книги / Основы построения цифровых систем передачи
..pdfСреднеквадратическое значение сигналов, действую щих на входе системы ВД-ИКМ аср на 14,5+12=26,5 дБ, шоке порога ограничения. Тогда отношение средней мощности сигнала к псофометрической мощности шумов в режиме молчания для 13-сегмектной характеристики
|
|
26.5 |
|
и1 |
10 |
10 |
|
101g— |
u----------------49,14 дБ. |
|
|
<4^ W |
|
„ ,.з ,1 |
|
а для 15-сегментной |
характеристики |
55,14 дБ, т. е. |
обеспечиваются требования по допустимой мощности шумов в телефонном канале.
Параметры оборудования линейного тракта. Как от мечалось в § 5.1, наиболее заметны ошибки регенера ции символов старших разрядов кодовых групп, прояв ляющиеся в виде щелчков. При передаче телефонных сигналов считается допустимым не более одного щелчка в минуту [6]. Если скорость цифрового потока, соответ ствующего одному телефонному каналу, равна 64 кбит/с, то для выполнения такого требования вероятность ошиб ки регенерации в линейном тракте не должна превы шать 10“6.
Рассмотрим воздействие временных флуктуаций на качество передачи телефонных сигналов. Воспользуем ся при этом выражением (5.2), считая энергетический спектр телефонного сигнала и временных флуктуаций равномерным, т. е.
G s(w )= f ^ |
"Р" |
| со | > |
о)от; |
10 |
при |
||
0 £(Ш) = Л ° Е |
"Ри ' “ К ® "1 |
||
(0 |
при |
J О) I > |
0>я. |
Здесь (От— максимальная частота сигнала; ооп — макси
мальная частота помехи. |
|
Член |
суммы |
при |
|||
Рассмотрим |
случай |
|
|||||
/г= 0 после интегрирования (5.3) |
равен |
|
|
||||
■ |
п |
|
|
при —а>„+(om« o < (0П—(йт; |
|||
<ОтGs G| / |
H-ton+ton\ при (0„ —GVCM < |
||||||
п=Ь |
л |
\ |
|
2й)/п |
/ |
0)п + (От. |
|
|
|
|
о |
при |< й |> 0йп + <йт . |
(5.10) |
141
Члены суммы |
Ws*i |
при л = ± 1 , ± 2 и т. д. получа |
ются смещением |
на ±2п1л, ±4я/д и т. д. (рис. 5.4а). |
|
Так как шт « я /д, то в |
полосе аналогового сигнала со- |
•4ыю ’ Zom-Vm |
41*" |
.__ ;___ |
|
4и« |
а |
||
| |
ш 1 ш ш я |
|
|
|
|
|
|
-Ч,*Чпк'ц nwо j. ■ |
|
w |
|
н |
r p |
vpt п=1 |
ы |
|
|||
V&Mft=2 i |
««л |
ItoV1* |
tt=2 . |
|
Р у “ |
||
^ 6,1,1>,w* |
я? fa) |
|
|
|
|
|
|
1 -Ы/г |
|
n*° |
v |
|
|
||
""’"nil. |
! |
|
о |
1 |
0 |
1У6ЧЯ-/ |
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
Рис. 5.4. К оценке мощности шумов, возникающих из-за вре менных флуктуаций линейного сигнала
средотачиваются все составляющие исходного спектра флуктуаций. Сумма продуктов искажения, попадающих
в полосу —С О + |
равна |
|
|
00 |
(On Go Gt |
. |
(5.11) |
£ Г ач(2яп/д-о>) = — |
При этом энергетический спектр продуктов искажений в полосе полезного сигнала
Се (ю)= — a „ Q s Gj ** aV”* G s , |
(5.12) |
|
п |
|
|
где |
мощность |
(средний квадрат) |
флуктуаций. |
|
|
142
Мощность шумов в полосе сигнала
Р . = |
(0.) d<0 = |
P t G s |
= ■ £ - P t P s , |
(5.13) |
|
0 |
|
|
|
где Ps= |
— мощность сигнала, |
|
||
|
я |
|
|
|
При со™>ci)n следует учитывать лишь члены суммы |
||||
(5.11) при п = 0 и п = ± 1 |
(рис. |
5.46). При Ют>й)л мож |
||
но ограничиться определением |
члена суммы |
(5.11) при |
п=0. Выражение для спектра искажений в этих слу
чаях соответствует ф-ле |
(5.12), а для мощности |
шу |
мов— ф-ле (5.13). |
следует, что допустимая |
вели |
Из выражения (5.13) |
||
чина временных флуктуаций |
|
|
Ор |
<5.К) |
|
= |
||
Для телефонных сигналов, передаваемых в системах |
||
ВД-ИКМ, со?п * 2 я *3400 с-1. При этом |
|
|
РЕ = 0,655 - 10-® (Ре /P s ). |
(5.15) |
Задаваясь определенной величиной отношения сигнал/шум, можно найти соответствующее ему значение допустимых временных флуктуаций. Так, для обеспе
чения R —10 lg ^ ^ 4 0 дБ |
необходимо, чтобы |
=* |
|
- h (0 2^0,655- Ю~12, т. е. эффективное |
значение |
флук- |
|
туаций отсчетов сигнала |
на выходе |
ЦАП У р (/У< |
^ 8 1 0 нс.
Полученная величина соответствует семи тактовым интервалам группового сигнала вторичной цифровой си стемы передачи (/т=8448 кГц). При использовании та кой системы на зоновой сети, в которой максимальная длина линии связи составляет 600 км, при длине участ ка регенерации 4,5 км в линии может быть включено до 133 регенераторов. Как показывают исследования {81], временные флуктуации линейного сигнала в этом слу чае не превышают двух периодов тактовой частоты, что существенно меньше 810 нс1).
о При коммутации синхронных цифровых потоков отдельных систем в сетевых узлах временные флуктуации яе должны превы шать величины, равной периоду тактовой частоты. В этом случае допустимая величина временных флуктуаций ограничивается в пер вую очередь требованиями цифровой коммутации, а не величиной шума в телефонном канале.
143
При асинхронном сопряжении цифровых потоков уже при одном переприеме величина временных флуктуаций может достигать периода тактовой частоты сопрягаемо го потока (490нс при сопряжении первичных систем). Однако эти флуктуации происходят на низкой частоте, и поэтому вносимые ими искажения незначительны.
Таким образом, для систем ВД-ИКМ временные флуктуации цифровых потоков практически не влияют на качество передачи.
5.3. ПАРАМЕТРЫ ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ГРУППОВЫХ ТЕЛЕФОННЫХ СИГНАЛОВ
Передача групповых телефонных сигналов методом ЧД-ИКМ обеспечивает наиболее простое согласование цифровых и аналоговых систем. При этом методе воз можен непосредственный транзит групповых телефон ных сигналов из аналоговой системы передачи в циф ровую и обратно. Отсутствие корреляции между дис кретными отсчетами группового телефонного сигнала ие позволяет эффективно применять дифференциальные методы цифровой модуляции для передачи таких сиг налов. Рассмотрим параметры оконечного и промежу точного оборудования системы ЧД-ИКМ.
Параметры аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей. Требования к системе ЧД-ИКМ опре деляются нормами к оборудованию аналоговой системы, заменяемому системой с ИКМ. На рис. 5.5 приведена
W00/5K4
Индивидуальное збирудобанис |
п Оборудований преобразования |
||
Опреобразовании |
ц |
вторичной. |
;руппы |
П Оборудование преобразования |
Q Оборудование |
преобразования |
|
(3 первичной группы |
[] |
третичной |
группы |
Рис. 5.5. Эталонная цепь канала |
магистральной сети |
эталонная цепь капала тональной частоты магистраль ной сети и показаны возможные варианты включения цифровых систем.
В соответствии с нормами МККТТ псофометрическая мощность шумов в канале тональной частоты на переприемном участке протяженностью 2500 км не должна
144
превышать 10.000 пВт в точке нулевого относительного уровня: 7 500 пВт отводится на шум линейного тракта, а 2500 пВт — на оконечное оборудование.
При замене участка линейного тракта многоканаль ной аналоговой системы системой ИКМ (транзит линей ного сигнала) псофометрическая мощность шумов в ка нале системы ИКМ Я 'икмпсоф не должна превышать мощности шумов участка линейного тракта средней дли ной 2500/10 = 250 км:
^ и к м псоф < Л и т 2500/10 = 7 ^ 0 П В Т . |
( 5 .1 6 ) |
В случае включения цифровой системы для осущест вления транзита по третичным группам мощность шу мов в канале ограничивается условием
^ И К М псоф < ^ И . [ 2500/10 + 2 Р прз> |
( 5 .1 7 ) |
где Рлрз — мощность шумов преобразователя третичных групп.
Требования к шумам цифровой системы определя ются для наиболее опасных случаев, когда транзит про изводится в соседних сетевых узлах Ч
Соответственно при транзите вторичных групп
псоф ^ |
^лии2500/10 + 2Рпга + 2Р„р!. |
|
(5.18) |
и при транзите первичных групп |
|
|
|
^ и к м п соф ^ Лшн2500/10 + 2Рпра + 2Рт + 2Р„,1. |
(5.Г9) |
||
Очевидно, |
что Р'т к псоф <РЦКМ |
< ^ |
м „«+ < |
^^икмпсоф |
.» т- е- наиболее критичным является случай |
замены системой ИКМ участка линейного тракта мно гоканальной аналоговой системы. При этом Рикм'псоф^
г^750 пВт.
Определим величину отношения снгнал/шум в циф ровой системе, необходимую для выполнения этого тре бования:
Я = 1 0 lg -— Г - , |
( 5 .2 0 ) |
Рш спет
оВ работе (75] при определении шумовых норм цифровых си стем суммируются шумы оборудования сетевых узлов н участков линейного тракта, которые могут размещаться согласно эталонной цепи между пунктами транзита. Такой подход представляется не обоснованным, так' как эталонная" цепь определяет, главным обра зом, номенклатуру й количество переприемов в цепи, а не после довательность размещениятранзитных пунктов определенного вида.
145
где N — число каналов в системе передачи; Pi — мощ ность одного канала; — мощность шума систе мы ИКМ.
При равномерной спектральной плотности шумов в цифровой системе
РИКМпсоф- |
Р Ш СИСТ 2 ( / в |
f н) |
k2 |
h i |
(5.21) |
|||
N |
/д |
|
псоф |
4 |
Q • |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
/?= 101g Р& |
н)^псоф |
|
|
|
(5.22) |
|||
|
|
^икм ^д‘4 |
|
|
|
|
|
|
П ри P i = 3 2 - 1 0 -в В т, Рикмпсоф = 7 5 0 - 1 0 - “ |
В т , ^псоф — 0,75, |
|||||||
2 (7в—/н) = Q 9 получим |
R = 4 2 ,2 |
д Б . |
|
|
||||
/д |
|
|
|
|
|
|
|
|
Определим разрядность кода, необходимую для вы |
||||||||
полнения данного требования. |
|
ИКМ складывается |
из |
|||||
Мощность |
шумов системы |
|
||||||
мощности собственных |
шумов |
(шумы |
ограничения |
и |
шумы квантования) и шумов из-за |
инструментальных |
|
погрешностей. Пусть Рт=(у— 1)Рпъ |
|
тогда |
Р ш смет = •Рогр + Р к в + Р « а = “Y Л е в + Р огр. |
( 5 .2 3 ) |
Для сигнала, имеющего нормальное распределение мгновенных значений с дисперсией а2 и нулевым сред ним, величина мощности шумов ограничения состав ляет {35]
0 * { [I-f (а)Н1 + а2) - " / 4 е |
(5.24) |
|
|
где |
|
|
(5.25) |
Отношение мощности сигнала к мощности шумов си стемы ИКМ
Рс _ |
<та |
Ра свет Т^нв + Яогр
__________________1_________________
‘ (5-26)
Х4Г + 1 1 - т О + ^ ) - в У т е 2
146
Значение коэффициента а, соответствующее макси муму отношения сигнал/шум, может быть определено при дифференцировании знаменателя выражения (5.26). Тогда после разделения переменных получаем
+ |
(5 ‘2 7 ) |
Зависимости а (я), соответствующие выражению (5.27) при у=1; 2; 5, изображены на рис. 5.6.
|
|
|
п |
|
|
ф |
|
|
|
7 |
8 |
9 |
Ю |
П |
Рис. 5.6. |
Зависимость |
оптимального |
||
значения |
отношения |
а = 2 п- ‘6/о |
от |
числа разрядов кода
При выборе номинального уровня загрузки системы ЧД-ИКМ необходимо учитывать возможные отклонения уровня сигнала, действующего на входе системы. Такие отклонения вызываются флуктуациями мощности сигна ла, а также погрешностями установки уровня в анало говой системе передачи. Наиболее опасно превышение номинального уровня, приводящее к резкому возраста нию мощности шумов ограничения. Поэтому целесооб разно выбирать номинальное значение уровня передачи, при котором а> а0пт, чтобы возможное повышение вход ного сигнала не привело к падению величины отноше ния сигнал/шум ниже допустимого значения. При этом номинальному уровню передачи соответствует меньшая величина отношения сигнал/шум, что необходимо учи тывать при расчете систем ЧД-ИКМ.
Среднеквадратические значения колебаний средней мощности группового сигнала и точность установки уров ня на выходе аналоговой системы оцениваются величи ной 0,5 дБ. При проектировании цифровых систем необ
147
ходимо учитывать возможные изменения уровня вход ного сигнала, соответствующего полной загрузке систе мы ЧД-ИКМ, в диапазоне, равном ± 2 дБ. На рис. 5.7
Рис. 5.7. К определению реализуемой ве личины отношения сигнал/шум при пе редаче групповых телефонных сигналов
приведены зависимости величины отношения сигнал/шум (обеспечиваемой при колебаниях уровня группового сиг нала на ±2 дБ от номинального значения) от числа раз рядов кода при различном уровне аппаратурных шумов
( у = 1; |
2 ; 5 ) . |
рис. 5 .7 |
при Л и спет — |
В |
соответствии с данными |
||
= ( 2 - | - 5 ) / ,кв для обеспечения |
R ^ 4 2 ,2 |
дБ необходимо |
иметь число разрядов кода /г^9. Отклонения закона распределения от нормального1) приводят к снижению величины R.
Для перспективных систем магистральной сети ре комендуемая величина псофометрической мощности шу мов составляет 2 5 0 0 0 пВт (при длине линии 1 2 5 0 0 км),
из которых |
1 2 5 0 0 пВт — шумы оконечного оборудова |
ния и 1 2 5 0 0 |
пВт — шумы линейного тракта. При этом |
мощность шумов на 1 км тракта должна быть снижена в три раза по сравнению с рассмотренным выше слу чаем, для чего необходимо увеличение числа разрядов. В этом случае минимально необходимой величиной при цифровой передаче групповых телефонных сигналов яв ляется п= 10.
При замене цифровой системой участка линейного тракта большей длины либо при использовании системы ИКМ для замены участка магистрали, в который вхо-
о Это особенно существенно при передаче групповых сигналов с‘числом каналов Л)<60 (83].
148
дят несколько сетевых узлов, требования к системе ИКМ облегчаются.
По мере распространения систем ИКМ и увеличения длин магистралей, оборудованных системами ИКМ, при сохранении прежнего числа разрядов кода мощность шумов в телефонном канале систем ИКМ будет сни жаться, и нормы к мощности шумов будут выполняться с большим превышением. Поэтому диапазон изменения п целесообразно ограничить областью 10г^л^12.
Параметры оборудования линейного тракта. Мощ ность шумов из-за ошибок регенерации Ррег соответ ствует среднему квадрату разности между переданным и восстановленным значениями уровня квантования сиг нала и определяется выражением {82]:
Ррсг- /г а 2рош. |
(5.28) |
где а — среднеквадратическое значение передаваемого сигнала; к — коэффициент, определяемый видом кода. Для натурального двоичного кода
k = - ^3~ a \ |
(5.29) |
||
где |
^Лэгр |
2П *б |
|
0 “ |
О |
||
|
Считая энергетический спектр шумов из-за ошибок регенерации равномерным в полосе передаваемого ана логового сигнала, получим выражение для псофометрического значения мощности шумов регенерации в полосе одного канала:
р |
___4_ д2° 2Рош^псоф (/в ~ |
/н) 3 , 1 |
(5.30) |
||
рсгпсоф! |
~з~ |
/V (/д/2 ) |
4 ,0 |
||
|
где / в — / к — ширина спектра группового телефонного сигнала; N — число телефонных каналов; /гПсоф — псофометрический коэффициент.
Зависимость МОЩНОСТИ шумов Ррегпсоф от длины участка регенерации, приведенная на рис. 5.1, соответ ствует а = 4, £ПсоФ=0,75; 2(fn—fu)/fnр=0,85; ozIN=55X Х10-6 Вт — мощность в телефонном канале в точке ну левого относительного уровня.
Из зависимостей, приведенных на рис. 5.1, видно, что при вероятности ошибки регенерации раш=10~б псофометрическая мощность шумов в телефонном канале
14§
не превышает 300 пВт. Указанная величина рот являет ся общепринятой в цифровых системах передачи, поэто му шумы из-за ошибок регенерации в системах ЧД-ИКМ малы.
Рассмотрим теперь воздействие временных флуктуа ций на качество передачи групповых телефонных сигна лов. При цифровой передаче групповых телефонных сигналов временные флуктуации вызывают:
—повышение уровня шумов, действующих в данном канале при передаче телефонного сигнала, если ширина спектра флуктуаций меньше интервала, существующего между сигналами соседних телефонных каналов*);
—увеличение уровня шумов в данном канале и, что особенно опасно, появление перекрестных помех между каналами при более широкой полосе флуктуаций.
Рассмотрим искажения сигнала одного телефонного канала, возникающие из-за временных флуктуаций, счи тая энергетические спектры сигнала и флуктуаций рав номерными (рис. 5.8а).
Для систем ЧД-ИКМ ©п< © т (©m — верхняя часто та группового сигнала), поэтому члены выражения (5.2) при пФ 0 можно не учитывать и энергетический спектр искажений
|
со2Д(о Gs G* |
|
A© — ©п< © < ю с-|- ©п; |
|||
|
----- ----- 5- при ©с+ |
|||||
|
соаД (о Gs G | |
\(й\—Юс— ©д |
при ©с + |
|
||
|
|
(«- |
Ай) |
) |
|
|
|
|
|
|
(5.31) |
||
(<■>) = |
+ |
® п < ® О |
с + |
®п + |
а ®; |
|
|
оз2Дсо Gs G^ |
| (о | — toc + |
(оп |
при шс — ©п< |
|
|
|
|
Дш |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< © < ©с — о)п + Асо; |
|
|||
|
0 при ©>©«.+©„+А© И |
© < © с — © „. |
|
Вид функции ~^Gt (©) показан на рис. 5.86.
Мощность шумов Реь действующих в телефонном ка нале из-за временных флуктуаций, равна сумме мощно-
1) В современных многоканальных системах с частотным деле нием каналов минимальная величина интервала между сигналами соседних телефонных каналов составляет 900 Гц.
150