Содержание

Введение	2
1. Исходные данные	3
2. Проектирование подсистемы аналого-цифрового преобразования	5
3. Проектирование подсистемы преобразования дискретных сигналов	11
4. Проектирование циклов передачи	14
5. Проектирование линейного тракта	19
6. Разработка структурной схемы аппаратуры	25
7. Таблица важнейших технических параметров системы	29
Заключение	30
Литература	31

Введение.

Телекоммуникации являются одной из наиболее быстро развивающихся областей современной науки и техники. На сегодняшний день в мире используется множество технологий и решений, которые позволяют передавать данные с разными скоростями и на различные расстояния. В качестве среды для передачи информации применяются волокно, медные провода и воздушное пространство. Одним из перспективных направлений являются цифровые системы передачи. Цифровые системы многоканальной передачи занимают господствующее положение на сетях местной связи, находятся на стадии внедрения на сетях зоновой и магистральной связи. Такое положение для цифровых систем передачи обусловлено тем, что при передаче сигналов в цифровом виде получаем более высокую помехоустойчивость, возможность передачи различных сигналов в едином цифровом виде предопределяет универсальность цифрового линейного тракта. Цифровые системы передачи позволяют использовать интегральные микросхемы цифровой логики, что увеличивает их надёжность уменьшает габариты аппаратуры и эксплуатационные расходы. Цифровые методы передачи позволяют применять и цифровые методы коммутации сообщений, что способствует созданию интеллектуальных цифровых систем связи.

В этих условиях базирование курсового проектирования только на уже принятых рекомендациях представляется нецелесообразным, так как может привести к сужению задач курсового проектирования и повторной разработке систем типа ИКМ-30, ИКМ-120 и других систем действующей иерархической структуры ЦСП. Поэтому объектами курсового проектирования являются локальные цифровые системы, лишь частично связанные разработанными рекомендациями. С их помощью предлагается организовать каналы различных типов.

1. Исходные данные

Структура системы определяется данными таблицы 1, в которой указаны типы и количество каналов, которые должны быть организованы в системе. Каналы, характеристики аналого-цифровых преобразователей (АЦП) которых подлежат расчету, имеют надпись «Расчет». Исходные данные для расчета представлены в таблицах 2 – 5.

Таблица 1.

Наименование	Параметры	Размерность	Величина
Канал телефонный	N		10
	r	кГц	Расчет
	m	Бит	расчет
Канал широкополосный	N		4
	r	кГц	510-600кГц
	m	Бит	10 бит
Канал ПДС - 4,8 кбит/с	N		10
	r	кГц	Расчет
	m	Бит	Расчет
Канал ПДС –2048 кбит/с	N		16
	r осн	кГц	2048
	r доп	кГц	3-6
	m	Бит	1
Групповой канал СУВ	N		1
	r	кГц	7-10
	m	Бит	1
Тип кабеля	Коакс. норм. диам.

Где: N - число каналов;

r - частота следования кодовых групп;

m - число битов в кодовом слове.

Таблица 2.

Параметры	Размерность
Для телефонных каналов:
н	кГц	0,3
в	кГц	3,4
ф	кГц	0,8
P1	дБм0	-45
P2	дБм0	-5
Ршн	дБм0	-60
aн	дБ	20
Pш.и	пВт	200
Номер шкалы		7
Для широкополосных каналов:
н	кГц	330
в	кГц	530
ф	кГц	12
P1	дБм0	-1
P2	дБм0	+10
aн	дБ	40
Pш.и	пВт	20000
Номер шкалы		7
Для каналов передачи дискретных сигналов:
н	%	20

Где _н и _в - соответственно нижняя и верхняя границы эффективно передаваемых частот канала;

_ф - ширина полосы расфильтровки фильтров, используемых в дискретизаторе и восстановителе аналоговой формы сигнала;

p₁ и p₂ - соответственно нижняя и верхняя границы нормируемого диапазона уровней преобразуемого сигнала в ТНОУ;

a_н - минимально допустимое значение защищенности передаваемого сигнала от шумов в заданном диапазоне изменения его уровней;

P_ш.и - ожидаемое значение средней мощности шумов в канале, возникающих из-за погрешностей изготовления кодеков. Указанное значение приведено в ТНОУ и относится к полосе, равной половине частоты дискретизации;

P_ш.и - допустимое значение абсолютного уровня шумов на выходе незанятого телефонного канала или канала вещания в ТНОУ;

_н - предельно допустимое значение фазовых дрожаний (краевых искажений) передаваемого дискретного сигнала.

Таблица 3.

Сегмент № 2		Сегмент № 3
2/1	n2/n1	3/1	n3/n1
2	3/4	4	1/4

Где ₁ , ₂ , ₃ - соответственно шаги квантования в первом, втором, третьем и четвертом сегментах;

n₁ , n₂ , n₃ - число шагов квантования соответственно в первом, втором, третьем и четвертом сегментах.

Таблица 4.

L	км	200
aз	дБ	18
Vвых	В	4,0

Таблица 5.

Тип кабеля	A(f), дБ/км	Zв , Ом
С коакс. парами норм. диаметра 2,6/9,4	2,52∙√f	75

Где: L - длина линейного тракта проектируемой системы;

a_з - потери помехозащищенности регенератора;

V_вых - амплитуда импульсов в кабеле на выходе регенератора;

Рвп – абсолютный уровень внешних помех на входе регенератора;

А(f) – километрическое затухание кабеля;

Z_в – волновое сопротивление кабеля.

2. Проектирование подсистемы

аналого-цифрового преобразования.

0. Расчет частоты дискретизации _д

Частота дискретизации подбирается таким образом, чтобы исходный сигнал мог быть выделен из спектра дискретизированного сигнала в неискаженном виде.

и ,

n=0, то , а с учетом полосы расфильтровки получим +_ф

2  3,4 + 0,8 = 7,6 кГц

Рисунок 1 – Спектр сигнала для телефонного канала.

0. Расчет числа бит “m” в кодовом слове и зависимости помехозащищенности передаваемых сигналов от их уровня.

Рассчитаем шаг квантования ₁ по допустимому уровню шумов в незанятом канале.

Как известно, шумы на выходе канала складываются из шумов квантования и шумов из-за погрешности изготовления, поэтому мощность шумов в ТНОУ можно рассчитать по формуле:

,

где = 3,4 – 0,3 = 3,1 кГц;

- множитель, учитывающий попадание в полосу частот канала только части спектральных составляющих шума при их равномерном распределении в интервале, равном половине частоты дискретизации.

Средний квадрат ошибки квантования в незанятом канале равен ,тогда мощность шумов квантования на выходе незанятого канала в интервале, равном половине частоты дискретизации, может быть рассчитана по формуле:

Для проектируемых каналов = 600 Ом. С другой стороны, в соответствии с исходными данными, мощность шумов в незанятом канале не должна быть больше, чем:

, мВт.

,

где - должны быть выражены в ваттах, тогда шаг квантования будет иметь размерность в вольтах.

мВ

Рассчитаем по допустимой защищенности сигналов от шумов на выходе канала.

Защищенность сигнала от этих шумов определяется по формуле:

и не должна превышать значение номинальной защищенности. Это может иметь место только при условии выполнения соотношения:

= 1,16 мВ

Из двух рассчитанных предельных значений шагов квантования в первом сегменте для дальнейших расчетов следует принять наименьшее предельное значение = 1,16 мВ.

Защищенность сигнала при = 1,16 мВ равна:

= 20,02 дБ

Как было сказано ранее, защищенность сигнала должна превышать значение номинальной защищенности. Это условие выполняется. 20,02 20.

Рассчитаем порог ограничения.

= 0,44 В

; = 1,76 В

Расчет числа бит в кодовом слове на выходе АЦП :

В общем случае для сегментных шкал справедливо соотношение:

,

тогда количество битов в кодовом слове рассчитано по формуле:

,

где

Тогда получим:

Значение количества битов в кодовом слове оказалось дробным и мы его округлили, увеличив до ближайшего целого. При округлении соответственно уменьшается значение шага квантования в первом сегменте. Значение напряжения ограничения остается без изменения. Поэтому рассчитаем новое значение шага квантования в первом сегменте, значения шагов квантования в других сегментах и значения напряжений, соответствующих верхним границам сегментов:

В = 1 мВ; 2 мВ;

4 мВ.

;

Расчет зависимости защищенности от уровня передаваемого сигнала . Рекомендуется выбрать следующие значения уровней сигнала:

Найдем этим значениям уровней соответствующие значения эффективного напряжения:

(В).

0,0024 В

0,0044 В

0,0436 В

0,4356 В

0,7746 В

Средняя мощность шумов равна:

.

При использовании реальных кодеков с сегментными шкалами квантования, например, с трехсегментными, основными составляющими шумов являются:

• шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 1; вероятность этого события обозначим ; так как в пределах сегмента шаг постоянен и равен , средняя мощность этой части шумов равна:

;

• шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зоны сегментов 2, 3 и 4; соответствующие значения средних мощностей шумов равны:

; .

• шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону ограничения квантующей характеристики; средняя мощность этих шумов равна:

;

• шумы, вызванные погрешностями изготовления цифровых узлов; средняя мощность этой части шумов равна:

.

Полная мощность шумов на выходе канала в ТНОУ при передаче сигнала в случае

использования трехсегментной шкалы квантования, равна:

.

Входящие в формулу значения полностью определяются значением и значениями , т.е. значением плотности распределения вероятностей мгновенных значений входного сигнала и параметрами шкалы квантования:

;

;

;

.

При нормальном распределении вероятностей мгновенных значений сигнала, среднеквадратическое значение которых определяется как

,

вероятность попадания преобразуемых мгновенных значений сигнала в один сегмент рассчитана по формуле:

,

где - интеграл вероятностей, значения которого приведены в таблице приложения методических указаний.

Ошибка ограничения может быть приблизительно рассчитана по формуле:

.

Произведем расчет величин для значения =0,0024 В:

;

;

;

0

Аналогичные расчеты произведем для , , и и занесем результаты в таблицу 6.

Полная мощность шумов на выходе канала в ТНОУ при передаче сигнала с заданными уровнями, как уже говорилось выше, определяется по формуле:

Приведем расчет этих величин для всех значений :

Вт

Вт

Вт

Расчет помехозащищенности проведем по формуле:

.

Рассчитаем для значения :

дБ

Аналогично проведем расчеты этой величины для всех значений и также занесем результаты в таблицу 6.

Проведем сравнение рассчитанных значений помехозащищенности с минимально допустимым (номинальным) значением помехозащищенности =20 дБ. Считается, что результат проектирования удовлетворяет предъявляемым требованиям, если в заданном динамическом диапазоне (P₁; P₂ - в таблице значения, соответствующие этому диапазону, выделены жирным шрифтом) обеспечивается выполнение соотношения . Соотношение выполняется.

Таблица 6

Pci	дБ	-50	P1= -45	-25	P2= -5	0
Uci	В	0.0024	0,0044	0,0436	0,4356	0,7746
W1		1,0	1,0	1,0	0,74572	0,4713
W2		0,0	0,0	0,0	0,2499	0,4191
W3		0,0	0,0	0,0	0,0043	0,0845
	В2	0,0	0,0	0,0
Pш	нВт	0,276	0,276	0,276	0,369	346
aш	дБ	15,41	20,67	40,59	59,33	34,60

График зависимости помехозащищенности от уровней передаваемого сигнала приведен на рисунке 1.

Рисунок 2 – График зависимости a(p).