Омский государственный университет путей сообщений
Реферат на тему
Анализатор телефонных каналов
Омск 2001г.
Назначение и основные параметры анализатора телефонных каналов.............. 3
Затухание эхо-сигнала................................................................................................................................................................ 3
Нелинейные искажения............................................................................................................................................................... 3
Относительная амплитудно-частотная характеристика затухания.............................................................................. 3
Относительная характеристика группового времени прохождения.............................................................................. 3
Затухание продуктов паразитной модуляции сигнала..................................................................................................... 3
Структурная схема анализатора............................................................................................................................................. 4
Описание Процессора ADSP-21msp58................................................................................. 6
Системный интерфейс и интерфейс памяти........................................................................................................................... 7
Система команд............................................................................................................................................................................. 7
Эффективность сигнального процессора............................................................................................................................... 7
Вычислительные модули........................................................................................................................................................... 7
структурная схема процессора семейства ADSP-2100...................................................................................................... 7
Генераторы адресов данных и программа sequencer......................................................................................................... 8
Шины................................................................................................................................................................................................ 9
Внутренние переферийные устройства................................................................................................................................ 9
Последовательные порты........................................................................................................................................................... 9
Таймер............................................................................................................................................................................................ 10
Главный интерфейсный порт (HIP)....................................................................................................................................... 10
Аналоговый интерфейс............................................................................................................................................................. 10
Литература.................................................................................................................................... 11
Назначение и основные параметры анализатора телефонных каналов.
Анализатор телефонных каналов предназначен для проведения измерений параметров каналов тональной частоты (ТЧ) первичных сетей связи, ведомственных телефонных сетей и коммутируемой телефонной сети общего пользования (ТфОП). Анализатор должен обеспечиваеть создание нормированных электрических испытательных сигналов для тестирования каналов связи, а также позволяеть определить количественные показатели состояния связи для тестируемых каналов в автоматическом и автоматизированном режимах.
Обработка, накопление, выдача и представление измерительной информации может обеспечивается внешним универсальным управляющим компьютером и специализированной управляющей компьютерной программой.
Каналы тональной частоты характеризуют следющие основные параметры
Затухание эхо-сигнала
Измерение затухания уровня эхо-сигнала относительно уровня передаваемого сигнала производится в диапазоне
от 10 до 60 дБ
Нелинейные искажения
производятся измерения коэффициентов 2‑й и 3‑й гармоник
для гармонического испытательного сигнала с частотой 1020 Гц и коэффициентов продуктов нелинейных искажений 2‑го и 3‑го порядков для четырехчастотного испытательного O.42‑сигнала
Относительная амплитудно-частотная характеристика затухания
Измерение относительной АЧХ
производится в диапазоне от 100 до 3700 Гц при неравномерности относительной АЧХ не более 35 дБ и номинальном уровне мощности испытательного сигнала на входе анализатора -6 дБм.
Относительная характеристика группового времени прохождения
измерение относительной частотной характеристики группового времени прохождения (ГВП) при номинальном уровне мощности испытательного сигнала на входе измерителя ‑6 дБм в диапазонах:
по интервалу частот ГВП и опорной частоте - от 300 до 3400 Гц;
Затухание продуктов паразитной модуляции сигнала
измерение затухания продуктов паразитной модуляции испытательного сигнала с частотой 1020 Гц токами питания частотой 50 Гц и гармониками относительно уровня испытательного сигнала в линии связи.
Структурная схема анализатора.
Анализатор объединяет в себе измерительно-анализирующее устройство и генератор нормированных электрических испытательных воздействий. По характеру представления измерительной информации анализатор является регистрирующим измерительным прибором и показывающим измерительным прибором с представлением на экране компьютерного дисплея измерительной информации в цифровой и аналоговой (графической) форме.
Основными составными частями анализатора являются генераторный и измерительно‑анализирующий блоки.
Генераторный блок при анализе каналов связи задает волновую форму сигнала программным путем и обеспечивает следующие режимы генерации:
· режим генерации постоянного по частоте гармонического сигнала с постоянным или изменяющимся по линейному закону уровнем мощности - для измерений амплитудных характеристик канала связи, затухания сигнала, отношения уровней сигнала и шума (Сигнал/Шум), в том числе по Рекомендации МСЭ‑Т О.132, коэффициентов нелинейных искажений, измерения частоты и изменения частоты в канале связи, дрожания фазы, дрожания амплитуды, затухания продуктов паразитной модуляции, подсчета числа перерывов связи, подсчета числа импульсных помех, подсчета числа скачков фазы и подсчета числа скачков амплитуды;
· режим генерации гармонического сигнала с изменяющейся по линейному закону частотой - для почастотного измерения АЧХ;
· режим генерации многочастотного сигнала - МЧС‑генератор - для измерений относительного группового времени прохождения (ГВП), относительной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и импеданса канала связи;
· режим генерации псевдослучайного сигнала для измерений соотношения уровней Сигнал/Шум (шумы квантования)
· режим генерации четырехчастотного сигнала для измерений нелинейных искажений
· режим генерации радиоимпульсов для измерения эхо-сигнала;
· режим генерации двухчастотного сигнала измерительной и эталонной частот для определения амплитудно‑частотной характеристики и частотной характеристики группового времени прохождения.
В каждом режиме генерации номинальные уровни мощности испытательных сигналов и номинальные значения частот гармонических испытательных сигналов задаются дискретно.
Измерительно-анализирующий блок обеспечивает мониторинг (измерение и протоколирование) тестируемых каналов связи с использованием собственного или внешнего генератора испытательных сигналов. При этом в зависимости от автоматически определяемого вида входного сигнала анализатор автоматически включает измерение тех параметров, для измерения которых и предназначен соответствующий измерительный сигнал.
Измерительно-анализирующий блок как средство измерений с нормированными метрологическими характеристиками проводит определение следующих параметров и характеристик:
· уровня мощности сигнала;
· частоты гармонического сигнала;
· уровня не взвешенного шума;
· уровня псофометрического шума;
· отношения уровней мощности псевдослучайного сигнала и не взвешенного шума;
· соотношения уровней гармонического сигнала и псофометрически взвешенного шума, а также соотношения уровней гармонического сигнала и не взвешенного шума;
· дрожания фазы гармонического сигнала;
· дрожания амплитуды гармонического сигнала;
· частотных характеристик ГВП и АЧХ;
· уровня селективных помех, в том числе псофометрических;
· продуктов нелинейных искажений 2‑го и 3‑го порядков для четырехчастотного сигнала;
· коэффициентов гармоник для гармонического сигнала;
· затухания продуктов паразитной модуляции сигнала;
· затухания эхо-сигнала;
· модуля полного сопротивления линии связи (в диапазоне от 300 до 3400 Гц);
· электрической емкости линии связи;
· изменения частот 1020 Гц и 2000 Гц в канале связи путем измерения отклонения частоты гармонического сигнала от значений 1020 и 2000 Гц.
Измерительно-анализирующий блок как средство определения количественных показателей состояния связи обеспечивает подсчет на заданном интервале времени фактов превышения устанавливаемых пороговых значений. Анализатор осуществляет счет:
· импульсных помех,
· перерывов связи,
· скачков амплитуды и
· скачков фазы.
С ненормируемыми метрологическими характеристиками производится тестирование каналов связи по параметрам, приведенным ниже:
· соотношение Сигнал/Шум по сигналу МЧС-генератора;
· соотношение Сигнал/Шум по сигналу О.42-генератора;
· уровень поступающего на вход многочастотного, псевдослучайного, или четырехчастотного сигнала;
· индуктивность линии связи;
· среднеквадратическое отклонение уровня гармонического испытательного сигнала в линии связи (СКО уровня) от среднего значения;
· максимальный из зафиксированных на интервале 1 с скачок фазы гармонического сигнала;
· максимальный из зафиксированных на интервале 1 с скачок амплитуды гармонического сигнала;
· максимальн
· минимальная на интервале 1 с мгновенная мощность гармонического сигнала;
· относительное время действия импульсных помех;
· процентная доля секундных интервалов с импульсными помехами на измерительном интервале;
· процентная доля секундных интервалов с перерывами связи на измерительном интервале;
· процентная доля секундных интервалов с импульсными помехами и перерывами связи на временном измерительном интервале;
· относительное время действия перерывов связи;
· относительное время действия импульсных помех и перерывов связи;
· построение эхограммы - зависимости затухания от задержки эхо‑сигнала.
Основную функциональную нагрузку в анализаторе выполняет Процессор ADSP-21msp58. На этом процессоре реализуются функции 16 разрядного ЦАП-АЦП, блока сигнальной обработки и последовательно интерфейса.
Описание Процессора
ADSP-21msp58.
Процессор ADSP-21msp58 представляет собой совокупность программируемых микропроцессоров с общей структурой, оптимизированную для обработки аналогового сигнала в цифровой форме, а так же для других прикладных целей. Кроме того, процессор включают аналоговый интерфейс для преобразования сигнала звуковой частоты.
Архитектура семейства ADSP-2100 приспособлена к выполнению задач с помощью цифрового сигнального процессора и построена таким образом, что устройства за один такт могут выполнять следующие действия:
· генерировать следующий адрес программы;
· выбирать следующую команду;
· выполнять один или два шага программы;
· модифицировать один или два указателя адреса данных;
· выполнять вычисление.
В этом же такте процессоры, которые имеют релевантные модули могут:
· принимать и/или передавать данные через последовательный порт;
· принимать и/или передавать данные через главный порт интерфейса;
· принимать и/или передавать данные через DMA порты;
· принимать и/или передавать данные через аналоговый интерфейс.
Системный интерфейс и интерфейс памяти
В каждом процессоре семейства ADSP-2100 четыре внутренних шины соединяют внутреннюю память с другими функциональными модулями:
- шина адреса;
- шина данных;
- шина памяти программ;
- шина памяти данных.
Внешние устройства могут получать контроль над шинами посредством сигналов предоставления (BR,BG). Процессоры ADSP-2100 могут работать в то время когда шины предоставлены другому устройству, пока не требуется операции с внешней памятью.
Схема начальной загрузки дает возможность автоматической загрузки внутренней памяти после того как ее содержимое было стерто. Это можно осуществлять с помощью интерфейса памяти из EPROM, из главного компьютера, посредством главного порта интерфейса. Программы могут загружаться без применения каких-либо дополнительных аппаратных средств.
Система команд
Процессоры семейства ADSP-2100 используют единую систему команд для совместимости с устройствами с более высокой интеграцией. Система команд позволяет выполнять мультифункциональные команды за один такт процессора, с другой стороны каждая команда может быть выполнена отдельно в своем такте. Ассемблер имеет алгебраический синтаксис, для повышения удобочитаемости легкости кодирования.
Эффективность сигнального процессора
Сигнальный процессор должен быть не только очень быстродействующим, но удовлетворять некоторым требованиям в следующих областях:
· Быстрая и гибкая арифметика – архитектура процессоров ADSP позволяет производить такие операции, как умножение, умножение с накоплением, произвольное смещение, а так же ряд стандартных арифметических и логических операций в одном цикле процессора.
· Расширенный динамический диапазон – 40-разрядный аккумулятор имеет восемь резервных бит защиты от переполнения при последовательном суммировании, которые гарантируют, что потери данных быть не может.
· Выборка двух операндов за один цикл – при расширенном суммировании на каждом цикле процессора необходимо два операнда
· Аппаратные циклические буферы – большой класс алгоритмов обработки цифро-аналоговых сигналов, включая цифровые фильтры требуют наличия циклических буферов.
Переход по нулю – повторяющиеся алгоритмы наиболее логично выражать через циклы. Программа SequenserADSP-2100 поддерживает работу с циклическим кодом с нулем на верху, в объединении со структурой clearest это повышает эффективность системы. Также нет препятствий для работы с условными переходами.
Вычислительные модули
структурная схема процессора семейства ADSP-2100
|
Как уже говорилось выше каждый процессор содержит три независимых вычислительных модуля:
- арифметико-логический (ALU);
- умножение с накоплением (MAC);
- расширитель (shiffter).
Эти устройства работают с 16-разрядными данными и обеспечивают аппаратную поддержку мультиточности.
ALU выполняет ряд стандартных арифметических и логических команд в дополнение к примитивам деления. MAC выполняет одно-цикловые операции умножения, умножения/сложения, умножения/вычитания. Shiffter осуществляет логические и арифметические сдвиги, нормализацию, де нормализацию и операцию получения порядка, атак же управление форматом данных, разрешая работу с плавающей точкой. Вычислительные модули размещаются последовательно друг за другом, таким образом чтобы выход одного мог стать входом другого в следующем цикле. Результаты работы модулей собираются на 16-разрядную R-шину.
Все три модуля содержат входные и выходные регистры, которые доступны через 16-разрядную DMD-шину. Команда, выполняемые в модулях, берут в качестве операндов данные находящиеся в регистрах ввода и после выполнения записывают результат в регистры вывода. Регистры являются как бы промежуточным хранилищем между памятью и вычислительной схемой. R-шина позволяет результату одного вычисления стать операндом к другой операции. Это позволяет сэкономить время обходясь без лишних пересылок модуль-память.
Генераторы адресов данных и программа
sequencer
Два специализированных генератора адресов данных (DAGs) и мощная программа sequencer гарантируют эффективное использование вычислительных модулей. DAGs обеспечивают адреса памяти, когда необходимо поместить данные из памяти в регистры ввода вычислительных модулей, либо сохранить в результат из выхоных регистров. Каждый DAG отвечает за четыре указателя адреса. Если указатель используется для косвенной адресации то измениятся значение некоторого регистра. С двумя генераторами процессор может выдавать два адреса одновременно для выборки из памяти двух операндов.
Для автоматической адресации модуля круговых буферов значение длины операнда может быть связано с каждым указателем. (Круговая буферная особенность также используется последовательными портами для автоматической передачи данных).
DAG1 обеспечивает адреса только для данных, DAG2 – для данных и программ. Когда в регистре состояния (MSTAT) установлен соответствующий бит режима, адрес вывода DAG1 прежде чем попасть на шину адреса инвертируется. Эта особенность облегчает работу в двоичной системе.
Программа Sequenсer обеспечивает последовательность команд и адресацию памяти программы.Sequencer управляется регистром команд, который указывает на команду, которая в данный момент выполняется. Выбранные команды записываются в регистр команд за один такт процессора и выполняются в течении следующего. Чтобы уменьшить количество циклов, sequencer поддерживает работу с условными переходами.
Шины
Процессоры семейства имеют пять внутренних шин. Шины адреса программы (PMA) и адреса данных (DMA) связаны с адресами памяти данных и программы. Шина данных программы (PMD) и шина данных (DMD) используются для передачи информации связанной с областями памяти. Шины мультиплексированы в одну внешнюю шину адреса и одну внешнюю шину данных. R-шина предназначена для передачи промежуточных результатов непосредственно между вычислительными модулями.
Адресная шина PMA шириной 14 бит обеспечивает достум к 16Кбайтам смешанной системы команд и данных. 24-разрядная шина PMD предназначена для работы с 24-битными командами.
Адресная шина DMA шириной 14 бит, обеспечивает прямой доступ к 16Кбайтам области данных. 16-разрядная шина DMD предназначена для внутренних пересылок между любыми регистрами процессора и регистров с памятью в одиночном цикле. Адрес памяти данных исходит из двух источников: абсолютное значение, определенное в системе команд (прямая адресация) или вывод данных адресует генератор (косвенная адресация). Воспользоваться данными из области команд можно лишь с помощью косвенной адресации.
Шина данных памяти программы (PMD) предназначена для передачи данных в вычислительные модули и считывания результата вычислений через PMD-DMD модуль обмена. Этот модуль позволяет передавать данные от одной шины к другой. Он имеет аппаратные средства для перехода от 8-разрядной шины к другой.
Внутренние переферийные устройства
Этот раздел описывает дополнительные функциональные модули, которые включены в различные процессоры ADSP-2100 семейства.
Последовательные порты
Процессор имеет два последовательных двунаправленных порта. Порты – синхронные и используют кадровые сигналы для контроля за приемом-передачей данных. Каждый порт имеет внутренний генератор частоты, но в то же время может использовать внешний генератор. Сигналы синхронизации могут вырабатываться как самим портом, так и внешним устройством. Длина кадра обмена может меняться от трех до шести бит. Последовательный порт SPRT0 имеет многоканальные возможности и пзволяет обмен данными произвольной длины от 24 до 32 байт. Второй порт SPORT1 может быть сконфигурирован с помощью внешних прерываний IRQ0 и IRQ1.
Таймер
Регистр счета (16-разрядов) определяет время генерации прерываний, прерывание вырабатывается когда значение регистра равно нулю.
Главный интерфейсный порт
(HIP)
Главный интерфейсный порт – параллельный порт ввода-вывода осуществляет прямое соединение с процессором. Через него производится обмен между ADSP и памятью главной ЭВМ. HIP состоит из регистров, через которые ADSP-2100 и главный процессор обмениваются информацией о состоянии и данными. HIP может быть сконфигурирован следующим образом:
- 8-разрядная или 16-разрядная шина;
- мультиплексная шина данных/шина адреса или отдельно шина данных и шина адреса;
- чтение стробирующих сигналов READ/WRITE.
Аналоговый интерфейс
Входной аналоговый интерфейс состоит из входных усилителей и 16-разрядного аналогоцифрового преобразователя (ADC). Аналогично на выходе находится цифроаналоговый преобразователь и выходной дифференциальный усилитель.
Литература.