4.5. Ввод сигналов передачи данных в каналы и тракты цифровых систем передачи с икм-врк

К сигналам передачи данных (ПД) будем относить телеграфные сигна­лы, сигналы аппаратуры передачи дискретной информации, сигналы ап­паратуры передачи данных, сигналы цифровых вокодеров, сигналы циф-

ровой факсимильной связи, сигналы от ЭВМ и др. Эти сигналы подлежат передаче по типовым каналам и трактам ЦСП.

Качество передачи сигналов ПД по цифровым каналам и трактам оп­ределяется следующими показателями:

1. Скоростью модуляции, под которой понимается максимальное чис­ло единичных элементов, которое можно передать за секунду: где В - скорость модуляции, Бод; - длительность единичного элемента сиг­нала (нуля или единицы), с;

2. Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала или тракта - максимальная скорость мо­дуляции цифрового сигнала; - скорость модуляции сигнала цифрового канала или тракта. Номинальная скорость модуляцииисходя изкрае­вых искажений на входе цифрового тракта, должна быть меньше макси­мальной, обычно .

3. Коэффициент размножения ошибок, который для одиночных оши­бок равен - вероятность ошибки для двоичного сигна­ла; - вероятность ошибки сигнала цифрового канала или тракта ЦСП.

4. Коэффициент краевых искажений, характеризующий расхождение между значащими моментами (ЗМ), т. е. моментами перехода от одного символа к другому (из состояния 1 в состояние 0 или наоборот) в пере­данном и принятом сигналах ПД: где - ошибка между зна­чащими моментами (ЗМ) в сигнале ПД и моментом его передачи в канале или тракте ЦСП;

Сигналы ПД вводятся в свободные импульсные позиции цифровых трактов (первичный, вторичный, третичный, четверичный), а также в им­пульсные позиции разрядов основного цифрового канала. Ввод сигналов ПД в цифровой тракт может быть синхронным и асинхронным.

В случае синхронного ввода тактовая частота сигнала ПД должна быть синхронной с тактовой частотой цифрового канала или тракта. С этой целью, как показано на рис. 4.15, предусматривается синхронизация ис­точника сигнала ПД от генераторного оборудования (ГО) ЦСП.

Рис. 4.15. Синхронный ввод сигналов ПД

Рис. 4.16. Ввод сигналов ПД методом простого наложения

Сигнал ПД записывается в буферную память (БУ) и затем считывается в коллектор цифрового потока (КЦП) импульсной последовательностью, поступающей от ГО ЦСП.

Асинхронный ввод сигналов ПД является наиболее общим способом организации каналов ПД по типовым цифровым каналам и трактам. Ши­рокое применение получили следующие методы ввода асинхронных сиг­налов ПД: метод наложения, метод кодирования, или скользящего поиска, и метод фиксированного индекса.

Метод наложения. Он является наиболее простым и состоит в том, что сигналы ПД (рис. 4.16,а) стробируются импульсами тактовой частоты (иногда называемыми импульсной несущей) соответствующего цифрового канала или тракта f_c, (рис. 4.16,б). Импульсы, полученные стробированием (рис. 4.16,в), вводятся в КЦП канала или тракта ЦСП.

В приемном оборудовании переданный сигнал выделяется из группо­вого цифрового потока разделителем цифрового потока (РПЦ) и затем восстанавливается по огибающей пакета импульсной последовательности (рис. 4.16,д). Выделение огибающей пакета импульсов может быть осу­ществлено, например, подачей пакета импульсов на один из разделитель­ных входов триггера, на другой вход которого подаются инверсные паке­ты импульсов (рис. 4.16,г). Так как стробирующие импульсы (рис. 4.6,б) не синхронизированы с сигналом ПД, то ЗМ (смещение фронтов импуль­сов) передаются с ошибками, называемыми краевыми искажениями, ве­личина которых равна где - период стробирующих импульсов. Величина этих искажений не превышает периода такто­вой частоты - стробирующих импульсов

Рассмотренный способ ввода сигналов применяют в низкоскоростных системах передачи (скорость передачи 50...200 Бод), а также для переда­чи различного вида служебных сигналов в цифровых потоках, как, напри­мер, сигналов управления и взаимодействия (СУВ) в потоке Е1.

Если считать, что при передаче телеграфных сигналов допустимы краевые искажения до 10%, то тактовая частота (стробирующих импульсов) f_с цифрового канала, в который вводятся сигналы ПД, должна не ме­нее чем в 10 раз превышать тактовую частоту сигнала ПД, равную В этом случае пропускная способность цифрового канала или тракта будет использоваться только на 10% (коэффициент использования ). Для сигнала ПД со скоростью передачиB₀=1200Бод и частотой стробирования f_c=64кГц (что соответствует тактовой частоте основного цифрового канала - ОЦК), коэффициенте краевых искажений пропускная способность ОЦК используется лишь на 2%. Метод наложения прост в реализации, обладает высокой помехоза­щищенностью (коэффициент размножения ошибок α=1, если число оши­бок в двоичном сигнале в раз меньше числа ошибок в цифровом тракте), но, как следует из рассмотренных примеров, обладает очень низ­ким использованием пропускной способности каналов и трактов ЦСП.

Для повышения эффективности использования пропускной способно­сти основного цифрового канала (ОЦК) в нем организуется несколько низкоскоростных каналов ПД, число которых равно где - скорость передачи индивидуального сигнала ПД. Скорость передачи группового сигнала ПД в этом случае будет равна

Например, при организации 12 каналов передачи сигналов ПД со скоростью и величине краевых искажений пропускная способность такого канала ЦСП должна быть не меньше . Для повышения эффективности исполь­зования каналов и трактов ЦСП для передачи сигналов ПД применяется метод скользящего индекса, который в настоящее время стандартизиро­ван для передачи телеграфных сигналов и других сигналов ПД.

Метод скользящего индекса. Сущность данного метода состоит в том, что по каналу или тракту ЦСП передается информация о наличии значащего момента модуляции (ЗМ), т.е. о наличии фронта импульса, его местоположении относительно соседних импульсов сигнала ПД и о его характере - переход от 0 к 1 и наоборот. Эта информация содержится в кодовых комбинациях, состоящих из от > 3 разрядов. Кодирование реали­зуется по следующему алгоритму: первый разряд - 1 свидетельствует о наличии фронта между импульсами, и 0 - о его отсутствии; второй разряд свидетельствует о его местоположении: 1, если фронт находится в первой половине периода Т_c стробирующих импульсов и 0, если фронт находится во второй половине Т_c; третий разряд свидетельствует о переходе от 0 к 1 и наоборот: если 0, имеет место переход от 0 к 1, если 1, то имеет место переход от 1 к 0. Пример кодирования сигнала ПД по этому алгоритму показан на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Ввод сигналов ПД методом скользящего индекса

Так как на каждый импульс должно приходиться не менее трех стро­бирующих импульсов, достижимый коэффициент использования цифро­вого канала будет равен При методе скользящего индекса изменение длительности импульса сигнала ПД может достигать величины 0,5Т_c, а при методе наложения - Т_c. Следовательно, при равных краевых искажениях метод скользящего индекса оказывается вдвое эф­фективнее. Недостаток данного метода состоит в том, что при передаче нескольких подряд следующих одинаковых элементарных посылок иска­жения символов кодовой группы, несущих информацию о знаке перехода, вызовет инверсию всех этих посылок вплоть до следующего перехода. Это недостаток можно устранить, если периодически передавать инфор­мацию о знаке элементарных посылок, что и реализуется в следующем методе.

Метод фиксированного индекса. Он отличается от ранее рассмот­ренных методов способом передачи информации с помощью опорных импульсов о ЗМ сигнала ПД и направления изменения его значения (от 1 к 0 и наоборот). Фиксирование частоты повторения опорных импульсов приводит к тому, что при реализации данного метода не требуются стар­товые символы в отдельных кодовых комбинациях.

Преобразование сигнала ПД по методу фиксированного индекса при­ведено на рис. 4.18.

Значащие моменты (ЗМ) сигнала ПД характеризуются дополнительной комбинацией ии-1 символов, определяющих их положение относитель­но опорных импульсов. Период повторения опорных импульсов выбира­ется так, чтобы при самом коротком единичном элементе сигнала ПД ме­жду последовательными опорными импульсами наблюдалось не более одного перехода в двоичном сигнале. Стробирующие импульсы, с задан­ной точностью определяющие положение ЗМ, делят интервал Т на 2^m-1 подынтервалов. Вся m элементная кодовая комбинация должна помес­титься между следующими друг за другом опорными импульсами. Исходя из этого, скорость передачи сигнала ЦСП должна быть B_с=mT.

Рис. 4.18. Преобразование сигнала по методу фиксированного индекса: а - передаваемый сигнал ПД; б - опорные импульсы; в - стробирующие импуль­сы; г - импульсы считывания; д - сигнал канала или тракта ЦСП; е – принятый сигнал ПД

Частота импульсов считывания в данном случае будет равна тактовой частоте тракта канала или тракта ЦСП.

Зависящая от частоты стробирующих импульсов величина краевых искажений будет равна где

Коэффициент размножения ошибок при этом методе меньше, чем при методе скользящего индекса, так как при искажении одного символа ко­довой комбинации в цифровом тракте ложному декодированию подверга­ется не более одной кодовой комбинации, несущей информацию о со­стоянии сигнала ПД.

При передаче данных более совершенным в отношении повышения коэффициента использования цифрового канала или тракта ЦСП, но бо­лее сложным является метод согласования скорости передачи данных со скоростью передачи символов цифрового канала или тракта.

Метод согласования скоростей. Сущность этого метода заключается в следующем. Как и при асинхронном объединении цифровых потоков, информация записывается в запоминающее устройство (ЗУ), а затем счи-тывается последовательностью импульсов цифрового канала, частота сле­дования которых, f_сч близка, но больше частоты передачи сигнала ПД f₀. Поскольку частоты f_сч и f₀ асинхронны, отношение будет нестабильным, в считанной последовательности наряду с временными сдвигами (ВС) будут появляться неоднородности, знак которых может меняться. В приемном устройстве ВС должны обнаруживаться и коррек­тироваться с учетом возникающих неоднородностей (как в блоках асин­хронного сопряжения тракта приема).

Метод согласования скоростей позволяет довести коэффициент ис­пользования цифрового канала до 0,85...0,9. Однако нужно при этом иметь в виду, что дальнейшее повышение коэффициента использования канала, когда f_сч приближается к f₀,приводит к увеличению периода сле­дования ВС и, следовательно, к увеличению времени их поиска.

Если предусмотреть передачу сведений о местоположении ВС, как это делается при асинхронном объединении цифровых потоков, можно дове­сти коэффициент использования цифровых каналов и трактов до 0,98. Но это потребует соответствующего усложнения алгоритма работы оборудо­вания ввода сигналов ПД на передающем и приемных концах ЦСП.

Для одновременной передачи по каналам и трактам ЦСП сигналов ПД от нескольких независимых источников применяется адресно-кодовый метод с адресной организацией обмена. При этом методе изменения ЗМ в сигнале от отдельных источников преобразуются в m-элементные адрес­но-кодовые комбинации. Первый символ такой комбинации означает на­личие перехода в двоичном сигнале, последний - состояние сигнала после перехода, остальные т - 2 символа образуют адресную комбинацию ис­точника. При такой организации обмена изменения двоичного состояния могут одновременно появиться в нескольких сигналах. В связи с этим требуется регистрация информации от отдельных источников и организа­ции ожидания (очереди) для передачи. Число каналов п определяется чис­лом кодовых элементов:n=2^m-2. Вероятность ошибки в любом канале в данном случае значительно больше вероятности ошибки в цифровом тракте. Однако благодаря простоте реализации и гибкости используемых каналов рассматриваемый метод широко применяется в многоадресных системах при дистанционном введении данных в ЭВМ.