Цифровая система передачи на основе импульсно-кодовой модуляции

Министерство  образования Российской Федерации

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

им. А.Н.Туполева 

Институт  радиоэлектроники и  телекоммуникаций

кафедра Радиоэлектронных и  телекоммуникационных систем 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект по курсу

«Многоканальные телекоммуникационные системы» 
 

Тема проекта: «Цифровая система передачи на основе импульсно-кодовой модуляции» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:     студент группы 5409

  Фатхуллин.И.Г. 

Руководитель:Горохов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Казань-2005

 

Введение

  В большинстве развитых стран  мира принят курс на цифровизацию сетей связи, предусматривающий построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми.

-Высокая помехоустойчивость.  Представление информации в цифровой форме, т.е. представление в виде последовательностей символов с малым числом разрешенных уровней (обычно не более трех) и детерминированной частотой следования, позволяет осуществлять регенерацию этих символов по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество информации. При этом, в частности, обеспечивается возможность использования цифровых систем передачи на линиях связи,  на которых аналоговые системы применятся не могут.

     Цифровые методы весьма эффективны при работе по световодным линиям, отличающихся  высоким уровнем дисперсионных искажений и нелинейностью электронно-оптического и оптоэлектроныых преобразований.

-Слабая  зависимость качества  передачи от длины  линии связи. В пределах каждого регенерационного участка искажения  передаваемых сигналов оказываются ничтожными. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины в 100 раз для сохранения неизменным качества передачи информации достаточно уменьшить длину участка регенерации лишь на несколько процентов.

-Стабильность  параметров каналов  ЦСП. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства, как будет показано ниже, составляют незначительную часть оборудования ЦСП,  стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых. Этому также способствует отсутствие в ЦСП с ВРК влияния загрузки системы на параметры отдельных каналов.

-Эффективность  использования пропускной  способности каналов для передачи дискретных сигналов. При вводе дискретных сигналов (например, передачи данных) непосредственно в групповой тракт ЦСП скорость их передачи может приближаться  к скорости передачи группового сигнала. Если при этом, например, будут использоваться временные позиции, соответствующие только одному каналу ТЧ, то скорость передачи дискретных сигналов будет близка к 64 кбит/c, в то время как в аналоговых системах она обычно не превышает 9,6 кбит/с.

-Возможность  построения цифровой  сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми коммутационными станциями являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляется в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети связи, обладающей высокими надежными и качественными показателями.

-Высокие  технико-экономические  показатели. Передача  и передача сигналов в цифровой форме  позволяют реализовывать весь аппаратурный комплекс цифровой сети на чисто электронной основе с широким применением цифровых интегральных схем. Это позволяет резко уменьшать трудоемкость изготовления оборудования, добиваться высокой степени унификации узлов оборудования, значительно снижать его стоимость потребляемую энергию и габаритные размеры. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается надежность оборудования.

     Отмеченные  достоинства ЦСП в наибольшей степени проявляются в условиях цифровой сети связи. Такая сеть содержит только цифровые тракты, которые соединятся на сетевых узлах и заканчиваются цифровыми стыками с цифровыми системами коммутации и цифровыми  абонентскими абонентскими установками. Однако построение цифровой сети в масштабах нашей страны является весьма сложной задачей, решение которой требует длительного времени и больших капиталовложений.  В настоящее время внедрение ЦСП в существующую аналоговую сеть подготавливает базу для преобразования ее  в будущем в цифровую.

     Таким образом, предстоит длительный период сосуществования на сети аналоговой и цифровой техники связи, когда большое число соединений будет устанавливаться с использованием обоих видов техники. Для того. Чтобы в этих условиях обеспечить заданные характеристики каналов и трактов, гарантирующие высокое качество передачи информации, принципы проектирования цифровых и аналоговых систем передачи должно быть совместимы.

  Аппаратура ЦСП состоит из аппаратуры формирования и приема цифровых сигналов, а также аппаратуры линейного тракта. Цифровой сигнал формируется в оборудовании аналогово-цифрового преобразования (каналообразования) первичных ЦСП или в оборудовании временного группообразования ЦСП более высокого уровня. В первом на вход ЦСП поступают аналоговые сигналы, а во втором- цифровые. Формирование группового цифрового сигнала предусматривает последовательное выполнение следующих основных операций рис.1:  

     дискретизация индивидуальных телефонных  сигналов по времени, в результате  чего формируется импульсный  сигнал, промодулированный по амплитуде, т.е. АИМ сигнал;

     объединения N индивидуальных АИМ  сигналов в групповой АИМ сигнал  с использованием принципов временного  разделенияч каналов;

     квантование группового  АИМ сигнала  по уровню;

     последвательное кодирование отсчетов группового АИМ сигнала, в результате чего формируется групповой ИКМ сигнал, т.е цифровой сигнал.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Расчет энтропии  сигналов звукового  вещания и внутресетевого  трафика.

     Источником  звука при передаче программ вещания обычно являются музыкальные инструменты или голос человека.

     Динамический  диапазон сигналов вещательной передачи следующий: речь диктора 25…35 дБ, художественное чтение 40…50 дБ, вокальные инструментальные ансамбли 45…55 дБ, симфонический оркестр  до 65 дБ. При определении динамического диапазона максимальным считается уровень, вероятность превышения которого равна 2%, а минимальная 98%.

     Средняя мощность сигнала вещания существенно  зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым измерительным  уровнем средняя мощность составляет 923 мкВт при усреднении за час, 2230 мкВт – за минуту и 4500 мкВт- за секунду. Максимальная мощность сигнала вещания в точке с нулевым измерительным уровнем составляет 8000 мкВт.

     Частотный спектр сигнала вещания расположен в полосе частот 15…20000Гц. При передаче как телефонного сигнала так и при передаче полоса частот ограничивается. Для канала вещания второго класса эффективная полоса частот должна составлять 0,1…6 кГц .

     Количество  информации сигналов вещания определим  по формуле:

I_p=ΔFlog₂(1+P_р.ср/P_ш),

где ΔF=5,9 кГц- эффективная ширина спектра речи, P_р.ср =923 мкВт- средняя мощность речевого сигнала на активных интервалах, P_р.ш=4000 пВт   - допустимая невзвешанная мощность шума . Получим I_p=108000 бит/с.  Энтропию определим как:

H=log₂I_p=log₂108*10³=16,72. Таким образом сетевой трафик для 3 каналов звукового вещания второго класса составит 3*108 кбит/с=324 кбит/с.

2. Определение требуемого  числа каналов,  уровня цифровой  иерархии и транспортной  технологии.

     Для определения числа каналов воспользуемся условием нормированной нагрузки y=0,8 эрл и количеством абонентов m_а=750 чел. Для расчета телефонных каналов используем приближенную формулу:                                         

n_Т=α к_Т у[m_A ]+β

                                  n_Т=1,3*0.05*0.8*750+5.6= 44,6,  т.е 50  каналов, 

n_пр  = 0,8*732=586                        где a и b - постоянные коэффициенты, соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются равными 5 %, тогда a = 1.3 и b = 5.6. 

Общее число каналов между оконечными АМТС будет равно:

n=n_Т+ n_ТГ+ n_В + n_ПД + n_ТР

n_ТГ - число каналов ТЧ телеграфной связи

n_В – число каналов ТЧ для передачи сигналов вещания

n_ПД – число каналов ТЧ для передачи данных

n_Г – число каналов ТЧ для передачи газет

n_ТР – число транзитных каналов, 

Можно принять n_ТГ + n_В + n_ПД + n_Г + n_ТР ≈ n_Т, тогда 

n = 2n_Т+n_зв =2*50+9 =109 каналов.

     Таким образом, если на данной  станции  первичной сети необходимо установить ЦСП с ИКМ с относительно большим  числом каналов, на ней устанавливают аппаратуру соответствующего числа первичных, вторичных и т.д. цифровых систем передачи. Системы, построенные таким образом, называют ЦСП  с временным группообразованием. Эти системы помимо обеспечения потребностей сети позволяют использовать на первой ступени

групповые кодеки с приемлемыми скоростями работы. Этот принцип показан на рис.2.

 

Рис.2 Принцип  построения плезиохронной иерархии 

     АЦО- аналогово-цифровое оборудование, формирующее  из аналоговых сигналов ТЧ и сигналов СУВ  типичный цифровой поток со скоростью передачи 2048 кбит/с и преобразующее этот поток на приеме в соответствующие сигналы ТЧ и СУВ.    

     В качестве каналообразующей аппаратуры возьмем вторичную систему передачи ИКМ-120У, отвечающую рекомендациям МККТТ для европейской иерархии ЦСП. Основным узлом ИКМ-120У является устройство образования типового вторичного цифрового потока со скоростью передачи 8448 кбит/с из четырех первичных потоков со скоростью передачи 2048 кбит/с рис.3. При  использовании четырех комплектов АЦО-30 первичной ЦСП получают 120 каналов ТЧ. Линейный тракт организуется по двухкабельной схеме, но и на местных участках сети допускается и однокабельная. Номинальная длина кабельного участка l_уч=5 км,  максимальная длина секции дистанционного питания l_д.п=200 км,  максимальная длина переприемного участка ТЧ L=600 км,  что соответствует

максимальной  протяженности зонового участка  первичной сети.

     Разработана методика замены на существующих линиях связи аппаратуры аналоговых систем К-60П и КАМА аппаратурой ИКМ-120У. При этом предусматривается возможность совместного использования указанных АСП и ЦСП по одному кабелю, что позволяет постепенно заменять аппаратуру без длительного закрытия связи по модернизируемой линии передачи.