7459

Цифровые системы передачи

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цифровые системы передачи. Регенератор. Регенерация формы цифрового сигнала. Проходя через среду распространения, цифровой сигнал ослабляется и подвергается искажению и воздействию помех, что приводит к изменению формы и длительности им...

Русский

2013-01-24

410 KB

41 чел.

Цифровые системы передачи

1. Регенератор.

1.1. Регенерация формы цифрового сигнала. 

Проходя через среду распространения, цифровой сигнал ослабляется и подвергается искажению и воздействию помех, что приводит к изменению формы и длительности импульсов, изменению случайным образом временных интервалов между импульсами, уменьшению амплитуды импульсов. Задача регенитора - восстановить амплитуду, форму, длительность каждого импульса цифрового сигнала, а также величину временных интервалов между соседними символами.

В кабельных ЦСП линейный сигнал чаще всего передается в виде комбинаций импульсов постоянного тока и пробелов что упрощает реализацию регенераторов. В то же время регенераторы кабельных систем являются наиболее распространенным элементом современных цифровых сетей. Исходя из сказанного выше, рассмотрим регенерацию цифрового сигнала, представляющего собой комбинацию импульсов и пробелов (единиц и нулей). Структура регенератора представлена на рисунке 1.1. Искаженный цифровой сигнал из кабельной цепи поступает на усилитель-корректор (УК), обеспечивающий частичную или полную коррекцию формы импульсов, и регистрируется решающим устройством (РУ). Решающее устройство представляет собой пороговую схему, которая срабатывает, если уровень сигнала на его входе превышает пороговый уровень РУ, и не срабатывает, если уровень входного сигнала меньше уровня порога.


Рисунок 1.1. Принцип регенерации цифрового сигнала

Пороговое напряжение может подаваться извне или вырабатываться в схеме РУ. При поступлении импульса на выходе РУ появляется управляющий сигнал, а в случае 0 (.пробела) состояние РУ не изменяется. Формирующее устройство (ФУ) обеспечивает формирование по сигналам РУ импульсов с принятыми для конкретной системы стандартными параметрами.
В приведенной выше схеме, характерной для современных регенераторов, регистрация входящего сигнала и принятие решения о его значении осуществляются по каждому символу в отдельности (возможно принятие решений по всей кодовой комбинации или по циклу, так называемый «прием в целом»), что значительно упрощает реализацию схемы регенератора. Однако при этом требуется введение устройства тактовой синхронизации (УТС), которое должно обеспечить принятие решений на определенных временных интервалах. Эти интервалы выбираются в пределах участков тактового интервала, на которых принимаемый импульс имеет минимальные искажения, так как выбор момента регистрации в менее искаженной части импульса гарантирует верность принятия решения РУ. Верность принимаемых РУ решений зависит, в первую очередь, от способа обнаружения двоичного сигнала и качества работы УТС. При безошибочной работе РУ каждому входному импульсу соответствует выходной, а каждому «пробелу» на входе - «.пробел» на выходе. Однако из-за присутствия на входе РУ различных помех, несовершенства устройства тактовой синхронизации и других причин в процессе регенерации возможны ошибки, выражающиеся в преобразовании 1 на входе регенератора в 0 на выходе и наоборот входного 0 в выходную 1.

1.2.  Построение регенераторов. 

Регенераторы современных ЦСП классифицируются по методу регистрации импульсов, виду тактовой синхронизации, методам получения колебания тактовой частоты и использования синхросигнала в процессе регенерации импульсов.

По методам регистрации импульсов различают регенераторы с однократным и многократным стробированием импульса цифрового сигнала. Практическое применение благодаря достаточной простоте реализации узлов регистрации нашли регенераторы с однократным стробированием, в которых на протяжении одного символа цифрового сигнала берется один отсчет и с помощью РУ устанавливается наличие 1 или 0 на входе регенератора.
По видам синхронизации различают регенераторы с внешней и внутренней синхронизацией.

При использовании внешней синхронизации цифровой сигнал в оконечном оборудовании линейного тракта объединяют с синхросигналом, получаемым от специальных УТС. При внешней синхронизации возможна также передача сигналов тактовой синхронизации по отдельному тракту. Оба способа внешней синхронизации требуют значительного усложнения оборудования системы и неэкономичны. Передача синхросигнала по отдельному тракту связана с необходимостью выравнивания группового времени распространения для информационных и синхротрактов. Совместная передача цифрового и синхросигналов кроме усложнения оборудования передачи приводит к усложнению схем регенераторов из-за необходимости осуществления процессов выделения тактовой частоты, подавления на входе регенератора составляющих цифрового сигнала, близких к тактовой частоте, объединения на выходе регенератора цифрового сигнала и сигнала тактовой синхронизации.

Исходя из этого, на практике чаще всего используются регенераторы с внутренней синхронизацией, в которых тактовая синхронизирующая частота выделяется из цифрового сигнала. В зависимости от способа получения тактовой частоты регенераторы с внутренней синхронизацией подразделяются на регенераторы с пассивной и активной фильтрацией тактовой частоты.
При активной фильтрации для формирования колебания тактовой частоты используются генераторы с фазовой автоподстройкой либо генераторы, синхронизируемые входящим цифровым сигналом. При пассивной фильтрации для выделения колебания тактовой частоты используются избирательные цепи типа, резонансных контуров, многоконтурных схем, фильтров.
Типовая структура УТС регенератора с внутренней синхронизацией и пассивной фильтрацией тактовой частоты представлена на рисунке 1.2.


Рисунок 1.2. Структурная схема УТС

Устройство нелинейного преобразования (НП) входного сигнала позволяет получить в спектре преобразованного сигнала составляющую с частотой, равной тактовой fт, которая может быть выделена устройством фильтрации тактовой частоты (ФТЧ) и направлена в формирователь стробирующих импульсов (ФСИ). Формирователь стробирующих импульсов формирует импульсы с частотой следования, равной выделенной fт, определяющей промежутки времени стробирования для РУ и управляющей работой формирующего устройства (ФУ).

При активной фильтрации структура УТС несколько видоизменяется (рисунок 1.3). Ток тактовой частоты с выхода ФТЧ поступает на ФД. на второй вход, которого подается тактовый сигнал от местного генератора тактовой частоты ГТЧ. Фазовый детектор вырабатывает управляющее напряжение Uy, пропорциональное разности фаз сигналов на входах ФД, которое поступает на вход цепи фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ. Изменение параметров цепи ФАПЧ приводит к изменению частоты сигнала ГТЧ, при этом меняется разность фаз сигналов на входах ФД и напряжение Uy. Процесс продолжается до тех пор, пока частоты сигналов ГТЧ и ФТЧ не выравниваются, при этом Uy =0.


Рисунок 1.3. Структурная схема УТС

В регенераторах с внутренней синхронизацией синхросигнал может быть получен как из входной импульсной последовательности регенератора, так и из выходного сигнала регенератора. В первом случае регенератор носит название регенератора прямого действия (рисунок 1.4а), во втором обратного действия (рисунок 1.4б).



Рисунок 1.4.  Варианты построения регенераторов

однополярных цифровых сигналов

В связи с тем, что устойчивость регенератора обратного действия ниже устойчивости регенератора прямого действия из-за наличия контура обратной связи, на практике чаще используют регенераторы прямого действия.
Известны три способа использования сигналов тактовой синхронизации в процессе регенерации импульсов цифрового сигнала: перемножение регенерируемого сигнала с сигналом синхронизации с помощью схем логического умножения; сложение регенерируемого сигнала с сигналом синхронизации; перемножение сигналов с последующим сложением полученного результата с сигналом синхронизации или линейным сигналом.

Наибольшее распространение получили регенераторы с РУ, осуществляющими перемножение регенерируемого сигнала с сигналом тактовой синхронизации. В таких регенераторах РУ осуществляет стробирование сигнала на его входе в моменты времени, определяемые УТС, в этом случае схема регистрации позволяет полностью восстановить временные интервалы между символами цифрового сигнала, так как они полностью определены моментами появления стробирующих импульсов на выходах УТС. Длительность стробирующего импульса обычно во много раз меньше длительности регистрируемого символа цифрового сигнала.
В высокоскоростных ЦСП выработка стробирующих импульсов в регенераторах сильно затруднена, так как их длительность оказывается значительно меньше длительности очень коротких элементарных символов цифрового сигнала. В данном случае применяют регистрацию с частичным восстановлением временных соотношений цифрового сигнала. При этом в РУ осуществляется сложение входящего цифрового сигнала с сигналом тактовой частоты, вырабатываемым УТС. В дальнейшем из напряжения суммарного сигнала вычитается пороговое напряжение, что позволяет определить значение регенерируемого символа. В некоторых случаях возможно применение комбинации двух рассмотренных выше методов.

Рассмотренные выше структуры регенераторов предназначены для восстановления однополярных цифровых сигналов. Для восстановления формы двухполярных сигналов регенератором должно быть предусмотрено два канала регенерации - отдельно для положительных и отрицательных импульсов. Разделение импульсов в соответствии с полярностью наиболее просто реализуется с помощью дифференциальных трансформаторов.

1.3. Параметры регенератора

Основным параметром регенератора является коэффициент ошибок Кош, определяемый как отношение числа ошибочно регенерированных символов Nош к общему числу символов No.

В каждой конкретной системе передачи для номинальной длины регенерационного участка задается минимально допустимое значение Кош.
В некоторых случаях в качестве основного параметра используется значение помехоустойчивости. Под помехоустойчивостью регенератора понимают то минимальное значение защищенности Аз min на входе регенератора, при которой обеспечивается заданный Кош. Помехоустойчивость оценивается с учетом ухудшающих работу регенератора факторов-неточности коррекции, нестабильности тактовой частоты, наличия зоны неопределенного решения РУ.

Удобным (и гениально простым!) графическим методом оценки качества цифрового сигнала на выходе регенератора является глаз-диаграмма. Она представляет собой результат наложения всех возможных импульсных последовательностей в течение промежутка времени, равного двум тактовым интервалам линейного сигнала.

Наиболее простой пример - диаграмма для троичного (возможные уровни -1, 0, +1) линейного сигнала при косинус-квадратной форме входного сигнала регенератора (рис.1.5). Хорошо видна область («раскрыв») глаз-диаграммы, в пределах которой должна производиться операция решения (т.е., опознания сигнала) для каждого из двух уровней решения. Горизонтальные линии, обозначенные через +1, 0 и -1, соответствуют амплитудам импульсов при отсутствии помех. Вертикальные линии через каждый тактовый интервал Т соответствуют идеальным моментам решения

Рисунок 1.5

Процесс принятия решения показан в виде двух крестиков в каждом раскрыве глаз-диаграммы. При этом вертикальная черта каждого крестика определяет момент решения, а горизонтальная - уровень решения. Гарантией безошибочной регенерации цифрового сигнала является наличие вблизи каждого крестика некоторой области, в пределах которой и должно происходить опознание сигнала.

Наличие помех приводит к уменьшению этой области по сравнению с идеальным случаем. Минимальное расстояние между центром крестиков и краями глаза является мерой запаса помехозащищённости. Этот запас уменьшается как из-за искажений формы импульса, так и вследствие несовершенства самого процесса принятия решения. Причём первая причина приводит к уменьшению раскрыва глаз-диаграммы, а вторая - к перемещению точки принятия решения вдоль границ глаза. Для удобства дальнейших рассуждений будем считать, что точка принятия решения остаётся неподвижной, а уменьшается раскрыв глаз-диаграммы.

Искажения, возникающие в соответствии с двумя указанными причинами, принято подразделять на амплитудные и временные, соответствующие смещению точки принятия решения по вертикали и горизонтали (рис.1.6).

Степень уменьшения раскрыва глаз-диаграммы по вертикали определяется результирующими искажениями, включающими межсимвольные помехи, эхо сигналы, изменения амплитуды импульсов на выходе регенератора, погрешность порогов решающих устройств. В результате этих воздействий появляется вертикальная составляющая искажений глаз-диаграммы ΔA. Именно на эту величину должны быть сдвинуты края идеальной глаз-диаграммы.

Рисунок 1.6.

Временные искажения глаз-диаграммы ΔТ, включающие несоответствие моментов решения их статическим значениям и джиттер, учитываются обычно смещением границ «глаза» по горизонтали.

Очевидно, что для компенсации ухудшения реальной глаз-диаграммы, по сравнению с идеальной, необходимо увеличить величину отношения сигнал/шум на величину ΔS/N = 20 lg (H/h), дБ, где H и h представляют собой вертикальный раскрыв идеальной и реальной глаз-диаграмм соответственно.

2. Согласование скоростей в СЦИ.

2.1. Схема преобразований.

Универсальные возможности транспортирования разнородных сигналов достигаются в СЦИ благодаря использованию принципа контейнерных перевозок. В ТС СЦИ перемещаются не сами сигналы нагрузки, а новые цифровые структуры – виртуальные контейнеры, в которых размещаются сигналы нагрузки. Сетевые операции с контейнерами выполняются независимо от их содержания. После доставки на место и выгрузки из контейнеров сигналы нагрузки обретают исходную форму.

Алгоритм объединения информационных элементов или структура мультиплексирования, согласно рекомендации G.907, приведена на рисунке 2.1. Данная схема является обобщенной, с ее помощью можно объединять сигналы всех существующих иерархий PDH, ячейки ATM и другие сигналы, помещая их в VC, имеющих скорости передачи.

Рисунок 2.1. Схема преобразований СЦИ.

В качестве полезной нагрузки показаны сигналы ПЦИ. Различные процессы преобразования обозначены тремя видами линий. Эти процессы можно проиллюстрировать на примере преобразования сигнала 139264 кбит/с.

Размещение нагрузки в контейнерах показано тонкими линиями. Сигнал 140 Мбит/с размещается в С-4 асинхронно. Для подгонки скорости сигнала к скорости контейнера используются балластные биты и цифровое выравнивание согласно Peк.G.709. После добавления трактового заголовка РОН образуется виртуальный контейнер VC-4.

Рек G.709 указывает способы асинхронного размещения всех указанных на схеме сигналов ПЦИ. Кроме того, сигналы 1.5, 2 и 6 Мбит/с могут быть размещены в контейнерах синхронно, а сигналы 1,5 и 2 Мбит/с с октетной структурой - и байтсинхронно (последнее обеспечивает прямой доступ к каналам 64 кбит/с). Асинхронная нагрузка может размещаться только при использовании плавающего режима мультиплексирования субблоков в контейнеры верхнего ранга с помощью TU-указателей. Для синхронной загрузки предусмотрен и фиксированный режим. В этом случае TU-указатели исключаются, места субблоков фиксированы и определяются AU-указателями.

2.2. Применение сцепок

Кроме сигналов ПЦИ существует необходимость передавать другие сигналы, скорость которых плохо согласуется со скоростями VC. Такие сигналы передают в специальных структурах, называемыми сцепками.

Под сцепкой понимают процедуру объединения нескольких VC, в результате которой их совокупная емкость может быть использована как один контейнер, в котором обеспечивается целостность последовательности бит. Имеется два вида сцепок – смежные и виртуальные. Сцепки обоих видов образуют тракт с пропускной способностью, в X раз большей, чем скорость у одиночного контейнера C, но различаются процессами передачи между точками окончания тракта. Сцепки имеют следующее обозначение: VC-n-Xs, где VC-n – объединяемый VC уровня n;

X – коэффициент сцепки (число объединяемых VC);

s – вид сцепки (c – смежная, v – виртуальная).

При смежной сцепке тракт с требуемой пропускной способностью создается по всей трассе, в каждом сетевом элементе. Смежные сцепки определены для виртуальных контейнеров VC-4 и VC-2. Нагрузка размещается в X соседних блоках AU-4 (для VC-4) или TU-2 (для VC-2). Указатель PTR первого из объединенных блоков обозначает начало сцепки, а указатели остальных блоков сообщают о принадлежности данных блоков к сцепке. Трактовый заголовок POH первого блока обслуживает всю сцепку.

В сцепках VC-4-Xc значение X=N, где N=4,16,64,256, что соответствует уровням иерархии STM. Емкость смежных сцепок исходя из формулы 2.1 может быть от VS=149760·4=599040 кбит/с при X=4 до VS=149760·64=438338560 кбит/с при X=256.

В сцепках VC-2-Xc значение X=27, а емкость, соответственно, изменяется от VS=6784·2=13568 кбит/с при X=2 до VS=6784·7=47448 кбит/с при X=7. Функцией таких сцепок является заполнение “бреши” между VC-2 и VC-3 ступенями по 6784 кбит/с.

При виртуальной сцепке нагрузка разделяется и передается по отдельным VC. Затем она вновь объединяется в конечном пункте. Таким образом, функции сцепки нужны только в окончаниях тракта. Виртуальные сцепки определены для всех VC-n. Каждый из X виртуальных контейнеров, в которых размещается нагрузка сцепки, имеет стандартный POH. Поскольку время передачи по сети отдельных VC-n может различаться, при восстановлении сигнала на конце тракта необходимо компенсировать разности задержек контейнеров и расставить их по местам в сцепке.

Емкость виртуальных сцепок VC-4-Xv и VC-3-Xv равна 149760·X кбит/с и 48384·X кбит/с соответственно, где X=2256.

Емкость виртуальных сцепок VC-2-Xv, VC-12-Xv и VC-11-Xv равна 6784·X; 2176·X; 1600·X кбит/с соответственно, где X=264.

2.3. Выводы

Сигналы, скорость которых плохо согласуется со скоростями VC, можно передавать при помощи сцепок. Под сцепкой понимают процедуру объединения нескольких VC, в результате которой их совокупная емкость может быть использована как один контейнер, в котором обеспечивается целостность последовательности бит. Сцепки образуют тракт с пропускной способностью, в X раз большей, чем скорость у одиночного контейнера C.

Существует два вида сцепок – смежные и виртуальные. При смежной сцепке тракт с требуемой пропускной способностью создается по всей трассе, в каждом сетевом элементе. При виртуальной сцепке нагрузка разделяется и передается по отдельным VC и затем объединяется в конечном пункте.

3. Литература

1. Многоканальные Системы Передач: АСП. Конспект лекций СибГУТИ.

2. Н.Н. Слепов. Синхронные цифровые сети SDH. – М.: Эко-Трендз, 1988.

3. Цифровые системы передачи. Методические указания. Проектирование ГТС на базе SDH. СибГУТИ.

4. Телекоммуникационные системы СЦИ и ПЦИ. Конспект лекций СибГУТИ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80340. Обстеження публічно-недоступних місць, житла чи іншого володіння особи як негласна слідча (розшукова) дія 49.06 KB
  Обстеження публічнонедоступних місць житла чи іншого володіння особи як негласна слідча розшукова дія. Поняття суть мета правова основа та принципи обстеження публічнонедоступних місць житла чи іншого володіння особи. Саме тому єдиним джерелом доказової інформації є матеріали негласних слідчих розшукових дій зокрема обстеження публічнонедоступних місць житла чи іншого володіння особи. Це обумовлює необхідність детального вивчення правової основи вимог та принципів обстеження публічнонедоступних місць житла чи іншого володіння...
80341. ПРОЦЕСУАЛЬНІ СТРОКИ І ВИТРАТИ 46 KB
  Вони дисциплінують учасників кримінального провадження роблять процес динамічним і прогнозованим. Стандарти здійснення судочинства і зокрема визначення та дотримання строків у кримінальному процесі містяться і в інших міжнародноправових документах насамперед тих що стосуються порядку провадження кримінального судочинства у яких регламентації та дотриманню процесуальних строків приділено значну увагу: Міжнародному пакті про громадянські та політичні права 1966 р. Процесуальні витрати виникають у результаті здійснення кримінального...
80342. Спостереження за особою, річчю або місцем 32.9 KB
  Спостереження – один з основних способів пізнання світу. За його допомогою людина вивчає навколишню місцевість, розташовані на ній обєкти і предмети, визначає зміни, які на ній відбуваються, та на основі своїх спостережень вчиняє певні дії.
80343. Виконання спеціального завдання з розкриття злочинної діяльності організованої групи чи злочинної організації 30.17 KB
  Виконання спеціального завдання з розкриття злочинної діяльності організованої групи чи злочинної організації. Правові засади виконання спеціального завдання з розкриття злочинної діяльності організованої групи чи злочинної організації У КПК України гл. 272 передбачено такий вид негласних слідчих розшукових дій як виконання спеціального завдання з розкриття злочинної діяльності організованої групи чи злочинної організації. Під час досудового розслідування тяжких або особливо тяжких злочинів можуть бути отримані відомості речі і...
80344. ЗАХОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ КРИМІНАЛЬНОГО ПРОВАДЖЕННЯ 113.69 KB
  Зважаючи на вимоги кримінально-процесуальної форми, необхідність дотримання принципу законності, вивчення питань, що стосуються обрання, зміни та скасування заходів забезпечення кримінального провадження є запорукою успішної та ефективної роботи органів досудового розслідування, дотримання прав громадян та недопущення їх порушень.
80345. Загальні положення досудового розслідування 42.48 KB
  Поняття стадії досудового розслідування. Форми досудового розслідування: дізнання та досудове слідство. Поняття та характеристика загальних положень досудового розслідування.
80346. Контроль за вчиненням злочину 40.62 KB
  В Україні проведення контрольованої поставки здійснюється згідно з положеннями пункту 1 частини першої статті 271 Кримінального процесуального кодексу України у порядку визначеному нормативноправовими актами Міністерства внутрішніх справ України податкової міліції Державної податкової служби України Служби безпеки України Державної митної служби України погодженими з Генеральною прокуратурою України та зареєстрованими у Міністерстві юстиції України. У Законі України Про оперативнорозшукову діяльність далі –ОРД у пункті 2 частини...
80347. ПРОВАДЖЕННЯ СЛІДЧИХ (РОЗШУКОВИХ) ДІЙ 75.46 KB
  Під кримінально-процесуальною дією в кримінальному судочинстві треба розуміти дію, передбачену та детально врегульовану нормами кримінально-процесуального права, що провадиться виключно органами, які уповноважені законом на здійснення кримінально–процесуальної діяльності