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 fт
, длительность канального интервала Тки
, длительность цикла Ти
, длительность сверхцикла Тсц
.
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:
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
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 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.
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. На
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 (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 | 130-128>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
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 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
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 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
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».