Рассчитаем коэффициент затухания:

Длина участка регенерации определяется по формуле (3.1):

где a_ном=55 дБ - номинальное затухание участка

б=10.67 дБ/км - коэффициент затухания кабеля на частоте f=4,224 МГц

Найдем количество участков регенерации по формуле (3.2):

где l_в/з=230 км - длина внутризоновой линии связи

l_рег=5.15 км - длина участка регенерации

Количество НРП:

Остаточная длина участка цепи по формуле (3.3):

Длина укороченного участка по формуле (3.4):

Длина дистанционного питания (по формуле 3.5):

Рассчитаем напряжение дистанционного питания по формуле (3.6):

где R₀=15,85 Ом/км - километрическое сопротивление цепи кабеля, используемой для передачи ДП, постоянному току

l_дп - длина участка ДП, км

k - число НРП, питаемых от одного ОП (или ОРП)

U_дп = 15 В - падение напряжения на одном НРП

I_дп=0.125 А - ток дистанционного питания

Поставим ОРП:

Таким образом, внутризоновый участок сети состоит из 4 укороченных участков длиной 4.3 км, 45 участков регенерации длинной 5.15 км (44 НРП и 1 ОРП) и 2 ОП.

Схема внутризонового участка сети представлена на рис 3.2.

Рисунок 3.2 - Схема внутризонового участка сети

3.3 Расчет магистрального участка цепи

Требуемая защищенность определяется как отношение вероятности ошибки на всем участке к числу НРП и ОРП:

где P_ош - вероятность ошибки на магистрали

n - число всех регенераторов на магистрали: НРП, ОРП, ОП2.

P_ош1 - вероятность ошибки в каждом регенераторе

Рисунок 4.2 - График зависимости величины защищенности сигнала от вероятности ошибки в каждом регенераторе и значение требуемой защищенности для внутризонового участка.

Из рис.4.2 видно, что требуемая защищенность А_з = 21.8 дБ

4.1.3 Расчет для магистрального участка сети

Требуемая защищенность определяется как отношение вероятности ошибки на всем участке к числу НРП и ОРП:

где P_ош - вероятность ошибки на магистрали

n - число всех регенераторов на магистрали: НРП, ОРП, ОП2.

P_ош1 - вероятность ошибки в каждом регенераторе

Рисунок 4.3 График зависимости величины защищенности сигнала от вероятности ошибки в каждом регенераторе и значение требуемой защищенности для магистрального участка.

Из рис.4.3 видно, что требуемая защищенность А_з =22.4 дБ

4.2 Расчет ожидаемой величины защищенности

Основными видами помех в линейном тракте ЦСП являются межсимвольные и переходные помехи, тепловые шумы, помехи, вызванные наличием несогласованностей на участках регенерации, а также помехи от устройств коммутации и индустриальные.

Главной причиной появления межсимвольных помех являются искажения цифрового сигнала, вызванные ограничением полосы пропускания линейного тракта в области как нижних, так и верхних частот.

Переходные помехи появляются вследствие взаимного переходного влияния между парами кабеля, причем при организации линейного тракта по однокабельной системе наиболее существенны влияния на ближний конец, а при использовании двухкабельной системы - переходные влияния дальний конец и через третьи цепи.

Расчёт ожидаемой защищённости сигнала на входе регенератора производится по следующей формуле:

(4.2)

где Р_с - мощность сигнала

Р_ш - мощность шума

(4.3)

где Р_сш - собственные шумы; Р_лп - помехи линейных переходов; Р_рег - помехи регенератора

(4.4)

(4.5)

где k=1.38*10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана

Т=291 К

f_т=8448 кГц - тактовая частота

Р_пер=10-12 дБ - уровень передачи

б_уч = 55 дБ номинальное затухание участка

з_рег=0.05

(4.6)

где А_i - переходное затухание на дальнем конце

б=10.67 дБ - коэффициент затухания кабеля

A_{i cd}=67.7 дБ - переходное затухание на дальнем конце кабеля

l_рег=5.15 км - длина участка регенерации

l_cd=0.825 строительная длина кабеля

Ожидаемая защищенность на входе регенератора:

Вывод: Из расчётов видно, что ожидаемая защищённость от шумов на входе регенератора (26.02 дБ) больше требуемой (22 дБ), следовательно, регенерационные участки выбраны и расставлены правильно.

4.2.2 Расчет для внутризонового участка сети

Расчёт ожидаемой защищённости сигнала на входе регенератора производится по формуле (4.2):

где Р_с - мощность сигнала

Р_ш - мощность шума

где Р_сш - собственные шумы

Р_лп - помехи линейных переходов

Р_рег - помехи регенератора

где k=1.38*10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана

Т=291 К

f_т=8448 кГц - тактовая частота

Р_пер=10-12 дБ - уровень передачи

б_уч = 55 дБ номинальное затухание участка

з_рег=0.05

где А_i - переходное затухание на дальнем конце

б=10.67 дБ - коэффициент затухания кабеля

A_{i cd}=67.7 дБ - переходное затухание на дальнем конце кабеля

l_рег=5.15 км - длина участка регенерации

l_cd=0.825 строительная длина кабеля

Ожидаемая защищенность на входе регенератора:

Вывод: Из расчётов видно, что ожидаемая защищённость от шумов на входе регенератора (26.02 дБ) больше требуемой (21.8 дБ), следовательно, регенерационные участки выбраны и расставлены верно.

4.2.3 Расчет для магистрального участка сети

Расчёт ожидаемой защищённости сигнала на входе регенератора производится по формуле (4.2), но для коаксиального кабеля не учитываются собственные помехи:

где Р_с - мощность сигнала

Р_ш - мощность шума

где Р_лп - помехи линейных переходов

Р_рег - помехи регенератора

где k=1.38*10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана

Т=291 К

f_т=34368 кГц - тактовая частота

Р_пер=10-12 дБ - уровень передачи

б_уч = 73 дБ номинальное затухание участка

з_рег=0.05

Ожидаемая защищенность на входе регенератора:

Вывод: Из расчётов видно, что ожидаемая защищённость от шумов на входе регенератора (26.02 дБ) больше требуемой (22.4 дБ), следовательно, регенерационные участки выбраны и расставлены верно.

5. Расчет шумов оконечного оборудования

5.1 Расчет шумов дискретизации

Практически во всех ЦСП используется равномерная дискретизация сигналов во времени, то есть дискретизация с постоянным периодом Т_д, а отклонения от этого периода ?t_i носят случайный характер. Эти отклонения приводят к изменению формы принимаемого сигнала, что субъективно воспринимается как характерная помеха, называемая шумами дискретизации.

Величины ?t_i определяются главным образом низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов, вызванными неточностью работы линейных регенераторов станции передачи.

Защищенность сигнала от шумов дискретизации определяется по формуле:

(5.1)

(5.2)

(5.3)

б_д - величина отклонения, вызванная нестабильностью задающих генераторов

в_д - величина отклонения, вызванная фазовыми флуктуациями

Т_д=125 мкс - период дискретизации

a_д - относительное отклонение периода, вызванное нестабильностью задающих генераторов

b_д - относительное отклонение периода, вызванное фазовыми флуктуациями

При заданной защищенности сигнала от шумов дискретизации из (5.1) можно определить величины a и b. Относительные отклонения находим из условия а = b.

(5.4)

По формулам (5.2) и (5.3) определим величины отклонения от нестабильности задающих генераторов и отклонения от фазовых флуктуаций.

Защищенность сигнала от шумов дискретизации будет равна:

Вывод: Так как , следовательно, генераторное оборудование работает стабильно.

5.2 Расчет защищенности от шумов квантования

Квантование сигнала по уровню является главной операцией АЦП сигнала и заключается в округлении его мгновенных значений до ближайших разрешенных.

5.2.1 Шумы при равномерном квантовании

Если расстояние между уровнями квантования одинаково, то квантование называется равномерным.

При квантовании возникают ошибки, величина которых случайна, имеет равномерное распределение и не превышает значения половины шага квантования. Таким образом, сигнал после квантования представляет собой сумму исходного сигнала и сигнала ошибки, который воспринимается, как флуктуационный шум.

Определим динамический диапазон сигнала:

D_c = P_max -P_min (5.5)

где: Р_мах - максимальный уровень сигнала

Р_min - минимальный уровень сигнала

(5.6)

(5.7)

где: Q_пик=13.5 дБ - пик-фактор сигнала

у₀ = -11дБ - среднее значение волюма сигнала

у_у=3 дБ - среднеквадратическое отклонение волюма сигнала

тогда:

Число уровней квантования N_кв однозначно связано с разрядностью кода m, необходимой для кодирования АИМ отсчетов. При использовании двоичных кодов N_кв=2^m. Оценим необходимое число разрядов m при использовании равномерного квантования.

Найдем минимальную защищенность от шумов квантования:

(5.8)

Где K_псоф - псофометрический коэффициент, равный для канала ТЧ - 0.75

Максимальная защищенность от шумов квантования:

(5.9)

Выразим из А_{кв min} m_р - число разрядов двоичного кода:

(5.10)

Найдем число шагов квантования:

(5.11)

Большое число разрядов в коде (m=9) при равномерном квантовании приводит к усложнению аппаратуры и неоправданному увеличению тактовой частоты.

Рис. 5.1 Характеристика защищенности от шумов квантования

Анализ характеристики защищенности от шумов квантования показывает, что при заданной помехозащищенности число разрядов можно было бы уменьшить наклон характеристики A_з.кв.. Это достигается применением неравномерного квантования, т.е. уменьшение величины шагов квантования для малых мгновенных значений сигнала за счет увеличения шагов для больших значений.

Вывод: Использование равномерного квантования не является оптимальным.

5.2.2 Шумы при неравномерном квантовании

В реальных системах ИКМ с временным разделением каналов используется неравномерное квантование, которое может быть осуществлено различными способами:

сжатием динамического диапазона сигнала перед равномерным квантованием и последующим компенсирующим расширением его после линейного декодирования;

непосредственно в кодирующем устройстве, т.е. путем применения нелинейного кодирующего устройства;

с помощью соответствующего цифрового преобразования сигнала, формируемого на выходе линейного кодера, т.е. кодера с равномерной характеристикой (цифровое компандирование).

При неравномерном кодировании используются 8-ми разрядные коды, т.е. число уровней квантования равно 256.

При реализации первого способа используется характеристика компрессирования типа А. Характеристика компрессирования - зависимость y от х, где y = U_вых/U_огр , x = U_вх/U_огр; U_огр определяется по формуле:

(5.12)

Где: A = 87,6 - вид компрессии

Рис.5.2.Характеристика компрессирования типа А.

Отношение сигнал/шум для А-характеристики определяется по следующим уравнениям:

Где: N_кв = 2⁸ = 256 - число уровней квантования

Рис.5.3. Зависимость R_кв от х при равномерном и неравномерном квантовании.

Для сигнала, относительная величина которого не превышает 1/A квантование носит равномерный характер. Поэтому уровень шума есть постоянная величина. Если все уровни сигнала лежат выше 1/А, то квантование является логарифмическим и мощность шумов пропорциональна мощности сигнала. Реальные сигналы имеют широкий диапазон и обычно подвергаются равномерному и логарифмическому квантованию. Мощность шума в этом случае не может быть меньше, чем мощность шума обусловленная каким-либо одним видом квантования; но она не может и превышать сумму двух указанных компонентов шума, которая точно равна верхней границе (двойное неравенство). Из зависимости видно, что верхняя и нижняя границы асимптотически сближаются как при больших, так и при малых уровнях сигналов.

5.3 Расчет защищенности от шумов незанятого канала

При отсутствии входного сигнала на входе кодера действуют слабые помехи, к которым относятся, например, собственные шумы и переходные помехи, несбалансированные остатки импульсов и т.д. Если характеристика кодера по некоторым причинам оказывается смещенной таким образом, что уровень нулевого входного сигнала совпадает с уровнем решения кодера, то помеха с любой сколь угодно малой амплитудой приводит к изменению кодовой комбинации. В этом случае выходной сигнал декодера представляет собой импульсы прямоугольной формы с размахом д₀ и со случайными моментами перехода через ноль.

Защищенность от шумов незанятого канала должна быть не менее:

где U_огр - напряжение ограничения, В

д₀ - величина минимального шага квантования

(5.16)

где Н - пик-фактор, дБ

д_y - среднеквадратическое отклонение волюма сигнала, дБ

д₀=2^-11*U_огр (5.17)

Формула (5.13) для равномерного квантования примет вид:

Для равномерного квантования защищенность от шумов незанятого канала:

Для расчета шумов незанятого канала при неравномерном квантовании применяется формула:

(5.18)

Где: N_кв.- число уровней квантования

Формула (5.13) для неравномерного квантования примет вид:

Для неравномерного квантования защищенность от шумов незанятого канала:

5.4 Расчет соотношения между шумами квантования и инструментальными шумами

В процессе преобразования аналогового сигнала в цифровой в оконечном оборудовании имеют место шумы, определяемые отклонением характеристик преобразователя от идеальных. Указанные отклонения вызываются ограниченным быстродействием и конечной точностью работы отдельных узлов, изменением параметров преобразователей при колебаниях температуры, старении и т.п. Уровень инструментальных шумов возрастает при увеличении скорости передачи и разрядности кода.

Соотношение между шумами квантования и инструментальными шумами:

 (5.19)

где Р_и.ш. - величина инструментальных шумов, В

Р_ш.кв. - величина шумов квантования, В

е=2*10^-4 - среднеквадратическое значение приведенной инструментальной погрешности преобразования

m - разрядность кода

Соотношение между шумами квантования и инструментальными шумами для равномерного квантования:

Соотношение между шумами квантования и инструментальными шумами для неравномерного квантования:

Величина П для современной аппаратуры не превышает нескольких сотых.

6. Нормирование качества передачи информации по ОЦК в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.281

В соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G. 821 для ОЦК на международном соединении вводятся следующие требования к параметрам качества:

А - при оценке в одноминутных интервалах не менее, чем в 90% измерений должно быть не более 4-х ошибок.

Б - при оценке в односекундных интервалах не менее, чем в 99,8% измерений должно быть не более 64-х ошибок.

В - при оценке в односекундных интервалах не менее, чем в 92% измерений ошибки должны отсутствовать.

Рекомендуемое общее время оценки состояния канала - один месяц.

Исходя из этих норм, можно рассчитать требования к параметрам качества (А, Б и В) на отдельных участках номинальной цепи ОЦК ВВС по формуле:

(6.1)

Где K_K - допустимое значение соответствующего параметра качества, указанного в рекомендации G. 821, %; б - часть общих норм на параметры качества, отведённая на данный участок номинальной цепи ОЦК ВСС, %, (для магистрального участка б = 20 %, для внутризонового участка б = 15 %, для местного б = 7,5 %).

Результаты соответствующих расчётов приведены в Таблица 6.1.

Таблица 6.1

Расчёт значений параметров качества для конкретной линии протяжённостью 1км производится по формуле:

(6.2)

где: l_уч - номинальная протяженность соответствующего участка сети

Расчет значений параметров качества для каждого типа участка:

1) Для местного участка

L_м=100 км - длина местного участка сети

2) для внутризонового участка

L_вз=230 км - длина внутризонового участка сети

3) для магистрального участка

L_маг=450 км - длина магистрального участка сети

Вывод: Все каналы удовлетворяют требованиям к параметрам качества и могут использоваться в международных соединениях.

7. Комплектация оборудования на сети

Участок местной сети:

Участок внутризоновой сети:

Участок магистральной сети:

8. Список литературы