Цифровые системы передачи телефонных сигналов

Задание №1

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

1. 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.

2. Рассчитайте тактовую частоту f_т, длительность канального интервала Т_ки, длительность цикла Т_и, длительность сверхцикла Т_сц.

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

4. 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

1. 3 этапа аналого-цифрового преобразования АЦП на передаче:

a. Дискретизация по времени;

b. Квантование по уровню;

c. 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:

?=, мкс

?==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

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

2. 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».

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

4. 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, 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, …, КИ_n, где n - число канальных интервалов в цикле;

РЦ - распределитель цикловой - формирует цикловые импульсные последовательности Ц₀, Ц₁, …, 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.

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

2. выполните операцию нелинейного кодирования. Рассчитайте ошибку квантования.

3. 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:

a) Кодирование полярности (результат записывается в первом разряде);

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

c) 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: ?_кв=130-128=2, не должна превышать 0,5?

	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 ? 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 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

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

2. Выполните операцию нелинейного декодирования.

3. 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 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:

?=8, эталон коррекции равен 0,5?=4.

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

Эталон коррекции применяется для уменьшения искажения при декодировании.

Задание №5

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

2. 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

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

2. 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».