Принцип временного разделения каналов. Система передачи

Принцип ВРК:
сигналы различных каналов передаются по общей линии поочередно во времени путем периодического подключения передающего и соответствующего ему приемного устройства каждого из каналов к общей линии на определенный промежуток времени
Интервал следования дискретных отсчетов называют периодом дискретизации - ТД
Периоду дискретизации соответствует частота дискретизации FД ≥ 2FВ
для телефонного сигнала со спектром 0,3 ÷ 3,4 кГц (FВ = 3,4 кГц)
ТД = 125 мкс FД = 8 кГц

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ С ВРК
к линии на определенный промежуток времени, в течение которого проходит импульс сигнала данного канала.
Передача непрерывного сигнала осуществляется в виде импульсов, соответствующих мгновенным значениям непрерывного сигнала в момент открывания Эк.
Последовательность импульсов на выходах Эк – это дискретизированный сигнал
или сигнал АИМ
Эк передачи - это модуляторы АИМ
ФНЧ на передаче ограничивают спектр исходного непрерывного сигнала до значения 3,4 кГц
Электронные ключи (Эк) одновременно
подключают передающие
и приемные устройства каждого из каналов

Эк приема – это временные селекторы, они выделяют из последовательности отсчетов группового АИМ-сигнала отсчеты своего канала
РКИ - распределители канальных импульсов, они формируют импульсы, которые управляют работой Эк на передаче и приеме.
РКИ приема и РКИ передачи должны быть синхронизированы
В этом случае при передаче сигнала по 1-му каналу замыкаются Эк только этого канала, при передаче сигнала 2-го канала срабатывают электронные ключи 2-го канала и т. д.
ФНЧ на приеме – это демодуляторы АИМ-сигнала, они преобразуют последовательность АИМ-отсчетов в исходный непрерывный сигнал

Интервал времени между ближайшими импульсами группового сигнала Тк называется канальным интервалом или тайм-слотом (Time Slot)
Из принципа временного объединения сигналов следует, что передача в таких системах осуществляется циклами, то есть периодически в виде групп из
Nгр = N + n импульсов,
где N – количество информационных сигналов,
n – количество служебных сигналов
При временном разделении каналов возможно использование следующих видов импульсной модуляции: АИМ – амплитудно-импульсная модуляция, ШИМ – широтно-импульсная модуляция, ФИМ – фазо-импульсная модуляция.
Характерной особенностью спектров сигналов при импульсной модуляции является наличие составляющих с частотами Fmin…Fmax исходного сигнала

Для передачи непрерывных сообщений цифровыми методами необходимо произвести преобразования:
дискретизация непрерывных сигналов во времени
квантование их по уровню,
преобразование квантованных отсчётов в цифровой сигнал
Квантование - замена отсчётов мгновенных значений сигнала АИМ дискретными значениями ближайших разрешённых уровней
Интервал между ближайшими разрешёнными уровнями квантования называют шагом квантования ∆U

Различают квантование
равномерное, если шаг квантования не изменяется. При равномерном квантовании ошибка квантования различна для слабых и сильных сигналов.
неравномерное: шаг квантования изменяется пропорционально изменению амплитуды входного сигнала. Ошибка квантования для слабых сигналов уменьшается, а для сильных – увеличивается.

Неравномерное квантование может быть получено с помощью сжатия (компрессии) динамического диапазона (ДД) сигнала с последующим равномерным квантованием. На приеме осуществляется обратная операция – экспандирование (расширение) ДД
В ЦСП применяется
логарифмическая характеристика компандирования типа А-87,6/13.
А-87,6 - параметр компрессии
Характеристика содержит положительную и отрицательную ветви
Ветвь состоит из восьми сегментов
Сегмент - это 16 уровней квантования
Общее число уровней характеристики 256
Квантование внутри сегмента – равномерное
Каждый сегмент начинается с определенного эталонного сигнала - основного эталона
Каждый из 16 уровней внутри сегмента может быть сформирован с помощью сочетания четырех дополнительных эталонов

Четыре центральных сегмента образуют один сегмент, так как шаг квантования равен 1Δ.
Число сегментов характеристики с различными шагами квантования равно 13. При переходе к следующему сегменту шаг квантования увеличивается в 2 раза.

Кодирование - это преобразования квантованных импульсов АИМ-сигнала в m-разрядные группы двоичных символов, m = 8
Для кодирования телефонных сигналов применяют симметричный двоичный код:
символ первого разряда определяется знаком АИМ-отсчета,
остальные разряды – это значение отсчета, выраженное в двоичной системе исчисления
Кодирование осуществляется в нелинейных кодерах взвешивающего типа
Кодирование осуществляется в три этапа:
1. определение и кодирование полярности отсчета (такт 1)
2. определение и кодирование номера сегмента, в котором заключен кодируемый отсчет (такты 2, 3, 4)
3. определение и кодирование номера уровня квантования внутри сегмента
(такты 5, 6, 7, 8)

Алгоритм определения номера
сегмента
2
этап:
3
этап:
Дополнительные эталоны выбираются в соответствие с определенным номером сегмента.
Подключаются дополнительные эталоны в порядке убывания

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА НЕЛИНЕЙНОГО КОДЕРА ВЗВЕШИВАЮЩЕГО ТИПА
К - компаратор
ГЭТ1
ГЭТ2 - генераторы эталонных токов
ЦР - цифровой регистр
КЛ - компрессирующая логика
БКЭ - блок коммутации эталонов
ПК - преобразователь кода

Пример кодирования АИМ-отсчета
Ошибка квантования: Iош = Iсигн − ∑Iэт
для рассмотренного примера она составит: Iош = 410∆−400∆=10∆

Декодирование – это формирование сигнала АИМ-II из кодовых комбинаций ИКМ сигнала.
Амплитудная характеристика декодера является обратной функцией характеристики кодера, то есть общая характеристика тракта кодер-декодер должна быть линейна.
ДЕКОДИРОВАНИЕ
нелинейный декодер взвешивающего типа
ГЭТ1
ГЭТ2 - генераторы эталонных токов
ЦР - цифровой регистр
ЭЛ - экспандирующая логика
БКЭ - блок коммутации эталонов
ПК - преобразователь кода

Пример декодирования

ГЕНЕРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЦСП
Генераторное оборудование (ГО) предназначено для формирования и распределения во времени импульсных последовательностей, управляющих работой всех узлов аппаратуры и служащих для формирования/расформирования первичного цифрового потока.
ГО
формирует
импульсные последовательности с тактовой частотой fт
импульсные последовательности с разрядной частотой fр
импульсные последовательности с канальной частотой fк
импульсные последовательности с цикловой частотой fц
Структура генераторного оборудования передающей и приемной частей аппаратуры
ФТП - формирователь тактовой последовательности
РР - распределитель разрядный
РК - распределитель канальный
РЦ - распределитель цикловой
ВТЧ – выделитель тактовой частоты
Тактовая частота определяет частоту следования битов информации в первичном потоке. Ее значение определяется по формуле: Fт = Fд · m · Nки,
Для первичного цифрового потока Fт = 8·103· 8 · 32 = 2048 кГц

Распределитель разрядных импульсов
формирует 8 импульсных последовательностей (m=8) от Р1 до Р8 с частотой
ГЕНЕРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЦСП
Распределитель канальных импульсов
формирует 32 импульсные последовательности (Nки =32) с частотой
Распределитель цикловых импульсов
формирует 16 импульсных последовательностей (Sц=16) с частотой

Синхронизация в цифровых системах передачи
В ЦСП с ВРК правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования на передающей и приемной станции
ВИДЫ СИНХРОНИЗАЦИИ:
ТАКТОВАЯ (ТС) - обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигналов с тактовой частотой
ЦИКЛОВАЯ (ЦС) - обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам
СВЕРХЦИКЛОВАЯ (СЦС) - обеспечивает на приеме правильное распределение СУВ по соответствующим телефонным каналам
Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит
к потере связи по всем каналам ЦСП

В цифровых телекоммуникационных системах используется два основных метода выделения тактовой частоты:
- метод пассивной фильтрации (или резонансный метод)
- метод активной фильтрации
В высокоскоростных ЦСП используют метод активной фильтрации:
с применением устройств фазовой автоподстройки частоты

Требования к системе ЦС:
- среднее время удержания синхронизма между его двумя сбоями
должно быть максимально
среднее время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимальным
- количество разрядов в синхросигнале и частота его повторения должны быть минимальными
Решающее устройство определяет:
состояние синхронизма
момент выхода из синхронизма
управляет работой соответствующих узлов ГО в режиме поиска синхронизма

ФОРМИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
Требования к кодам ЦСП, используемым для передачи сигнала по линии:
энергетический спектр сигнала должен ограничиваться снизу и сверху, быть достаточно узким, располагаться на сравнительно низких частотах и не содержать постоянной составляющей.
структура сигнала должна позволять достаточно просто выделять из него сигнал тактовой частоты;
код должен обладать информационной избыточностью, позволяющей осуществлять контроль верности передачи.
МБВН – модифицированный без возвращения к нулю
ВН (RZ) – симметричный код с возвращением к нулю

- код МБВН формируется с помощью счетного триггера
- спектр в два раза уже, чем спектр кода ВН, поэтому затухание сигнала меньше, а, следовательно, и меньше МСИ II рода.
- низкочастотные составляющие спектра и постоянная составляющая мощные, поэтому величина МСИ I достаточно велика
- код не обладает избыточностью
- в спектре нет тактовой частоты, по этой причине устройство выделения тактовой компоненты из линейного сигнала будет сложнее, чем для кода ВН
- при появлении серии нулей возможен сбой тактовой синхронизации
для передачи цифрового сигнала в линию используют следующие коды:
1. МБВН – модифицированный без возвращения к нулю
код МБВН применяют крайне редко

2. код ЧПИ (AMI) - с чередованием полярности импульсов, квазитроичный
код ЧПИ (AMI) формируется по следующему алгоритму:
символу «0» соответствует пауза,
символу «1» - последовательные импульсы положительной и отрицательной полярности
Чередование полярности импульсов позволяет достаточно хорошо компенсировать межсимвольные искажения I и II рода.
Спектр кода ЧПИ ограничен как сверху, так и снизу относительно спектра исходной последовательности и не имеет постоянной составляющей
Наиболее мощные частотные компоненты в сигнале кода ЧПИ расположены в области частот, прилегающих к 0,5fт, поэтому условия прохождения сигналов по линии связи рассматриваются на полутактовой частоте
В сигнале ЧПИ возможен контроль ошибок, так как пропадание импульса или появление ложного приводит к нарушению чередования полярности
Выделение тактовой частоты из спектра линейного сигнала несложно
! если в исходной последовательности присутствуют большие пакеты нулей, выделение тактовой частоты затрудняется

Временные диаграммы формирования
из кода ВН кода ЧПИ
энергетический спектр кода ЧПИ

3. код КВП-3 (HDB-3) – код высокой плотности единиц, не допускающий более трех нулей подряд. Код КВП-3 также называют модифицированным с чередованием полярности импульсов - МЧПИ.
В коде КВП-3 (HDB-3) или МЧПИ:
устранена трудность выделения тактовой частоты при наличии в исходной последовательности пакетов нулей;
каждая серия из четырех нулей заменяется вставками вида «000V» и «В00V»
В вставках «000V» и «В00V»:
символ «В» - импульс, полярность которого противоположна полярности предшествующего кодового символа
импульс «V» - импульс, полярность которого повторяет полярность предшествующего импульса
вставка «В00V» применяется, если после предыдущей вставки было передано четное число единиц
вставка «000V» применяется, если после предыдущей вставки было передано нечетное число единиц
В коде КВП-3 (HDB-3) или МЧПИ обнаруживается одиночная ошибка при нарушении чередования полярности сдвоенных импульсов

формирование кода КВП-3 из сигнала в коде ВН

ПКпер осуществляет преобразование
исходной двоичной последовательности
цифрового сигнала в коде ВН в один
из линейных кодов, в данном случае в код ЧПИ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА передачи
Схема преобразователя кода передачи включает в себя счетный триггер, две логические схемы «И» и трансформатор с заземленной средней точкой

В состав преобразователя кода приема входит трансформатор с заземленной средней точкой, две логические схемы «И» и одна схема «ИЛИ»
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДА приема
ПКпр приема осуществляет обратное преобразование – восстановление исходной двоичной последовательности из линейного кода

РЕГЕНЕРАТОРЫ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
РЕГЕНЕРАТОР восстанавливает амплитуду, форму и временные соотношения импульсов цифровой
последовательности, поступающих на его вход.
Включение регенераторов в линейный тракт необходимо для компенсации воздействия на сигнал искажений и помех, возникающих в линейном тракте.
Линейные регенераторы (РЛ), устанавливаются в НРП, станционные регенераторы (РС), устанавливаются на оконечных станциях и ОРП.
Схема регенератора цифрового сигнала
УК - корректирующий усилитель
РУ - решающее устройство
ФУ - формирующее устройство
УТС - устройство тактовой синхронизации
УК

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.
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 схеме регистрация входящего сигнала и принятие решения о его значении осуществляются по каждому символу в отдельности. 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, это гарантирует верность принятия решения РУ. Верность принимаемых РУ решений зависит, в первую очередь, от способа обнаружения двоичного сигнала и качества работы УТС.
Структура УТС с активной фильтрацией тактовой частоты