структурная схема БАСпер.

Цифровой поток от системы низшего порядка вводится в БАСпер и записывается в запоминающее устройство ЗУ. Запись осуществляется импульсной последовательностью тактовой частоты, выделяемой из входного потока выделителем тактовой частоты ВТЧ. Записанный в ЗУ поток считывается импульсной последовательностью, поступающей от ГО передающей станции. Для контроля взаимного временного положения импульсы, управляющие записью и считыванием, подаются на временной детектор ВД, который управляет работой передатчика команд согласования скоростей Пер.КСС. При появлении неоднородности в зависимости от ее знака из ВД к Пер.КСС подается соответствующая команда на согласование скоростей. При положительном согласовании скоростей на одной из временных позиций цикла передачи информация из ЗУ не считывается и на этой позиции передается балластный символ. На приеме данная позиция должна быть вычеркнута. Тем самым реальная скорость считывания информации из ЗУ несколько уменьшится.

Рис. 1.9. Структурные схемы блоков асинхронного сопряжения

передачи и приема

 

Такое согласование скоростей осуществляется путем запрета с помощью логического элемента НЕТ одного импульса считывания. При отрицательном согласовании скоростей производится дополнительное считывание информации из ЗУ. Считывание происходит соответствующим импульсом, который подается от Пер.КСС через ячейку ИЛИ 1 в строго определенные временные позиции цикла, на которых формируется временной канал отрицательного согласования скоростей.

Блок асинхронного сопряжения приема (БАСпр)  предназначен для восстановления первоначальной скорости переданного цифрового потока. Структурная схема БАСпр приведена на рис. 1.9. С выхода распределителя группового сигнала в ЗУ  БАСпр поступает информационный сигнал, в котором присутствуют команды согласования скоростей. После считывания с частотой, равной средней частоте записи, восстанавливается первоначальная скорость асинхронного цифрового потока. Средняя частота считывания устанавливается устройством фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, которое включает в себя генератор, управляемый напряжением, ГУН, временной детектор ВД и схему управления СУ. На выходе СУ формируется управляющий сигнал, соответствующий текущему значению временного интервала между моментами записи и считывания.

По сигналу о необходимости положительного согласования скоростей, зафиксированному в Пр.КСС, через логический элемент НЕТ осуществляется запрет записи информации в ЗУ. Временное положение сигнала запрета записи соответствует моменту осуществления положительного согласования скоростей в передающем устройстве. Сигнал запрета записи должен убрать из информационного потока балластный символ, вводимый при положительном согласовании скоростей. Отсутствие сигнала записи на выходе схемы НЕТ отметит и временной детектор, после чего частота считывания плавно уменьшится.

По сигналу о необходимости отрицательного согласования скоростей с помощью логического элемента ИЛИ 2 открывается элемент И схемы распределителя группового сигнала РГС и в передаваемый информационный поток вводится дополнительный символ, изъятый при отрицательном согласовании скоростей. Одновременно через схему ИЛИ 3 вводится дополнительный импульс управления записью, который поступает на ВД, в результате чего частота считывания плавно увеличивается. Таким образом, плавное изменение в допустимых пределах частоты считывания позволяет согласовать скорости записи и считывания.

С выхода ЗУ информационный сигнал поступает на устройство стыка передачи, в котором происходит преобразование цифрового униполярного сигнала в биполярный сигнал.

1.2.3. Кодеры и декодеры

 

Кодер выполняет следующие функции: преобразует сигнал АИМ-1 в сигнал АИМ-2, осуществляет амплитудное квантование сигнала АИМ-2 и 8-разрядное нелинейное кодирование квантованного сигнала.

Нелинейное кодирование сигнала осуществляется в соответствии с амплитудной характеристикой типа А=87,6/13 (рис. 1.10) [5], представляющей собой 13-сегментную аппроксимацию квазилогарифмической функции. Амплитудная характеристика кодера разделена на 16 равных отрезков (сегментов) – по восемь в каждой половине биполярной характеристики (l0,l1,…,l7). Четыре сегмента  -l0, -l1, l0 и l1 имеют одинаковый наклон, поэтому их принято считать единым сегментом и называть характеристику 13-сегментной. В пределах каждого сегмента (±l0, ±l1,…, ±l7) размещается по 16 шагов квантования (k=0,1,…,15). При 8-разрядном нелинейном кодировании первый символ кодового слова (d1) несет информацию о полярности отсчета входного сигнала, следующие три символа (d1, d3, d4) образуют двоичное представление номера сегмента l=0,1,…,7, а последние четыре (d5-d8) дают двоичное представление номера сегмента.

Шаг квантования q изменяется при переходе от сегмента к сегменту и в зависимости от номера сегмента определяется выражением:

где - шаг квантования на центральном сегменте; Uогр – порог ограничения кодера.

Кодер построен по принципу поразрядного уравновешивания. Этот процесс выполняется с частотой, удвоенной по сравнению с тактовой частотой цифрового потока в системе. Это позволяет осуществить 8-разрядное кодирование отсчета сигнала в течение интервала Dtкод = 4Т и обеспечить достаточный временной интервал для преобразования сигнала АИМ-1 в АИМ-2 с требуемой защищенностью от внятных переходных помех между каналами.

На рис. 1.11. показана структурная схема кодера [5], который разделяется на аналоговую и цифровую части.

Аналоговая часть включает следующие функциональные узлы:

  • преобразователь сигнала (Пр) 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 преобразования шкалы уровней квантования в одной половине биполярной амплитудной характеристики кодера;
  • дифференциальный компаратор, предназначенный для определения знака (полярности) сигнала АИМ-2, сравнения его амплитуды с амплитудой сигналов ФЭС и формирования двоичных символов по результатам сравнения.

 

 

 

Рис. 1.11. Структурные схемы кодера и декодера

Рис. 1.10. Амплитудная характеристика кодера типа А=87,6/13



 
компании Монтаж Сервис