книги / Основы построения цифровых систем передачи
..pdfложительных и отрицательных импульсов. В этом случае импульсы с выходов решающих устройств объединяются и поступают в линию. .
Таким образом, временное положение импульсов на выходе регенератора определяется хронирующими .после довательностями. В регенераторах с самохронированием имеют место флуктуации временного положения хрони рующих импульсов, что приводит к фазовым флуктуа циям импульсов на выходе регенератора. Фазовые флук туации хронирующих импульсов вызываются следующи ми причинами:
1. Различием частоты настройки фильтра в цепи вы делителя тактовой частоты в регенераторе и частоты следования импульсов линейного сигнала, определяемой задающим генератором оконечного оборудования. При высокой плотности импульсов в передаваемом сигнале это приводит к статическому сдвигу хронирующих им пульсов, пропорциональному разности частот. При низ кой плотности импульсов это вызывает сдвиг момента формирования хронирующего импульса, пропорциональ ный разности частот и числу следующих подряд пробе лов в передаваемой последовательности.
2. Колебаниями плотности импульсов в цифровом потоке, что приводит к изменению амплитуды выделен ного при фильтрации гармонического колебания, и сле довательно, к изменению фазы хронирующих импульсов. В результате фаза хронирующих импульсов изменяется в зависимости от числа пробелов в информационной по следовательности, предшествовавших каждому из этих импульсов.
3. Действием помех, попадающих в полосу пропуска ния фильтра выделителя тактовой частоты.
Флуктуации, определяемые структурой передаваемо го цифрового потока, являясь однотипными во всех ре генераторах, линейно растут с увеличением числа реге нераторов. Преобразуя структуру линейного сигнала,, можно, однако, снизить величину таких флуктуаций. Фа зовые флуктуации передаваемого цифрового сигнала, вызванные расстройкой контура в выделителе тактовой частоты и действием помех, с увеличением числа регене раторов накапливаются значительно медленнее, так как величина и. знак таких флуктуаций, вносимых каждым регенератором, .различны.
Эффективное значение фазовых флуктуаций импуль сов линейного сигнала, вызываемых работой отдельного
2L
регенератора, составляет 0,003—0,025 от периода так
товой частоты линейного сигнала (1—8°). Преобразователь кодов. На вход оконечного обору
дования линейного тракта поступают двоичные импульс ные последовательности. Для передачи по тракту эти последовательности преобразуются в многоуровневые, в большинстве трехуровневые. Такое преобразование не обходимо по следующим причинам:
1. Обеспечивается высокая и почти постоянная плот ность импульссв в линейной последовательности, что позволяет передавать с высокой достоверностью двоич ные сигналы произвольной структуры, поступающие на вход оборудования линейного тракта. В исходном двоич ном сигнале чередование импульсов и пробелов, как правило, происходит по случайному закону. В результа те при большом числе следующих подряд .пробелов воз можно нарушение работы выделителя тактовой частоты в регенераторе, работающем с импульсами двоичного кода.
2. Подавляются низкочастотные составляющие в спектре линейного сигнала, что позволяет использовать в регенераторе согласующие трансформаторы и разде лительные конденсаторы в межкаскадных соединениях без увеличения межсимвольных помех, а также осу ществить дистанционное питание регенераторов по тем же физическим цепям, по которым передается цифро вой сигнал.
3. Энергетический спектр сигнала преобразуется та ким образом, что сужается полоса, необходимая для передачи импульсной последовательности. Это позволяет упростить усилители и трансформаторы в регенераторах. В трактах, организованных на симметричных кабелях, ослабление высокочастотных составляющих спектра пе редаваемого сигнала при преобразовании исходного двоичного сигнала снижает взаимные влияния между парами одного кабеля, что позволяет увеличить длину участка линии между регенераторами. В трактах, орга низованных на коаксиальных кабелях, сужение полосы уменьшает мощность термических шумов на входе РУ регенератора.
4. Обеспечивается возможность контроля достовер ности передачи без перерывов связи за счет избыточно сти, возникающей при переходе от двоичного кода к мно гоуровневому.
22
5. Обеспечивается возможность уменьшения тактовой частоты передаваемого цифрового потока по сравнению с исходным двоичным сигналом.
Наиболее просто преобразование кодов и регенера ция преобразованного сигнала осуществляются при ис пользовании трехуровневых кодов. На рис. 1.10 показа но преобразование двоичной последовательности (рис. 1.10а) в троичную при использовании наиболее извест ных видов трехуровневых кодов, а на рис. 1.11 изобра жены энергетические спектры этих кодов.
Рис. 1.10. Преобразование двоичной последовательности в троич ную:
а) двоичная последовательность; б) код с чередованием полярно сти; в) КВП-2; г) КВП-3; с?) B6ZS; е) ПИТ код; ж) ПРКК
Последовательность, изображенная на рис. 1.106, со ответствует коду с чередованием полярности, называемо му также б и п о л я р н ы м или к в а з и т р о и ч н ы м ко дом. В этом коде импульсы двоичной последовательности передаются поочередно импульсами положительной и отрицательной полярности; пробелы двоичной последо вательности передаются в виде пробелов троичного сиг нала. При использовании регенераторов с самохронированием код с чередованием полярности может при меняться лишь при передаче двоичных последователь ностей с малым числом следующих -подряд пробелов. Для этого в системах связи с ИКМ, например, можно
23
запретить использование кодовой группы, состоящей из одних пробелов. Однако в системах, осуществляющих объединение цифровых последовательностей, такое огра ничение реализовать достаточно сложно.
Для обеспечения высокой достоверности передачи при любой структуре исходного двоичного сигнала- в ли нейных трактах цифровых систем передачи используются коды, в которых повышается вероятность появления им пульсов по сравнению с двоичным сигналом. Это дости гается, например, заменой серии пробелов определенной
длины в исходном сигнале специальной кодовой комби нацией. Так, в кодах высокой плотности N-го порядка (КВП—N) [17] последовательность из N + 1 пробелов заменяется комбинациями вида 00 ... B0V или 00 ... 00V (В — импульс, полярность которого соответствует поляр ности импульса биполярного кода, V — импульс, поляр ность которого повторяет полярность предыдущего им-
24
пульса). Выбор одной из двух комбинаций производит ся так, чтобы число В-импульсов между любыми двумя последующими V-имлульсами было нечетным. При этом происходит выравнивание числа положительных и отри цательных импульсов в .передаваемом сигнале.
На рис. 1.10е, г показаны импульсные последователь-, ности, соответствующие кодам КВП-2 и. КВП-3.
Вкоде с замещением шести пробелов B6ZS [18] в ка честве замещающей комбинации используется сочетание вида B0VB0V (рис. 1.1Од).
Вприемном оборудовании замещающие комбинации опознаются но нарушению закона чередования .полярно стей в принимаемой последовательности и заменяются соответствующим числом пробелов при восстановлении исходного двоичного сигнала.
В нарноизбирателыюм троичном (ПИТ) коде [19] и в почти разностном квазитроичиом коде (ПРКК) [20] производится преобразование не серий пробелов, а сим волов всей двоичной последовательности. В ПИТ коде пары символов двоичного кода передаются парами тро ичных посылок в соответствии с табл. 1.1. Комбинации для замещения двоичных пар «01» и «10» выбираются попеременно, чтобы обеспечить равенство числа положи тельных и отрицательных импульсов в троич-ной после довательности.
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 1.1 |
|
Двоичный код |
10 |
|
01 |
п |
00 |
ПИТ код |
+ 1 |
0 |
0— 1 . |
|
|
|
— 1 |
0 |
0 + 1 |
+ 1 - 1 |
- 1 + 1 |
В ПРКК формирование символа преобразованной по следовательности производится на основе сравнения пре дыдущего символа этой последовательности с одним или двумя двоичными символами, подлежащими преобразо ванию. При этом учитывается значение алгебраической суммы символов ПРКК. Последовательности импульсов, соответствующие преобразованию в ПИТ и ПРКК коды, показаны на рис. 1.1Ое, ж.
Конечной целью преобразования кодов и регенера ции линейного сигнала является снижение вероятности
25
ошибки при передаче кодовых символов и величины фа зовых флуктуаций импульсов в линейной последователь ности, определяющих качество передачи сигналов в цифровом тракте.
При расчете параметров линейного тракта по задан ной вероятности ошибки определяется требуемое отно шение сигнал/помеха на 'входе решающего устройства ре генератора. Затем с учетом параметров линии выбира ется оптимальная частотная характеристика аналоговой части тракта, минимизирующая влияние межсимвольных помех и шумов, и определяется длина участка регенера ции. На практике вероятность ошибки в цифровом трак те выбирается в пределах 10-в—10-8.
Допустимая величина фазовых флуктуаций импуль сов линейной последовательности определяется видом передаваемого сигнала. Наиболее опасны фазовые флук туации при передаче широкополосных сигналов — теле визионных и групповых телефонных (ем. гл. 5). Для уменьшения искажений из-за фазовых флуктуаций в приемном оконечном оборудовании используется пода витель фазовых флуктуаций. В этом устройстве флуктуи рующая двоичная последовательность, восстановленная в приемном преобразователе кодов, записывается в бу ферную память; считывание этой последовательности осуществляется сглаженным при помощи цепи фазовой автоподстройки сигналом тактовой частоты. Использо вание этой цепи при формировании считывающей после довательности снижает величину и сужает частотный диапазон фазовых флуктуаций.
Описанный способ построения цифрового линейного тракта не является единственно возможным. Весьма пер спективны гибридные цифровые тракты, в которых ис пользуются как регенеративные, так и усилительные промежуточные пункты [21]. В гибридных трактах при использовании многоуровневых (с числом уровней более трех) кодов, благодаря снижению тактовой частоты им пульсов в тракте, при заданной длине линии связи резко уменьшается число регенеративных трансляций. При не большой длине линии регенерация сигнала может осу ществляться лишь в сетевых узлах.
Многоуровневый цифровой сигнал может также пе редаваться по аналоговым линейным трактам систем с частотным уплотнением, что позволяет использовать ли нейные тракты таких систем при построении интеграль ной цифровой сети.
26
1.3. ИЕРАРХИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
Иерархия цифровых систем передачи должна удов летворять следующим требованиям:
1. Цифровые системы должны обеспечивать переда чу всех видов аналоговых и дискретных сигналов.
2.Скорость передачи информации должна быть вы брана с учетом использования обоих видов каналообра зующего оборудования —с преобразованием аналоговых сигналов и объединением цифровых потоков.
3.Должна обеспечиваться простота объединения, раз деления и транзита передаваемых сигналов.
4.При передаче типовых сигналов необходимо, чтобы пропускная способность цифровых систем использо валась иаилучшим образом.
5.Должна быть предусмотрена возможность взаимо действия цифровых систем передачи с аналоговыми си стемами.
6. Параметры систем передачи должны выбираться с учетом характеристик существующих и перспективных линий связи.
1 магист ральная
________________________ . сеть
Внутризоновая сеть
Рис. 1.12. Иерархия цифровых систем передачи
Пример иерархии цифровых систем передачи, удов летворяющей этим требованиям, приведен на рис. 1.12. В качестве п е р в и ч н о й здесь принята' система переда чи с тактовой частотой 2048 кГц. Первичной системой,
2Т
широко используемой на городских телефонных сетях, является 30-канальная система с имлульоно-кодовой мо дуляцией. В этой системе осуществляется восьмиразряд ное кодирование телефонных сигналов. Кроме 30 теле фонных каналов, -предусмотрена организация двух слу жебных каналов —для передачи синхросигнала и сигна лов управления приборами АТС. Оконечное оборудова ние такой системы в интегральной сети с временным де лением каналов может использоваться не только для каналообразовэния, но и для организации временного коммутационного поля в сетевых узлах [1, 22, 23].
Существуют и модификации первичной системы, на пример, системы с дельта-модуляцией, осуществляющие передачу 40—60 телефонных каналов [15, 24]; системы, осуществляющие цифровую передачу 12-ка.нального группового сигнала с частотным делением каналов (ис ходный спектр 60—108 кГц) и нескольких (до 10) теле фонных каналов, передаваемых на основе временного деления; системы, в которых передаются как телефон ные сигналы, так и сигналы вещания. Первичные систе мы обычно предназначаются для уплотнения многопар ных низкочастотных кабелей городских телефонных се тей. Длина участка регенерации при этом составляет 2—3 км.
Вт о р ич н ые цифровые системы в иерархии, приве денной на рис. 1.12, имеют тактовую частоту, равную 8448 МГц. По принципу построения каналообразующего оборудования различают вторичные системы следующих видов:
—с объединением цифровых сигналов четырех пер вичных систем;
—с непосредственным кодированием 120—128 теле
фонных сигналов;
—с кодированием группового 60-канального сигна ла с частотным делением (исходный опектр312—552 кГц)
исовместной передачей этого кодированного сигнала с цифровым .потоком первичной системы;
—с цифровой передачей ви-деотелефонных сигналов. Вторичные цифровые системы предназначаются для
работы по симметричным междугородным кабелям [25], коаксиальным кабелям с парами 0,7/3,0 и 1,2/4,4 мм [26], а также по радиорелейным и спутниковым линиям связи (27]. Сигналы вторичной системы могут передаваться так же по трактам систем уплотнения с частотным делением каналов при использовании методов много-уровневой ле-
28
редачи [28]. При работе по кабельным линиям длина участка регенерации составляет 3—6 км.
Т р е т и ч н ы е системы рассчитаны на объединение сигналов четырех вторичных систем и имеют тактовую частоту около 35 МГц. Разновидностью третичной систе мы является система, осуществляющая кодирование и передачу сигналов 300-канальной группы с частотным делением (исходный спектр 812—2048 кГц). С .помощью третичных систем можно уплотнять коаксиальные кабели с парами 1,2/4.4 мм, а также радиорелейные линии. Дли на участка регенерации при работе по коаксиальному кабелю составляет около Зкм.
Ч е т в е р и ч н а я цифровая система объединяет сиг налы трех-четырех третичных систем, что соответствует тактовой частоте группового сигнала 110—450 МГц. Мак симальное число телефонных каналов, которое может быть передано в такой системе при использовании ИКМ и при временном делении каналов, составляет (3—4) X Х480= 1440—1920 каналов. Четверичные системы могут попользоваться также и для передачи сигнала телеви зионного вещания. Существующие в настоящее время сетевые нормы на каналы телевидения могут быть вы полнены в системе с ИКМ при тактовой частоте цифро вого потока 100—МО МГц.
Четверичная система предназначена для работы но коаксиальным кабелям с парами 2,6/9,5 и 1,2/4,4 мм на городских и междугородных линиях связи. Длина реге нерационного участка при работе по кабелю с «парами 2,6/9,5 мм составляет 3—3,5 км, а при работе по кабелю 1,2/4,4 мм— 1,5—2,0 км. На городских сетях четверичная система позволяет создать многоканальные соединитель ные линии между АТС большой емкости, а также обес печить высококачественную передачу телевизионных сигналов от вынесенных передающих станций к теле центру и передатчику.
Четверичные цифровые системы будут использовать ся также на волноводных и световодных линиях связи. Громадная .пропускная способность таких трактов -позво ляет организовать большое число -широкополосных ство лов на основе временного или частотного уплотнения. На волноводных линиях возможна организация до 100, а на световодных линиях —до 1000 таких стволов. Око нечное оборудование четверичной системы будет исполь зовано в качестве каналообразующего оборудования од ного ствола. Объединение сигналов нескольких четверич
29
ных систем позволит получить еще более мощные циф ровые системы передачи — п я т е ри чн ы е, ш е с т и р и ч ные и т. д. По таким системам смогут передаваться в цифровой форме сигналы аналоговых систем передачи с 3600 и 10800 телефонными каналами. Известны пред ложения (29, 30] по созданию сверхширокололооных си стем с тактовыми частотами до 1,6 ГГц.
Следует отметить, что иерархия цифровых систем,, приведенная на рис. 1.12, хорошо согласуется с иерархией стандартных групповых сигналов, используемой в ана логовых системах передачи (12-, 60-, 300-, 900-каналь ные группы). Заштрихованные области на рис. 1.12 по казывают диапазоны скоростей, необходимых для пере дачи групповых телефонных сигналов, соответствующих предложениям различных стран [31, 32].
Основные данные по цифровым системам связи, вхо дящим в описанную иерархию, сведены в табл. 1.2.
1.4.КОММУТАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
~Коммутация сигналов, передаваемых по цифровым системам связи, может осуществляться как в аналоговой, так и в цифровой форме. Коммутация аналоговых сигна лов производится широко известными методами (с по
мощью оборудования декадно-шаговых, координатных или квазиэлектронных АТС). В этом случае необходимо осуществлять дополнительные цифро-аналоговые и ана лого-цифровые преобразования сигналов в узле комму тации, что увеличивает мощность шумов в телефонном канале. Коммутация цифровых сигналов может осущест вляться с помощью чисто электронного оборудования без применения каких-либо механических контактов. Такая коммутация практически не ухудшает параметры теле фонного канала и позволяет наиболее полно реализовать преимущества цифровых методов передачи.
Рассмотрим основные принципы цифровой коммута ции телефонных сигналов и возникающие при этом спе цифические требования к оборудованию цифровых систем передачи.
Коммутация сигналов в цифровой форме осущест вляется по четырехпроводной схеме, т. е. для установле ния соединения необходима коммутация двух каналов, соответствующих обоим направлениям передачи. В тех нике цифровой коммутации используются два вида ком мутационных устройств — с временным и лространст-