Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Некоммерческое акционерное общество
«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»
Кафедра Телекоммуникационных систем
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Многоканальные Телекоммуникационные Системы»
на тему: Проектирование цифровых каналов передачи
Специальность 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Выполнил: Алимбеков А.Ш. № зач. книжки 103202 Группа МТС-10-04
Руководитель: ст. пр. Шахматова Г.А.
_______________________________«____»______________________20____г
Алматы 2013
ВВЕДЕНИЕ
Динамичный рост информатизации, неминуемо повлек за собой увеличение объёмов передаваемой информации, что стало невозможным без усовершенствования и введения в эксплуатацию новых стандартов и технологий. Информация передается по средствам физической среды: кабель, радиорелейные линии, оптический кабель, воздушные линии и др. Исторически, большее распространение получили кабельные и радиорелейные линии, а в последнее время в связи с возросшими потребностями их место начал занимать оптический кабель.
В связи с высокой стоимостью оборудования преобразования и передачи данных (речи, данных, видео контента и др.), необходимы уникальные методы по оптимизации построения и эксплуатации сетей, т.к это единственная возможность с максимальной отдачей использовать имеющиеся в наличии ресурсы.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 4
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ. 5
КРАТКИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ АППАРАТУРЫ И КАБЕЛЕЙ 6
Характеристика аппаратуры ИКМ-30-4 6
Характеристика аппаратуры ИКМ-120 7
Параметры кабелей связи 8
1 РАСЧЕТ ДЛИНЫ УЧАСТКА РЕГЕНЕРАЦИИ 10
1.1 Расчет длины участка регенерации местной сети 10
1.2 Расчет внутризонового участка сети 12
2 РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО ПИТАНИЯ 14
3 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ 16
4 РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ НАВХОДЕ РЕГЕНЕРАТОРА 18
5 РАСЧЕТ ОЖИДАЕМОЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ НА ВХОДЕ РЕГЕНЕРАТОРА 20
5.1 По симметричным кабелям 20
5.2 По коаксиальным кабелям 21
6 РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОГО ЧИСЛА УРОВНЕЙ КВАНТОВАНИЯ 22
7 РАСЧЕТ ШУМОВ ОКОНЕЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 27
8 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ЦСП 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 35
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Длины участков ЦСП:
Местного Lм = 85 км;
Внутризонового Lвнз = 550 км;
Типы аппаратуры ЦСП и типы кабеля на различных участках трактов:
Местная ИКМ-30-4, кабель ТП-0,7;
Внутризоновая ИКМ-120, кабель МКСА с парами 4*4*1,2;
Параметры аппаратуры и кабелей:
Коэффициент шума корректирующего усилителя:
F = 6 дБ;
Защищенность от шумов дискретизации:
А = 52 дБ;
Пикфактор сигнала:
Qпик = 12 дБ;
Запас помехоустойчивости регенератора:
Аз = 9 дБ;
Среднеквадратическое отклонение волюма:
у = 4 дБ;
Среднее значение сигнала:
у = -10 дБ;
Среднеквадратическое отклонение приведенной инструментальной погрешности преобразования:
Е =210-4;
Минимальная защищенность от шумов квантования:
А = 28 дБ.
ИКМ-30-4
По назначение идентична ИКМ-30. Отличается элементной базой, конструктивной компоновкой, более высокими показателями надежности и меньшим экергопотреблением. Имеется возможность вместо 4 каналов ТЧ заменой блоков организовать 4 ОЦК с противонаправленным стыком. Аппаратура имеет развитую диагностическую подсистему, позволяющую автоматизировать обслуживание ЦСП по технологии контрольно-корректирующего метода эксплуатации.
В состав оконечной аппаратуры входит 8 функционально законченных блоков, допускающих их соединение в 4 вариантах на стойке 2600х600х225 мм. Основными из них являются: АЦО, ОЛП, ОЛТ, ТСО (оборудование телеконтроля и служебной связи), ОСА-13 станций А и В, УСО-01, ППН (преобразователь постоянного напряжения). Оборудование линейных переключений (ОЛП) предназначено для распайки и защиты до 40 пар линейного кабеля. Оборудование, согласующее ЦСП с АТС, (ОСА-13) рассчитано на обслуживание пяти ЦСП. В нем из СУВ каналов ТЧ формируются групповые сигналы со скоростью 64 кбит/с, вводимые впоследствии в КИ16 цикла ИКМ-30-4. Унифицированное сервисное оборудование (УСО-01) позволяет отображать техническое состояние до 100 любых блоков аппаратуры.
Линейный тракт системы выполнен в виде функционально законченной единицы и может быть использован для организации типового первичного цифрового канала. Максимальная длина регенерационных участков ИКМ-30-4 несколько увеличена по сравнению с длиной участков ИКМ-30.
ИКМ – 120
Аппаратура ИКМ – 120 предназначена для организации каналов на местных и внутризоновых сетях по симметричным высокочастотным кабелям типа МКС и МКСА при использовании двухкабельной систем связи.
Скорость передачи цифрового сигнала – 8448 кбит/с.
Максимальная дальность связи – до 600 км.
Цепи усиления регенератора обеспечивают компенсацию затухания участка регенерации в пределах от 45 до 55 дБ (на частота 4224 кГц).
Тип кода в линии – КВП – 3 (импульсы передаются со скважность 2 и амплитудной +3В на нагрузочном сопротивлении 150 Ом).
Длительность цикла равна 125 мкс, он содержит 1056 импульсных позиций (тактовых интервалов) и условно разбит на 4 группы по 264 позиции в каждой. При формировании группового сигнала в ИКМ – 120, как и в ЦСП более высокого порядка, используется метод двухсторонного согласования скоростей с двухкомандным управлениям.
Электропитание НРП осуществляется дистанционного по фантомным цепям от стойки линейного оборудования (СЛО). Предельная величина напряжения дистанционного питания на входе линии составляет 980 В при токе 125 мА.
Служебная связь между оборудованием ВВГ осуществляется по цифровому каналу, организованному методом дельта – модуляции, а между промежуточными пунктами – по рабочим парам кабеля в полосе 0,3-3,4 кГц. По этим же парам организуется телеконтроль за состоянием тракта.
Комплектация оборудования:
Стойка вторичного группообразования (СВВГ) – 8 комплектов ВВГ.
Стойка линейного оборудования (СЛО) – на 4 системы.
Стойка аналого – цифрового преобразования стандартной вторичной группы частот 312-522 кГц (САЦО-ЧРК2), содержащая по одному комплекту АЦО-ЧРК2, ВВГ и АЦО аппаратуры ИКМ-30.
Необслуживаемые регенеративные пункты типа НРПК-4 (для установки в колодец) – на 4 линейных регенератора, НРПГ-8 (для установки в грунт) – на 8 линейных регенераторов.
При расчете длины участка регенерации в соответствии с методикой, необходимо знать значения ряда параметров кабелей связи: коэффициента затухания, переходных затуханий, волнового сопротивления и др. Точные значения параметров кабелей на различных частотах приводятся в специальной справочной литературе по линейно-кабельным сооружениям. При выполнении курсового проекта используются приближенные расчетные соотношения и усредненные данные, приводимые ниже.
Усредненные значения коэффициента затухания для многопарных низкочастотных симметричных кабелей приведены в таблице 1 (на частоте 1024 кГц).
Таблица 1. - Коэффициент затухания симметричных низкочастотных кабелей
|
Тип кабеля |
Т-0,5 |
Т-0,6 |
Т-0,7 |
ТП-0,5 |
ТП-0,7 |
|
, дБ/км |
20,5 |
18,2 |
16,1 |
17,1 |
12,6 |
С достаточной для практических расчетов расчетов точностью номинальные значения модулей волновых сопротивлений кабельных цепей ZВ можно считать независимыми от частоты. Эти значения приведены в таблице 2.
Для симметричных низкочастотных кабелей типа Т среднее значение ZВ = 110 Ом, а для кабелей типа ТП ZВ = 120 Ом.
Строительные длины электрических кабелей зависят от их емкости и конструкции и, как правило, составляют 825 м.
Расчет коэффициента затухания (f) для симметричных высокочастотных и коаксиальных кабелей на той или иной частоте можно осуществлять по формулам, приведенным в таблице 2.
Таблица 2 - Коэффициенты затухания высокочастотных кабелей.
|
Тип кабелей |
(f), дБ/км |
Zв, ом |
|
ЗК 1х4х1,2 |
5,22f + 0,21f |
140 |
|
КСПП 1х4х0,9 |
9,1f + 0,23f |
160 |
|
МКСБ 4х4х1,2 |
5,24f + 0,15f |
163 |
|
КСПП 1х4х1,2 |
||
|
МКСА 4х4х1,2 |
4,74f + 0,22f |
164 |
|
МКССт 4х4х1,2 |
4,8f + 0,21f |
164 |
|
МКСБ 7х4х1,2 |
5,07f + 0,16 |
169 |
|
КМ 2,6/9,4 |
2,43f + 0,0078f |
74 |
|
МКТ 1,2/4,6 |
5,26f + 0,017f |
73 |
В кабелях с повивной скруткой для взаимовлияющих пар, находящихся в одном повиве, среднее значение переходного затухания на ближнем конце Ао находится в пределах 64…71 дБ, а для пар находящихся в разных повивах, 72…84 дБ.
В кабелях с пучковой скруткой для взаимовлияющих пар, находящихся в одном повиве, среднее значение Ао находится в пределах 62…85 дБ, а для пар находящихся в различных главных пучках Ао приблизительно 80…95 дБ.
Переходные затухания на дальнем конце А1 оказываются выше приведенных значений для Ао примерно на 15…20 дБ и составляет 80 – 90 дБ.
Переходные затухания для симметричных высокочастотных кабелей Ао, А1 находится в следующих пределах:
-на ближнем конце – 60-70 дБ;
-на дальнем конце – 80-90 дБ.
Следует иметь в виду, что электрические параметры многопарных кабелей ГТС имеют значительный разброс. Кроме того, переходные влияния невелики и существенно зависят от емкости кабеля, вида скрутки и взаимного расположения влияющих пар внутри кабеля.
В этих условиях требуемая помехозащищенность на входе регенератора достигается в основном за счет правильного выбора пар кабеля для организации цифровых трактов.
1 РАСЧЕТ ДЛИНЫ УЧАСТКА РЕГЕНЕРАЦИИ
1.1 Расчет местного участка сети
Для системы ИКМ-30 при использовании двухкабельной схемы организации связи по кабелю ТГ или ТПП длина участка регенерации определяется как
lРЕГ = аНОМ / (f), км, (1.1)
где аНОМ = 22 дБ - номинальное затухание участка;
(f) = 12,6 дБ/км коэффициент затухания кабеля ТПП – 0,7 на f = 1024 КГц,
lРЕГ = аНОМ / (f)=22/12,6=1,74 км.
Число регенерационных участков на местном участке сети определяется по формуле:
К = lМ / lРЕГ, (1.2)
где lМ =85 км – длина участка местной сети;
К = lМ / lРЕГ =85/1,74=48,57 ~ 48 участков
Общее число регенераторов на 1 меньше количества регенерационных участков
NРЕГ = K-1 (1.3)
NРЕГ = 48-1=47
Количество обслуживаемых регенерационных пунктов
NОРП = LМ/LДП – 1 (1.4)
NОРП = 85/54-1 ~ 1
Количество необслуживаемых регенерационных пунктов
NНРП = K - NОРП (1.5)
NНРП = 48 – 1 = 47
Общая длина укороченных участков определяется как
lОСТ = lМ – К * lРЕГ (1.6)
lОСТ = 85- 48*1,74 =85-83,52=1,48 км
Длина укороченных участков определяется как
lУКОР = lОСТ/2 (1.7)
lУКОР =1,48/2 = 0,74 км
1.2 Расчет внутризонового участка сети
Длина участка регенерации выбирается таким образом, чтобы с учетом всех видов помех и аппаратурных погрешностей вероятность ошибки для всего линейного тракта не превышала допустимой величины.
Для оценки допустимого значения защищенности, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибки, можно воспользоваться следующим приближенным выражением
АЗ.ДОП. = 5,23 + 11 lg lg Р ОШ1-1 + 20 lg (mУ -1) + ΔАЗ , дБ, (1.8)
где Р ОШ1 – вероятность ошибки одного регенератора;
mУ = 3 – количество уровней кода в цифровом линейном тракте;
ΔАЗ = 9дБ – запас помехоустойчивости регенератора, учитывающий неидеальность его узлов и влияние различных дестабилизирующих факторов;
Р ОШ = 10-8 – для внутризонового участка сети.
АЗ.ДОП. = 5,23 + 11 lg lg Р ОШ1-1 + 20 lg (mУ -1) + ΔАЗ = 5,23 + 11lglg1/10+20lg2+9 = =30,18 дБ.
Защищенность от собственных помех
АЗ.СП. = РПЕР + 121 - 10 lg F – 10 lg(fТ / 2) – 1,175АЦ , дБ, (1.9)
где РПЕР = 10 – 12 дБ – абсолютный уровень пиковой мощности прямоугольного импульса на входе регенератора;
F = 6 – коэффициент шума корректирующего усилителя;
fТ – тактовая частота для заданной СП, fТ = 8,448 МГц;
АЦ = (fРАСЧ)lР, дБ – затухание кабеля длиной, равной длине участка регенерации;
lР - длина участка регенерации.
(fРАСЧ) рассчитывается по формуле, взятой из таблицы 12 приложения Б, для заданного типа кабеля.
(fРАСЧ)=4,74= 4,74=11 дБ/км,
АЗ.СП. = РПЕР + 121 - 10 lg F – 10 lg(fТ / 2) – 1,175АЦ =12+121- 10lg6 – 10lg4.224 – 1.175*11= 118,962 – 12,925
Решением неравенства АЗСПАЗ.ДОП. нужно найти длину участка регенерации
lР = (118, 962 – АЗ.ДОП.)/12,925 = (118, 962 –30,18.)/12,925 = 6,87 км.
Число промежуточных станций К определяется по формуле:
K=(lВНЗ/lРЕГ) - 1 (1.10)
K = 550/6,87=80,06 - 1 ~ 79;
Число обслуживаемых регенерационных пунктов определяется по формуле:
NОРП = (LВНЗ/LДП) – 1 (1.11)
NОРП = (550/200) - 1 ~ 1
Общее количество НРП равно
NНРП = K - NОРП (1.12)
NНРП = 79 – 1 = 78
Общая длина укороченных участков определяется как
lОСТ=lВНЗ – K lРЕГ (1.13)
lОСТ =550 – 79 * 6,87 = 550 – 542,73 = 7,27 км;
Длина укороченных участков определяется как
lУКОР=lОСТ/2 (1.14)
lУКОР = 7,27/2 = км = 3,6 км
2 РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО ПИТАНИЯ
Дистанционное питание линейных регенераторов в основном осуществляется стабилизированным постоянным током по схеме “провод-провод” с использованием фантомных цепей симметричного кабеля или центральных жил коаксиальных пар. При этом НРП включаются в цепь ДП последовательно.
Дистанционное питание подается в линию от блоков ДП, устанавливаемых либо на стойках ДП, либо на стойках оборудования линейного тракта, которые размещаются на оконечных (ОП) и промежуточных обслуживаемых регенерационных пунктах (ОРП). При этом на секции ОРП-ОРП (или ОП – ОРП), называемой секцией дистанционного питания, организуется два участка дистанционного питания: половина НРП обеспечивается питанием от одного ОРП, а вторая половина – от другого ОРП.
При расчете напряжения на выходе блока ДП следует учитывать падение напряжения на участках кабеля и на НРП:
Uдп = Iдп*R0*lдп +Uнрп*n, (2.1)
где Iдп – ток дистанционного питания, А;
R0– километрическое сопротивление цепи кабеля, используемой для передачи ДП постоянному току, Ом/км;
lдп – длина участка ДП, км;
n – число НРП питаемых от одного ОП (или ОРП);
Uнрп – падение напряжения на одном НРП, В;
R0 для ТП-0,7 = 45 Ом/км;
R0 для МКС-4х4х1,2 = 15,85 Ом/км;
lдп (ИКМ-30) = 54 км, Iдп = 110 мА, n = Lмест/ Lусил.уч= 85/1,74=47,
n = (54*47)/85 = 30;
lдп (ИКМ-120) = 200 км, Iдп = 125 мА, n = Lвнз/ Lусил.уч= 550/6,87=78,
n = (200*78)/550 = 29;
где Lмест, Lвз - длины участков между ОП и ОРП (ОРП и ОРП),
Lусил.уч - длина усилительного участка ЦСП, т.е длина участка регенерации, км:
Таким образом,Uдп равен:
Uдп (ИКМ-30) = 110*10-3*45*54+9.8*30=561,3 В,
LДП = LДП / 2
n = NНРП / 2
Uдп (ИКМ-30) = 110*10-3*45*27+9.8*15=280,65 В,
LДП = LДП / 2
n = NНРП / 2
Uдп (ИКМ-30) = 110*10-3*45*13,5+9.8*8=145,225 В,
Uдп (ИКМ-120) = 200*10-3*15,85*200+24*29=1330 В,
LДП = LДП / 2
n = NНРП / 2
Uдп (ИКМ-120) = 200*10-3*15,85*100+24*15=677 В,
3 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
На основе технических данных ЦСП, полученных значений lР, NОРП,NНРП и расчета цепи ДП, осуществляется размещение НРП и ОРП в каждом из проектируемых участков сети. В результате составляется схема организации связи с указанием числа ОРП и НРП, длин регенерационных участков в секции дистанционного питания.
Рисунок 1- Структура линии местного участка
Рисунок 2 - Структура линии внутризоновой сети
На основе этой схемы рассчитывается (для каждого участка) максимальное число организуемых каналов (при полной загрузке кабеля) и составляется комплектация необходимого оборудования.
При составлении комплектации необходимо выбрать стойки оборудования, которые входят в состав проектируемой системы передачи.
Таблица 3 – Комплектация оборудования
|
САЦО (САЦК) |
СВВГ |
СТВГ |
СЧВГ |
СОЛТ |
НРП |
|
|
Мест. сеть |
2 |
- |
- |
- |
4 |
47 |
|
Внз. сеть |
2 |
2 |
- |
- |
4 |
78 |
САЦО – стойка аналого-цифрового оборудования, содержит 4 комплекта АЦО и рассчитана на 120 каналов ТЧ.
САЦК – стойка аналого-цифровой коммутации (аналог САЦО, имеет немного другую конструкцию).
СВВГ – стойка вторичного временного группообразования, содержит 8 комплектов ВВГ и рассчитана на 960 каналов ТЧ.
СТВГ – стойка третичного временного группообразования, содержит 4 комплекта ТВГ и рассчитана на 1920 каналов ТЧ.
СЧВГ – стойка четверичного временного группообразования, содержит 4 комплекта ЧВГ и рассчитана на 1920х4 каналов ТЧ.
НРП – необслуживаемый регенерационный пункт, содержит от 2 до 12 двухсторонних линейных регенераторов.
4 РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ НА ВХОДЕ РЕГЕНЕРАТОРА
Допустимое значение вероятности ошибки для одного регенератора определяется как:
PОШ1 = P’ОШ * lP (4.1)
Значение Р’ОШ можно определить следующим образом.
Если принять, что вероятность ошибки при передаче цифрового сигнала между двумя абонентами не должна превышать значения РОШ = 10-6 при организации международной связи (рисунок 3, а), то при равномерном распределении ошибок на отдельных участках национальной сети, т.е. ВСС, получим значения РОШ УЧ= 10-7 (рисунок 3, б).
Рош= 10-7
Рош= 10-7
Рош= 10-7
Рош= 10-7
Международный
участок
Национальный
участок
Рош= 0,4*10-6
Рош= 0,2*10-6
Рош= 0,4*10-6
Рош= 10-6
Магистральный
участок
Внутризоновый
участок
Местный
участок
линия
Национальный
участок
а) при международной связи; б) при номинальной цепи при использовании ЦСП
Рисунок 3 – Схема организации связи:
В этом случае Р’ОШ равно:
Р’ОШ = РОШ УЧ/lУЧ, (4.2)
где lУЧ – длина участка номинальной цепи основного канала (ОЦК), на котором используется ЦСП, км (см. рисунок 3, б).
Вероятность ошибки для одного участка регенерации определяется по формуле
PОШ1 = PОШ / n, (4.3)
где PОШ = 10-7 вероятность ошибки на весь линейный участок;
n – сумма НРП и ОРП на линейном участке.
Полученные значения должны быть в пределах неравенства 10-15 < PОШ < 10-4
Для местного участка сумма НРП и ОРП равна 50, тогда
Рош=.
Для внутризонового участка сумма НРП и ОРП равна 36, тогда
.
.
Как известно, вероятность ошибки в регенераторе однозначно связана с защищенностью сигнала от помех в трансформаторах.
Для оценки требуемого значения защищенности, при котором обеспечивается заданная вероятность ошибок, можно воспользоваться следующим выражением
АЗ ТРЕБ= 4,63 + 11,42*lg lg PОШ1-1 + 20 lg (mУ-1) + АЗ, (4.4)
где mУ – количество уровней кода в цифровом линейном тракте;
АЗ = 9 запас помехозащищенности, учитывающий неидеальность узлов регенератора и влияние различных дестабилизирующих факторов.
Для первых слагаемых определяют значение АЗ.ТРЕБ для двухуровневых кодов, а третье слагаемое – необходимое увеличение защищенности при увеличении количества уровней в коде.
Для местного участка
АЗ ТРЕБ=4,63+11,42*lglgPОШ1-1+20lg(mУ-1)+Аз=4,63+11,42*lglg4.9*108+ +20lg(3-1)+9=30.37 дБ.
Для внутризонового участка
АЗТРЕБ=4,63+11,42*lglgPОШ1-1+20lg(mУ-1)+Аз= =4,63+11,42lglg7.87*108+20lg(3-1)+9=30.49 дБ.
На основании полученных результатов, мы убедились, что вычисленные значения соответствуют требуемым условиям и реальным условиям работы ЦСП.
5 РАСЧЕТ ОЖИДАЕМОЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ НА ВХОДЕ РЕГЕНЕРАТОРА
5.1 По симметричным кабелям
Для работы ИКМ-30 по кабелю МКСА ТПП-0.7 используется 2-х кабельная система. В этом случае ожидаемая защищенность от переходных помех определяется как:
А зож = Аl(fрасч) – (fрасч) · lр – 10lgNс; (5.1)
Аl(fрасч)= Аlстр (fрасч) – 10lg(lр /lстр) + (fрасч) · (lр -lстр); (5.2)
Аlстр(fрасч) = Аlстр (1МГц) – 20lgfрасч; (5.3)
дБ,
lстр=825м = 0,825 км,
Аl(fрасч)== 67,48 - 3,24 + 11,53=75,77 дБ,
А зож = Аl(fрасч) – (fрасч) · lр – 10lgNс=75,77 - 12,6*1,74 - 10lg1=75.77-21.92=53,85 дБ.
5.2 По коаксиальным кабелям
При работе по коаксиальным кабелям всегда применяется однокабельная система.
Тогда ожидаемая защищенность от собственных помех на входе регенератора будет равна
АЗ ОЖ = РПЕР + 101 – 10lgF – 10lg(fТ/2) – 10lg h(АЦ) , (5.4)
10lgh(АЦ)=1,175·АЦ – 20, дБ, (5.5)
АЗ ОЖ = РПЕР + 121 – 10lgF – 10lg(fТ/2) – 1,175АЦ, (5.6)
РПЕР = 10lg(U2ПЕР · 103/ZВ), (5.7)
UПЕР = 3В,
ZВ – выбирается по таблице 12 приложения Б;
F – коэффициент шума корректирующего усилителя;
Рпер = 10lg(9*103/164)=17,39 дБ
АЦ=(fРАСЧ) * lP, (5.8)
(fРАСЧ) - затухание кабеля на расчетной частоте, дБ/км рассчитано в разделе 1.2;
lP - рассчитанная длина участка регенерации.
АЦ=11*6,87=75,57 дБ
АЗ ОЖ= 17,39 + 121 – 10lg6 – 10lg(4,224) – 88,79=17,39 + 121 – 7,78 – 6,26 = 35,56дБ
6 РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОГО ЧИСЛА УРОВНЕЙ КВАНТОВАНИЯ
В ЦСП в результате квантования сигнала по уровню возникают ошибки, поскольку реальные мгновенные значения сигнала округляются до разрешенных уровней квантования. Эти ошибки, суммируясь с исходным сигналом, воспринимаются как флуктуационные шумы с равномерной спектральной плотностью.
В случае равномерного квантования, когда каждый шаг квантования имеет величину ∆Up, мощность шума квантования в полосе частот канала ∆F равна
РШК = (∆UР 2/12)(2∆F /fД), (6.1)
где fД – частота дискретизации сигнала.
Очевидно, чем меньше шаг квантования, тем меньше и РШК, но при этом число шагов квантования должно быть пропорционально больше, чтобы охватить весь динамический диапазон сигнала. Поскольку число шагов квантования связано с разрядностью кода, а, следовательно, и со скоростью передачи, необходимо оценить, прежде всего, динамический диапазон квантуемого сигнала. Для этого воспользуемся экспериментально найденными статистическими законами распределения динамических уровней (волюмов) и мгновенных значений сигнала.
Известно, что плотность вероятности распределения волюмов соответствует гауссовскому закону распределения (рисунок 4.а)
W(y)=1/(σУ√2π )* exp [-(y-y0)2/2* σУ], (6.2)
где у0 – среднее значение волюма, дБ;
σУ – его среднестатистическое отклонение, дБ.
График плотности распределения мощностей соответствующих динамическим уровням, показан на рисунке (4.б), его максимум соответствует волюму, но значение средней мощности очевидно, смещено вправо, поскольку мощности не принимают отрицательных значений.
Из математической статистики известно, что уровень средней мощности может быть подсчитан по формуле
рСР = у0+(ln 10/20) σy2=у0+0,1151 σy2, (6.3)
а средняя мощность
РСР = 100,1рср, мВт.
W
10-3
3.09 σy
Y0
0
y
0.1151 σy2
Pcp
P0 = 100.1y0
W
P
а) б)
А) гауссовский закон; б) график плотности распределения мощностей, соответствующий динамическим уровням.
Мгновенные значения речевых сигналов распределены по закону, близкому к двустороннему экспоненциальному
W(u)3=(α/2) exp (-α|u|).
Причем часто считают, что α≈,
где Uc – эффективное значение сигнала (рисунок 5.).
10-3
10-3
0
W
α=Uc/2
α=√2/Uc
3
4.933Uc
4.933Uc
y
Рисунок 5 – Закон распределения мгновенных значений сигнала
3
Будем считать максимальное значение сигнала UМАКС то, которое может быть превышено с вероятностью, не более 10-3. Тогда
10-3=0,5 exp (-α|UМАКС|), UМАКС α≈√2/Uc = 4,933 Uc.
QПИК = 20 lg (UМАКС/Uc) = 10 lg (PМАКС/РСР)=рМАКС – рСР
называется пикфактором. Таким образом,
рМАКС = рСР+QПИК. (6.4)
Согласно рекомендациям МСЭ (МККТТ) следует принимать рМАКС для ЦСП равным +3 дБм0.
Заметим, что кодеры конструируют обычно так, что их напряжение ограничения соответствует максимальному напряжению сигнала, то есть
UОГР=UМАКС= 0.7746*100.05РМАКС, В. (6.5)
Очевидно, что для волюмов, превышающих среднее значение, должны резко возрастать помехи из-за шумов ограничения. Однако, здесь, видимо, сказывается психологический фактор – при слишком большой громкости, сопровождаемой искажениями, абоненты начинают говорить тише. При малых волюмах такая «саморегулировка» невозможна и поэтому расчет ведется для минимального сигнала, который соответствует минимальному напряжению минимального волюма. Минимальный волюм уМИН определяется как
уМИН = у0 – 3,09σу, (6.6)
где 3,09 – аргумент интеграла вероятности, указывающий, что случай у<уМИН может наблюдаться с вероятностью ≤ 10-3.Учитывая двусторонний экспоненциальный закон распределения (см рисунок 6 левая часть) мгновенных значений сигнала (ведь и сигнал самого малого волюма должен быть обработан и передан с необходимо высоким качеством), получаем окончательно
рМИН = уМИН – QПИК, (6.7)
находим динамический диапазон сигнала
Dc = рМАКС – рМИН = 2 QПИК+3,09σу+0,115σу 2. (6.8)
Величина шага квантования
∆UР=2UОГР/NКВ, (6.9)
где Nкв – число шагов квантования, причем Nкв=2МР;
mp- число разрядов двоичного кода при равномерном квантовании.
Тогда минимальная защищенность от шумов квантования (для наименьших сигналов) с учетом псофометрического коэффициента КП=0,75, полосы канала ТЧ ∆F=3,1 кГц и частоты дискретизации fД=8 кГц составит:
АЗ.КВ.МИН.=10 lg [РМИН/(РШККП2)]=10 lg
=10 lg (3/2) + 10 lg(fД/∆F)-20 lg КП – DС+mp20 lg 2=6mp-DС+7.3, дБ. (6.10)
Максимальный и минимальный уровни сигнала:
РMAX = yO + 3У + QПИК = -10+3*4+12=14 дБ, (6.11)
РMIN = yO - 3У = -10-3*4= -22 дБ, (6.12)
где yO - среднее значение сигнала,
У - среднеквадратическое отклонение волюма сигнала.
Динамический диапазон сигнала
ДС = РMAX - PMIN = 14+22 = 36 дБ. (6.13)
Минимальная защищенность от шумов квантования равна
АЗ.КВ.MIN = 6 mР - ДС +7,3. (6.14)
Зная ДС и АЗ.КВ.MIN, находим число разрядов двоичного кода при равномерном квантовании
mР = (АЗ.КВ.MIN + ДС - 7,3)/6 (6.15)
mР = (28+36-7,3)/6 = 9,459.
Число уровней квантования NКВ = 2 = 2= 512.
Величина шага квантования при равномерном квантовании будет равна: р = 2UОГР / NКВ, (6.16)
где UОГР – напряжение ограничения;
UОГР = UMAX = 0.7746*100.05Pmax ; (6.17)
PMAX = +3дБмо – по рекомендации МСЭ-Т для ЦСП.
UОГР = 0,7746*10= 1,094 В.
р = 2UОГР / NКВ (6.18)
р = 2*1,094/512 = 0,00427 дБ.
Мощность шума квантования в полосе частот
PШКВ = 2Р /12 = 0,00427/12 = 0,000356 дБ. (6.19)
Таблица 4 Границы сегментов при кодировании с характеристикой А87,6/13
|
№сиг |
1а |
1б |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Хн |
0 |
2-7 |
2-6 |
2-5 |
2-4 |
2-3 |
2-2 |
2-1 |
|
Хв |
2-7 |
2-6 |
2-5 |
2-4 |
2-3 |
2-2 |
2-1 |
1 |
Для сегментов 1а, 1б
АЗ.КВ.i = 10lg[PC/(PШККП2)] =
= 10lg{(UОГРXi)2/[(∆UН02/12)(2∆FKП2/fД)]}, (6.20)
А с учетом равенства ∆U=2-11UОГР, ∆F=3.1кГц и KП=0,75, имеем
Аз кв.=20lg Xi+80,6 дБ. (6.21)
Для сегментов с i = 2,3…7
Aз кв.=20lg(Xi 212-I) + 14,4 дБ, (6.22)
, (6.23)
где = 3дБм.
Таблица 5
|
№сиг |
1а |
1б |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Аз кв хн |
38,455 |
38,482 |
38,482 |
38,482 |
38,482 |
38,482 |
38,482 |
|
|
Аз кв хв |
38,455 |
44,476 |
44,503 |
44,503 |
44,503 |
44,503 |
44,503 |
44,503 |
|
Рхн |
3,156 |
3,312 |
3,625 |
4,25 |
5,5 |
8 |
13 |
|
|
Рхв |
3,156 |
3,312 |
3,625 |
4,25 |
5,5 |
8 |
13 |
3 |
Построим зависимости Аз кв хн = f (Рхн ) и Аз кв хв = f (Рхв ).
Рисунок 6. График зависимости Аз кв хн = f (Рхн )
Рисунок 7. График зависимости Аз кв хв = f (Рхв )
7 РАСЧЕТ ШУМОВ ОКОНЕЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Практически во всех ЦСП используется равномерная дискретизация сигналов во времени, то есть дискретизация с постоянным периодом ТД, а отклонение от этого периода Δti носят случайный характер. Эти отклонения приводят к изменению формы принимаемого сигнала (как показано на рисунке 8), что субъективно воспринимается как характерная помеха, называемая шумами дискретизации.
Величины Δti определяются главным образом низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов, вызванными неточностью работы линейных регенераторов, и нестабильностью задающих генераторов станций передачи.
U
искаженный сигнал исходный сигнал
∆t2
∆t1
∆t3
Тд
Тд
t
Рисунок 8 - Изменение формы принимаемого сигнала при изменении периода дискретизации.
Если величину отклонения, вызванного нестабильностью задающих генераторов, обозначить как αД, а вызванного фазовыми флуктуациями, как bД, то, считая, что между ними существует статистическая связь, можно показать, что мощность шумов дискретизации на переприемном участке не будет превышать:
Pш.д π2 · Uc2 · (αд2 + bД2), (7.1)
где Uc- эффективное напряжение сигнала.
Защищенность сигнала от шумов дискретизации запишется как:
Азд ≥10lg (π2 · (ад2 + bд2))-1 (7.2)
В основном цифровом канале (ОЦК) с переприемами защищенность снизится на 10lg · (nпп +1),где nпп - общее число переприемов как по ТЧ, так и по цифровым потокам.
Экспериментально показано, что в канале ТЧ, образованном на базе ОЦК (ТД = 125 мкс), предельная величина Δti не должна превышать 810 нс. Это соответствует минимально допустимой защищенности от шумов дискретизации в канале ТЧ Азид = 34 дБ. Однако номинальная цепь ОЦК первичной сети может содержать до 59 переприемов, к числу которых следует добавить 2 возможных переприема на абонентских участках. Таким образом, nпп может достигать 61, а Азд в канале, образованном на базе ОЦК без переприемов, должна быть не менее
Азд треб макс = 34 + 10lg (61+ 1) ≈ 52 дБ. (7.3)
Поскольку стабильность генераторного оборудования нормирована, в нашу задачу входит определение предельной величины НЧ фазовых флуктуаций, при которой еще обеспечивается заданная защищенность от шумов дискретизации. Расчет осуществляется в следующем порядке:
Аз треб = Аз треб макс – 10lg(nпп + 1) = 52 – 10lg(nпп + 1), (7.4)
где nпп – число всех переприемов в ОЦК, как по ТЧ, так и по цифровому потоку;
, (7.5)
.
, (7.6)
На местном участке применена ЦСП ИКМ – 30-4 с тактовой частотой
fт = 2048 кГц:
На внутризоновом участке применена ЦСП ИКМ – 120 с тактовой частотой fт = 8448кГц:
,
∆Ti = ВФФ*Тд, мкс, (7.7)
При Тд = 125мкс.
На местном участке применена ЦСП ИКМ – 30-4
с.
На внутризоновом участке применена ЦСП ИКМ – 120
с.
8 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ЦСП
Системы передачи с позиции теории надежности представляют собой сложные динамические системы, т.е. совокупность технических устройств или элементов, взаимодействующих в процессе выполнения производственных задач на основе определенной функциональной взаимосвязи.
Характерная особенность СП, как сложных динамических систем, состоит в рассредоточенности их оборудования и аппаратуры на больших территориях.
В теории надежности важным понятием является объект, т.е. изделие определенного целевого назначения. В нашем случае объектами могут быть многоканальные системы передачи, их аппаратура и оборудование, устройства, узлы, блоки и элементы.
Под надежностью системы передачи понимается свойство обеспечивать при заданных условиях эксплуатации передачу информации между абонентами с сохранением во времени параметров каналов и трактов в пределах, установленных нормативно-технической документацией.
Надежность СП и ее элементов является комплексным свойством и в зависимости от условий эксплуатации и назначения характеризуется безотказностью, сохранностью, ремонтопригодностью и долговечностью.
Оборудование СП, каналов и трактов является восстанавливаемым, т.е. его эксплуатация представляет чередование интервалов работоспособности и простоя. В момент простоя происходит восстановление работоспособности, и оборудование системы передачи вновь работает до отказа.
Опыт эксплуатации СП показывает, что плотность распределения наработки между отказами подчиняется экспоненциальному закону и изменению параметра потока отказов во времени, аналогично интенсивность отказов примерно постоянна (t), тогда вероятность безотказной работы
P(t)e-t .
Под вероятностью безотказной работы понимается вероятность того, что в пределах заданного интервала времени 0 – t отказ не возникает.
Среднее время безотказной работы при нормальной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов
tСР = 1/
При оценке надежности некоторой сложной системы, состоящей из множества разнотипных элементов. Например, q1(t), q2(t),…qN(t) – вероятности безотказной работы каждого элемента на интервале времени 0…t, N – количество элементов в системе. Отказы отдельных элементов происходят независимо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы, т.к. в системе передачи все узлы соединяются друг с другом последовательно. Поэтому вероятность безотказной работы системы в целом равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных узлов.
N
РСИСТ(t) = , (8.1)
где qi – интенсивности отказов отдельных ее элементов.
Рi(t)=, (8.2)
N
где СИСТ = qi .
i=1
Среднее время безотказной работы в течение заданного времени определяется для t1 = 24 часа (сутки), t2 = 720 часов (месяц), t3 = 2160 часов (3 месяца), t4 = 4320 часов (6 месяцев), t5 = 8760 часов (год).
Работоспособность оборудования СП, каналов и проектов характеризуется коэффициентом готовности
КГ = ТСР / (ТСР + ТВ). (8.3)
Таблица 6 Показатели надежности аппаратуры ЦСП производства
|
Тип оборудования (один комплект) |
САЦК-1 |
ВВГ |
ТВГ |
ЧВГ |
СДП |
ОЛТ |
|
Среднее время между отказами |
20000 |
87600 |
150000 |
17000 |
87600 |
87600 |
Ст.А
СДП
ОЛТ
НРП
САЦК
НРП
СДП
ОЛТ
САЦК
Ст.Б
Рисунок 9 - Структурная схема оборудования для местной сети
Ст.А
НРП
СДП
ОЛТ
САЦК
ВВГ
НРП
СДП
ОЛТ
ВВГ
САЦК
Ст.Б
Рисунок 10 - Структурная схема оборудования для внутризоновой сети
АОП – аппаратура образования первичного цифрового тракта (САЦК-1);
ВВГ – аппаратура вторичного временного группообразования;
ТВГ – аппаратура третичного временного группообразования;
ЧВГ – аппаратура четвертичного временного группообразования;
ОЛТ – аппаратура оконченного линейного трактата;
СДП – стойка дистанционного питания.
Расчет суммарной эффективности отказов для образования, размещенного в ОП1 и ОП2 определяется выражением
СИСТ=2САЦК+NВВГВВГ+NТВГТВГ+NЧВГЧВГ+NОЛТОЛТ (8.4)
СИСТ = = 1/ч, где N и - соответственно, число комплектов и интенсивности отказа одного комплекта заданного оборудования.
1) для ИКМ-30
1/ч;
2) для ИКМ-120
1/ч.
Так как для всех элементов ЦСП время восстановления одинаково и равно 0,5 ч, то среднее время восстановления для всех типов ЦСП будет одинаковым и равным 0,5 ч.
Исходя из полученной интенсивности отказа СИСТ, можно определить коэффициент простоя
КПоп = СИСТ ТВ / (1+СИСТ ТВ) (8.5)
;
2) для ИКМ 120
.
Суммарная интенсивность отказов для оборудования НРП определяется с учетом того, что НРП структурно состоит из двух комплектов ОЛТ
НРП = NНРП 2ОЛТ (8.6)
1) для ИКМ-30
НРП ИКМ-30 =47*2*2*10-6=1,88*10-4 1/ч
НРП ИКМ-120 =78*2*2*10-6=3,12*10-4 1/ч
При оптимальной стратегии восстановления с учетом того, что время подъезда составит в этом случае t1 = 2часа, имеем по типу выражение
КПнрп = НРП (ТВнрп – 0,7t1) / (1+НРП ТВнрп) (8.7)
КПнрп ИКМ-30 =1,88*10-4(2,5-0,7*2)/(1+1,88*10-4 *2,5)=2,07*10-4
КПнрп ИКМ-120 =3,12*10-4(2,5-0,7*2)/(1+3,12*10-4 *2,5)=3,43*10-4
На основе полученных результатов (7.5) и (7.7) можно вычислить суммарный КП системы при традиционной стратегии
КПсум = КПоп + КПнрп . (8.8)
КПсум ИКМ-30 =0,75*10-5+2,07*10-4=2,15*10-4
КПсум ИКМ-120 =0,99*10-5+3,43*10-4=3,53*10-4
Сравнивая суммарную интенсивность отказов для оборудования НРП, видно, что рассчитанное значение превышает табличное. Т.е. выбранная стратегия не обеспечивает необходимые требования к проектируемой системе. В этом случае необходимо использование более высоконадежной аппаратуры.
|
Наименование элемента |
АОП |
ВВГ |
ТВГ |
ЧВГ |
ОЛТ |
СДП |
НРП |
Один км кабельной линии |
|
, 1/ч |
2*10-6 |
3*10-6 |
3*10-6 |
4*10-6 |
2*10-6 |
10-6 |
3*10-6 |
7*10-6 |
|
ТВ, ч |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
2,5 |
5,0 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Высокая стоимость линий связи требует разработку таких систем и методов, которые позволяли бы по одной линии передавать большое число независимых сообщений. Такими системами являются многоканальные системы передачи. По каналам образованным с помощью этих систем, передаются различные сигналы электросвязи, которые создаются: в телефонных сетях, в телеграфных сетях, передачи данных, передачи газет и т.д.
В настоящее время многоканальные системы передачи используется для организации магистральной, внутризоновой и местной видов связей. Техника связи во многих странах мира развивается в направлении цифровой сети на основе использования цифровых АТС, связанных между собой каналами и трактами цифровых систем передачи (ЦСП) В этой связи интенсивно развиваются цифровые многоканальные системы передачи, вытесняя постепенно существующие аналоговые системы передачи.
Данный курсовой проект посвящён проектированию каналов цифровых систем передачи.
В этой работе необходимо было рассчитать шумы оконечного оборудования, длину участка регенерации, цепи дистанционного питания для каждого из участков сети. На основе всех этих расчётов составить схему связи для каждого из участков сети, определив при этом комплектацию необходимого оборудования, с учетом всех предъявляемых требований, что и было выполнено в заданной работе.
В каналах ЦСП возникают шумы за счёт ошибок, возникающих в линейных трактах при регенерации цифрового сигнала, оцениваемые вероятностями ошибок. Для обеспечения требований вероятности ошибок необходимо рациональным образом разместить регенераторы в линейном тракте, выполнив соответствующий предварительный расчет по определению размещения регенераторов в линейном тракте.
В процессе выполнения данной работы были рассмотрены такие вопросы, как оценка шумов оконечного оборудования, определение длины участка регенерации, составление схемы магистрали и др. где мы занимались вопросами проектирования условного фрагмента сети связи, содержащего местный, внутризоновый и магистральный участки с использованием электрических кабелей. На одном из указанных в задании участков предполагалась организация оптической вставки с использованием оптического кабеля. Все эти задания и соответствующие к ним требования, позволяют получать навыки проектирования цифровых каналов передач, а также проектирования определенных заданных участков сети связи (местного, внутризонового и магистрального) с использованием электрических и оптических кабелей, при построении трактов передачи, что играет немаловажную роль, в будущем, при проектировании реальных цифровых каналов передач.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Многоканальные системы передачи: Учебник для Вузов / Н.НН. Баева, В.Н. Гордиенко, С.А. Курицын и др. Под ред. Н.Н. Баевой и В.Н. Гордиенко – М.: Радио и связь, 1997.
2. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи: Учебное пособие для Вузов / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, В.И. Иванов и др. Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева – М.: Радио с связь, 1996.
3. Иванов В.И., Гордиенко В.Н., Попов Г.Н. и др. Цифровые и аналоговые системы передачи. – М.: Радио и связь, 1995. – 232с.
4. Берганов И.Р., Гордиенко В.Н., Крухмалев В.В. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи. – М.: Радио и связь,1989. – 272с.
5. Четкин С.В. Методические задания и задания на курсовой проект «Цифровая многоканальная система передачи с ИКМ». – М.: МИС, 1991.
6. Баева Н.Н., Гордиенко В.Н., Тверецкий М.С. Проектирование цифровых каналов передачи. Учебное пособие / МТУСИ – М.: 1996.
7. Г.А.Шахматова Многоканальные телекоммуникационные системы. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 050719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АИЭС, 2013.- 42с