книги из ГПНТБ / Гуревич В.Э. Импульсно-кодовая модуляция в многоканальной телефонной связи

Глава 9

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ С ИКМ

9.1. Общие сведения

Первый этап развития систем связи с импульсно-кодовой

предназначенных в основном для уплотнения соединительных ли­

во многих промышленно развитых странах мира. В ближайшие годы ожидается ввод в эксплуатацию многоканальных систем свя­ зи с ИКМ для уплотнения симметричных и коаксиальных кабелей,

ния мощных пучков телефонных каналов и каналов передачи дис­ кретной информации, обладающих более высокими технико-эко­ номическими показателями, чем каналы систем частотного уплот­ нения.

Если до настоящего времени системы с ИКМ преимущественно использовались лишь для организации локальной связи между двумя пунктами по принципу «точка с точкой», то в последнее вре­ мя основное внимание уделяется разработке цифровых сетей свя­ зи, охватывающих определенную зону и обеспечивающих совмест­ ную работу в этой зоне группы цифровых систем. При этом пред­

с ИКМ ведутся в двух направлениях. Первое связано с разработ­ кой систем прямого кодирования (многоканальная аппаратура ЧД-ИКМ, аппаратура кодирования видеотелефонного и телеви­ зионного сигналов, аппаратура ВД-ИКМ на 120 и более каналов). Основные трудности реализации этих систем — создание высоко­ точных и быстродействующих кодирующих и декодирующих уст­ ройств, а также регенераторов цифрового сигнала. Второе направ­

300

Основные преимущества этого принципа построения многока­ нальных систем сводятся к следующему:

— обеспечивается возможность объединения цифровых потоков систем связи различного типа, емкости и назначения;

— в аппаратуре используются идентичные блоки, работающие со сравнительно низкими скоростями. Короткие импульсы форми­ руются лишь на выходе в линию;

— обеспечивается гибкость при наращивании числа каналов в системе;

— облегчается задача ввода и выделения групп каналов;

— создаются предпосылки для создания единой цифровой сети связи.

В основу построения рассматриваемого типа систем положен принцип преобразования длительности импульсов исходных циф­ ровых потоков (формирование «укороченных» импульсов) и их по­ следующего объединения по принципу временного уплотнения с целью передачи по цифровому линейному тракту многоканальной системы.

Объединяемые системы связи могут размещаться как в преде­ лах одного узла связи, так и на различных станциях сети. Задаю­ щие тактовые генераторы этих систем могут быть синхронизиро­ ванными между собой или взаимонезависимыми. Очевидно, что преобразование импульсов по длительности и их последующее объединение без потери информации возможно лишь при наличии тактового синхронизма между объединяемыми системами. Таким образом, задача построения многоканальных систем на основе принципа объединения приводит в первую очередь к задаче такто­ вой синхронизации всех цифровых потоков, подлежащих объеди­ нению.

Решить эту задачу можно двумя методами. Первый из них свя­ зан с построением синхронной сети связи. Синхронный способ объединения цифровых потоков (все системы связи сети синхро­ низированы между собой) принципиально эффективней и проще асинхронного, и предполагается, что в будущем этот способ и бу­ дет использован в единой цифровой сети связи. Однако в настоя­ щее время предпочтение отдается способу, при котором асинхрон­ ные друг относительно друга цифровые потоки преобразуются в синхронные непосредственно в аппаратуре объединения. Этот спо­ соб объединения цифровых потоков очень гибок, хотя и приводит к некоторому снижению пропускной способности тракта передачи. Методы его технической реализации в настоящее время хорошо разработаны.

Ниже рассматриваются основные принципы объединения циф­ ровых потоков с целью построения многоканальных систем (вто­ ричных, третичных и т. д.), а также предложения по иерархии си­ стем цифровой связи.

301

На рис. 9.1 -представлена временная диаграмма, иллюстрирую­ щая процесс одноступенчатого формирования группового сигнала на основе посимвольного объединения цифровых сигналов пяти взаимосинхронизированных систем. Для пояснения принципа фор­ мирования объединенного сигнала примем, что на выходе каждой, из объединенных систем связи формируется периодическая после­ довательность импульсов информации, а цикличность работы всех, систем согласована во времени. Коммутирующие элементы устрой­ ства объединения осуществляют преобразование импульсов по дли­ тельности (расширение информационных импульсов, затем строби­ рование их с помощью узких импульсов) и передачу в освободив­ шиеся интервалы времени информационных импульсов других си­ стем. Минимальная длительность импульсов достигается на выхо­ де в линию. Совокупность объединяемых посылок всех систем об­ разует так называемый сверхцикл. В начале каждого сверхцикла передачи объединенного сигнала следуют первые импульсы всех систем, затем вторые импульсы всех систем и т. д.

Для разделения объединенного сигнала на приемной станции в состав передаваемого сигнала необходимо ввести сигнал сверх­ цикловой синхронизации. Однако если в каждой из объединяемых систем для синхронизации используется г синхросимволов, то для цепей сверхцикловой синхронизации [2] при Nc объединяемых си­ стемах могут быть отведены rNc рядом расположенных символов. В пределах этого интервала времени может быть передана синхро­ группа определенной структуры. После достижения состояния сверхциклового синхронизма на приемной станции обычными сред­ ствами осуществляется выделение сигналов каждой станции.

Указанный способ синхронизации является обобщением и раз­ витием способов синхронизации объединяемых систем с исполь­ зованием их оборудования. Здесь исключается необходимость включения специальных синхрогенераторов на передаче и, кроме того, уменьшается полоса частот, передаваемых по линии связи.

Если взаимное расположение символов разных систем произ­ вольно, т. е. цикличность работы систем не согласована во време­ ни, то цикловая синхронизация многоканальных систем в этом слу­ чае может осуществляться двумя способами.

Первый из них [3] осуществляют путем отметки одной из N0 идентичных кодовых синхрогрупп объединяемых сигналов (напри­ мер, путем инвертирования полярности всех ее символов) перед вводом сигнала этой группы в объединенный сигнал. На приеме после разделения объединенного сигнала на Nc составляющих в каждой системе производится поиск инвертированной синхрогруп­ пы. После регистрации синхрогруппы любым из контрольных уст­ ройств производится перестройка работы распределителя скачком таким образом, чтобы обеспечить правильное распределение при­ нятого сигнала.

В общем же случае, когда объединяются цифровые потоки раз­ личных систем связи и использование их синхросигналов нецелесо-

303

образно или не представляется возможным, в цикле объединенно­ го сигнала предусматривают специальные импульсные позиции для ввода циклового синхросигнала. При этом увеличивается частота следования посылок в линии связи, однако в ряде случаев это це­ лесообразно, так как создается возможность использования уни­ версального линейного тракта, пригодного для систем синхронного и асинхронного (рассматриваемого ниже) объединения цифровых потоков.

9.3. Объединение асинхронных цифровых потоков

Асинхронное объединение дает возможность объединять сигналы систем с ИКМ, тактовые частоты которых не синхронизи­ рованы между собой. При асинхронном объединении сеть цифро­ вой связи становится гибкой и надежной, исключается влияние времени распространения сигналов по линии связи, снижаются требования к стабильности задающих генераторов. Однако про­ пускная способность тракта передачи в этом случае используется хуже, чем в случае синхронного объединения цифровых потоков. Это связано с необходимостью передачи специальных команд для восстановления параметров исходных сигналов после их разделе­ ния на приемной станции.

Рис. 9.2. Структурная схема аппаратуры асинхронного объеди­ нения

На рис. 9.2 представлен вариант структурной схемы аппарату­ ры, обеспечивающей передачу и прием сигналов от четырех пер­ вичных систем с ИКМ, независимых друг от друга. В состав аппа­ ратуры входят преобразователи кодов П К і — П К 4 каждой из си­ стем, обеспечивающие переход от линейного (например, квази^ троичного) к двоичному сигналу, используемому в аппаратуре. Вы­ ходные сигналы ПК поступают на индивидуальные синхронизато­ ры Ci—С4 , предназначенные для согласования скоростей работы источников информации и местного генератора. С выхода синхро­ низаторов преобразованные сигналы поступают в устройство объе­ динения, формирующее групповой сигнал по принципу посимволь-

304

ного объединения. К групповому информационному сигналу здесь добавляются служебные сигналы (цикловой и сверхцикловой син­ хронизации, контроля и аварийной сигнализации; команды, несу­

щие информацию о разности скоростей записи и считывания ин­ формации в синхронизаторах).

Объединенный групповой сигнал в преобразователе кодов ÜKs преобразуется в форму, удобную для передачи по линейному тракту.

На приемной станции производятся обратные операции. В пре­ образователе ПК5 ' объединенный сигнал преобразуется к двоич­ ному виду и с помощью устройства разделения, управляемого приемником цикловой синхронизации, распределяется по индиви- д>альным трактам. В десинхронизаторах Д С і — Д С 4 восстанавли­ вается исходная скорость следования символов каждой системы. Управление этим процессом происходит при получении командных сигналов на приемной станции. Восстановленный сигнал с выхода каждого десинхронизатора поступает в соответствующий ПК, пре­ образующий сигнал для передачи по линии к приемной части каж­ дой системы.

Объединение асинхронных сигналов, исключающее потерю ин­ формации, производится на передаче путем записи входящего сиг­ нала источника информации в ячейки памяти синхронизаторов и считывания этих сигналов с частотой местного генератора устрой­ ства объединения. Известно несколько вариантов реализации .это­ го метода, однако наибольшее распространение получили два из них [4—7].

1. Метод, при котором скорость считывания информации нес» колько превышает скорость ее записи. Сигнал источника инфор­ мации поразрядно записывается в ячейки памяти с частотой сле­

считывания, при достижении определенного порогового значения разности фаз срабатывает, вызывая запрет считывающего импуль­ са. В это время производится запись информации в память, а в передаваемый сигнал вводится балластная вставка (стаффинг).

Информация о времени передачи вставки передается на прием­ ную станцию по специальному служебному каналу. Этот канал ор' ганизуется в объединенном сигнале путем периодического запрета работы группового распределителя, а на освободившихся позициях передаются командные сигналы, несущие информацию О наличии «вставок» в каждой из систем, сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации, сигналы контроля и т. д.

Командные сигналы управляют процессом записи сигнала в ячейки памяти приемного устройства таким образом, что вставка в память не записывается. Получаемая от устройства памяти им-

пульсная последовательность является нерегулярной из-за «изъя­ тых» вставок. Для восстановления периодичности выходного сиг­ нала используется система фазовой автоподстройки частоты, обес­ печивающая выравнивание тактовых интервалов принимаемого сигнала.

2. Метод, при котором скорость считывания информации равна скорости ее записи. Реализация этого метода обеспечивает возмож­ ность сосуществования ,в единой сети как синхронных, так и асин­ хронных систем связи.

; Так как номинальные тактовые частоты записи и считывания информации при использовании этого метода равны, то в зависи­ мости от реального соотношения частот задающих генераторов (с учетом их стабильности) возможно «переполнение» или «опусто­ шение» устройства памяти. При «опустошении» памяти, как и в предыдущем случае, вводится вставка (положительный стаффинг). При «переполнении» памяти производится передача «лишнего» символа информации на служебных позициях цикла передачи (от­ рицательный стаффинг). Командные сигналы, несущие информа­ цию о разности частот записи и считывания, в этом случае долж­ ны обеспечивать на приеме следующую информацию:

В этом случае устройство разделения приемной станции в со­ стоянии исключить вставки и восстановить информационные сим­ волы на их позициях в сигналах каждой системы.

9.4. Взаимодействие устройств цикловой синхронизации в цифровой сети связи

Вопросы организации цифровой сети связи и построения многоканальных систем на основе объединения цифровых потоков

сети связи, связанные со взаимодействием устройств цикловой син­ хронизации на разных ступенях объединения — разделения цифро­ вых-потоков. В качестве примера рассмотрим З-ступенную цифро­

306

высокого порядка не происходит, так как эти ступени связаны не­ зависимыми устройствами синхронизации. По этой же причине наихудшим является -случай сбоя синхронизма на ступени самого

определения этой возможности учтем, что среднее время несин­

ния системы синхронизации, числом символов и структурой син­ хросигнала.

Очевидно, что приемник синхросигнала низкой ступени_не вый­

сбоев синхронизма время обнаружения каждой последующей сту­ пени должно существенно превышать время обнаружения соответ­

і=2

Рисунок 9.4 показывает, как следует выбирать параметры на­ копителя с тем, чтобы исключить размножение сбоев синхрониз­ ма. Здесь индексы «в» и <«н» относятся к верхней и нижней ступе­ ням разделения цифровых потоков. Рисунок разбит на три части, так как реакция систем цикловой сихронизации на различные де­ стабилизирующие факторы (воздействие помех, прерывание сиг­

ствию идентичны сбоям работы генераторного оборудования (ГО).

Если условие Г0 бн. н>7"обн. в + Тв для какой-либо ступени не вы­ полняется, то происходит размножение сбоя синхронизма. В зави­

Lпоиск состояния синхронизма в низкой ступени закончится раньше, чем будет обнаружен

цикловой синхронизации, чтобы уменьшить время несинхронной работы при сбое синхронизма на любой ступени этой сети. Отсюда возникает задача выбора оптимального соотношения меж­ ду числом информационных и служебных символов, выбора спо­ соба передачи циклового синхросигнала, уменьшения времени об-

308

—