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 fт, длительность канального интервала Тки, длительность цикла Ти, длительность сверхцикла Тсц.

		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:

			Fт=Fд×m×Nки, (кГц),где Fд =8 кГц – частота дискретизации ТЛФ сигнала; m=8 – разрядность кодовой комбинации; Nки – 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.

			FТ=8×(18+2) ×8×103=1280 (кГц).

			Длительность тактового (разрядного) интервала рассчитывается по формуле:

			

			Тт=, мкс

			

			Тт==0,781 (мкс).

			Длительность импульса рассчитывается по формуле:

			
τ=, мкс

			

			τ==0,39 (мкс).

			Длительность канального интервала рассчитывается по формуле:

			

			Тки= Тт×m, мкс

			

			Тки=0,781×8=6,248 (мкс).

			Длительность цикла рассчитывается по формуле:

			

			Тц=Тки×Nки, мкс

			

			Тц=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 Fт, Fк, Fр, Fц проставьте на упрощенной структурной схеме ЦСП с ИКМ-ВД.

		

		Исходные данные:

		ГО

		Число ТЛФ каналов

		Число канальных интервалов, Nки

		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 КИ0, КИ1, …, КИn, где n – число канальных интервалов в цикле;

	РЦ – распределитель цикловой – формирует цикловые импульсные последовательности Ц0, Ц1, …, ЦS, 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:

		

		Fт=Fд×m×Nки, кГц

		

		Fт=8×(18+2) ×8×103=1280 (кГц).

		Частота следования разрядных импульсов рассчитывается по формуле:

		

		Fр=, кГц, где m – число разрядов в кодовой комбинации

		

		Fр==160 (кГц).

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

		

		Fк=Fд=, кГц, где Nku – число канальных интервалов в цикле передачи

		

		Fк=Fд==8 (кГц).

		Частота следования цикловых импульсных последовательностей рассчитывается по формуле:

		

		Fц=, Гц, где S – число циклов в сверхцикле

		

		Fц==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 (Ic и Iэт);

	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: εкв=130–128=2, не должна превышать 0,5Δ

			

			

			Опред. полярности

			Выбор основного эталонного тока, Iосн.эт.

			Вкл. Iосн.эт.

			Дополнительные эталонные токи, Iдоп.эт.

			Разряды кодирования

			1

			2

			3

			4

			

			5

			6

			7

			8

			Iэт.

			1

			128

			512

			256

			128

			64

			32

			16

			8

			Iаим Σ Iэт.

			130>0

			130128>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 Мкв.=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 Iосн.эт..

		3-й этап – из четырех дополнительных эталонных токов данного Iосн.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 ГЭТ1 или ГЭТ2, 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 fт.

			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 fр, 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».