Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цифровые системы передачи. Учебное пособие для СПО
.pdf
21
При реализации неравномерного кодера, в соответствии с таблицей 1.1,
необходимо определить величины эталонных напряжений для нижней границы
каждого сегмента и при кодировании внутри сегмента (таблица 1.2).
Схемы и принцип действия нелинейных кодеков взвешивающего типа в
такие же как и у линейных кодеков. Отличаются они только последовательностью включения эталонных напряжений в процессе кодирования исходного
сигнала.
Таблица 1.2 – Эталонные напряжения для нелинейного кодека
Номер сег-
мента, Nc.
Эталонное
напряжение
нижней гра-
ницы сег-
мента
Эталонные напряжения при кодиро-
вании в пределах сегмента
i
(D)
2
i
(C)
4
i
(B)
8
i
(A)
0
0
1
0
2
0
4
0
8
0
1 16
0
1
0
2
0
4
0
8
0
2 32
0
2
0
4
0
8
0
16
0
3 64
0
4
0
8
0
16
0
32
0
4 128
0
8
0
16
0
32
0
64
0
5 256
0
16
0
32
0
64
0
128
0
6
512
0
32
0
64
0
128
0
256
0
7
1024
0
64
0
128
0
256
0
512
0
В нелинейном кодере максимальный шаг квантования (в седьмом сегменте) в 64 раза превышает минимальный шаг квантования Δ0 в нулевом и первом
сегментах. С учётом этого свойства отношение сигнал/шум квантования (для
синусоидального сигнала) рассчитанное по формуле (1.16) и составит: для нулевого и первого сегментов
00
/ 7, 78 20 lg ( / ) 7 , 7 8 2 0 lg (3 2 / ) 37, 8 8 ;
с к в
Р Р A д Б
а для седьмого сегмента
00
/ 7, 78 2 0 lg (2 0 48 / 64 ) 37, 8 8 .
с к в
Р Р д Б
При нелинейном кодировании зависимость отношения сигнал/шум квантования от уровня входного сигнала при компандировании по закону А=87,6/13
приведена на рисунке 1.12. Для слабых сигналов с уровнем от минус 48 до минус 36 дБм в пределах нулевого и первого сегментов осуществляется равномерное квантование с шагом
0
, поэтому Р
с/Рш.кв
увеличивается с ростом уров-
ня входного сигнала р
с
. На границе перехода от первого ко второму сегменту
22
шаг квантования увеличивается в два раза, т.е. становится равным 2
0
, вслед-
ствии чего Рс/Р
ш.кв
резко уменьшается на 6 дБ, а затем в пределах данного сег-
мента возрастает с ростом уровня входного сигнала рс , поскольку внутри сегмента осуществляется равномерное квантование. После увеличения уровня
сигнала выше 0 дБм он попадает в зону ограничения и отношение сигнал/шум
резко уменьшается за счет перегрузки кодера.
На рисунке 1.13 изображена схема нелинейного кодера взвешивающего
типа, в котором осуществляется прямое кодирование АИМ отсчётов аналогового сигнала. Процесс кодирования производится за восемь тактовых интервалов, в каждом из которых определяется один из символов восьми разрядной
двоичной кодовой комбинации (рисунок 1.11).
СПСЭ
ФЭ
1
ФЭ
2
УЛС
СС
U
АИМ
ИКМ
1
2
11
1
2
11
8
7
1
F
T
Рисунок 1.13 – Нелинейный кодер взвешивающего типа
р
с
,
Р
/Р
,
40 3-48
-12
0
Рисунок 1.12 – Зависимость Рс/Р
ш кв
= f (pc)
23
В первом такте определяется знак поступившего на вход кодера АИМ отсчета. Если отсчет положительный, то в знаковом разряде формируется «1» и к
схеме переключения и суммирования эталонов (СПСЭ) подключается формирователь положительных эталонных напряжений ФЭ1, в противном случае
формируется «0» и к схеме подключается ФЭ
2
.
Затем происходит формирование кода номера сегмента методом деления
их числа пополам (рисунок 1.14). Во втором такте управляющая логическая
схема УЛС и СПСЭ подают на вход схемы сравнения эталонный сигнал Uэт =
128
0
, соответствующий нижней границе четвертого (среднего) сегмента. Если
амплитуда АИМ отсчета U
АИМ
Uэт = 128
0
, то амплитуда отсчета попадает в
один из четырех вышележащих сегментов и формируется очередной символ X
= 1, который по цепи обратной связи поступает на вход УЛС. В противном случае принимается решение, что амплитуда отсчета попадает в один из нижележащих сегментов и формируется X = 0.
В третьем такте в зависимости от значения предыдущего символа X уточняется номер сегмента, в который попадает амплитуда кодируемого АИМ отсчета. Если X = 1, то УЛС и СПСЭ подают на вход СС эталонное напряжение
соответствующее нижней границе шестого сегмента Uэт = 512
0
.Если ампли-
туда АИМ отсчёиа U
АИМ
Uэт = 512
0
, то отсчет попадает в один из двух вы-
шележащих сегментов и формируется очередной символ Y = 1. В противном
случае, если U
АИМ
< Uэт = 512
0
, принимается решение, что отсчет попадает в
два нижележащих сегмента и формируется Y = 0.
Если же во втором такте было X = 0, то УЛС с помощью СПСЭ обеспечивает подачу на вход СС эталонного напряжения Uэт = 32
0
, соответствующего
нижней границе второго сегмента. При амплитуде АИМ отсчёта U
АИМ
Uэт =
32
0
, то в третьем такте принимается решение, что АИМ отсчет попадает во
второй и третий сегменты и формируется Y = 1. Если U
АИМ
Uэт = 32
0
, при-
нимается решение, что отсчет попадает в два нижележащих сегмента и формируется Y = 0 (рисунок 1.14).
В четвертом такте аналогичным образом формируется символ Z и окончательно формируется код номера сегмента. В результате, после четырех тактов кодирования, сформируется четыре символа восьмиразрядной кодовой
комбинации PXYZ (рисунок 1.11) и к СС подключится одно из восьми эталонных напряжений, соответствующих нижней границе сегмента, в котором находится кодируемый отсчет (рисунок 1.14).
В оставшихся четырех тактах последовательно формируются символы
ABCD кодовой комбинации, значения которых зависят от номера шага кванто-
вания внутри сегмента, в котором находится амплитуде кодируемого АИМ отсчета. Поскольку внутри любого сегмента осуществляется равномерное квантование, то процесс кодирования реализуется, как и в линейных кодерах взвешивающего типа, путем последовательного включения эталонных напряжений соответствующих данному сегменту (таблица 1.2).
24
Например, если на вход кодера поступил положительный АИМ отсчет с
амплитудой U
АИМ
= 981
0
, то после первых четырех тактов сформируются
символы PXYZ = 1110 и к СС подключится эталонное напряжение Uэт = 512
0
,
соответствующее нижней границе шестого сегмента.
В пятом такте к этому эталонному сигналу добавляется максимальное
эталонное напряжение Uэт = 256
0
, соответствующее символу А в определителе
шага квантования К (рисунок 1.11) шестого сегмента (таблица 1.2). Так как U
А-
ИМ
> Uэт = (512+256)
0
, то формируется символ А = 1 и это эталонное напряже-
ние остается включенным.
В шестом такте подключается эталонное напряжение соответствующее
символу В в определителе шага квантования К Uэт = 128
0
и так как амплитуда
АИМ отсчёта U
АИМ
> Uэт = (512+256+128)
0
, то на выходе СС формируется
символ В = 1 и это эталонное напряжение остается включенным.
В седьмом такте подключается эталонное напряжение соответствующее
символу С в определителе шага квантования К Uэт = 64
0
и так как амплитуда
АИМ отсчёта U
АИМ
> Uэт = (512+256+128+64)
0
, то на выходе СС формируется
символ С = 1 и это эталонное напряжение остается включенным.
В восьмом такте подключается эталонное напряжение соответствующее
символу D в определителе шага квантования К Uэт = 32
0
и так как амплитуда
АИМ отсчёта U
АИМ
< Uэт = (512+256+128+64+32)
0
, то на выходе СС форми-
руется символ D = 0 и это эталонное напряжение отключается. И на этом процесс кодирования очередного отсчета заканчивается. В результате на выходе
кодера сформирована кодовая комбинация PXYZABCD = 11101110, соответ-
Nc= 0
1
2
3
4
5
6
7
0
16
0
32
0
64
0
128
0
256
0
512
0
1024
0
2048
0
T
T
3
T4
U
эт
XYZ
X=1
X=0
Y=1
Y=0
Y=1
Y=0
Z=1
Z=0
Z=1
Z=0
Z=1
Z=0
Z=1
Z=0
111
110
101
100
011
010
001
000
Рисунок 1.14 – Алгоритм формирования кода номера сегмента
T
25
ствующая амплитуде уравновешивающего АИМ сигнала на входе СС U
`
АИМ
=
960
0
. Разница между входным и уравновешивающим АИМ сигналами на вхо-
дах СС представляет ошибку квантования
КВ
= U
АИМ
- U
`
АИМ
= 21
0
> i / 2 =
16
0
.
Для кодирования с неравномерной шкалой квантования также может
быть использовано преобразование на основе линейного кодирования, при котором кодирование сигнала осуществляется в линейном кодере с большим числом разрядов с последующим цифровым компандированием. При этом в линейном кодере осуществляется равномерное кодирование с использованием 12–
разрядного кода, что соответствует количеству шагов квантования NКВ = 212 =
4096, с последующим цифровым компрессированием (преобразованием) с помощью логических устройств на основе ПЗУ в восьмиразрядный нелинейный
код, имеющий ту же структуру, что и при использовании нелинейного кодера с
характеристикой компрессии типа А = 87.6/13 (таблица 1.3).
При проведении преобразования двеннадцати разрядного линейного кода
в восьми разрядный нелинейный код первый разряд остается без изменения и
несет информацию о знаке сигнала. Код определителя сегмента С (XYZ) может
быть определен как 7 минус число ведущих нулей, а код определителя шага
квантования К (ABCD) получается как четыре разряда, непосредственно следующие за ведущей единицей, за исключением случая, когда С = 0, и код К заключается в четырех разрядах, следующих за семью ведущими нулями. Всеми
остальными разрядами 12–ти разрядной кодовой комбинации следующими за
разрядами ABCD ( от E до J ) просто пренебрегают ввиду их малости.
Таблица 1.3 – Алгоритм цифрового компрессирования
Номер
сегмента
Код
12–ти разрядный линейный
8–ми разрядный нелинейный
0
P0000000ABCD
P000ABCD
1
P0000001ABCD
P001ABCD
2
P000001ABCDE
P010ABCD
3
P00001ABCDEF
P011ABCD
4
P0001ABCDEFG
P100ABCD
5
P001ABCDEFGH
P101ABCD
6
P01ABCDEFGHI
P110ABCD
7
P1ABCDEFGHIJ
P111ABCD
В процессе нелинейного декодирования, т.е. формирования АИМ отсчета
U
АИМ
по структуре кодовой комбинации (PXYZABCD) определяются знак от-
счета и номер сегмента, после чего суммируются все эталонные напряжения с
учетом того, что к этой сумме с целью уменьшения ошибки квантования, т.е.
для получения
КВ
< i / 2, добавляется напряжение равное половине шага
квантования в данном сегменте
26
( 8 4 2 0 .5 ),
А И М э т i i i i i i
U U A B C D
где U
этi
– эталонное напряжение, соответствующее нижней границе i-го
сегмента;
i
– шаг квантования в i-м сегменте.
Если, например, на вход декодера поступила кодовая комбинация
11101110 (т.е. Nс = 6,
i
= 32 0 , U
этi
= 512 0 ), то на выходе декодера будет
сформирован АИМ отсчет с амплитудой U
АИМ
= + ( 512
0
+ 1832
0
+ 1432
0
+ 1232
0
+ 032
0
+ 0.532
0
) = + 976
0
. При этом ошибка квантования
КВ
= 5
0
< i / 2 = 16
0
[1].
1.3. Структурная схема аппаратуры оконечного оборудования
цифровой системы передачи
В состав оконечного оборудования цифровой системы передачи (рисунок
1.15), предназначенной для цифровой передачи аналоговых телефонных сигналов, входит аппаратура индивидуального и группового оборудования. Все блоки аппаратуры индивидуального оборудования каждого из N = 30 каналов тональной частоты (ТЧ) однотипны и поэтому на рисунке показано это оборудование только для первого и 18-го каналов [1, 3, 5].
Телефонный (аналоговый) сигнал от абонента через АТС по двухпроводной абонентской линии (АЛ) приходит на вход дифференциальной системы
(ДС), осуществляющей переход от двухпроводной АЛ, в которой осуществляется как приём, так и передача, к четырех проводному каналу, в котором разделены каналы приёма и передачи. Через ДС сигнал поступает на передающую
часть индивидуального оборудования, содержащего усилитель низкой частоты
(УНЧпд), фильтр нижних частот (ФНЧпд) и амплитудно-импульсный модулятор
(АИМ). В ФНЧпд аналоговый сигнал (рисунки 1.15 и 1.18, т.1) ограничивается
по спектру частотой среза Fср = 3,4 кГц, т.е. формируется спектр канала тональной частоты. На приемной стороне это позволяет устраненить помеху от нижней боковой полосы (рисунок 1.2) при частоте дискретизации FД = 8 кГц.
В ЦСП используется временное разделение каналов (ВРК), для реализации которого формируется цикл (frame - кадр), с длительностью ТД = 125 мкс.
В амплитудно-импульсном модуляторе аналоговый сигнал дискретизируется по времени и на его выходе формируются канальные АИМ импульсы (отсчеты аналогового сигнала) с частотой дискретизации FД = 8 кГц (рисунки 1.15,
1.18 т.2). Импульсы дискретизации для соседних каналов сдвинуты во времени
на один канальный интервал Т
КИ.
27
АИМ
УХ
Кодер
УО
ПК
пд
ГО пд
СУВ
пд
ДИ
пд
ДС
СУВ
пр
ДИ
пр
АЛ
СУВ
к АТС
ГО пр
ПрЦС
УНЧ
пр
ФНЧ
пр
ВС
Деко-
дер
ПК
пр
Регене
ратор
1
2
ЦС
ДИ
Уст
F
д
1 ТЧ
F
Т
Вых
Вх
F
Т
УНЧ
пд
ФНЧ
пд
F
д
N F
д
АИМ
УНЧ
пд
ФНЧ
пд
АИМ
АИМ
АИМ
Первый канал ЗВ
Второй канал ЗВ
Третий канал ЗВ
АИМ
УНЧ
пд
ФНЧ
пд
СУВ
от АТС
1
2
36
1
2
36
ДС
АЛ
18 ТЧ
17 ТЧ2 ТЧ
КИ2
КИ10
КИ18
КИ26
3
4
5
6
F
Т
F
Т
Уст
ВС
УНЧ
пр
ФНЧ
пр
ВС
ВС
ВС
Первый канал ЗВ
Второй канал ЗВ
Третий канал ЗВ
ВС
УНЧ
пр
ФНЧ
пр
КИ2
КИ10
КИ18
КИ26
3'
17 ТЧ2 ТЧ
1 ТЧ
2 ТЧ
18 ТЧ
1 ТЧ
1'
2'
4'
5'
7
6'
7'
Рисунок 1.15 – Структурная схема аппаратуры объединения и разделения каналов для фор-
мирования цифрового потока Е1 (ИКМ-30)
28
С выходов канальных модуляторов сигналы объединяются в групповой
АИМ сигнал, частота следования АИМ импульсов в котором составляет
.
,
г р А И М Д
F N F
(1.22)
где N = 32 – суммарное количество канальных интервалов, организуемых в
цикле.
Обычно используется следующая нумерация канальных интервалов КИ
0
,
КИ1, КИ2, …, КИ
N-1
или временных слотов TS0, TS1, TS2,…,TS
N-1
. В устройстве хранения (УХ) АИМ отсчёты аналоговых сигналов, для обеспечения
работы кодера, затягиваются на длительность канального интервала (рисунки 1.15, 1.18 т.3).
125
3, 9 0 6
32
Д
КИ
Т
м к с
Т м к с
N
В кодере производится преобразование квантованных АИМ отсчётов
аналоговых сигналов в восьмиразрядные кодовые комбинации, каждый разряд (символ) которых занимает во времени один тактовый интервал
/ / ,
к и Д
T T m T N m
(1.23)
и следовательно следует с тактовой частотой (рисунки 1.15,1.18 т.4)
1 / / .
T ДД
F T N m T N m F
(1.24)
где m – разрядность двоичной кодовой комбинации.
Из (1.24) следует, что при восьмиразрядной ИКМ (m = 8) тактовая частота
одного канала FТ = mFД = 88кГц = 64 кГц. За один период дискретиза-
ции проходят сигналы от всех каналов, поэтому в многоканальных системах
передачи его называют циклом (кадром).
В цикле передачи ТЦ = Т
Д
= 125 мкс. кроме информационных сигналов,
формируемых на выходе кодера, необходимо передавать дополнительные сигналы, к которым относятся: сигналы цикловой синхронизации (ЦС); сигналы
передачи дискретной информации ДИ; сигналы управления и взаимодействия
(СУВ) или внутриканальной сигнализации CAS (Channel Associated Signaling),
передаваемые вместе с телефонными сигналами для управления приборами
АТС ( вызов, ответ, отбой, разъединение ) (рисунок 1.15).
Заполнение бит нулевого канального интервала КИ
0
представлено на ри-
сунке 1.16 [1, 6, 7], которое отличается для четных Ц
0
, Ц2, Ц4, … и нечетных Ц
1
,
Ц3, Ц
5
, … циклов.
29
В КИ
0
(ТS0) четных циклов передается сигнал совмещения цикла (кадра)
FAS (Frame Alignment Signal). На рисунке 1.16 в первой строчке, передаётся
сигнал цикловой синхронизации 0011011 и один служебный бит Si, зарезервированный под задачи международного использования, в нем может быть организован контроль ошибок в потоке Е1 по циклическому избыточному коду
CRC-4 (Cyclic Redundancy Check).
В КИ
0
(ТS0) нечетных циклов организована передача сигнала NFAS, не
содержащего кодовую последовательность циклового синхросигнала. В составе
сигнала NFAS передаются: бит Si, зарезервированный под задачи международного использования; бит А, используемый для передачи сигналов о неисправностях на удаленном конце RAI (Remote Alarm Indication); пять резервных бит Sa4,
Sa5, Sa6, Sa7,Sa8, используемых для передачи сигналов мониторинга и управления первичной сети потоков Е1.
В бит А (RAI) записывается значение «1», т.е. фиксируется сигнал аварийного состояния AIS (Alarm Indicator Signal), в следующих ситуациях на удаленном конце: при большом коэффициенте битовых ошибок BER (Bit Error
Rate); при большом количестве ошибочных блоков бит, обнаруженных по коду
CRC-4; при потере цикловой синхронизации LOF (Loss Of Frame).
Сигналы СУВ внутриканальной сигнализации (CAS) (по два сигнальных
канала СК1, СК2 для каждого разговорного сигнала) от АТС поступают на вход
передающего устройства СУВпд, где преобразуются в цифровую форму и через
устройство объединения УО вводятся (так же как и сигналы цикловой синхронизации ЦС и дискретной информации ДИ) в свободные канальные интервалы
цифрового потока на выходе кодера (рисунки 1.15, 1.18 т.5).
Для передачи 2N сигналов управления и взаимодействия всех N телефонных каналов организуется сверхцикл (MFAS - Multi Frame Alignment Signal), состоящий их М циклов. В каждом из М циклов сверхцикла в КИ16 (ТS
16
) пооче-
редно передаются СУВ двух телефонных каналов биты abcd (рисунок 1.17),
следовательно, М = N/2+1 = 16 (один цикл сверхцикла используется для передачи сверхциклового синхросигнала MFAS).
КИ0 КИ1 КИ
31
Биты
1 2 3 4 5 6 7 8
Si
Si
0 0 1 1 0 1 1
1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
FAS
NFAS
Рисунок 1.16 – Заполнение бит нулевого канального интервала в потоке Е1
30
При этом принята нумерация циклов в сверхцикле Ц0, Ц1, Ц2, …, Ц
М-1
и
скорость передачи сигнала CAS в одном канале составляет 2 кбит/с, так как
каждый бит a,b,c,d эквивалентен каналу сигнализации со скоростью 500 бит/с.
Если для сигнализации используется только бит а, то биты bcd должны формировать комбинацию 101. Для четырех бит abcd запрещена комбинация 0000. В
Ц
0
обычно передается сверхцикловый синхросигнал MFAS (комбинация 0000) ,
который обозначает начало сверхцикла и обеспечивает правильное разделение
СУВ по телефонным каналам на приеме. Бит А используется для передачи сигналов о неисправностях в сверхцикловой структуре на удаленном конце RAI
(Remote Alarm Indication). Бит А (RAI) устанавливается в «1», т.е. фиксируется
сигнал аварийного состояния AIS при потере сверхцикловой синхронизации
LOM (Loss Of Multiframe) на удаленном конце. Так организуется передача сигналов внутриканальной сигнализации в основном формате цифрового потока
Е1.
Цифровой сигнал на выходе устройства объединения (УО) является аппаратным однополярным двоичным сигналом в коде RZ или NRZ , спектральные
характеристики которых не согласуются с амплитудно частотной характеристикой кабельной соединительной линии. По этой причине аппаратный код
цифрового сигнала преобразуется в преобразователе кода передачи ПКпд в линейный балансный код, спектральные характеристики которого согласуются с
амплитудно частотной характеристикой соединительной линии (рисунки 1.15,
1.18, т.6).
На приёмной стороне линейный цифровой сигнал искаженный шумами и
помехами (рисунки 1.15, 1.18 т.7) поступает на вход регенератора, в котором
восстанавливаются его амплитуда, длительность и период следования. На выходе преобразователя кода приёма ПК
пр
восстанавливается аппаратный униполярный двоичный цифровой сигнал, содержащий информацию тридцати информационных и двух служебных каналов. Из этого цифрового сигнала выде-
Цикл 0
КИ0 КИ
16 КИ31 КИ0 КИ0 КИ16 КИ16 КИ31 КИ31
Биты
Биты
Биты
1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 s А s
s
a b c
d
a b c
d
a b c d a
b c d
СУВ
Канала 1
СУВ
Канала 17
СУВ
Канала 15
СУВ
Канала 31
Рисунок 1.17 – Формат сверхцикла в потоке Е1
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]