книги / Основы построения цифровых систем передачи

Среднеквадратическое значение сигналов, действую­ щих на входе системы ВД-ИКМ аср на 14,5+12=26,5 дБ, шоке порога ограничения. Тогда отношение средней мощности сигнала к псофометрической мощности шумов в режиме молчания для 13-сегмектной характеристики

		26.5
и1	10	10
101g—	u----------------49,14 дБ.
<4^ W		„ ,.з ,1
а для 15-сегментной		характеристики	55,14 дБ, т. е.

обеспечиваются требования по допустимой мощности шумов в телефонном канале.

Параметры оборудования линейного тракта. Как от­ мечалось в § 5.1, наиболее заметны ошибки регенера­ ции символов старших разрядов кодовых групп, прояв­ ляющиеся в виде щелчков. При передаче телефонных сигналов считается допустимым не более одного щелчка в минуту [6]. Если скорость цифрового потока, соответ­ ствующего одному телефонному каналу, равна 64 кбит/с, то для выполнения такого требования вероятность ошиб­ ки регенерации в линейном тракте не должна превы­ шать 10“6.

Рассмотрим воздействие временных флуктуаций на качество передачи телефонных сигналов. Воспользуем­ ся при этом выражением (5.2), считая энергетический спектр телефонного сигнала и временных флуктуаций равномерным, т. е.

G s(w )= f ^	"Р"	| со | >	о)от;
10	при
0 £(Ш) = Л ° Е	"Ри ' “ К ® "1
(0	при	J О) I >	0>я.

Здесь (От— максимальная частота сигнала; ооп — макси­

мальная частота помехи.					Член	суммы	при
Рассмотрим		случай
/г= 0 после интегрирования (5.3)					равен
■	п			при —а>„+(om« o < (0П—(йт;
<ОтGs G| /			H-ton+ton\ при (0„ —GVCM <
п=Ь	л	\		2й)/п	/	0)п + (От.
			о	при |< й |> 0йп + <йт .			(5.10)

141

Члены суммы	Ws*i	при л = ± 1 , ± 2 и т. д. получа­
ются смещением	на ±2п1л, ±4я/д и т. д. (рис. 5.4а).
Так как шт « я /д, то в		полосе аналогового сигнала со-

•4ыю ’ Zom-Vm	41*"	.__ ;___
		4и«	а
|	ш 1 ш ш я
-Ч,*Чпк'ц nwо j. ■			w
н	r p	vpt п=1	ы
V&Mft=2 i	««л	ItoV1*	tt=2 .
	Р у “
^ 6,1,1>,w*	я? fa)
1 -Ы/г		n*°	v
""’"nil.	!		о
1	0	1У6ЧЯ-/
i

Рис. 5.4. К оценке мощности шумов, возникающих из-за вре­ менных флуктуаций линейного сигнала

средотачиваются все составляющие исходного спектра флуктуаций. Сумма продуктов искажения, попадающих

в полосу —С О +	равна
00	(On Go Gt	.	(5.11)
£ Г ач(2яп/д-о>) = —

При этом энергетический спектр продуктов искажений в полосе полезного сигнала

Се (ю)= — a „ Q s Gj ** aV”* G s ,		(5.12)
п
где	мощность	(средний квадрат)
флуктуаций.

142

Мощность шумов в полосе сигнала

Р . =	(0.) d<0 =	P t G s	= ■ £ - P t P s ,	(5.13)
	0
где Ps=	— мощность сигнала,
	я
При со™>ci)n следует учитывать лишь члены суммы
(5.11) при п = 0 и п = ± 1		(рис.	5.46). При Ют>й)л мож­
но ограничиться определением			члена суммы	(5.11) при

п=0. Выражение для спектра искажений в этих слу­

чаях соответствует ф-ле	(5.12), а для мощности	шу­
мов— ф-ле (5.13).	следует, что допустимая	вели­
Из выражения (5.13)
чина временных флуктуаций
Ор	<5.К)
=
Для телефонных сигналов, передаваемых в системах
ВД-ИКМ, со?п * 2 я *3400 с-1. При этом
РЕ = 0,655 - 10-® (Ре /P s ).	(5.15)

Задаваясь определенной величиной отношения сигнал/шум, можно найти соответствующее ему значение допустимых временных флуктуаций. Так, для обеспе­

чения R —10 lg ^ ^ 4 0 дБ	необходимо, чтобы		=*
- h (0 2^0,655- Ю~12, т. е. эффективное		значение	флук-
туаций отсчетов сигнала	на выходе	ЦАП У р (/У<

^ 8 1 0 нс.

Полученная величина соответствует семи тактовым интервалам группового сигнала вторичной цифровой си­ стемы передачи (/т=8448 кГц). При использовании та­ кой системы на зоновой сети, в которой максимальная длина линии связи составляет 600 км, при длине участ­ ка регенерации 4,5 км в линии может быть включено до 133 регенераторов. Как показывают исследования {81], временные флуктуации линейного сигнала в этом слу­ чае не превышают двух периодов тактовой частоты, что существенно меньше 810 нс1).

о При коммутации синхронных цифровых потоков отдельных систем в сетевых узлах временные флуктуации яе должны превы­ шать величины, равной периоду тактовой частоты. В этом случае допустимая величина временных флуктуаций ограничивается в пер­ вую очередь требованиями цифровой коммутации, а не величиной шума в телефонном канале.

143

При асинхронном сопряжении цифровых потоков уже при одном переприеме величина временных флуктуаций может достигать периода тактовой частоты сопрягаемо­ го потока (490нс при сопряжении первичных систем). Однако эти флуктуации происходят на низкой частоте, и поэтому вносимые ими искажения незначительны.

Таким образом, для систем ВД-ИКМ временные флуктуации цифровых потоков практически не влияют на качество передачи.

5.3. ПАРАМЕТРЫ ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ГРУППОВЫХ ТЕЛЕФОННЫХ СИГНАЛОВ

Передача групповых телефонных сигналов методом ЧД-ИКМ обеспечивает наиболее простое согласование цифровых и аналоговых систем. При этом методе воз­ можен непосредственный транзит групповых телефон­ ных сигналов из аналоговой системы передачи в циф­ ровую и обратно. Отсутствие корреляции между дис­ кретными отсчетами группового телефонного сигнала ие позволяет эффективно применять дифференциальные методы цифровой модуляции для передачи таких сиг­ налов. Рассмотрим параметры оконечного и промежу­ точного оборудования системы ЧД-ИКМ.

Параметры аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей. Требования к системе ЧД-ИКМ опре­ деляются нормами к оборудованию аналоговой системы, заменяемому системой с ИКМ. На рис. 5.5 приведена

W00/5K4

Индивидуальное збирудобанис	п Оборудований преобразования
Опреобразовании	ц	вторичной.	;руппы
П Оборудование преобразования	Q Оборудование		преобразования
(3 первичной группы	[]	третичной	группы
Рис. 5.5. Эталонная цепь канала		магистральной сети

эталонная цепь капала тональной частоты магистраль­ ной сети и показаны возможные варианты включения цифровых систем.

В соответствии с нормами МККТТ псофометрическая мощность шумов в канале тональной частоты на переприемном участке протяженностью 2500 км не должна

144

превышать 10.000 пВт в точке нулевого относительного уровня: 7 500 пВт отводится на шум линейного тракта, а 2500 пВт — на оконечное оборудование.

При замене участка линейного тракта многоканаль­ ной аналоговой системы системой ИКМ (транзит линей­ ного сигнала) псофометрическая мощность шумов в ка­ нале системы ИКМ Я 'икмпсоф не должна превышать мощности шумов участка линейного тракта средней дли­ ной 2500/10 = 250 км:

^ и к м псоф < Л и т 2500/10 = 7 ^ 0 П В Т .

( 5 .1 6 )

В случае включения цифровой системы для осущест­ вления транзита по третичным группам мощность шу­ мов в канале ограничивается условием

^ И К М псоф < ^ И . [ 2500/10 + 2 Р прз>

( 5 .1 7 )

где Рлрз — мощность шумов преобразователя третичных групп.

Требования к шумам цифровой системы определя­ ются для наиболее опасных случаев, когда транзит про­ изводится в соседних сетевых узлах Ч

Соответственно при транзите вторичных групп

псоф ^	^лии2500/10 + 2Рпга + 2Р„р!.		(5.18)
и при транзите первичных групп
^ и к м п соф ^ Лшн2500/10 + 2Рпра + 2Рт + 2Р„,1.			(5.Г9)
Очевидно,	что Р'т к псоф <РЦКМ	< ^	м „«+ <
^^икмпсоф	.» т- е- наиболее критичным является случай

замены системой ИКМ участка линейного тракта мно­ гоканальной аналоговой системы. При этом Рикм'псоф^

г^750 пВт.

Определим величину отношения снгнал/шум в циф­ ровой системе, необходимую для выполнения этого тре­ бования:

Я = 1 0 lg -— Г - ,

( 5 .2 0 )

Рш спет

оВ работе (75] при определении шумовых норм цифровых си­ стем суммируются шумы оборудования сетевых узлов н участков линейного тракта, которые могут размещаться согласно эталонной цепи между пунктами транзита. Такой подход представляется не­ обоснованным, так' как эталонная" цепь определяет, главным обра­ зом, номенклатуру й количество переприемов в цепи, а не после­ довательность размещениятранзитных пунктов определенного вида.

145

Р ш с и с т

где N — число каналов в системе передачи; Pi — мощ­ ность одного канала; — мощность шума систе­ мы ИКМ.

При равномерной спектральной плотности шумов в цифровой системе

РИКМпсоф-	Р Ш СИСТ 2 ( / в		f н)	k2	h i		(5.21)
	N	/д		псоф	4	Q •
тогда
/?= 101g Р&		н)^псоф					(5.22)
		^икм ^д‘4
П ри P i = 3 2 - 1 0 -в В т, Рикмпсоф = 7 5 0 - 1 0 - “							В т , ^псоф — 0,75,
2 (7в—/н) = Q 9 получим			R = 4 2 ,2		д Б .
/д
Определим разрядность кода, необходимую для вы­
полнения данного требования.						ИКМ складывается		из
Мощность		шумов системы
мощности собственных				шумов		(шумы	ограничения	и

шумы квантования) и шумов из-за	инструментальных
погрешностей. Пусть Рт=(у— 1)Рпъ		тогда
Р ш смет = •Рогр + Р к в + Р « а = “Y Л е в + Р огр.		( 5 .2 3 )

Для сигнала, имеющего нормальное распределение мгновенных значений с дисперсией а2 и нулевым сред­ ним, величина мощности шумов ограничения состав­ ляет {35]

0 * { [I-f (а)Н1 + а2) - " / 4 е	(5.24)
где
	(5.25)

Отношение мощности сигнала к мощности шумов си­ стемы ИКМ

Рс _

<та

Ра свет Т^нв + Яогр

__________________1_________________

‘ (5-26)

Х4Г + 1 1 - т О + ^ ) - в У т е 2

146

Значение коэффициента а, соответствующее макси­ муму отношения сигнал/шум, может быть определено при дифференцировании знаменателя выражения (5.26). Тогда после разделения переменных получаем

+

(5 ‘2 7 )

Зависимости а (я), соответствующие выражению (5.27) при у=1; 2; 5, изображены на рис. 5.6.

			п
	ф
7	8	9	Ю	П
Рис. 5.6.	Зависимость		оптимального
значения	отношения	а = 2 п- ‘6/о		от

числа разрядов кода

При выборе номинального уровня загрузки системы ЧД-ИКМ необходимо учитывать возможные отклонения уровня сигнала, действующего на входе системы. Такие отклонения вызываются флуктуациями мощности сигна­ ла, а также погрешностями установки уровня в анало­ говой системе передачи. Наиболее опасно превышение номинального уровня, приводящее к резкому возраста­ нию мощности шумов ограничения. Поэтому целесооб­ разно выбирать номинальное значение уровня передачи, при котором а> а0пт, чтобы возможное повышение вход­ ного сигнала не привело к падению величины отноше­ ния сигнал/шум ниже допустимого значения. При этом номинальному уровню передачи соответствует меньшая величина отношения сигнал/шум, что необходимо учи­ тывать при расчете систем ЧД-ИКМ.

Среднеквадратические значения колебаний средней мощности группового сигнала и точность установки уров­ ня на выходе аналоговой системы оцениваются величи­ ной 0,5 дБ. При проектировании цифровых систем необ­

147

ходимо учитывать возможные изменения уровня вход­ ного сигнала, соответствующего полной загрузке систе­ мы ЧД-ИКМ, в диапазоне, равном ± 2 дБ. На рис. 5.7

Рис. 5.7. К определению реализуемой ве­ личины отношения сигнал/шум при пе­ редаче групповых телефонных сигналов

приведены зависимости величины отношения сигнал/шум (обеспечиваемой при колебаниях уровня группового сиг­ нала на ±2 дБ от номинального значения) от числа раз­ рядов кода при различном уровне аппаратурных шумов

( у = 1;	2 ; 5 ) .	рис. 5 .7	при Л и спет —
В	соответствии с данными
= ( 2 - | - 5 ) / ,кв для обеспечения		R ^ 4 2 ,2	дБ необходимо

иметь число разрядов кода /г^9. Отклонения закона распределения от нормального1) приводят к снижению величины R.

Для перспективных систем магистральной сети ре­ комендуемая величина псофометрической мощности шу­ мов составляет 2 5 0 0 0 пВт (при длине линии 1 2 5 0 0 км),

из которых	1 2 5 0 0 пВт — шумы оконечного оборудова­
ния и 1 2 5 0 0	пВт — шумы линейного тракта. При этом

мощность шумов на 1 км тракта должна быть снижена в три раза по сравнению с рассмотренным выше слу­ чаем, для чего необходимо увеличение числа разрядов. В этом случае минимально необходимой величиной при цифровой передаче групповых телефонных сигналов яв­ ляется п= 10.

При замене цифровой системой участка линейного тракта большей длины либо при использовании системы ИКМ для замены участка магистрали, в который вхо-

о Это особенно существенно при передаче групповых сигналов с‘числом каналов Л)<60 (83].

148

дят несколько сетевых узлов, требования к системе ИКМ облегчаются.

По мере распространения систем ИКМ и увеличения длин магистралей, оборудованных системами ИКМ, при сохранении прежнего числа разрядов кода мощность шумов в телефонном канале систем ИКМ будет сни­ жаться, и нормы к мощности шумов будут выполняться с большим превышением. Поэтому диапазон изменения п целесообразно ограничить областью 10г^л^12.

Параметры оборудования линейного тракта. Мощ­ ность шумов из-за ошибок регенерации Ррег соответ­ ствует среднему квадрату разности между переданным и восстановленным значениями уровня квантования сиг­ нала и определяется выражением {82]:

Ррсг- /г а 2рош.

(5.28)

где а — среднеквадратическое значение передаваемого сигнала; к — коэффициент, определяемый видом кода. Для натурального двоичного кода

	k = - ^3~ a \		(5.29)
	где	^Лэгр	2П *б
		0 “	О

Считая энергетический спектр шумов из-за ошибок регенерации равномерным в полосе передаваемого ана­ логового сигнала, получим выражение для псофометрического значения мощности шумов регенерации в полосе одного канала:

	р	___4_ д2° 2Рош^псоф (/в ~		/н) 3 , 1	(5.30)
	рсгпсоф!	~з~	/V (/д/2 )	4 ,0

где / в — / к — ширина спектра группового телефонного сигнала; N — число телефонных каналов; /гПсоф — псофометрический коэффициент.

Зависимость МОЩНОСТИ шумов Ррегпсоф от длины участка регенерации, приведенная на рис. 5.1, соответ­ ствует а = 4, £ПсоФ=0,75; 2(fn—fu)/fnр=0,85; ozIN=55X Х10-6 Вт — мощность в телефонном канале в точке ну­ левого относительного уровня.

Из зависимостей, приведенных на рис. 5.1, видно, что при вероятности ошибки регенерации раш=10~б псофометрическая мощность шумов в телефонном канале

14§

не превышает 300 пВт. Указанная величина рот являет­ ся общепринятой в цифровых системах передачи, поэто­ му шумы из-за ошибок регенерации в системах ЧД-ИКМ малы.

Рассмотрим теперь воздействие временных флуктуа­ ций на качество передачи групповых телефонных сигна­ лов. При цифровой передаче групповых телефонных сигналов временные флуктуации вызывают:

—повышение уровня шумов, действующих в данном канале при передаче телефонного сигнала, если ширина спектра флуктуаций меньше интервала, существующего между сигналами соседних телефонных каналов*);

—увеличение уровня шумов в данном канале и, что особенно опасно, появление перекрестных помех между каналами при более широкой полосе флуктуаций.

Рассмотрим искажения сигнала одного телефонного канала, возникающие из-за временных флуктуаций, счи­ тая энергетические спектры сигнала и флуктуаций рав­ номерными (рис. 5.8а).

Для систем ЧД-ИКМ ©п< © т (©m — верхняя часто­ та группового сигнала), поэтому члены выражения (5.2) при пФ 0 можно не учитывать и энергетический спектр искажений

	со2Д(о Gs G*		A© — ©п< © < ю с-|- ©п;
	----- ----- 5- при ©с+
	соаД (о Gs G |	\(й\—Юс— ©д			при ©с +
		(«-	Ай)	)
						(5.31)
(<■>) =	+	® п < ® О	с +	®п +	а ®;
	оз2Дсо Gs G^	| (о | — toc +	(оп	при шс — ©п<
		Дш
		< © < ©с — о)п + Асо;
	0 при ©>©«.+©„+А© И			© < © с — © „.

Вид функции ~^Gt (©) показан на рис. 5.86.

Мощность шумов Реь действующих в телефонном ка­ нале из-за временных флуктуаций, равна сумме мощно-

1) В современных многоканальных системах с частотным деле­ нием каналов минимальная величина интервала между сигналами соседних телефонных каналов составляет 900 Гц.

150