Практическая работа №2.1

Способ передачи с временным разделением каналов

1 Цель работы:

1.1 Ознакомиться с упрощенной структурной схемой n - канальной оконечной цифровой системы передачи (ЦСП) с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и временным разделением каналов (ВРК).

1.2 Изучить методику построения и расчета частоты и периода дискретизации группового сигнала многоканальной системы передачи с ВРК.

2 Литература:

2.1 Гайдадина Т.М. Сети связи. Учебное пособие. - М.: КТ МТУ СИ, 2003.

2.2 Иванов В.И. Цифровые и аналоговые системы передачи.- М. Горячая линия – Телеком, 2005.

3 Подготовка к работе:

3.1 Изучить материал по данной теме Л (l) стр. 35 - 39.

4 Задание:

4.1 Начертить упрощенную структурную схему n - канальной оконечной ЦСП с ИКМ и ВРК. Привести краткое описание назначения элементов схемы.

4.2 Указать этапы аналого-цифрового преобразования сигнала в тракте передачи и цифро-аналогового преобразования сигнала в тракте приема.

4.3 Выбрать частоту и период дискретизации сигнала, спектр которого ограничен частотами F_H и F_В.

4.4 Для заданного числа каналов построить временную диаграмму группового АИМ сигнала, указав на диаграмме первые три канала и последний канал. Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

№ варианта	Количество каналов в системе передачи, n	Спектр аналогового сигнала FH и FВ, кГц	Амплитуды сигналов в каналах, U, В
			1-канал		2-канал		3-канал		n-канал
			U1	U2	U1	U2	U1	U2	U1	U2
1	16	0,3 - 2,4	15	20	25	6	35	52	60	42
2	18	0,3 – 3,0	47	27	23	16	38	8,8	45	10
3	12	0,3 – 2,8	22	8	19	11	25	39	30	12
4	20	0,3 – 3,2	18	50	13	25	48	22,1	27	42
5	24	0,3 – 2,6	1,2	4,7	15	8	3,9	8,4	6,5	8,9
6	15	0,3 – 6,4	15	9	28	6	31	46	34	10
7	32	0,3 – 3,5	2,9	5	15	2	17	8	6	4
8	22	0,3 – 2,0	12	8	9,1	3	23	7	15	25
9	28	0,3 - 10	28	19	7	15	10	21	5,5	17
10	14	0,3 – 2,4	33	20	9,8	15	7,9	19	12	21

4.7 Сделать вывод о проделанной работе.

5 Порядок выполнения работы:

5.1 Изучить учебный материал, изложенный в приложении пункт 7.1. Пользуясь структурной схемой (рисунок 1 приложения). Разобрать принцип построения системы передачи с ВРК.

5.2 Рассчитать частоту и период дискретизации (смотри приложение 7.2).

5.3 Разобрать принцип построения временных диаграмм (рисунок 2) на примере расчета пункт приложения.

5.4 Построить временную диаграмму группового АИМ сигнала, как это показано на рисунке 2 приложения. На диаграмме указать период дискретизации Тд, и сигнал цифровой синхронизации.

5.5 Заполнить бланк отчета.

6 Содержание отчета:

6.1 Наименование работы.

6.2 Цель работы.

6.3 Структурная схема n - канальной оконечной ЦСП с ИКМ и ВРК.

6.4 Этапы аналого-цифрового преобразования.

6.5 Расчет частоты и периода дискретизации сигнала.

6.6 Временная диаграмма группового АИМ сигнала.

6.7 Вывод о проделанной работе.

7 Приложение

7.1 Цифровые системы передачи с ВРК

Системы передачи, в которых все виды сигналов электросвязи передаются посредством цифровых сигналов, называются цифровыми системами передачи (ЦСП). В основу построения ЦСП положен принцип временного разделения каналов (ВРК).

Принцип ВРК состоит в том, что в качестве переносчика первичного сигнала выбрана периодическая последовательность узких импульсов и модуляция этих импульсов по амплитуде, групповой тракт предоставляется поочередно для передачи сигналов каждого канала многоканальной системы. Аналоговые сигналы преобразуются в дискретную последовательность и передаются по цепи только в определенные промежутки времени. Процесс преобразования непрерывного сигнала в импульсный называется дискретизацией во времени.

Исходные непрерывные сигналы каждого канала (рисунок 1) поступают на фильтры нижних частот ФНЧ, ограничиваются по частоте Fmax, а затем поступают на канальные амплитудно-импульсные модуляторы (АИМ1..АИМn), осуществляющие дискретизацию этих сигналов. Работой модуляторов управляет периодическая последовательность импульсов, вырабатываемая генераторным оборудованием ГО передатчика. Частота следования импульсных последовательностей, управляющих работой АИМ различных каналов, равна частоте дискретизации, которая определяется по формуле, как

Fд = (2,1…2,4) F max. Следовательно, период следования канальных импульсов Тд = 1/ F_Д, Для стандартного канала ТЧ, имеющего спектр 0,3...3,4 кГц Fmax =3,4 кГц частота дискретизации выбирается равной F_Д = 8 кГц. Максимальный период дискретизации для n каналов определяется ТД = 125/n (мкс). За каждый период Тд происходит одноразовая работа АИМ. В момент работы АИМ в линию передается мгновенное значение (отсчет) сигналов каждого канала многоканальной системы. Каналы работают поочередно, благодаря этому передаются импульсы дискретизированного второго разговорного сигнала, третьего и т.д. Последовательность отсчетов канальных сигналов образуют групповой АИМ - сигнал. Импульсы разных АИМ сигналов сдвинуты друг относительно друга по времени. Интервал времени Тк между ближайшими импульсами группового сигнала называется канальным интервалом. Промежуток времени между соседними импульсами одного индивидуального сигнала называется циклом передачи Тц. Цикл передачи - это время, за которое передаются импульсы всех каналов, взятых по одному разу. Длительность цикла равна периоду дискретизации: Тц = Тд.

Импульсы разных АИМ сигналов поступают в блок кодера, где происходит квантование и кодирование каждого отсчета с помощью АЦП. С помощью формирователя линейного спектра (ФЛС) добавляются избыточные и служебные биты и формируется необходимый цифровой поток. Для уменьшения шума квантования применяется компандерная система (компрессор, экспандер).

На приемной оконечной станции с помощью декодера из цифрового потока происходит выделение канальных сигналов, которые разделяются с помощью временных селекторов (ВС1…..ВСn). Работой ВС управляют импульсные последовательности, поступающие с ГО приемника. Для того, АИМ и ВС передающей и приемной станций работали синхронно и синфазно, с передающей станции на приемную передается специальный сигнал синхронизации, обеспечивающий согласованную во времени работу ГО пер и ГО пр. Фильтры нижних частот осуществляют восстановление исходного (непрерывного) сигнала из последовательности амплитудно-модулированных импульсов.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой производится в три этапа:

1 аналоговый сигнал подвергается амплитудно-импульсной модуляции (АИМ): амплитуды импульсов (U АИМ) изменяются в соответствии с изменением мгновенных значений аналогового сигнала, длительность и частота следования импульсов остаются постоянными. Частота следования импульсов для одного канала ТЧ выбирается равной F_Д = 8 кГц. Максимальный период дискретизации для n каналов определяется ТД = 125/n (мкс);

2 квантование сигналов по амплитуде (по уровню) эквивалентно округлению амплитудных значений до ближайшего его разрешенного уровня. Диапазон возможных значений сигнала разбивается на отрезки, называемые шагом квантования ∆i. Внутри каждого шага квантования выбирают разрешенные для передачи значения сигнала - уровни квантования. При этом возникают ошибки или шумы квантования ξ_кв = |U_АИМ| - |Uкв |, где UКВ амплитуда квантованной выборки;

3 кодирование квантованных по амплитуде импульсов, каким - либо цифровым кодом. На этом этапе происходит преобразование, которое называется импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). В результате импульсно-кодовой модуляции получается цифровой ИКМ - сигнал. Каждый квантованный по уровню АИМ сигнал кодируется, т.е. преобразуется в определенную комбинацию прямоугольных импульсов постоянной амплитуды. Квантованные по уровню импульсы передаются соответствующим цифровым кодом. Квантованное значение амплитуды кодируется, как правило, 7 - или 8 - битным двоичным кодом. Такое квантование позволяет передать m= 2⁷ = 128 или n = 2 ⁸ = 256 разрешенных уровней. Скорость цифрового потока определяется по формуле υ = F_Д×m.

Рисунок 1 - Схема структурная. n - канальная оконечная ЦСП с ИКМ и ВРК

7.2 Пример решения:

Произвести расчет частоты и периода дискретизации группового сигнала первых трех каналов и последнего канала многоканальной системы передачи с ВРК.

Исходные данные:

Количество каналов в системе передачи, n = 13

Спектр аналогового сигнала Fн и Fв, 0,3 – 8,0 кГц

Амплитуды сигналов в каналах, U, В:

1 – канал U₁ = 31 В, U₂ = 21 В

2 – канал U₁ = 6,6 В, U₂ = 13 В

3 – канал U₁ = 5,8 В, U₂ = 17 В

N – канал U₁ = 10 В, U₂ = 19 В

Решение: Выбор частоты и периода дискретизации сигнала, спектр которого ограничен частотами Fн и Fв, осуществляется по следующим формулам:

Fд = (2,1…2,4) × Fв Fд = 2,2 × 8 = 17,6 кГц

следовательно, максимальный период дискретизации для n каналов:

Т_{Д =} 1 / Fд × n Т_{Д =} 1 / 228.8 = 4.37 мкс

После расчета построить временную диаграмму группового АИМ сигнала, указав на диаграмме первые три канала и последний канал.

Рисунок 2 – Диаграмма. Преобразование сигналов при ИКМ

Ucc - амплитудное значение канальных синхронизирующих сигналов;

UмВ – амплитудное значение группового АИМ сигнала.