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
Министерство информационных технологий и связи Российской Федерации
Федеральное агентство связи
Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
Кафедра многоканальной электросвязи и оптических систем
по дисциплине
«Цифровые системы передачи»
Выполнил студент, группы
.
Вариант: 23
Проверил:
Новосибирск 2013
Содержание:
Задание варианта 23:
Объединяются 200 каналов тональной частоты и 3 канала звукового вещания высшего класса в системе передачи с временным разделением каналов и 8-ми разрядной кодово-импульсной модуляцией. Рассчитать временные и частотные характеристики, нарисовать структурную схему объединения и разделения каналов с учетом плезиохронной цифровой иерархии. Изобразить временные и спектральные характеристики сигналов в различных точках тракта с указанием рассчитанных значений длительности, периода следования импульсов и частот.
Полученным цифровым потоком загрузить синхронный транспортный модуль. Изобразить многоступенчатую схему загрузки с указанием блоков, скоростей объединяемых потоков, формирование указателей и заголовков трактов. Привести необходимые пояснения.
Задание 1.
1.1. Рассчитать частоты дискретизации для каналов ТЧ и звукового вещания. Частота дискретизации для сигнала звукового вещания выбирается из условия его передачи в аппаратуре ИКМ-30. Определить общее число каналов. Рассчитать периоды дискретизации для каналов ТЧ и ЗВ, время, отводимое на канальный интервал и изобразить распределение каналов в ИКМ-30.
Решение.
Передача канала тональной частоты предусматривает передачу речи в диапазоне частот 0.3 - 3.4 кГц. Согласно теореме Котельникова, выбор частоты дискретизации сигнала должен соответствовать следующему критерию:
любой сигнал, имеющий непрерывный спектр, ограниченный частотой Fв, может быть представлен в виде отсчетов на передаче и затем восстановлен на приеме со сколь угодно малой погрешностью, если частота отсчетов (частота дискретизации Fд) больше либо равна 2 Fв.
Fд ≥ 2Fв
В данном случае, для канала тональной частоты, частота дискретизации должна быть более или равна 6.8 кГц. В реальных системах передачи она равна 8 кГц.
Период дискретизации рассчитывается из соотношения:
С учетом того, что КТЧ будут передаваться в системе передачи ИКМ-30, то для формирования цикла передачи данной системы понадобится 30 КТЧ. Для передачи заданного 200 КТЧ понадобится использование 7 систем передачи (10 каналов останутся не загруженными).
Кроме информационных каналов, в системе ИКМ-30 используется 2 служебных канала. Тактовая частота передачи такой системы рассчитывается:
где m – число разрядов кода, для одного канала ТЧ.
Определим tки – время отводимо на канальный интервал:
Передача канала Звукового вещания высшего класса предусматривает передачу речи, музыки и т.д. в диапазоне частот 0.03 - 15 кГц. Согласно теореме Котельникова, выбор частоты дискретизации сигнала должен соответствовать критериюFд ≥ 2Fв.
В таком случае, для канала звуковоговещания, частота дискретизации должна быть более или равна 30 кГц. В нашем случае примем ее равной 32 кГц (кратной 8).
Период дискретизации рассчитывается из соотношения:
Таким образом для передачи 1 канала звукового вещания понадобится 4 канала тональной частоты. Для передачи заданных 3 каналов ЗВ – 1 поток 2048 кБит/с.
Рассчитаем время, отводимое на один канальный интервал
Тки = Тд.тч/ NΣ = 125 / 32 = 3,90625 мкс
где NΣ = 32 общее число канальных интервалов в аппаратуре ИКМ-30
При этом отсчёты сигнала ЗВ должны быть расположены через определённое число канальных интервалов
М ки/зв = Тд.зв / Тки = 31,25/ 3,906 ≈ 8
Отсчеты должны располагаться через восемь телефонных каналов аппаратуры ИКМ–30.
Рисунок 1 – Распределение каналов в ИКМ-30
Цикл делится на 32 канальных интервала длительностью 3,906 мкс, 30 из которых отводятся под передачу сигналов ТЧ (канальные интервалы КИ1–КИ15, КИ17–КИ31), канальные интервалы КИ0 и КИ16 отводятся для передачи служебной информации.
Задание 2.
1.2. Рассчитать и изобразить иерархическую структуру ПЦИ для своего варианта. Определить количество систем передачи первого, второй и т.д. уровней иерархии. Рассчитать скорости для каждого иерархического уровня и пояснить назначение служебных каналов.
Решение
Для передачи 200 КТЧ и 3 каналов ЗВ необходимо использовать 8 потоков Е1. Согласно плезиохронной иерархии (таблица 1), 8 Е1 можно объединить в 2 Е2 (2 ИКМ-120), скоростью передачи 8448 кбит/с.
Таблица 1 – Сигналы плезиохронной иерархии
|
Ступени иерархии ЦСП |
Условное обозначение |
Скорость передачи, кбит/с |
Количество каналов ТЧ |
Аппаратура ЦСП |
|
первичная |
ПЦП |
2048 |
30 |
ИКМ-30 |
|
вторичная |
ВЦП |
8448 |
304 =120 |
ИКМ-120 |
|
третичная |
ТЦП |
34 368 |
1204 =480 |
ИКМ-480 |
|
четверичная |
ЧЦП |
139 262 |
4804 =1920 |
ИКМ-1920 |
Цикл передачи ИКМ-120 приведен на рис.2:
|
12 |
200 |
4 |
208 |
4 |
208 |
4 |
4 |
204 |
КСС КСС КСС биты
вставки
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
А |
N |
синхросигнал
Рисунок 2 – Структура цикла ИКМ-120
На рисунке 2 приведены следующие обозначения:
А – сигнал аварии
КСС – сигналы команды согласования скоростей
Задание 3.
1.3. Изобразить подробную структурную схему объединения и разделения каналов (ИКМ-30) для совместной передачи сигналов в ТЧ и ЗВ. Привести пояснения принципа работы всех блоков и расчетов временных характеристик сигналов на выходе каждого блока. Изобразить временные -характеристики сигналов во всех точках тракта с указанием рассчитанных значений длительностей, периодов следования импульсов и частот.
Решение.
Подробная структурная схема объединения и разделения каналов (ИКМ-30) для совместной передачи сигналов ТЧ и ЗВ приведена на рисунке 3. В одном комплекте ИКМ-30 можно передать не более трёх программ ЗВ.
Передающая сторона
ДС – дифференциальная система для перехода от двухпроводной абонентской линии к четырехпроводному каналу.
УНЧпд – усилитель низкой частоты передающей части.
ФНЧпд – фильтр нижних частот ограничивает по спектру (F = 3,4 кГц для ТЧ или F = 6,4 кГц для ЗВ) сигнал для устранения помех на приеме от нижней боковой частоты.
АИМ – модулятор, в котором аналоговый сигнал дискретизируется по времени. На ее выходе формируются АИМ отсчеты с частотой дискретизации. С выходов модуляторов сигналы объединяются в групповой АИМ сигнал. Частота следования импульсов
FгрАИМ = NΣ x FД = 32 х 8 = 256 кГц
УХ – устройство хранения, в котором АИМ сигналы затягиваются на канальный интервал: ТКИ = ТД / NΣ = 125 / 32 = 3,906 мкс
Кодер – кодирующие устройство, в котором осуществляется преобразование АИМ сигналов в восьмиразрядные кодовые комбинации. Каждый разряд занимает во времени один тактовый интервал равный
Т =m Тд / N∑ = 8 ∙ 125/32 = 488 нс
Тактовая частота одного канала = 8 ∙ 8 = 64 кГц
УО – устройство объединения. В нем в цикл передачи вводятся дополнительные сигналы – сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации, сигналы управления и взаимодействия (СУВ), предаваемые по телефонным каналам для управления приборами АТС и сигналы передачи дискретной информации. Сигналы СУВ от АТС поступают на передающее устройство СУВпд, где преобразуются в цифровую форму. Поскольку для каждого канала ТЧ используется два сигнальных канала СУВ, то в данном случае их потребуется 48.
ПКпд – преобразователь кода передающий стороны служит для преобразования однополярного двоичного сигнала, параметры которого не согласуются с параметрами соединительной линии, в балансный двуполярный код (код с чередующейся полярностью импульсов).
Рисунок 3 - Структурная схема ИКМ-30
Приемная сторона
Регенератор – восстановление амплитуды, длительности и периода следования искаженного цифрового сигнала.
ПКпр – преобразователь кода, восстанавливающий униполярный цифровой сигнал.
ПрЦС – приемник синхросигнала, в котором выделяются сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации, управляющие работой генераторного оборудования на приемной стороне (ГОпр), а также сигналы СУВ и сигналы дискретной информации, которые поступают соответственно на СУВпр и ДИпр.
Декодер – декодирует восьмиразрядные кодовые группы отдельных каналов. На выходе декодера формируется групповой АИМ сигнал
ВС – временные селекторы, выделяющие из группового АИМ сигнала АИМ отсчеты соответствующих каналов.
ФНЧпр – фильтр нижних частот, восстанавливающий из АИМ сигнала исходный аналоговый сигнал., который усиливается в УНЧпр и через дифференциальную систему поступает к абоненту.
ГОпд и ГОпр – генераторное оборудование на передающей и приемной стороне, управляющее работой всех узлов оконченного оборудования. В нем формируются необходимые импульсные последовательности с частотами тактовой, кодовых групп, циклов (дискретизации), сверхциклов и др.
Временные и спектральные характеристики сигналов в отмеченных на рисунке 3 точках тракта с указанием рассчитанных значений длительностей, периодов следования импульсов и их частот приведены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Временные диаграммы работы оборудования
Задание 4.
1.4. Полученными для ПЦИ цифровыми потоками произвести загрузку синхронного транспортного модуля. Изобразить многоступенчатую схему загрузки с указанием блоков, скоростей потоков. Привести описание структуры и назначения байт всех блоков, рассчитать скорости на выходе каждого блока. Пояснить назначение заголовков, указателей.
Решение.
Полученные нами 2 потока Е2 можно загрузить в синхронный транспортный модуль СТМ-1. Так как загрузка потока Е2 не предусмотрена в синхронной цифровой иерархии, то для загрузки потоков в SТМ-1 мы можем воспользоваться двумя вариантами: поставить систему передачи формирующую из 2 Е2 поток Е3 или поставить стойку СВВГ и расформировать поток Е2 на Е1. Воспользуемся первым способом.
Для формирования SТМ-1 из потока Е3 используется следующая структура мультиплексирования:
Рисунок 10 – Структура мультиплексирования SТМ-1
Приведем описание структуры мультиплексирования:
- С3 – КОНТЕЙНЕР. В блок производится загрузка плезиохронного потока Е3. Структура контейнера представляется матрицей полезной нагрузки, состоящей из 9 строк и 84 столбцов и имеющей протяженность 125 мкс. Структура матрицы представлена тре мя подкадрами с тремя строками в подкадре. Каждый подкадр содержит:
- 1431 информационный бит i ;
- 5 групп по 2 бита для сообщения о выравнивании скоростей (С1, С2);
- 2 бита для выравнивания скоростей: (SI, S2);
- 573 бита балластной загрузки (R).
Рисунок 11 – Структура контейнера C-3
- VC 3 ВИРТУАЛЬНЫЙ КОНТЕЙНЕР (VIRTUAL CONTAINER);
Виртуальный контейнер VC3 — это структура, получаемая посредством присоединения к контейнеру СЗ столбца (9 байт), называемого трактовым заголовком (Path Overhead, POH).
Рисунок 12 – Структура виртуального контейнера VC3
J1 - индикатор тракта, используемый для цикличе ской передачи сверхцикла из 16 байтов, из которых первый со держит код контроля CRC7*, а оставшиеся 15 используются для кодирования идентификатора тракта;
В3 - байт, используемый для оценки вероятности ошибки по коду BIP-8 (вычисля ется из предшествующего цикла передачи VC);
С2 –байт, называемый сигнальной меткой и исполь зуемый как индикатор заполнения VC3:
00000000= VC3 не заполнен;
11111111= VC3 заполнен;
G1 - (Path Status) - байт контроля состояния тракта, используемый для передачи информации об ошибке или аварии на дальнем кон це; его структура:
|
FEBE |
ATL |
Не используются |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
F2- байт пользователя;
H4 - байт-указатель мультикадра;
Z3 - байт пользователя;
Z4 - байт, которому можно найти применение;
Z5 - байт, используемый для целей эксплуатации.
- TU 3 ТРАНСПОРТНЫЙ БЛОК (TRIBUTARY UNIT);
Транспортный блок TU3 состоит из 9 строк и 86 столбцов. Он формируется добавлением к структуре виртуального контейнера VC3 байтов Н1, Н2, Н3 и 5 балластных байт. Чтобы определить начало контейнера VC3 внутри матрицы TU3, используются байты, обозначенные аббревиатурами HI и Н2, которые несут в себе величину указателя транспортного блока (TUOH). Байты транспортный блок TU3 нумеруются от 0 до 764 и 0 байт следует за байтом Н3, используемого при отрицательном согласовании скоростей.
Рисунок 13 – Структура блока TU3
- TUG 3 ГРУППА ТРАНСПОРТНЫХ БЛОКОВ (TRIBUTARY UNIT GROUP);
Так как в группе транспортных блоков TUG3 содержится только один блок TU3, то структура TUG3 точно совпадает с уже рассмотренной струк турой TU3.
- VC 4 ВИРТУАЛЬНЫЙ КОНТЕЙНЕР (VIRTUAL CONTAINER);
VC 4 получается побайтным мультиплексированием 3 TUG 3 и добавлением трактового заголовка из 9 байт с балластными символами. Значение трактового заголовка аналогичны VC 3. Емкость структуры получается 261 байт.
Рисунок 14 – Побайтное мультиплексирование структуры VC-4
- AU 4 АДМИНИСТРАТИВНЫЙБЛОК (ADMINISTRATIVE UNIT);
Административный блок AU4 - это структура, в которую помещается, сформированный предварительно, виртуальный контейнер VC4. Данная структура состоит из:
- матрицы полезной нагрузки (PAYLOAD), состоящей из 261 столбца и 9 строк, т.е. из 2349 байтов, которыми являются байты VC4;
- служебная емкость, называемая заголовком административного бло ка (Administrative Unit Overhead, AUOH) и состоящая из 9 байт, по следовательно присоединяемых к четвертой строке матрицы полезной нагрузки.
Рисунок 15 – Структура административного блока AU4
Структура заголовка административного блока AU4 состоит из:
H1 и H2 – указатель блока AU4;
H3 - отрицательное выравнивание скоростей;
Y - загружено числа 1 О О 1 n n 1 1;
U - загрузка числа 11111111.
Указатель блока AU4
Функции указателя определяются байтами HI и Н2.
Указатель состоит из 10 бит; десятеричное значение записанного в указателе числа указывает на начало виртуального контейнера VC4 внутри административного блока AU4. Эти 10 бит могут выражать числа от 0 до 1023.Поскольку вся матрица полезной нагрузки блока AU4 состоит из 2349 байтов, то указатель не в состоянии отразить все номера байтов, поэтому всю матрицу нагрузкиделят на группы по 3 байта, т.е. на триады.
Номер любой триады может быть легко отображен указателем.
Значения, допустимые для указателя, заключены в пределах от 0 до 782. Триаду байтов, следующую сразу же за байтом НЗ, обозначают байтом под номером 0. Так как триада под номером 0 расположена в начале 4 строки матрицы полезной нагрузки, то 783 триады располагаются в 2-х кадрах.
Флаг новых данных AU4
О возможных отклонениях начала контейнера VC4 внутри структуры AU4 сигнализирует флаг новых данных (New Data Flag, NDF). Он имеет структуру 0110.
Положительное и отрицательное выравнивание
3 байта указателя AUOH, образованные аббревиатурой НЗ и 3 байта, следующие сразу же за ними в строке матрицы полезной нагрузки, дают возможность осуществлять положительное и отрицательное выравнивание скоростей.
В случае, если необходимо произвести отрицательное выравнивание, то инвертируются биты, отмеченные буквой D. Одновременно 3 байта НЗ заполняются информационными битами. В следующем кадре величина указателя уменьшается на единицу.
В случае, если необходимо произвести положительное выравнивание, то инвертируются биты, отмеченные буквой I. Одновременно 0 триада заполняются балластными битами. В следующем кадре величина указателя увеличивается на 1.
Рисунок 16 - Выравнивающие байты блока AU4
Рисунок 17 - Биты D указателя в AU4
Рисунок 18 - Биты I указателя AU4
- STM 1 СИНХРОННЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ МОДУЛЬ (SYNCHRONOUS TRANSPORT MODULE).
Синхронный транспортный модуль STM-1 состоит из полезной на грузки (AU4) и служебных байтов, называемых секционным заголовком (SOH).
Секционный заголовок (SOH) содержит следующую информацию:
- линейный синхросигнал;
- информацию для оценки вероятности ошибки;
- каналы передачи данных для автоматического обмена;
- идентификатор секции;
- каналы передачи данных для управляющей информации.
Структура STM-1 состоит из 9 строк и 270 столбцов и имеет протя женность 125 мкс.
Рисунок 19 - Структура транспортного модуля STM-1
Секционный заголовок делится на две части:
RSOH - заголовок регенерационной секции, состоящий из 27 байтов;
MSOH - заголовок секции мультиплексирования, состоящий из 45 байтов.
В RSOH расположены следующие байты заголовка:
А1 - байты линейного синхросигнала: 11110110;
А2 - байты линейного синхросигнала: 00101000;
В1 - байт контрольной суммы, подсчитанной по всему предыду щему кадру STM-1;
JO - идентификатор структуры STM-1 в кадре STM-N;
Dl, D2, D3 - байты, используемые как каналы передачи данных со скоро стью 192
Кбит/с (3 х 64 Кбит/с) для передачи управляющей информации;
El - байт для организации речевого служебного канала;
F1 - байт для организации канала управления;
М - байт для специального использования (например в Ponti Ra dio как служебный
канал для управления изменениями конфи гурации п+1);
* - резервный байт для будущих стандартов;
Х - байты для национального использования.
В MSOH расположены следующие байты заголовка:
B2 - байты контрольной суммы, подсчитанной по предыдущему кадру STM-1 за
исключением байтов SOH в строках 1, 2 и 3;
D4- D12 - байты для организации каналов передачи данных со скоро стью 576 Кбит/с
(9 х 64 Кбит/с) для передачи управляющей информации;
E2 - байты для организации служебного речевого канала;
K1,K2 - каналы передачи данных для автоматического обмена;
Z1,Z2 - каналы передачи данных для будущих применений;
M1 - байт, используемый для указания ошибок на удаленном тер минале (секция FEBE); подсчитывается по алгоритму BIP-24;
S1 - байт, используемый для указания типа синхронного сигнала STM-1;
* - резервный байт для будущих стандартов;
Х - байты для национального использования.
Рассчитаем скорости передачи всех блоков:
Е3 скорость 34 368 кбит/с
С3: 9 строк х 84 столбца х 64 кбит/с = 48384 кбит/с
VC3: 9 строк х 85 столбца х 64 кбит/с = 48960 кбит/с
TU 3: 9 строк х 86 столбцов х 64 кбит/с = 49536 кбит/с
TUG 3: 9 строк х 86 столбцов х 64 кбит/с = 49536 кбит/с
VC4: 9 строк х 261 столбец х 64 кбит/с = 150336 кбит/с
AU4: (9 строк х 261 столбец + 9 байт) х 64 кбит/с = 150912 кбит/с
STM-1: 9 строк х 270 столбцов х 64 кбит/с = 155520 кбит/с
Заключение
В контрольной работе мы рассмотрели принципы формирования групповых сигналов, соответствующих синхронной и плезиохронной уровням иерархии. Для передачи 200 КТЧ и 3 каналов ЗВ нам потребовалось формировать 8 потоков Е1 со скоростью 2048 кбит/с и объединить их в 2 потока Е2. При передаче этих сигналов по синхронной цифровой сети было необходимо сформировать из 2 Е2 один поток Е3 и загрузить его в синхронный транспортный модуль.
Литература:
3. Попов Г.Н. Телекоммуникационные системы передачи. Учебное пособие 1 и 2 части. Новосибирск. – 2002 г.
848 БИТ 100,38 мкс
При ОСС
С 3
Е3
VС 3
U 3
TUG 3
VС 4
AU 4
STM-1