ТРАНСМУЛЬТИПЛЕКСОР

Область техники
Полезная модель относится к аппаратуре электросвязи, в частности к устройствам для согласования систем передачи с временным разделением каналов (ВРК-ИКМ) и частотным разделением каналов (ЧРК).
Полезная модель предназначена для преобразования двух потоков ВРК - ИКМ, использующих цифровые сигналы Е1, соответствующих разделу 6 рекомендации G.703 международного союза электросвязи и телефонии (МСЭ-Т) и подразделу 5.1 рекомендации G.704 МСЭ-Т, в 60-канальную аналоговую вторичную группу линейного спектра с полосой частот от 12 до 252 кГц либо от 312 до 552 кГц, соответствующую рекомендациям G.233, G.792 МСЭ-Т, а также обратного преобразования и может быть использована для сопряжения аналоговых и цифровых телефонных станций на городских, зоновых, международных и других телефонных сетях.
Уровень техники
Основным принципом, позволяющим осуществить преобразование аналогового сигнала ЧРК в цифровой сигнал ВРК и обратно, является применение аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования и применение технологии цифровой обработки сигналов.
В настоящее время для согласования систем передачи с ВРК и ЧРК используются трансмультиплексоры - устройства, преобразующие многоканальный поток информации одного вида в другой без поканального разделения сигналов.
Известны различные типы отечественной и зарубежной аппаратуры аналогичного функционального назначения (см. www.ktz.ru/catalog.hhp).
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является трансмультиплексор ТМС-60, выпускаемый фирмой «Морион», Россия. (Блок ТМС-11 Руководство по эксплуатации РТ2.149.045 РЭ).
Данный мультиплексор содержит блок аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок цифро-аналогового преобразования (ЦАП) и блок линейных интерфейсов (БЛИ), подключенных к блоку цифрового преобразования сигналов (ЦПС), функционально объединяющим в себе шесть блоков цифровой обработки (БЦО) и три блока мультиплексирования (МП).
Все указанные блоки через шину управления соединены с блоком управления, который через канал управления по интерфейсу RS-232 либо Ethernet подключен к ПЭВМ с установленным программным обеспечением, позволяющим осуществлять конфигурирование системы и мониторинг параметров устройства.
Каждый из блоков БЦО и блоков МП, входящих в состав блока ЦПС, реализован с использованием СБИС (сверхбольших интегральных микросхем).
Конструктивно мультиплексор ТМС-60 выполнен в виде семи печатных плат, установленных в одном корпусе.
Указанный мультиплексор работает следующим образом:
Аналоговый сигнал ЧРК поступает на блок АЦП, который осуществляет его входное усиление и преобразование в цифровые отсчеты сигнала с частотой 4416 кГц и разрядностью 16 бит. Далее полученный сигнал по шестнадцатиразрядной параллельной
шине передается в блок ЦПС на первый блок МП, который разбивает поток входных шестнадцатиразрядных отсчетов на два потока восьмиразрядных отсчетов и мультиплексирует эти два потока по времени в одну восьмиразрядную шину со скоростью 8832 кГц, подключенную ко второму блоку мультиплексирования.
Второй блок МП получает восьмиразрядные отсчеты из первого блока и объединяет их в шестнадцатиразрядную шину с частотой дискретизации 4416 кГц, подключенную к первому блоку БЦО, осуществляющему входную фильтрацию и прореживание сигнала до частоты дискретизации 1104 Гц. Выход первого блока БЦО подключен к входам второго и третьего блоков БЦО.
Второй блок БЦО принимает сигнал с частотой дискретизации 1104 кГц и преобразует его в сигнал 30-ти каналов тональной частоты (ТЧ) через основной цифровой канал (ОЦК). При этом из входного спектра берутся только 30 каналов из диапазона 312-432 кГц или 12-132 кГц.
Третий блок БЦО выполняет функцию аналогичную второму, но выделяет каналы из диапазона 432-552 кГц или 132-252 кГц. Выходы второго и третьего блока БЦО подключены к блоку БЛИ, который преобразует поступающие ИКМ-сигналы каналов ТЧ в сигналы двух потоков El.
Обратное преобразование происходит следующим образом:
Сигналы двух потоков Е1 поступают в блок БЛИ, который преобразует их в шестьдесят ОЦК, содержащих ИКМ-сигналы каналов ТЧ. К блоку БЛИ подключены четвертый и пятый блок БЦО.
Четвертый блок БЦО берет из 30-ти входных ОЦК канаты ТЧ и преобразует их в промежуточный групповой сигнал в спектре 24-144 кГц или 12-232 кГц с частотой дискретизации 1104 кГц. Пятый блок БЦО выполняет функцию аналогичную четвертому, но формирует промежуточный групповой сигнал в спектре 144-264 кГц или 132-252 кГц.
Сигналы с четвертого и пятого блоков БЦО подаются на третий блок МП, который из двух шестнадцатиразрядных шин формирует одну шестнадцатиразрядную шину, мультиплексируя сигналы входных шин по времени с частотой дискретизации 2208 кГц.
С выхода третьего блока МП сигнал подается на шестой блок БЦО, который преобразует входные промежуточные групповые сигналы в групповой сигнал ЧРК 312-552 кГц или 12-252 кГц с частотой дискретизации 2208 кГц шестнадцатиразрядной шины.
С выхода шестого блока БЦО сигнал поступает во второй блок МП, который разбивает его на два сигнала шириной 8 разрядов и мультиплексирует эти восьмиразрядные отсчеты по времени с частотой дискретизации 4416 кГц.
Из второго блока МП эти восьмиразрядные отсчеты с частотой 4416 кГц поступают в первый блок МП, который преобразует их в шестнадцатиразрядные отсчеты путем объединения входных четных и нечетных отсчетов в один с частотой 2208 кГц. Этот сигнал подается на блок ЦАП.
Блок ЦАП осуществляет прием отсчетов цифрового сигнала от первого блока МП, преобразует его в аналоговый сигнал и обеспечивает его выходное усиление.
К недостатку прототипа можно отнести усложненную функциональную схему устройства, приводящую к избыточному количеству деталей, применяемых в устройстве, в частности микросхем СБИС, и, соответственно, повышенное энергопотребление, габаритные размеры и вес изделия.
Раскрытие полезной модели
Задачей предлагаемой полезной модели является создание трансмультиплексора, имеющего упрощенную функциональную схему при сохранении основных функциональных возможностей устройства с одновременным улучшением его отдельных технических характеристик по сравнению с прототипом.
Таким образом, технический результат, который может быть получен при использовании данной полезной модели, заключается в расширении арсенала средств для обеспечения функциональных возможностей устройства с одновременным упрощением его конструкции.
Дополнительный технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в значительном улучшении отдельных технических характеристик устройства, таких как пониженное энергопотребление, уменьшение габаритных размеров и веса устройства и, соответственно, снижение трудоемкости изготовления и себестоимости конечного изделия.
Указанный технический результат достигается за счет использования в трансмультиплексоре блока цифрового преобразования сигнала (ЦПС), функционально состоящего из двух блоков цифровой обработки (БЦО), каждый из которых может быть реализован на одном цифровом сигнальном процессоре.
Первый блок БЦО непосредственно подключается к блоку АЦП через однонаправленную параллельную шину и осуществляет принятие отсчетов из блока АЦП, выделение из данного спектра каналов ТЧ, выполнение компрессии отсчетов каждого канала по А-закону и передачу их в блок БЛИ по одной последовательной шине.
Второй блок БЦО непосредственно подключается к блоку ЦАП через однонаправленную параллельную шину и осуществляет принятие отсчетов каналов ТЧ из блока БЛИ по одной последовательной шине, выполнение декомпрессии каналов ТЧ по А-закону, преобразование их в отсчеты сигнала с ЧРК, содержащего 60 каналов ТЧ в спектре 312-552 кГц или в спектре 12-252 кГц и передачу их в блок ЦАП.
Для расширения функциональных возможностей трансмультиплексора канал управления между блоком управления и ПЭВМ может быть дополнительно реализован через интерфейс USB.
Конструктивно предлагаемый мультиплексор может изготавливаться в виде одной печатной платы с установленными на ней элементами.
Тем самым, за счет упрощения функциональной схемы мультиплексора, для его изготовления требуется значительно меньше элементов, в частности микросхем (вместо 9 СБИС, применяемых в блоке ЦПС прототипа, используются только 2 цифровых сигнальных процессора).
В результате существенно улучшаются некоторые технические характеристики трансмультиплексора, такие, как снижение энергопотребления (в 4 раза), уменьшение габаритных размеров (в 6 раз), а также вес устройства. Соответственно снижается трудоемкость изготовления и себестоимость изделия.
В таблице 1 приведены сравнительные характеристики отдельных технических параметров предлагаемой полезной модели и прототипа.
Краткое описание чертежей
фиг.1 - общая функциональная схема прототипа предлагаемого устройства.
фиг.2 - общая функциональная схема предлагаемой полезной модели.
Осуществление полезной модели
Блок аналого-цифрового преобразования (АЦП) может быть реализован на базе высокоскоростной микросхемы АЦП, например AD920AS производства фирмы «Analog Devices», и включает в себя трансформатор для гальванической развязки входного аналогового сигнала ЧРК от входных цепей, входной усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, фильтр нижних частот, подавляющий высокочастотные шумы, и сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь с разрядностью 16 бит.
Блок АЦП осуществляет прием аналогового сигнала с ЧРК, регулируемое входное усиление и преобразование в цифровые отсчеты сигнала с частотой 4416 кГц и разрядностью 16 бит. Далее полученный сигнал по шестнадцатиразрядной параллельной шине передается в блок цифрового преобразования сигналов (ЦПС) на вход первого блока цифровой обработки (БЦО).
Первый блок БЦО может быть реализован на одном цифровом сигнальном процессоре, например TMS320C6418GTS600 производства фирмы «Texas Instruments».
Данный блок принимает отсчеты оцифрованного аналогового сигнала ЧРК в спектре 312-552 кГц или 12-252 кГц с частотой 2208 кГц и разрядностью 16 бит по параллельной шине от блока АЦП и выполняет алгоритм преобразования этих отсчетов в шестьдесят основных цифровых каналов (ОЦК), содержащих ИКМ-сигналы каналов тональной частоты (ТЧ). Затем эти отсчеты передаются по последовательной шине в блок линейных интерфейсов (БЛИ) со скоростью 8192 кбит/с. Такая скорость обеспечивает передачу 60 ОЦК, и выбрана для обеспечения совместимости с используемой элементной базой.
Блок БЛИ может быть реализован на базе двух микросхем - фреймеров потоков Е1, например МТ9076 ВВ производства фирмы «Zarlink».
Блок БЛИ выполняет функцию преобразования шестидесяти ОЦК, содержащих ИКМ-сигналы каналов ТЧ, принятых по последовательной шине скоростью 8192 кбит/с из первого блока БЦО в сигналы двух потоков El.
Блок БЛИ также выполняет функцию преобразования сигналов двух потоков Е1 в шестьдесят ОЦК, содержащих ИКМ-сигналы каналов ТЧ, передаваемых по последовательной шине со скоростью 8192 кбит/с во второй блок БЦО.
Второй блок БЦО также может быть реализован на одном цифровом сигнальном процессоре, например TMS320C6418GTS600 производства фирмы «Texas Instruments».
Данный блок принимает по последовательной шине со скоростью 8192 кбит/с сигнал шестидесяти ОЦК, содержащих ИКМ-сигналы каналов ТЧ, от блока БЛИ и выполняет алгоритм преобразования этих ИКМ-сигналов каналов ТЧ в цифровые отсчеты аналогового сигнала ЧРК в спектре 312-552 кГц или 12-252 кГц с частотой дискретизации 4416 кГц разрядностью 16 бит и передает их по параллельной шине в блок цифро-аналогового преобразования (ЦАП).
Блок ЦАП может быть реализован на базе высокоскоростной микросхемы ЦАП, например AD768AR производства фирмы «Analog Devices», и включает в себя цифро-аналоговый преобразователь с разрядностью 16 бит, фильтр нижних частот,
подавляющий высокочастотные продукты цифро-аналогового преобразования, выходной усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и трансформатор для гальванической развязки выходных цепей от выходного аналогового сигнала ЧРК.
Блок ЦАП осуществляет прием цифровых отсчетов аналогового сигнала от второго блока цифровой обработки с частотой 4416 кГц с разрядностью 16 бит по параллельной шине, преобразования этих отсчетов в аналоговый сигнал и его выходное усиление.
Блок управления выполняет следующие функции:
- реализация канала управления трансмультиплексором с ПК;
- хранение в энергонезависимой FLASH-памяти программного обеспечения для цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) и вспомогательной логики;
- хранение всех настроек трансмультиплексора;
- обеспечение начальной загрузки вспомогательной логики, ЦСП и настроек трансмультиплексора;
Ядром блока управления является программируемый микроконтроллер, например ATmega128 производства фирмы «ATMEL».
Энергонезависимая память может быть реализована на микросхеме FLASH-памяти, например AT45DB081B производства фирмы «ATMEL».
Канал управления предназначен для осуществления возможности конфигурирования и мониторинга устройства с помощью ПК и может быть реализован через интерфейсы: USB, RS-232, Ethernet.
Интерфейс RS-232 может быть реализован на базе микросхемы, например МАХ3323 производства фирмы «MAXIM».
Интерфейс Ethernet может быть реализован на базе двух микросхем, например микросхемы W3150A+производства «WizNet» и микросхемы RTL8201CP производства фирмы «REALTEK».
Интерфейс USB может быть реализован на базе микросхемы, например FT232 производства фирмы «FTDI».
Конфигурирование представляет собой процесс установки настроек трансмультиплексора с помощью специализированной программы на ПК, передачи полученных настроек и программ для программируемой логики, ЦСП в трансмультиплексор в виде потока данных с последующей записью их в энергонезависимую память.
Мониторинг представляет собой процесс получения через канал управления в реальном масштабе времени набора контролируемых параметров из трансмультиплексора в ПК и вывод их значений с помощью специализированной программы на экран ПК.
Для обеспечения взаимодействия между блоками в данной схеме используется вспомогательная логика, реализованная на базе ПЛИС (программируемой логической интегральной схеме), например АСЕХ ЕР1К50 производства фирмы «ALTERA».
Предлагаемая полезная модель
Прототип ТМС-60
Возможность работы со спектром 12-252 кГц
+
+
Возможность конфигурирования через ПЭВМ
+
+
Конфигурирование и мониторинг через USB-порт
+
--
Конфигурирование и мониторинг через RS-232
+
+
Конфигурирование и мониторинг через Ethernet
+
+
Максимальное энергопотребление
20 Вт
80 Вт
Габариты
Высота 1U (4.445 см) Ширина 48.26 см
Высота 6U (266 см) Ширина 48.26 см
Готовность к работе после включения
30 сек.
2 мин.
Таб.1