Цифрові системи передачі телефонних сигналів

Завдання № 1

Розгляньте питання, пов'язані з принципом побудови цифрових систем передачі ЦСП з ВРК ІКМ-ВД.

1. Складіть структурну схему, що пояснює принцип побудови ЦСП з ІКМ-ВД для певної кількості телефонних каналів. Коротко вкажіть призначення всіх вузлів і етапи аналого-цифрового перетворення АЦП в тракті передачі і цифро-аналогового перетворення ЦАП в тракті прийому.

2. Розрахуйте тактову частоту f _т, тривалість канального інтервалу Т _ки, тривалість циклу Т _і, тривалість надцикл Т _сц.

3. Побудуйте діаграму тимчасового циклу, надцикл, канального інтервалу, розрядного інтервалу.

4. Заповніть рисунок 1 по мірі виконання завдань 2, 3, 4, 5 цієї домашньої роботи.

Вихідні дані:

1. 3 етапи аналого-цифрового перетворення АЦП на передачі:

   1. Дискретизація за часом;

   2. Квантування за рівнем;

   3. Кодування.

Призначення вузлів схеми:

ФНЧ передачі - фільтр нижніх частот - виділення обмеженого спектру частот з сигналу;

М - канальний амплітудно-імпульсний модулятор - здійснює дискретизацію переданих сигналів у часі;

Гопри і ГОпер - генераторне обладнання - посилає канальні імпульси для управління модуляторами, на передачу і прийом СУВ для дискретизації сигналів управління і взаємодії, забезпечує правильний порядок проходження циклів у надцикл і кодових груп у циклі передачі і прийому;

ЗГ - генератор, що задає - формує гармонійний Високостабільний сигнал з частотою рівною або кратною f т;

Втч - виделітелямі тактової частоти - для синхронної і синфазної роботи ГО;

Пер СУВ - передавач сигналів управління і взаємодії - дискретизація СУВ, переданих по телефонних каналах для управління приладами АТС,

Пер СС - передавач синхросигналу - для передачі синхросигналу циклової синхронізації;

Кодер - перетворення амплітуди АІМ сигналу в 8-ми розрядну кодову комбінацію, квантування за рівнем і кодування;

УО - пристрій об'єднання - об'єднання кодових груп каналів виходу кодера, кодування сигналів СУВ і кодової групи синхросигналу в цикли і надцикл;

ПК пер - перетворювач коду передачі - перетворення однополярного ІКМ сигналу в біполярний сигнал, зручний для передачі по лінійному тракту;

РЛ - лінійний регенератор - для періодичного відновлення ІКМ сигналу в процесі передачі по лінії зв'язку;

РС - станційний регенератор - відновлення ІКМ сигналу на приймальній станції;

ПК пр - перетворювач коду - перетворить біполярний сигнал в однополярний;

Пр СС - приймач синхросигналов - правильне декодування і розподіл сигналів по своїм телефонним каналам і каналів передачі СУВ;

УР - пристрій розділення - поділяє кодові групи ТЛФ каналів і СУВ;

Пр СУВ - приймач групових сигналів управління і взаємодії - розподіляє СУВ по своїх каналах;

Декодер - перетворить груповий ІКМ сигнал в груповий АІМ сигнал; для перетворення 8-ми розрядної кодової комбінації в амплітуду Каїм сигналу;

ВС - часовий селектор - забезпечує виділення відліків свого канал з групового АІМ сигналу;

ФНЧ прийому - відновлення безперервного вихідного сигналу з послідовності його АІМ відліків.

Тактова частота розраховується за формулою:

F _т = F _д × m × N _ки, (кГц), де F _д = 8 кГц - частота дискретизації ТЛФ сигналу; m = 8 - розрядність кодової комбінації; N _ки - число канальних інтервалів у циклі системи; складається з числа ТЛФ каналів, одного канального інтервалу для системи синхронізації і одного КД для передачі сигналів управління і взаємодії між АТС СУВ.

F _Т = 8 × (18 +2) × 8 × 10 ³ = 1280 (кГц).

Тривалість тактового (розрядного) інтервалу розраховується за формулою:

Т _т = , Мкс

Т _т = = 0,781 (мкс).

Тривалість імпульсу розраховується за формулою:

τ = , Мкс

τ = = 0,39 (мкс).

Тривалість канального інтервалу розраховується за формулою:

Т _кі = Т _т × m, мкс

Т _кі = 0,781 × 8 = 6,248 (мкс).

Тривалість циклу розраховується за формулою:

Т _ц = Т _ки × N _ки, мкс

Т _ц = 6,248 × 20 = 124,96 (мкс).

Тривалість надцикл розраховується за формулою:

S = +1

S = +1 = 10.

Діаграма тимчасових циклу, надцикл, канального інтервалу і розрядного інтервалу:

4. Спрощена структурна схема ЦСП з ІКМ-ВД: див. додаток № 1.

Завдання № 2

1. Складіть схему побудови генераторного обладнання ГОпер або Гопри для певної кількості ТЛФ каналів. Вкажіть призначення елементів схеми.

2. Вкажіть відміну ГОпер від Гопри; за допомогою чого забезпечується синхронна і синфазним робота ГОпер і Гопри; призначення сигналів «Установка по циклу» і «Установка з надцикл».

3. Розрахуйте частоти імпульсних послідовностей, які керують роботою АІМ або тимчасових селекторів ЗС, кодера або декодера, передавача або приймача СУВ.

1. Розраховані значення F _т, F _до, F _р, F _ц проставте на спрощеній структурній схемі ЦСП з ІКМ-ВД.

Вихідні дані:

1. Структурна схема ГО передачі:

Призначення елементів схеми:

ЗГ - генератор, що задає - формує гармонійний Високостабільний сигнал з частотою рівною або кратною f т;

ФТП - формувач тактовою послідовності - виробляє основну імпульсну послідовність з частотою проходження f т;

РР - розподільник розрядний - формує m імпульсних послідовностей. Число розрядних імпульсів, формують РР, дорівнює кількості розрядів у кодовій комбінації;

РК - розподільник канальний - формує керуючі канальні імпульсні послідовності КІ _0, КІ _1, ..., КІ _n, де n - число канальних інтервалів в циклі;

РЦ - розподільник циклової - формує циклові імпульсні послідовності Ц _0, Ц _1, ..., Ц _S, де s - число циклів в надцикл.

Відповідно до рекомендацій МККТТ відносна нестабільність частоти ЗГ повинна бути не гірше 10 ^-5, тому в ЗГ використовується кварцова стабілізація частоти.

2. На відміну від ГОпер, в Гопри використовується виделітелямі тактовою частоти системи пристроїв тактової синхронізації (для забезпечення синхронної і синфазної роботи передавальної і приймальної станції).

Для підстроювання генераторного обладнання по циклам і надцикл використовуються сигнали «Установка по циклу» і «Установка з надцикл». Це дає можливість підлаштовувати ГО однієї станції в режим циклової і сверхцікловой синхронізації з ГО іншої станції.

Тактова частота розраховується за формулою:

F _т = F _д × m × N _ки, кГц

F _т = 8 × (18 +2) × 8 × 10 ³ = 1280 (кГц).

Частота проходження розрядних імпульсів розраховується за формулою:

F _р = , КГц, де m - число розрядів у кодовій комбінації

F _р = = 160 (кГц).

Частота проходження канальних імпульсних послідовностей (частота дискретизації) розраховується за формулою:

F _к = F _д = , КГц, де N _ku - число канальних інтервалів у циклі передачі

F _к = F _д = = 8 (кГц).

Частота проходження циклових імпульсних послідовностей розраховується за формулою:

F _ц = , Гц, де S - число циклів в надцикл

F _ц = = 800 (Гц).

Завдання № 3.

1. Накресліть структурну схему нелінійного кодера. Коротко поясніть: 3 етапи кодування, призначення всіх вузлів кодера.

2. виконайте операцію нелінійного кодування. Розрахуйте помилку квантування.

3. На спрощеній структурній схемі ЦСП з ІКМ-ВД на виході кодера приведіть отриману в результаті кодування кодову 8-розрядну комбінацію.

Для кодування використовується нелінійний кодер вісового типу з характеристикою компресії А - 87,6 / 13.

Значення амплітуди відліку АІМ-сигналу в у. е. - «+130».

1. Призначення кодера - для перетворення амплітуди відліку АІМ-сигналу у відповідну 8-розрядну кодову комбінацію.

3 етапи кодування:

1. Кодування полярності (результат записується в першому розряді);

2. Кодування номера сегмента, вибір основного еталонного струму (результат записується у 2, 3, 4 розрядах;

3. Кодування рівня квантування всередині обраного сегмента, вибір додаткового еталонного струму (результат записується в 5, 6, 7, 8 розрядах).

Призначення елементів схеми:

Компаратор визначає знак різниці між амплітудами струмів кодованого відліку і еталона (I _c і I _пов);

Цифровий регістр служить для запису рішень компаратора після кожного такту кодування і формування структури кодової групи;

Генератор еталонів (ГЕТ (+) і ГЕТ (-)) формує полярність і величини еталонів, кількість формованих еталонів дорівнює 11, їх значення - 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 ум . од.

ПК перетворює паралельний код в послідовний, зчитуючи стан виходів 1 ... 8 ЦР;

ГОпер управляє роботою вузлів кодера;

БКЕ - блок вибору і комутації еталонних струмів - для підключення вибраних ГЕТ, а також для підключення обраних еталонних струмів за сигналами від ключів;

КЛ - компресуючі логіка - для комутації надходить від ЦР семіразрядного регістра (без першого символу полярності) у П-розрядний двійковий код для управління розрядами обраного ГЕТ.

Структурна схема нелінійного кодера: див. додаток № 2.

1-й етап - кодування полярності - 130> 0 → 1;

2-й етап - кодування номери сегмента, вибір основного еталонного струму -

3-й етап - кодування рівня квантування всередині обраного сегмента, вибір додаткового еталонного струму: ОЕ -128, ДЕ -64, 32, 16, 8

130 <128 +64 → 0

130 <128 +32 → 0

130 <128 +16 → 0

130 <128 +8 → 0

Крок квантування дорівнює останньому еталону - 8

Помилка квантування: ε _кв = 130-128 = 2, не повинен перевищувати 0,5 Δ

При нерівномірному квантуванні крок квантування змінюється в допустимих межах амплітудних значень квантуемого сигналів, зростаючи із збільшенням рівня сигналу. Абсолютна помилка квантування зростає із збільшенням рівня сигналу, але її відносне значення, тобто відношення сигнал-помилка квантування, не змінюється. Використання нерівномірного квантування дозволяє вирівняти відношення сигнал-помилка квантування у всьому діапазоні сигналів, а, отже, скоротити число кроків квантування в 2 ... 4 рази в порівнянні з рівномірним квантуванням до М _кв. = 128 ... 256, що вимагає семи розрядів кодової групи.

Висновок: перевага кодера з нерівномірною шкалою квантування полягає в передачі сигналів з ​​необхідною якістю.

Завдання № 4

1. Накресліть структурну схему нелінійного декодера. Коротко поясніть три етапи декодування, призначення всіх вузлів декодера.

2. Виконайте операцію нелінійного декодування.

3. Вкажіть призначення еталона корекції.

Вихідні дані: кодова комбінація - 11000000.

1. Призначення декодера - для перетворення 8-розрядної кодової комбінації у відповідну амплітуду відліку АІМ-сигналу.

3 етапи декодування:

1-й етап - за символом записаному в 1-му розряді, вибирається ГЕТ. Якщо записана «1», то вибирається ГЕТ (+), якщо «0» - ГЕТ (-).

2-й етап - по кодової комбінації, записаної в 2, 3 та 4-м розрядах, вибирається еталонний струм I _{осн.ет..}

3-й етап - з чотирьох додаткових еталонних струмів даного I _осн.ет. вибираються ті, в чиїх розрядах записані «1».

У кінці додається еталон корекції, рівний половині кроку квантування даного сегмента.

Структурна схема нелінійного декодера: див. додаток № 3.

Призначення елементів схеми:

ЦР - служить для прийняття кодової групи ІКМ-сигналу і формування на виході у вигляді 8-розрядного паралельного двійкового коду.

Гопри - управляє роботою вузлів декодера.

ГЕТ - формує полярність і величини еталонів, кількість формованих еталонів дорівнює 11, їх значення - 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 у. е.

БКЕ - для підключення вибраного ГЕТ ₁ або ГЕТ _2, а також для підключення обраних еталонних струмів за сигналом від ЕЛ.

ЕЛ - експандірующая логіка - для комутації 7-розрядного коду (без першого символу полярності сигналу), що надійшов від ЦР, в 12-розрядний двійковий код для управління розрядами обраного ГЕТ.

2. Кодова комбінація - 1100000.

1-й етап - вибираємо ГЕТ:

«1» → ГЕТ (+);

2-й етап - вибираємо основний еталонний струм:

100 → 4-й сегмент → ОЕ - 128, ДЕ - 64, 32, 16, 8;

3-й етап - з ДЕ вибираємо ті, в чиїх розрядах стоїть «1». Оскільки в ДЕ немає розрядів зі значенням «1», вибираємо останній і визначаємо крок квантування:

Δ = 8, еталон корекції дорівнює 0,5 Δ = 4.

128 +4 = 132 (у. е.) - отриманий Каїм-сигнал.

Еталон корекції застосовується для зменшення спотворення при декодуванні.

Завдання № 5

1. Наведіть три вимоги до лінійних кодів. Вкажіть переваги і недоліки заданого лінійного коду.

2. Побудуйте задану цифрову послідовність в кодах:

Однополярному зі скважностью Q = 2 (ВН);

Однополярному зі скважностью Q = 1 (МБВН);

Двухполярной ЧПІ;

Двухполярной КВП-3 (МЧПІ).

Вихідні дані:

1. Три вимоги до лінійних кодів:

• Енергетичний спектр сигналу повинен обмежуватися зверху і знизу, бути досить вузьким, розташовуватися на порівняно низьких частотах і не містити постійної складової.

• У складі спектру повинна бути складова f _т.

• Сигнал повинен бути представлений в коді, що містить інформаційну надмірність.

Лінійний код МБВН (NRZ) - однополярний, зі скважностью Q = 1, так званий сигнал з імпульсами, затягнутими на тактовий інтервал.

«+»:

Спектр лінійного сигналу розташований в НЧ області, тому малі МСІ-1 і перехідні перешкоди;

Схема генератора простіше, ніж у ЧПІ.

«-»:

У спектрі є постійний струм і потужні НЧ складові, тому великі МСІ-1;

Можливий збій УТС через великий серії нулів;

У коді немає надмірності, тому не можна контролювати помилки;

У спектрі немає f _р, тому схема УТС складніше, ніж у ВН.

Список використаної літератури

1. Скаліна Ю.В., Фінкевіч А.Д., Бернштейн А.Г. цифрові системи передачі. М.: Радіо і зв'язок, 1987

2. Цифрові системи передачі. Контрольні завдання, методичні вказівки щодо їх виконання і завдання на курсовий проект для студентів заочних відділень по спеціальності 2005 - «Багатоканальні телекомунікаційні системи».