Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цифровые системы передачи. Учебное пособие
.pdf
21
Согласно рисунку 1.11 каждый сегмент кусочно-ломанной
Номер
сегмента, Nc.
Кодовая
комбинация, С
Интервал
изменения X
Шаг
квантования
0
000
0 – 1/128
0
1
001
1/128 – 1/64
0
2
010
1/64 – 1/32
20
3
011
1/32 – 1/16
40
4
100
1/16 – 1/8
80
5
101
1/8 – ¼
160
6
110
1/4 – ½
320
7
111
1/2 – 1
640
Номер
сегмента, Nc.
Эталонное
напряжение
нижней
границы
сегмента
Эталонные напряжения при
кодировании 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
характеристики компрессирования содержит К = 24 = 16 одинаковых шагов
квантования. Наименьший шаг квантования
формируется в двух первых
0
сегментах Nc = 0 и 1. Для обеспечения неравномерного квантования в
остальных сегментах шаг квантования увеличивается в два раза при увеличении
номера сегмента (таблица 1.1).
Таблица 1.1 – Формирование сегментов и шагов квантования
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
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
22
В нелинейном кодере максимальный шаг квантования (в седьмом
00
/ 7,78 20lg( / ) 7,78 20lg(32 / ) 37,88 ;
с кв
Р Р A дБ
00
/ 7,78 20lg(2048 /64 ) 37,88 .
с кв
Р Р дБ
р
с
, дБм0
Рс/Р
ш кв
, дБ
40
30
-48
-36
-24
-12
0
Рисунок 1.12 – Зависимость Рс/Р
ш кв
= f (pc)
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), составит: для
нулевого и первого сегментов
а для седьмого сегмента
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
уровня входного сигнала р
. На границе перехода от первого ко второму
с
, поэтому Р
0
с/Рш.кв
увеличивается с ростом
сегменту шаг квантования увеличивается в два раза, т.е. становится равным 2
, вследствии чего Рс/Р
0
резко уменьшается на 6 дБ, а затем в пределах
ш.кв
данного сегмента 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
23
аналогового сигнала. Процесс кодирования производится за восемь тактовых
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
интервалов, в каждом из которых определяется один из символов
восьмиразрядной двоичной кодовой комбинации (рисунок 1.11).
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
, соответствующий нижней границе четвертого (среднего) сегмента. Если
0
амплитуда АИМ отсчета U
Uэт = 128
АИМ
, то амплитуда отсчета попадает в
0
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
амплитуда АИМ отсчёиа U
Uэт = 512
АИМ
, то отсчет попадает в один из
0
.Если
0
двух вышележащих сегментов и формируется очередной символ Y = 1. В
противном случае, если U
< Uэт = 512
АИМ
, принимается решение, что отсчет
0
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
Uэт = 32
АИМ
, то в третьем такте принимается решение, что АИМ
0
24
отсчет попадает во второй и третий сегменты и формируется Y = 1. Если U
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
2
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
1
Uэт = 32
, принимается решение, что отсчет попадает в два нижележащих
0
АИМ
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
квантования внутри сегмента, в котором находится амплитуда 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).
Например, если на вход кодера поступил положительный АИМ отсчет с
амплитудой U
АИМ
= 981
, то после первых четырех тактов сформируются
0
25
символы PXYZ = 1110 и к СС подключится эталонное напряжение Uэт = 512
соответствующее нижней границе шестого сегмента.
В пятом такте к этому эталонному сигналу добавляется максимальное
,
0
эталонное напряжение Uэт = 256
, соответствующее символу А в определителе
0
шага квантования К (рисунок 1.11) шестого сегмента (таблица 1.2). Так как
U
> Uэт = (512+256)
АИМ
, то формируется символ А = 1 и это эталонное
0
напряжение остается включенным.
В шестом такте подключается эталонное напряжение, соответствующее
символу В в определителе шага квантования К Uэт = 128
АИМ отсчёта U
> Uэт = (512+256+128)
АИМ
, то на выходе СС формируется
0
и так как амплитуда
0,
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
АИМ отсчёта U
> Uэт = (512+256+128+64)
АИМ
, то на выходе СС формируется
0
,и так как амплитуда
0
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
АИМ отсчёта U
< Uэт = (512+256+128+64+32)
АИМ
и так как амплитуда
0,
, то на выходе СС
0
формируется 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,
соответствующая амплитуде уравновешивающего АИМ сигнала на входе СС
`
U
на входах СС представляет ошибку квантования
i
= 960
АИМ
/ 2 = 16
. Разница между входным и уравновешивающим АИМ сигналами
0
= U
КВ
.
0
АИМ
- U
`
АИМ
= 21
>
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 двеннадцатиразрядного линейного кода
в восьмиразрядный 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-разрядной кодовой комбинации, следующими за
разрядами ABCD (от E до J), просто пренебрегают ввиду их малости.
26
Таблица 1.3 – Алгоритм цифрового компрессирования
Номер
сегмента
Код
12-разрядный линейный
8-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
( 8 4 2 0.5 ),
АИМ этi i i i i i
U U A B C D
В процессе нелинейного декодирования, т.е. формирования АИМ отсчета
U
по структуре кодовой комбинации (PXYZABCD) определяются знак
АИМ
отсчета 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
< i / 2, добавляется напряжение, равное половине шага
КВ
квантования в данном сегменте
где U
сегмента;
– эталонное напряжение, соответствующее нижней границе i-го
этi
– шаг квантования в i-м сегменте.
i
Если, например, на вход декодера поступила кодовая комбинация
11101110 (т.е. Nс = 6,
сформирован АИМ отсчет с амплитудой U
+ 1232
0
= 5
КВ
+ 032
0
< i / 2 = 16
0
= 32 0 , U
i
+ 0.532
0
[1].»2
0
= 512 0 ), то на выходе декодера будет
этi
) = + 976
0
= + ( 512
АИМ
. При этом ошибка квантования
0
+ 1832
0
+ 1432
0
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
2
Nosov V.I. RRL STSI Osnovy TSPS i postroenija RRL. – Novosibirsk, 2005. 223 p.
27
системы (ДС), осуществляющей переход от двухпроводной АЛ, в которой
.
,
гр АИМ Д
F N F
125
3,906
32
Д
КИ
Т
мкс
Т мкс
N
осуществляется как приём, так и передача, к четырехпроводному 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 амплитудноимпульсный 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
С выходов канальных
КИ.
модуляторов сигналы объединяются в групповой АИМ сигнал, частота
следования АИМ импульсов в котором составляет
(1.22)
где N = 32 – суммарное количество канальных интервалов, организуемых в
цикле.
Обычно используется следующая нумерация канальных интервалов КИ
КИ1, КИ2, …, КИ
или временных слотов TS0, TS1, TS2,…,TS
N-1
N-1
,
0
. В
устройстве хранения (УХ) АИМ отсчёты аналоговых сигналов, для
обеспечения работы кодера, затягиваются на длительность канального
интервала (рисунки 1.15, 1.18 т.3).
28
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
формирования цифрового потока Е1 (ИКМ-30)
29
В кодере производится преобразование квантованных АИМ отсчётов
/ / ,
ки Д
T T m T N m
1/ / .
T ДД
F T N m T N mF
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
аналоговых сигналов в восьмиразрядные кодовые комбинации, каждый разряд
(символ) которых занимает во времени один тактовый интервал
(1.23)
и, следовательно, следует с тактовой частотой (рисунки 1.15,1.18 т.4)
(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
дискретизации проходят сигналы от всех каналов, поэтому в многоканальных
системах передачи его называют циклом (кадром).
В цикле передачи ТЦ = Т
= 125 мкс. кроме информационных сигналов,
Д
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
рисунке 1.16 [1, 6, 7], которое отличается для четных Ц
Ц1, Ц3, Ц
, … циклов.
5
0
представлено на
0
, Ц2, Ц4, … и нечетных
В КИ
(ТS0) четных циклов передается сигнал совмещения цикла (кадра)
0
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
30
быть организован контроль ошибок в потоке Е1 по циклическому избыточному
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
коду CRC-4 (Cyclic Redundancy Check).
В КИ
(ТS0) нечетных циклов организована передача сигнала NFAS, не
0
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
(ТS16) поочередно 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).
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
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]