Lecsist2_1

63

дованою (КДМ). При використанні КДМ вдається знизити тактову частоту до

48...64 кГц.

Порівняння систем з ДМ та ІКМ дозволяє зробити висновок, що в системах з КДМ необхідна менша тактова частота і відповідно менша смуга частот для передавання лінійного цифрового сигналу.

Система з КДМ менш чутлива до помилок, оскільки при невірно прийнятому сигналі похибка не перевищує кроку квантування. В системах з ІКМ при невірно прийнятому символі старшого розряду кодової групи похибка може досягати половини динамічного діапазону. Недолік системи з КДМ - більш висока вартість кінцевого обладнання, оскільки в системах з ІКМ кодеки є груповими, а в системах з ДМ (КДМ) - індивідуальними.

3.9. ЛІНІЙНИЙ ТРАКТ ЦИФРОВОЇ СИСТЕМИ ПЕРЕДАВАННЯ З ІКМ – ЧАСОВИМ РОЗДІЛЕННЯМ КАНАЛІВ.

3.9.1. Формування лінійного сигналу.

Однополярний дворівневий (1 чи 0) імпульсний цифровий сигнал, який з‟являється на виході кодера повинен бути переданий по лінії з мінімальними спотвореннями, тобто форма імпульсів повинна бути по можливості збережена.

Для передавання прямокутних імпульсів без спотворень необхідна нескінченно широка смуга частот. Однак, будь-який реальний лінійний тракт має обмежену смугу частот. Знизу ця смуга обмежена наявністю лінійних трансформаторів. Зверху - тим, що вгамування будь-якої лінії зв‟язку зростає з ростом частоти.

Форма імпульсів може також спотворюватись під впливом адитивних завад, тобто завад, які в лінійному тракті сумуються разом з сигналом. До адитивних відносяться власні завади лінії передавання і підсилювачів, завади від лінійних переходів, атмосферні та інші зовнішні завади.

Обмеження смуги перепускання зверху призводить до зміни форми імпульсів і зростанню їх тривалості, що може призвести до помилок при декодуванні ІКМ сигналу. Міжсимвольні завади, які викликані обмеженням смуги тракту передавання зверху називають завадами першого роду.

Рис. 3.22

Обмеження смуги частот знизу викликає спотворення імпульсів, які приз-

водять до міжсимвольних завад другого роду.

Рис. 3.23

Ці спотворення особливо великі в тому випадку, коли в спектрі імпульсної послідовності є постійна складова, наприклад при передаванні однополярних імпульсів. Міжсимвольні завади другого роду викликаються тривалими викидами протилежної полярності. Вони можуть призводити не тільки до спотворень сигналу в межах одного каналу ЦСП, але й до взаємного впливу між каналами.

64

В лінійному тракті ЦСП на форму імпульсів здійснюють вплив власні завади вузлів тракту і кабелю, а також завади від лінійних переходів з сусідніх пар кабелю. Нелінійні завади в каналах ЦСП з ІКМчасовим РК несуттєві, оскільки при часовому розділенні каналів відмінна ознака сигналу - час його появи. Будь-яке нелінійне обладнання, яке змінює форму лінійного сигналу, не може змінити проміжок часу, на протязі якого сигнал відмінний від нуля.

Для зменшення впливу спотворень імпульсів і завад необхідно відповідним чином формувати цифровий сигнал на передавальній станції. Цей сигнал в системах ІКМчасовим РК повинен задовольняти наступним вимогам:

1.Лінійний сигнал не повинен містити постійну складову. Виконання цієї вимоги знижує міжсимвольні завади другого роду, оскільки зменшується спотворення сигналу за рахунок обмеження смуги частот знизу.

2.Енергія сигналу повинна бути сконцентрована у можливо більш вузькій смузі частот, тобто енергія повинна швидко зменшуватись з ростом частоти. При цьому обмеження смуги частот лінійного тракту зверху в меншому ступеню впливає на форму імпульсів, а також дозволяє зменшити вплив власних завад шляхом обмеження смуги перепускання тракту.

3.Структура лінійного цифрового сигналу повинна бути такою, щоб із його спектру можна було виділити коливання тактової частоти. Це необхідно для забезпечення тактової синхронізації обладнання передавальної і приймальної станцій.

Амплітуда першої гармоніки максимальна при довжині імпульсів n = T/2 (T - період тактової частоти). Таким звичайно вибирають n.

Смуга частот лінійного тракту, яка необхідна для задовільного відтворення прямокутних імпульсів залежить від тривалості імпульсів і може бути приблизно оцінена:

f 0,5...0,6/ n = 1,0...1,2/Т = (1...1,2) fт

Однополярна послідовність двїйкових імпульсів містить у спектрі постійну складову. Низькочастотні складові спектру мають велику потужність, складові спектру в районі тактової частоти також порівняно великі.

Таким чином, однополярний сигнал не задовольняє першим двом із наведених вимог, і його використання в якості лінійного недоцільне.

Для формування лінійного цифрового сигналу використовується перетворювач коду, який перетворює однополярну послідовність в загальному випадку у багаторівневий сигнал. В сучасних ЦСП найбільш часто використовують трирівневі лінійні сигнали з символами 1, 0, -1. З них найбільш простий - квазітроїчний сигнал.

Квазітроїчний сигнал формується з двійкового наступним чином.

Рис. 3.24

65

Полярність першого імпульсу встановлюється довільно. Полярність наступного імпульсу змінюється відносно полярності першого на зворотну. Далі полярності імпульсів чергуються незалежно від числа нулів між ними. Положення нулів при цьому не змінюється. Оскільки кількість додатних і від„ємних імпульсів приблизно однакова, енергетичний спектр лінійного сигналу не містить постійної складової. Крім того в спектрі квазітроїчного сигналу відсутні дискретні складові, а основна енергія зосереджена в області частот 0,5 fт.

G(f)

f

Рис. 3.25

Високочастотні складові швидко зменшуються. Тому обмеження смуги частот лінійного тракту зверху не викликає помітних завад першого роду.

Відсутність в спектрі складової з тактовою частотою не дозволяє здійснити виділення тактової частоти безпосередньо із лінійного сигналу. Однак, якщо попередньо здійснити випрямлення, квазітроїчний сигнал перетворюється в однополярний двійковий і в його спектрі з„являється частота fт.

Передавання трьох різних символів не означає використання трійкової системи числення для кодування. Кодування залишається двійковим.

Є й інші види лінійних сигналів, в тому числі багаторівневі, які дозволяють зменшити спотворення форми виділеної тактової частоти і тим самим покращити процес тактової синхронізації. Багаторівневі сигнали дозволяють також контролювати справність обладнання лінійного тракту і виявляти помилки в кодових групах, які виникають в процесі передавання.

3.9.2. Регенерація цифрових сигналів.

Одним з основних переваг ЦСП є можливість відновлення (регенерації) цифрових сигналів. Проходячи по лінії зв‟язку, цифрові сигнали послаблюються, спотворюються, що призводить до зміни форми та тривалості імпульсів, зменшенню амплітуди і часовим зсувам. Оскільки число можливих значень імпульсного сигналу невелика (для квазітроїчного = 3), з‟являється можливість відновлення амплітуди, форми, тривалості кожного імпульсу і величини часового інтервалу між ними.

Регенерацію цифрового сигналу виконують регенератори, які виконують ту ж роль, що й підсилювачі в АСП. Однак підсилювачі не підвищують завадозахищеність групового сигналу, оскільки разом з сигналом підсилюється і завада. Із-за накопичення завад в лінійному тракті АСП завадозахищеність сигналу знижується з підвищенням довжини лінії передавання. Регенератори «очищують» сигнал від завад і завадозахищеність сигналів на виході кожного регенератора залишається практично однаковою.

67

Для зменшення спотворень імпульсів перед регенератором включається підсилювач з коректором на вході чи в колі зворотного зв‟язку. Коректор забезпечує умову

Sкор(f) = aл (f)

Sкор - підсилення підсилювача,

aл вгамування регенераційної ділянки.

Чим ширше смуга частот, в якій виконується ця умова, тим ближче форма імпульсів до прямокутної і тим менше міжсимвольні завади. Однак, чим ширше смуга відкоректованого тракту ЦСП, тим більше потужність завад, які надходять разом з сигналами на вхід ЦСП.

Таким чином, підсилювач-коректор повинен забезпечити необхідну ширину лінійного тракту ЦСП, при якій будуть достатньо малі міжсимвольні завади, і одночасно, адитивні шуми.

Після коректора форма імпульсної послідовності покращується і з‟являється можливість розрізнення символів лінійного цифрового сигналу (рис. 3.27в).

Відкоректована імпульсна послідовність дискретизується з часом електронним ключем, який здійснює відліки лінійного сигналу з тактовою частотою. Короткі імпульси, які управляють роботою ключа, поступають з виходу ВТЧ і забезпечують відліки імпульсів в їх середній, найменш спотвореній частині. Стробуючі імпульси повинні бути сфазовані з імпульсною послідовністю, тобто необхідно забезпечити тактову синхронізацію.

Стробованний сигнал надходить на пороговий елемент (рис. 3.27г). Якщо напруга стробованного сигналу менше напруги Uпар, на виході ПЕ сигнал відсутній, що відповідає символу 0. В протилежному випадку на виході ПЕ з‟являється імпульс, що відповідає символу 1. Формуючий пристрій формує імпульси тривалістю n (рис. 3.27е).

Розглянута схема забезпечує відновлення однополярного сигналу. Регенерація двополярного сигналу (квазітроїчного) здійснюється окремо для додатних і від„ємних імпульсів. Оскільки в квазітроїчному сигналі відсутня дискретна складова тактової частоти, в ВТЧ встановлюється випрямляч, який перетворює двополярний сигнал в однополярний. Випрямлений сигнал підсилюється і вузькосмуговий фільтр виділяє коливання несучої частоти.

3.9.3. Накопичення помилок.

Наявність порогового елементу дозволяє ліквідувати завади, які сумуються з сигналом, спотворюють його форму. Якщо на тактовій позиції у вхідному сигналі передається нуль, то за рахунок адитивних завад на цій позиції при стробуванні може з‟явитися деякий відлік. Якщо величина цього відліку мала ( Uпор), то після ПЕ на цій позиції знову буде нуль. Якщо амплітуда завад Uпор, то можливе помилкове приймання символу - на позиції 0 буде зафіксовано 1. Помилки на виході регенератора можуть виникати також при випадкових змінах порогової напруги, підсилення підсилювача, випадкових змінах часових положень стробуючих імпульсів.

68

Якість роботи регенератора оцінюється вірогідністю помилки, котра визначається співвідношенням числа переданих помилкових символів до загального числа символів за достатньо великий проміжок часу:

Рош = Nош /N

Якщо вірогідність помилки на вході одного регенератора дорівнює Рош, то для лінійного тракту, який містить n регенераторів, результуюча вірогідність:

Рош.рез. = n Рош

Таким чином, аналогічно тому, як в лінійному тракті аналогових СП має місце накопичення завад при зростанні числа підсилювачів, в цифровому лінійному тракті з ростом числа регенераторів збільшується вірогідність помилки. Розрахунки показують, що для всього лінійного тракту дозволена вірогідність помилки не повинна перевищувати Рош.доп. = 10-6.

Важливою особливістю ЦСП є то, що імовірність помилки в більший степені залежить від завадозахищеності сигналу Аз, тобто невелика зміна завадозахищеності суттєво впливає на імовірність помилки.

Така значна зміна імовірності помилки обумовлена пороговим пристроєм. При невеликому зменшені рівня завади на вході порогового пристрою імовірність передавання помилкового символу різко зменшується. Для збереження дозволеної завадозахишеності при збільшені числа ренегераційних ділянок треба збільшити завадозахишеність на вході кожного регенератора на невелику величину. Наприклад, при збільшені кількості регенераторів у 10 разів, імовірність помилки збільшується також у 10 разів. Для збереження допустимого значення Рпом достатньо збільшити Аз на 1,3 дБ, що значно менше, ніж необхідно збільшити у АСП. Це є значною перевагою ЦСП. Порівняно малі значення дозволеної завадозахищеності дозволяють використовувати ЦСП на лініях передавання з високим рівнем завад, при якому АСП працювати не можуть.

3.10. ІЄРАРХІЯ ЦСП.

Подібно до того, як у АСП для уніфікації обладнання використовуються стандартні спектри груп каналів, у ЦСП рекомендовані стандартні швидкості цифрових потоків. Найнижча швидкість цифрового потоку, рекомендована МККТТ дорівнює 2048 кбіт/с. Система передавання, яка утворює цифровий потік з такою швидкістю називається первинною і є СП найнижчого порядку. Приклад – ІКМ30.

СП більш високих порядків будуються на основі СП нижчих порядків шляхом об‟єднання їх цифрових потоків. З‟єднуючи цифрові потоки чотирьох первинних ЦСП отримують вторинну ЦСП, швидкість передавання якої дорівнює 8448 кбіт/с. Приклад – ІКМ-120, яка забезпечує передавання 120 каналів ТЧ.

69

Рис. 3.28

Розглянемо принцип об‟єднання ЦСП низьких порядків при побудові систем більш високих порядків.

Рис. 3.29

Послідовності імпульсів кожної із систем передавання ІКМ-30 співпадають у часі. Тому з‟єднати їх в один цифровий потік можливо тільки, якщо вкоротити тривалість кожного імпульсу і передати послідовно замість повного імпульсу однієї системи скорочені імпульси усіх чотирьох систем. Такий метод об‟єднання називається посимвольним. На початку кожного циклу передавання передають груповий цикловий синхросигнал, який потрібен для правильного розподілу цифрових потоків між первинними системами ІКМ-30. Тому імпульси первинних систем ІКМ-30 скорочуються більше, ніж у 4 рази і швидкість об‟єднаного потоку більша, ніж сума швидкостей ІКМ-30.

3.11. ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦСП З ІКМ. Система передавання ІКМ-30.

Апаратура ІКМ-30 призначена для організації з‟єднувальних ліній між АТС, між АТС та міжміськими АТС. Система працює по парам симетричних кабелів з жилами діаметром 0,5 … 0,7 мм. Лінійний тракт утворюється одноабо двокабельної схемі. Апаратура ІКМ-30 також використовується у ЦСП більш високих порядків.

Апаратура забезпечує організацію 30 каналів ТЧ. Дозволяється замість 4 каналів ТЧ організувати один канал звукового мовлення 1 класу із смугою частот 50 … 10000 Гц. Тактова частота – 2048 кГц, частота дискретизації телефонних каналів – 8 кГц, сигналів звукового мовлення – 32 кГц. У системі застосовується восьмирозрядне кодування при нелінійному квантуванні. Цикл передавання містить 32 канальних інтервали, кожен з яких розділений на 8 рівних інтервалів часу, за які передаються елементи коду.

Апаратура містить аналогово – цифрове обладнання (АЦО), кінцеве обладнання лінійного тракту (ОЛТ), обслуговуємий та необслуговуємий регенераційні пункти (ОРП та НРП). Довжина регенераційної ділянки в залежності від типу кабелю дорівнює 1,5 … 2,7 км, відстань між ОРП та ОЛТ – 30 … 54 км (визначається можливостями дистанційного живлення). Довжина лінійного тракту – 60 … 108 км, тобто у лінійному тракті може бути встановлено не більш 1 ОРП.

Система передавання ІКМ-120.

Апаратура ІКМ-120 працює по симетричним кабелям. Лінійний тракт організований по двокабельній чотирипроводовій схемі. Система дозволяє організувати 120 каналів ТЧ за рахунок об‟єднання 4 потоків систем ІКМ-30. Швидкість пе-

70

редавання – 8448 кбіт/с. Передбачено можливість замість 3 цифрових потоків систем ІКМ-30 передавати перетворений за допомогою АЦО у цифровий потік сигнал вторинної 60-канальної групи системи передачі з ЧРК (312 … 552 кГц).

В склад апаратури входить: обладнання вторинного часового групоутворення (ВЧГ), в якому посимвольно об‟єднуються 4 цифрові потоки первинних ЦСП, обладнання аналогово-цифрового групоутворення сигналу вторинної групи (АЦО-ЧРК-ВО); ОЛТ; ОРП; НРП. Номінальна довжина регенераційної ділянки – 5 км. Відстань між ОРП - 200 км, максимальна довжина лінійного тракту – 600 км.

Система передавання ІКМ-480.

Працює по коаксиальним кабелям МКТ-4. Лінійний тракт організований по однокабельній схемі. Апаратура забезпечує об‟єднання 4 потоків систем ІКМ-120 та організацію 480 каналів ТЧ при швидкості передавання 34368 кбіт/с. Є можливість перетворення у цифровий потік третинної 300 канальної групи аналогової СП замість 3 цифрових потоків ІКМ-120.

Апаратура містить: обладнання третинного часового групоутворення (ТЧГ); обладнання аналогово-цифрового перетворення сигналу третинної групи (АЦО- ЧРК-300); обладнання лінійного тракту (ОЛТ); ОРП; НРП. Номінальна довжина регенераційної ділянки – 2,3…3,2 км. Відстань між ОРП - 200 км, максимальна довжина лінійного тракту – 2500 км.

Система передавання ІКМ-1920.

Призначена для організації потужного пучка телефонних каналів та передавання телевізійних сигналів по кабелях КМ-4 з коаксіальними парами. Лінійний тракт організований по однокабельній схемі.

Апаратура складається із: обладнання чотиринного часового групоутворення (ЧЧГ); аналогово-цифрового перетворення сигналів телевізійного мовлення (АЦО-ТС); обладнання лінійного тракту (ОЛТ) коаксиальних кабельних ліній. Обладнання ЧЧГ виконує посимвольне об‟єднання 4 третинних цифрових потоків у цифровий потік зі швидкістю передавання 139264 кбіт/с. Обладнання АЦО-ТС перетворює телевізійний сигнал у цифровий потік.

Довжина регенераційної ділянки 2,75…3,15 км, відстань між ОРП – 240 км, максимальна дальність зв‟язку – 12500 км.

Наступне збільшення числа каналів ЦСП, які працюють по проводовим лініям зв‟язку, пов‟язано із рядом труднощів. По-перше, внаслідок збільшення смуги частот лінійного тракту, наприклад до 565 МГц у п‟ятиринній ЦСП різко зменшується довжина регенераційної ділянки. По-друге, збільшення числа регенераторів призводить до їх ускладнення, так як норма PПОМ<10-6 повинна виконуватись при значно збільшеної кількості регенераторів. Ці фактори роблять економі- чно-недоцільними організацію найширокосмугових лінійних трактів ЦСП по звичайним кабельним лініям. Тому наступне удосконалення ЦСП пов‟язане з використанням волоконно-оптичних ліній зв‟язку, які забезпечують організацію лінійних трактів із смугою частот декілька сотень МГц.