Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
15.96 Mб
Скачать

наружения выхода из синхронизма при сохранении помехоустой­ чивости системы, совершенствования приемников синхросигнала. Решение этих вопросов находится в центре внимания специалистов по проектированию цифровых сетей связи.

9.5. Иерархия цифровых систем связи

Методы объединения цифровых потоков, разработанные в последнее время, позволяют в принципе решить задачу построе­ ния систем связи при сколь угодно большом числе каналов. Для выбора оптимального числа каналов и унификации требований к системам цифровой связи возникла необходимость в разработке иерархии систем цифровой связи по аналогии с иерархией систем частотного уплотнения. Иерархией систем цифровой связи обычно называют семейство систем, цифровой сигнал каждой из которых образуется путем объединения сигналов систем более низкого по­ рядка на соответствующей ступени объединения. Так, например, сигналы первичных систем объединяются в сигнал вторичной си­ стемы на первой ступени объединения, сигналы вторичных систем объединяются в сигнал третичной системы и т. д.

Системы связи, входящие в иерархию, должны быть рассчита­ ны на удовлетворение потребности в каналах связи как в настоя­

щее время, так и в будущем. Они должны обеспечить

передачу

 

24-ш.

Канал

всех

видов аналоговой

система

и дискретной

информа­

система

передачи

ВД-ИКМ

ВД - ИКМ

данных

ции,

стыковку с

дейст­

N1

N2

 

вующими

 

системами

 

 

 

связи, совместную

ра­

 

 

 

боту

с

электронными

J

ступень

 

вычислительными

 

ма­

объединения

 

шинами,

сопряжение

 

 

 

систем и сетей синхрон­

 

 

 

ного

и

асинхронного

Система.

 

система

типа.

 

 

 

 

 

ѴД-ИКМІ

 

ТВ-ИКМ

При

проектирова­

 

 

 

нии

иерархии

систем

 

 

 

цифровой

связи

 

дол­

 

 

Передцтт

жен учитываться

целый

і 24канальн.

 

ряд

факторов:

объем

 

циклобого

системы

 

синхросиг­

требований

на

услуги

ВД-ИКМ

 

нала

связи, информационная

\№*І8и№20Щ

 

 

Е ступень

 

мощность

 

источников

 

 

 

 

 

сообщений,

структура

объединения

' Объединенный

'

I

и характеристики

 

су-

 

- '

— икм сигнал

шествующих

сетей свя-

Рис. 9.5. Объединение импульсных потоков в

з и > о характеристики

ЛИ-

системе с тактовой частотой 224 МГц

НИИ передачи И Т . Д.

 

310

Основу иерархии составляют первичные системы с ИКМ. Спе­ циальной исследовательской комиссией D (по системе с ИКМ) МККТТ были рекомендованы основные характеристики первичных систем с ИКМ на 24 и 30 телефонных каналов [8]. На основе этих рекомендаций был разработан іряд предложений по иерархии си­ стем цифровой связи с учетом особенностей национальных сетей и ряда других факторов, включая наличие уже находящихся в ком­ мерческой эксплуатации систем с ИКМ.

В экспериментальной системе [4] применена двухступенная ие­ рархия (рис. 9.5). В одном из вариантов построения системы на первой ступени объединяются во времени сигналы двух 24-каналь- ных систем ВД-ИКМ типа Т-1 (/т = 1544 кГц) и канала передачи данных. Канал передачи данных предназначен для передачи слу­ жебной информации о вводе дополнительных символов при под­ ключении асинхронных источников информации и работает с так­ товой частотой, равной 1544 кГц.

На второй ступени объединяются во

времени

кодированные

сигналы системы

передачи цветного телевидения ТВ-ИКМ

(/твт =

= М'1,168 МГц),

600-канальной системы ЧД-ИКМ

(/чдг =

=55,584 МГц), 33

24-канальных систем ВД-ИКМ и сигналы с пер­

вой ступени объединения. Цикл передачи

включает

145 временных

интервалов, причем 72 из них отводятся для сигнала телевидения, 36 для сигнала системы ЧД-ИКМ и по одному интервалу — для каждой из 24-канальных систем и канала передачи данных. Пос­ ледний временной интервал в цикле передачи отводится для сиг­ нала цикловой синхронизации. Поскольку / т в 7 / / Ч д Г = 2 и / ч д / / в д = = 36, в цикле передачи возможно объединение сигналов от двух систем цветного телевидения, или четырех систем ЧД-ИКМ (2400 каналов), или 144 24-канальных систем ВД-ИКМ (3456 каналов), кроме рассмотренного выше способа комбинированного построения

системы. Тактовая

частота

объединенного

сигнала

составляет

145X1544 кГц=.223,880 МГц.

 

 

 

В дальнейшем предложения по иерархии

систем цифровой свя­

зи подверглись существенной

переработке [8] и была

предложена

4-ступе:нная иерархия

(табл. 9.2). Число объединяемых

систем на­

зывают коэффициентом объединения. Основой этой иерархии явля­ ются находящиеся ів настоящее время в США в коммерческой экс­ плуатации 24-канальные системы типа Т-1 и 96-канальные системы типа Т-2 (объединенные из четырех 24-канальных систем Т-1). Так­ товые частоты этих систем раины 1,544 и 6,312 МГц соответственно. По линейному тракту системы Т-2 можно передавать кодированные сигналы видеотелефона. В стадии разработки находится система

типа

Т-3 (/т = 46 МГц), предназначенная

для передачи сигнала

600-канальной

группы ЧД-ИКМ. Предполагалось, что в системе

Т-4

тактовая

частота достигнет величины

280 МГц, что обеспечит

одновременную передачу до 4032 телефонных каналов по коакси­ альному кабелю (168 систем типа Т-1). Однако последняя инфор-

311

 

Т А Б Л И Ц А

9.2

 

 

 

 

 

Система

 

Т-1

Т-2

т-з

Т-4

Т-5

Ступени

объединения

 

1

2

3

 

4

Тактовая частота в ли­

1,544

6,312

46,304

280

568

нии, МГц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Число

телефонных

ка­

24

96

672

4032

8064

налов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент объедине­

4

7

6

 

2

ния

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мация показывает, что разработка

системы Т-4 законсервирована

в пользу разработки системы

типа

Т-5 с тактовой частотой /г =

= 568 МГц (8064 каналов).

 

 

Предложения европейских

стран

по иерархии систем цифровой

связи базируются на использовании 30-канальной системы. Так, в работе [8] предложена 4-ступенная иерархия с коэффициентом объединения на каждой ступени, равным 4. Число телефонных ка­

налов на каждой ступени составляет 30

120*^

480 Д 4 1920

7680, а тактовые частоты равны 2,048;

8,448; 34,816; 143,360 и

589,824 МГц соответственно.

 

 

 

 

 

Коэффициент объединения,

равный 4, особенно удобен для си­

стем с ИКМ, поскольку в основе техники

ИКМ лежит

двоичная

система счисления. Использование

восьмиразрядного

канального

интервала

и коэффициента

объединения,

равного

4,

обеспечит

удобный

переход от посимвольного

к поканальному

объединению

в будущем, что особенно важно для систем временной коммутации каналов [9]. Рассмотренная иерархия удовлетворяет также требо­ ваниям передачи сигналов вещания, видеотелефона, телевидения,, сигналов различных групп и систем частотного уплотнения.

Иерархия систем цифровой связи, предложенная в і[10] и пред­ ставленная в табл. 9.3, отличается от предыдущей лишь значением тактовых частот, начиная с системы третьего порядка. Число теле­ фонных каналов в системах одного порядка одинаково, а объем передаваемой служебной информации незначительно отличается.

Выбор скоростей передачи сигналов зависит от характеристик линейных трактов, причем во внимание принимаются и перспек­ тивные, вновь разрабатываемые линии связи (волноводы, оптиче­

ские линии, радиолинии, работающие в новых диапазонах

частот).

В табл. 9.4. представлены характеристики трактов

передачи

(тип линий связи, тип линейного сигнала, ожидаемая длина регенерационного участка) для иерархии, приведенной в табл. 9.3.

312

Т А Б Л И Ц А

$.3

 

Порядок системы

Первичная

Вторичная

Число телефонных ка­ налов и ^коэффициент объединения

Тактовая частота в ли­ нии, МГц

Число канальных ин­ тервалов

Способ объединения

Элемент объединения

Х4 30 >

2,048

32

канал

 

Х4

 

120

 

 

Х2

^

240

8,448

17,152

132

 

268

синхронный или

асинхронный

асинхронный

 

канал или

символ

символ

Третичная Четверичная Пятеричная

 

Х4

 

Х4

 

480

1920

>

7680

34,304

139,264

565,148

536

2176

8832

асинхронный асинхронный асинхронный

i

символ

символ

символ

Т А Б Л И Ц А 9.4

Тактовая час­

Тип линии связи, диаметр

Тип линейного

тота, МГц

мм

сигнала

2,048

Симметричный вч кабель,

 

Двухполярный

d=0,6^-0,9;

 

 

 

 

 

 

то

же, d=0,9 ;

 

 

 

 

»

радиолиния,

12,7-^-12,9 ГГц

 

A M

8,448

Симметричный

вч

кабель,

Двухполярный

d=0,9;

 

 

 

 

 

 

микрокоаксиальный

кабель,

 

»

d=0,65H-2,8;

 

 

 

 

 

радиолиния 12,7-^13,25, ГГц

ФМ

17,152

Радиолиния,

12,7+13,25 ГГц

ФМДФМ

34,304

Микрокоаксиальный

кабель,

Четырехуровневый

d=0,65H-2,8;

 

 

 

 

 

малогабаритный

коаксиальный

»

кабель, d = l ,2-^4,4;

 

 

 

радиолиния,

12,7+13,25 ГГц

ДФМ

139,264

Малогабаритный

коаксиальный

Четырехуровневый

кабель, d = l , 2 + 4 , 4 ;

 

 

 

нормальный

коаксиальный

ка­

»

бель, d.=2,6H-9,5;

 

 

 

 

радиолиния,

5=18 ГГц;

 

 

ФМ

оптический

волновод

 

 

 

565,148

Нормальный

коаксиальный

ка­

Пятиуровневый

бель, d=2,6H-9,5;

 

 

 

 

оптический

волновод;

 

 

 

волновод

 

 

 

 

 

Волна Т Е 0 1

d = 4 0 + 6 0 , 20+120 ГГц;

 

 

радиолиния,

^ 1 8 ГГц

 

 

ФМ

Длина регенера-

ционного участка

км

«2 0

<4

»

«2 0

«2 0

<2

<4

«2 0

<2

<4

<5

«1 + 2

<2

«1 + 2

«1 0 + 2 0

<5

Для эксплуатации первичных и вторичных систем предполагает­ ся использование низкочастотных и высокочастотных симметрич­ ных кабелей, а также микрокоаксиального кабеля. Линейный сиг­ нал — двухполярный (квазитроичный, парно-избирательный или его разновидности). Для передачи по радиолиниям используется фазовая модуляция (однократная, двукратная и т. д.).

Начиная с систем третьего порядка, используются коаксиаль­ ные кабели (микро-, малогабаритные и нормального диаметра) и

314

многоуровневая

передача. Для

систем

4 и 5-го порядков предпо­

лагается использование

волноводных

и световодных

линий связи.

В настоящее

время

в ряде

стран

мира ведется

исследование

цельнометаллических и спиральных волноводов круглого сечения [11], предназначенных для создания широкополосных трактов даль­ ней связи. В современных проектах уплотнения волноводных ли­ ний связи предполагается использование волн миллиметрового диапазона в полосе от 20 до 120 ГГц.

Считается установленным, что для уплотнения волноводных ли­ ний связи, характерной особенностью которых является наличие сильных помех от попутных потоков, наиболее приспособлены си­ стемы с ИКМ. Цифровой характер передаваемых сигналов, воз­ можность регенерации импульсов в промежуточных точках маги­ страли через 10-^20 км, ограниченное накопление помех — все это дает возможность проектировать линии дальней связи с огромной пропускной способностью. В полосе частот порядка 32-=-50 ГГц можно обеспечить передачу примерно 100 000 телефонных каналов. В диапазоне частот от 50 до 100 ГГц путем частотного уплотнения волноводной линии связи можно обеспечить одновременную пере­ дачу 200 тыс. телефонных сигналов или 120 телевизионных про­ грамм.

Создание источников когерентного излучения оптического диа­ пазона — оптических квантовых генераторов (лазеров), стимули­ ровало постановку исследований по созданию широкополосных оп­ тических линий связи. Диапазон оптических волн настолько широк, что позволяет строить системы связи практически неограниченной емкости. Как известно, дальняя оптическая связь в открытой среде распространения затруднена ввиду изменчивости условий переда­ чи, вызванных туманом, дымом и влиянием других светопоглощающих факторов. Для устранения этих недостатков разработаны замкнутые оптические волноводы (полые трубы, внутри которых на равных расстояниях вмонтированы линзы, предназначенные для коррекции, фокусировки или изменения направления светового луча).

Таким образом, уже сейчас решаются основные проблемы соз­ дания систем связи огромной емкости на основе использования электрических и оптических волноводов. И хотя экономически це­ лесообразность построения таких систем оправдывается лишь при необходимости создания пучков емкостью порядка нескольких де­ сятков тысяч каналов — потребность в таких пучках даже на са­ мых нагруженных направлениях связи возникнет лишь в буду­ щем,— перспективность систем волноводной и световодной связи не вызывает сомнений.

В перспективных планах развития техники связи нашей страны внедрению систем с импульсно-кодовой модуляцией уделяется су­ щественное внимание [12, 13, 14].

Разработаны основные положения по иерархии систем цифро­ вой связи и внедрению систем связи с ИКМ в СССР [13, 14]. На

315

городских телефонных сетях основное применение найдет малока­ нальная (до 30 каналов) аппаратура уплотнения существующих низкочастотных кабелей. Предполагается применение вторичной (на 120 каналов) аппаратуры уплотнения симметричных высоко­ частотных и микрокоаксиальных кабелей. В перспективе на особо нагруженных участках городских телефонных сетей будет исполь­ зоваться многоканальная (более 1000 каналов )аппаратура уплот­ нения малогабаритных коаксиальных кабелей. Для сельской связи

в основном будет использоваться малоканальная

аппаратура (на

12,

15 и 30 каналов), а для зоновой — вторичные

цифровые систе­

мы

уплотнения симметричного кабеля и стволов

радиорелейных

линий. На магистральных линиях связи будут применяться много­ канальная аппаратура уплотнения малогабаритного и нормализо­ ванного коаксиального кабеля, световодные и волноводные систе­ мы связи с ИКМ.

Методы цифровой передачи сигналов продолжают непрерывно

совершенствоваться. Темпы разработки и внедрения

этих систем

во многих странах чрезвычайно высоки. Уже в 1972

г. в мире на­

считывалось более миллиона телефонных каналов, организованных с помощью ИКМ. Появились зоны цифровой связи, методы им- пульсно-кодовой передачи сигналов широко внедряются не только на наземных (кабельных и радиорелейных), но и в спутниковых сетях связи [15]. Все это дает основания считать, что в ближай­ шие десятилетия в основном будет завершен переход к единой циф­ ровой сети связи, использующей одни и те же методы для пред­ ставления сообщений всех видов и для их коммутации.

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ t

 

ТАБЛИЦА ЗНАЧЕНИЙ D(z)

ДЛЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ г

 

—г

O(z)

—г

ß(z)

—Z

D(z)

—2

O(z)

0,0

0,5000

1,3

2,103

2,6

29,23

3,9

2008

0,1

0,5425

1,4

2,449

2,7

38,15

4,0

2981

0,2

0,5910

1,5

2,875

2,8

50,27

4,1

4468

0,3

0,6463

1,6

3,400

2,9

66,89

4,2

6757

0,4

0,7100

1,7

4,010

3,0

89,89

4,3

1036-10«

0,5

0,7838

1,8

4,872

3,1

122,0

4,4

1603-10"

0,6

0,8689

1,9

5,905

3,2

167,2

4,5

2496-1О1

0,7

0,9685

2,0

7,222

3,3

231,5

4,6

3934-1О1

0,8

1,085

2,1

8,908

3,4

323,7

4,7

6263-1О1

0,9

1,223

2,2

11,09

3,5

456,9

4,8

1007-Юг

1,0

1,388

2,3

13,93

3,6

651,7

4,9

1636-Юз

1,1

1,583

2,4

17,67

3,7

938,9

5,0

2683-102

1,2

1,818

2,5

22,61

3,8

1367

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

К выводу формулы для дисперсии фазовых флуктуации

Вычисление

структурных

коэффициентов.

Согласно ф-ле (7.13а) структур­

ный коэффициент

£ 8<,к)

e - " a r c o s n o ) 0

Т

п=0

 

 

= V 2 ( < W +

М п і ) е - <"+'>

а Т cos пи>0Т cos / со0 T,

где ап, uj—• средние значения; Mnj— корреляционные моменты амплитуд им­ пульсов. Разобьем импульсную последовательность на кодовые группы, каждая из которых содержит m импульсов, и присвоим каждому импульсу п-й кодовой группы новый номер mn+i, где Osgtsgm—1. Тогда, учитывая новую нумерацию посылок,

317

m—1 m—1

oo

oo

 

1=0

к=0

n=0 / =

0

 

X cos

co0 (mn +

i)

T cos со0 (от/ + к) T .

(П2.1)

Допустим, что средние значения амплитуд импульсов не зависят от номера кодовой группы, а корреляционные моменты отличаются от нуля только для

посылок,

принадлежащих

к

одной

и

той

же кодовой

группе

(n=j).

Тогда

й т п + і = й і ,

а,ті+к=сік,

 

М

т п

+ І , m

j + K = M o , ІК-

Вычислим

вначале

величину

 

 

 

 

m—1 m1

oo

oo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л р е г =

V

2

 

2

X

адсе-^+'+И+ЮаГ

 

 

c o

s (

m n

+

i ) ( û o r x

 

 

 

 

і = 0

к =0 п =0

1=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m—1 m—1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

і а>0ТcosкщТ

X

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

2

 

cos n X

— (cos

і со0 Т sin к

щ

Т

-f-

sin /' ш0

Г cos к ш0

T) X

 

 

 

\n=o

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СО

 

 

со

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

2 ß" c

o s

"к

У ß" sin rt х +

sin t Wo T sin к щ

T

X

 

 

 

X

S

ß"sinn •/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\n=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где ß = e - m c "

,

x = " î « 0

r .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись для суммирования по п ф-лами (1.447.1) и (1.447.2) [31],

получим

после упрощения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

m—1 m— 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лрег =

4f

J]

£

" ' ^ е

_

а

Г

1 ( 1

+

2 ß

 

Х +

 

 

( '

" К ) ^ Т

+

 

 

+

(1 cos X + ß 2

cos 2x) cos

(« +

к) ю0

T — sin x (1 — ß cos x) X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m1 m—1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X sin (i +

к)

(D0 TJ =

 

 

 

 

а,а* e -

«+ к > а г

{cos

(/ — /с) <в0

T -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1=0

 

к=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos[(/ +

« ) ( û 0

r +

27 P e r ]} ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

_

 

.

2 ß s i n x ( l

— ßcos X)

 

 

 

1 - 2ß cos X +

ß*

' 2 Ѵ Р

е г -

а

Г С t

g

1 -

2ß cos X +

ß 2

cos2x

 

318

Выражая сумму тригонометрических функций через произведение, оконча­ тельно получим

 

 

 

m—1

 

cos (i T + ^рег)

ірег —

 

і

V ai e~

laT

 

к

 

 

0

 

 

 

( = 0

 

 

причем можно показать, что

ß sin X

t g 7Рег

р cos X

Аналогичным образом вычисляются регулярные структурные коэффициенты

ß p e r И Срег -

Переходя к оставшимся слагаемым выражения (П2.1) и учитывая, что от-

.'И'чны от нуля только члены с п = \, получим случайный структурный коэффи­ циент

 

 

m—1

m—1

 

 

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

Л с л

=

^

 

£ е -

( ' ' +

, с )

а Г

М 0 >

 

^ V

ß2 « cos (mn + Ï) щ Т cos (mn +

 

 

i = 0

 

к = 0

 

 

 

 

 

n = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m—1

m—1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- L ^ J J e -

 

 

' 0 ,

(K C O S ( / — к) (DO T X

 

+

/ c

)

( 0 o T

=

 

 

a r M

n

 

 

 

 

 

 

 

( = 0 к = 0

 

 

 

 

 

 

 

£

 

ß 2 " + cos (i

+

к) шо Г V p2" cos 2x — sin (/ -I к)щТ

X

 

 

n = 0

 

 

 

 

 

 

n=0

 

 

 

 

 

X

^

 

ß 2 " s i n 2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая те же формулы

і[3'1], окончательно получим

 

Лсл=

 

m—1 m—1

e_(t

+,c)arMn

 

1 — p 2

 

 

 

 

 

 

 

 

тЕ S

 

'

'О,

 

cos (t — к) (ÛQ T

 

 

 

 

ік

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 = 1 к = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к 2

 

cos [(/ +

к) щ T +

ѵслі .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ß 2 s i n 2 %

 

где

к 2 =

 

У 1 — 2 ß 2

cos 2/. + p4

,

Л

= arc tg 1 — ß 2 cos 2x

 

Аналогичным

 

образом

вычисляются

случайные структурные

коэффициенты

Вел и Сел-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим соотношения (7.14)

Формула

для

дисперсии

фазовых

 

флуктуации.

и (7.17) в правую

часть

выражения

і(7.11). Тогда знаменатель этого выражения

равен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зн = ( l2c

 

+ kl)*

-

Mper 4

fiper)2

I S I 4 ,

 

 

(П2.2)

319

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ