Цифровые системы передачи

Лекции по ЦСП (заочники)

 

 

Если шаг квантования во всем диапазоне изменений амплитуд отсчетов от -Uогр до + Uогр (или от 0 до Uогр) остается величиной постоянной                di =d = const, то такое квантование называется равномерным. Если шаг квантования меняется для различных  диапазонов изменений значений отсчетов, то такое квантование называется неравномерным.

 

Неравномерное квантование и кодирование

 

Для удовлетворительной передачи слабых сигналов нужно уменьшать величину шага квантования, что приведет к увеличению общего числа уровней квантования, а, следовательно, и разрядности двоичного кода при кодировании. Увеличение разрядности кода приведет к увеличению тактовой частоты линейного сигнала и ужесточению требований к линейным сооружениям. Для получения относительной погрешности квантования, не зависящей от значения сигнала, можно размер шага сделать переменным, поставив его в зависимость от величины отсчета АИМ-2: квантовать слабые сигналы c малым шагом, а сильные – с большим. При этом защищенность от шумов квантования для слабых сигналов увеличивается, а  для сильных – снижается, оставаясь, однако, достаточно высокой.

Компрессор и экспандер образуют компандер. А процесс компрессии и экспандирования динамического диапазона сигнала называется компандированием.

В системах ИКМ – ВРК для аппроксимации амплитудных характеристик компандеров используются кусочно – линейные функции, у которых угол наклона (крутизна) меняется дискретно. Наибольшее распространение получила сегментная характеристика компандирования типа А = 87,6/13, при которой осуществляется аппроксимация амплитудной характеристики компрессора в соответствии с выражением

                                                            

где x =Iвх/Imax; y = Iвых/Imax.

Такой закон компандирования называют квазилогарифмическим или  А - законом компандирования. Здесь А – параметр компрессии, который обычно выбирается равным 87,6. Вид этой характеристики показан на       рис. 1.14

При кодировании по А-закону диапазон изменения входных сигналов разбивается на восемь сегментов для положительного и восемь – для отрицательного отсчетов (на границах сегментов значения входных сигналов равны от 1/128 (0,008) до 1 максимального значения). Формально общее число сегментов равно 16, но четыре центральных сегмента (два положительных в первом квадранте и два отрицательных в третьем квадранте) фактически образуют один сегмент (центральный) и потому принято считать, что общее число сегментов равно 13, а параметр сжатия  А = 87,6. Каждый из 16 сегментов содержит 16 уровней квантования, образуя 256 уровней (128 – для положительных значений входного сигнала и 128 – для отрицательных). Шаг квантования внутри каждого сегмента равномерный, для центрального сегмента он имеет минимальное значение dо  и увеличивается в 2 раза при переходе в следующий сегмент. В табл. 1.1 приведены границы сегментов, диапазон амплитуд входных сигналов, размер шага квантования, коды сегментов, коды шагов квантования в сегментах, номера кодовых комбинаций и амплитуды отсчетов на выходе декодеров. Величина dо выбирается исходя из максимального значения сигнала, равного 2048 условным единицам, что потребовало бы 11 разрядов при равномерном квантовании.

 

 

 

Таблица 1.1

Номер сегмента	Кодовая комбинация сегмента	Нижняя граница сегмента	Эталонные сигналы коррекции	Эталонные напряжения при кодировании в пределах сегмента
				Uэт1	Uэт2	Uэт3	Uэт4
0	000	0	0,5dо	dо	2dо	4dо	8dо
1	001	16dо	0,5dо	dо	2dо	4dо	8dо
2	010	32dо	dо	2dо	4dо	8dо	16dо
3	011	64dо	2dо	4dо	8dо	16dо	32dо
4	100	128dо	4dо	8dо	16dо	32dо	64dо
5	101	256dо	8dо	16dо	32dо	64dо	128dо
6	110	512dо	16dо	32dо	64dо	128dо	256dо
7	111	1024dо	32dо	64dо	128dо	256dо	512dо

 

Получение кодовой комбинации, соответствующей значению входного сигнала, осуществляется за 8 тактов и включает 3 этапа:

- определение и кодирование  полярности входного сигнала (первый  такт);

- определение и кодирование  номера сегмента, в котором находится  значение входного сигнала (второй, третий и четвертый такты);

- определение и кодирование  номера уровня в выбранном сегменте, ближайшего к значению входного сигнала (с 5 по 8 такты).

Определение полярности входного сигнала осуществляется путем сравнения значения входного сигнала с нулевым значением. Положительный сигнал кодируется логической 1, отрицательный – 0.

Алгоритм определения и кодирования номера сегмента, в котором находится значение входного сигнала, представлен на рис.1.15, (кодируется  узел характеристики, определяющий начало сегмента).

 

 

 

 

 Характеристика компрессора  типа А = 87,6/13

 

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

От ГО необходимо получит импульсные последовательности со следующими основными частотами:

- частотой дискретизации Fд (обычно равной 8 кГц);

- тактовой частотой первичного  цифрового потока (ПЦП),

                  fт = 1/Тт = Fд т Nки, равной fт = Fд т Nки = 8×8×32=2048 кГц,

где т – число элементов в кодовой комбинации, Nки – число канальных интервалов ПЦП;

        - частотой  следования кодовых комбинаций (канальных  интервалов), равной Fкк = 1/Тки = Fд Nки = fт / т;

- тактовые частоты цифровых  потоков более высокого порядка, получаемые в результате объединения определенного числа цифровых потоков более низкого порядка.

При построении ГО первичной цифровой системы или ПЦП необходимые импульсные последовательности можно получить путем деления тактовой частоты, получаемой от высокостабильного автономного задающего генератора ЗГ с относительной нестабильностью не хуже ± 10-6 (рис. 2.15). На выходе ЗГ формируется гармонический высокостабильный сигнал с частотой, обычно равной или кратной тактовой частоте fт. Формирователь тактовой последовательности ФТП вырабатывает основную последовательность импульсов с частотой следования fт.

Обычно предусматривается несколько режимов работы генераторного оборудования оконечных станций:

- режим внутренней синхронизации, при котором синхронизация осуществляется  от местного высокостабильного автономного ЗГ;

- режим, при котором синхронизация  осуществляется путем выделения  тактовой частоты из линейного  сигнала (ВТЧ) и осуществляется подстройка частоты местного ЗГ с помощью фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ);

- режим внешней синхронизации, при котором осуществляется подстройка  частоты местного ЗГ с помощью  фазовой автоматической подстройки  частоты (ФАПЧ), управляемой внешним сигналом - частотой.

Формирование необходимых последовательностей импульсов реализуется делением частоты.

 

Делители частоты

 

Схемы делителей различного назначения (разрядных, канальных, циклов и сверхциклов) легко реализуются на основе счетчиков, регистров, дешифраторов и других логических схем.

PDH и PDH

В настоящее время приняты два вида иерархии ЦСП:

- плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) или Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH), где принято посимвольное объединение цифровых потоков;

- синхронная цифровая иерархия (СЦИ) или Synchronous Digital Hierarchy (SDH), использующая побайтное объединение (в агрегатном цифровом потоке последовательно передаются байты - восьмиразрядные группы символов объединяемых потоков).

 

ПЦИ

Принятый в России, а также в Европе и Южной Америке стандарт ПЦИ, основанный на 30 ОЦК, формирует последовательность 2048 кбит/с или Е1- первичный цифровой поток; 8448 кбит/с или Е2 - вторичный цифровой поток; 34368 кбит/с или Е3 - третичный цифровой поток; 139264 кбит/с или Е4 - четверичный цифрой поток.

Приближенно скорости цифровых потоков равны 2-8-34-140 Мбит/с, что соответствует коэффициентам мультиплексирования, равным 4. Этот стандарт позволяет передавать соответственно 30, 120, 480, 1920 ОЦКэ

Асинхронное объединение цифровых потоков

 

При объединении компонентные цифровые потока записываются в запоминающее устройство (ЗУ) с частотой записи fзап, получаемой от выделителя тактовой частоты ВТЧ, а затем считываются, образуя агрегатный цифровой поток с частотой считывания fсч, кратной тактовой частоте агрегатного цифрового потока и формируемой генераторным оборудованием передачи. Естественно, что скорость записи равна скорости поступления входного потока, а скорость считывания - скорости его передачи в агрегатном потоке.

Если скорость записи меньше скорости считывания, то для того чтобы ЗУ не опустошалось, необходимо периодически производить запрет считывания, т.е. вводить в считанный цифровой поток информационные пустоты - «вставки» (или «стаффинг»). Очевидно, что информация, передаваемая по дополнительному каналу, так же как и информационные пустоты, должны поступать в приемную часть оборудования временного группообразования или мультиплексирования в сопровождении специальных команд. Рассмотренный процесс называется  согласованием скоростей, причем если скорость записи превышает скорость считывания, то процесс называется положительным согласованием скоростей, а если скорость записи меньше скорости считывания - отрицательным согласованием скоростей.

При сопряжении асинхронных цифровых потоков частота считывания выбирается всегда выше частоты записи. Это объясняется необходимостью передачи дополнительной служебной информации (сигналов цикловой синхронизации, служебной связи, контроля и др.). Поэтому

                                           fсч =  fсч.и + fсл,                                             (3.7) где fсч.и – частота считывания информационных символов; fсл – частота следования служебных символов.

При сопряжении асинхронных цифровых потоков частота считывания выбирается всегда выше частоты записи. Это объясняется необходимостью передачи дополнительной служебной информации (сигналов цикловой синхронизации, служебной связи, контроля и др.). Поэтому

                                           fсч =  fсч.и + fсл,                                             (3.7) где fсч.и – частота считывания информационных символов; fсл – частота следования служебных символов.

Сигналы считывания и управления записью поступают на вход временного детектора (ВД), в котором определяются моменты возникновения и вид (знак) неоднородности.

Формирование вторичного цифрового потока Е2 при двустороннем согласовании скоростей. Иcходными данными для построения цикла передачи в соответствии с указанными к его структуре требованиями являются:

число первичных компонентных цифровых потоков Е1 равно. . . . .. .4

тактовая частота каждого их компонентных потоков, кГц . . .   .. .2048

тактовая частота агрегатного цифрового потока, кГц  . . . . . . . . . .8448

число корректируемых искаженных символов команд согласования скоростей………………………………………………………………………. 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использование синхронной иерархии ни  в коей мере не предполагает исчезновения иерархических плезиохронных уровней; напротив, аппаратура SDH должна обеспечить объединение и передачу сигналов PDH, устраняя недостатки систем ПЦИ, основными из которых являются:

1. Наличие трех различных иерархий (европейской, североамериканской и японской), что крайне затрудняет организацию международной связи.
2. В цифровых системах передачи с ПЦИ затруднен ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах, что приводит к необходимости использования большого количества сложного оборудования. Данный недостаток становится особенно существенным при организации систем связи на железнодорожном транспорте, где требуется частое выделение каналов и цифровых потоков на промежуточных станциях.
3. Отсутствие средств сетевого автоматизированного контроля и управления, без которых невозможно создать сеть связи, удовлетворяющую современным требованиям к качеству обслуживания и надежности. Такие средства (в ограниченном объеме) имеются в ПЦИ лишь на уровне линий передачи, однако, они не стандартизированы, поэтому разработанные различными производителями оборудования ПЦИ системы контроля и управления линейных трактов несовместимы.
4. При нарушениях синхронизации группового сигнала в ПЦИ требуется сравнительно большое время на многоступенное восстановление синхронизации компонентных потоков.