sk1_labs_danilov

Методические указания к лабораторным работам по курсу

Системы коммутациич. 1

Санкт – Петербург 2010

Лабораторная работа 1

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕИЦИФРО-АНАЛОГОВОЕПРЕОБРАЗОВАНИЯСИГНАЛОВ

Цель работы

1.Изучение принципов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований сигналов на основе импульсно-кодовой модуляции.

2.Исследование этапов преобразования сигналов.

Подготовка к выполнению лабораторной работы

Пользуясь конспектом лекций и методическими указаниями к данной работе, изучить принципы аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования сигналов на основе импульсно-кодовой модуляции, этапы преобразования сигналов, подготовиться к ответам на контрольные вопросы.

5.Чем обусловлено использование командирования и декомпандирования в процессе преобразования сигналов?

6.Поясните формат кодовой комбинации стандартного ИКМ сигнала.

Методические указания по изучению аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований сигналов на основе импульсно-кодовой модуляции.

При подготовке к лабораторной работе следует обратить внимание на то, что цифровые системы коммутации и передачи информации осуществляют коммутацию и передачуинформациивцифровомвиде. Этопредусматривает разделение трактов приема и передачи. Разделение трактов приема и передачи, т.е. переход с двухпроводной аналоговой линии на четырехпроводную, обеспечивается с помощью дифсистемы (ДС). В тракте передачи осуществляется аналого-цифровое преобразование (АЦП) сигналов, а втрактеприемацифроаналоговое преобразование (ЦАП).

Аналого-цифровое преобразование, содержит три последовательные операции (этапа) над исходным аналоговым сигналом: дискретизация, квантование и кодирование. Дискретизация есть представление исходного непрерывного аналогового сигнала в виде дискретных отсчетов (рис.1.1). Теоретическим обоснованием возможности такого преобразования является теорема Котельникова. Согласно теореме Котельникова сигнал любой формы, являющийся функцией времени с ограниченным спектром частот, можно представить рядом его дискретных значений с частотой следования по крайней мере в два раза большей максимальной частоты этого сигнала:

fд ≥ 2 fmax , где

fmax- максимально возможная частота аналогового сигнала. Период же следования дискретных отсчетов определяется как: Т = 1 / fд . При соблюдении этого условия исходный сигнал всегда может быть восстановлен.

Представление аналогового сигнала в виде дискретных отсчетов в технической литературе получило название амплитудно-импульсной модуляции (АИМ). При передаче звукового речевого сигнала с заданным качеством необходимо и достаточно полосы частот 300 Гц - 3400 Гц. Хотя возможности человеческого голоса лежат в диапазоне до 20 кГц. Для выделения указанной полосы частот используется фильтров нижних частот (ФНЧ). Соответственно 2 fmax = 6,8 кГц. Однако, в цифровых системах коммутации и передачи информации fд выбрана равной 8 кГц, чтобы обеспечить упрощение ФНЧ.

Длительность же одного дискретного отсчета (временного интервала) τВИ определяется как: τВИ = Т/к, где к - число организуемых временных интервалов. Для

32-канальной аппаратуры ИКМ 30/32 величина τВИ равна 3,9 мкс. Дискретизация осуществляется с помощью электронного контакта (ЭК), на который подается импульсная последовательность, соответствующая данному ВИ. Следует иметь в виду, что длительность импульса в импульсной последовательности для каждого ВИ меньше

чем τВИ . Это необходимо для обеспечения достоверного разделения ВИ между собой. Амплитудно-импульсная модуляция в чистом виде не нашла широкого применения изза ряда существенных причин, например таких как :

-низкая помехоустойчивость, так как искажение отдельных дискретных отсчетов приводит к искажению и исходного сигнала;

-трудно осуществить временное хранение информации, т.к. теоретически амплитуда дискретных отсчетов может иметь бесконечное множество значений (1в, 1,1в, 1,01в, 1,001в, ...).

Чтобы ограничить число возможных значений представления амплитуды дискретного отсчета АИМ сигнала, вводится квантование. При этом возможный диапазон изменения амплитуды АИМ сигнала разбивается на участки (уровни) с определенным шагом -

шагом квантования ( ). В этом случае амплитуда дискретного отсчета АИМ сигнала будет иметь дискретную величину, равную середине соответствующего шага квантования (рис. 1.1). Эта дискретная величина может быть представлена в виде номера уровня квантования в любой системе счисления, в том числе и в двоичной. Квантование с постоянной величиной получило название равномерного квантования с линейной шкалой. Однако, следует иметь в виду, что при квантовании допускается погрешность. Разность между истинным значением амплитуды дискретного отсчета АИМ сигнала и его квантовым значением называется ошибкой или шумом квантования. При равномерном квантовании максимальноезначениеошибки(шумаквантования) составляет 0,5 . В соответствии с МККТТ для обеспечения требуемого качества преобразования в

(ОСШК). Величина ОСШК должна быть, не менее 30 дБ. Качество преобразования должно быть реализовано во всем диапазоне изменения амплитуды передаваемого сигнала. Следовательно, с увеличением амплитуды дискретного отсчета появляется избыточность. И чем больше амплитуда, тем больше избыточность величины ОСШК. Поэтому стремятся выровнять условия преобразования дискретных отсчетов с различной амплитудой, т.е. стараются добиться того, чтобы ОСШК было постоянным во всем диапазоне изменения амплитуд. Этого можно достичь путем изменения шага квантования в зависимости от величины амплитуда передаваемого сигнала. Реализация неравномерного квантования осуществляется через компандирование исходного сигнала. Идеальным законом компандирования считается логарифмический. МККТТ для Европейских стран рекомендует для компандирования закон А. [1]

Кодирование квантовых дискретных отсчетов при использовании компандирования по закону А сводится к кодированию номера сегмента, охватыващего диапазон уровней входных сигналов, к которому принадлежит данный дискретный отсчет, и к определению номера шага квантования в пределах этого сегмента. С учетом знака длина кодовой комбинации составляет 8 разрядов. Формат стандартной кодовой комбинации приведен на рис. 1.2. К - шаг квантования (0 – 3 разряд); С – сегмент (4-6 разряд); знак сигнала(7 разряд).

Таким образом, в тракте передачи после дифсистемы должен стоять ФНЧ, обеспечивающий выделение полосы частот разговорного спектра, затем ЭК, с помощью которого осуществляется получение АИМ сигнала (дискретизация), а только потом кодер, обеспечивающий преобразование АИМ сигнала в ИКМ.

В тракте же приема должны стоять следующие функциональные элементы: декодер, электронный контакт (ЭК), фильтр нижних частот (ФНЧ), который выделяет огибающую АИМ сигнала, усилитель нижних частот (УНЧ), который обеспечивает восстановление требуемого уровня аналогового сигнала, и дифсистема (ДС).

Исходя из вышеизложенного следует, что, на момент принятия решения, за счет временного разделения каналов (ВИ) в одной физической среде можно организовать 32 цифровых канала со скоростью передачи 64 кбит/с. В формате первичной ИКМ системы четко определены назначения каждого из 32 каналов (ВИ). См. рис. 1.2. Так, каналы 1÷15, 17÷31 предназначены для передачи пользовательской информации; 0-й канал – для цикловой синхронизации, обеспечивающей возможность контроля допустимой величины интенсивности ошибок при передаче (10-5/10-6) и определения временного положения каждого ВИ; 16-й ВИ используется для организации 30-ти сигнальных каналов (за счет создания сверцикловой структуры), обеспечивающих передачу линейных сигналов.

Литература:

1. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Цифровые системы коммутации и сети электросвязи» ч. 1 – ЛЭИС, 1992.

Амплитуда

Аналоговый

сигнал

t

Амплитуда

Уровни

квантования

+4 шаг

квантования

+3

Рис. 1.1

Ц15 a b c d a b c d

для ВИ15 для ВИ31

Рис. 1.2

Бланк протокола лабораторной работы

Лабораторная работа № 1

«Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование».

Функциональная схема:

УНЧ ФНЧ ЭК Декодер

pj

Частота дискретизации…………………………...; Длительность временного канала………………..; Формат кодовой комбинации ИКМ сигнала:

Аналого-цифровое преобразование

Аналоговый сигнал m sin2πf ti m=………..…; f=……………...;

t1=…………....; t2=….…...….; t3=……….…..; t4=….….……; t5=…………..

Значение дискрет аналогового сигнала:

………………; ………………..; ………………..; ……………….; …………………;

Значение уровней при линейном квантовании:

………………; ………………..; ………………..; ……………….; …………………;

Кодовые комбинации ИКМ сигнала:

………………; ………………..; ………………..; ……………….; …………………;

Цифро-аналоговое преобразование

Кодовые комбинации ИКМ сигнала:

………………; ………………..; ………………..; ……………….; …………………;

Значение уровней при линейном квантовании:

………………; ………………..; ………………..; ……………….; …………………;

Значение дискрет аналогового сигнала

………………; ………………..; ………………..; ……………….; …………………;

Содержание отчета:

1.Краткое описание назначения функциональных элементов.

2.Краткое пояснение формата кодовой комбинации ИКМ сигнала.

3.Временные диаграммы, иллюстрирующие все этапы АЦП-ЦАП.

Лабораторная работа 2

ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ КОММУТАТОР НА БАЗЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ

Цель работы

1.Изучение принципов построения пространственных коммутаторов цифровых систем коммутации.,

2.Исследование возможностей пространственных коммутаторов на безе мультиплексоров и организации их управления.

Подготовка к выполнению лабораторной работы

Пользуясь конспектом лекций и методическими указаниями к данной работе, изучить принципы построения и организации управления пространственных коммутаторов цифровых систем коммутации, подготовиться к ответам на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1.Что такое пространственная коммутация?

2.Что такое мультиплексор?

3.Какие основные функциональные узлы образует пространственный коммутатор?

4.Чем определяется число мультиплексоров и ЗУ управления?

5.Чем определяется разрядность и число ячеек ЗУ управления?

6.Какая информация содержится в ячейках ЗУ управления?

Методические указания по изучение пространственного коммутатора на базе мультиплексоров

Пространственный коммутатор (ПК) обеспечивает коммутацию одноименных временных интервалов (ВИ) различных ИКМ линий, т.е. перенос цифрового сигнала из одной цифровой линии в другую без изменения номера ВИ. На рис.2.1 в качестве примера показана коммутация 30-ий ВИ 0-й входящей и (m-1 )-й исходящей ИКМ линий, а так же i-го ВИ(n-1 )-й входящей и 0-й исходящей ИКМ линий.

Рис. 2.1