Проектирование цифровых каналов передачи

 

 

 

 

 

 

5.2  Построение характеристики  квантования

 

_{Таблица 5.2.1 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

А_{з кв.}=20lg X_i+80,6 дБ.

Для сегментов с i = 2,3…7

A_{з кв.}=20lg(X_i 2^12-I) + 14,4 дБ,

, где  = 3дБмо.

 

Таблица 5.2.2

№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
Р хн		3,156	3,312	3,625	4,25	5,5	8	13
Р хв	3,156	3,312	3,625	4,25	5,5	8	13	3

 

Построим зависимости А_{з кв} х_н  = f (Р хн ) и А_{з кв} хв  = f (Р хв ).

 

Рисунок 5.2.1 График зависимости  А_{з кв} х_н  = f (Р

хн )

 

 

Рисунок 5.2.2 График зависимости А_{з кв} хв  = f (Р

хв )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. РАСЧЕТ ШУМОВ ОКОНЕЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

 

6.1 Расчет допустимых величин  отклонений периода дискретизации  от номинального значения

Практически во всех ЦСП  используется равномерная дискретизация сигналов во времени, то есть дискретизация с постоянным периодом Т_Д, а отклонение от этого периода Δt_i носят случайный характер. Эти отклонения приводят к изменению формы принимаемого сигнала (как показано на рис.6.1), что субъективно воспринимается как характерная помеха, называемая шумами дискретизации.

Величины Δt_i определяются главным образом низкочастотными фазовыми флуктуациями импульсов, вызванными неточностью работы линейных регенераторов, и нестабильностью задающих генераторов станций передачи. Если величину отклонения, вызванного нестабильностью задающих генераторов, обозначить как α_Д, а вызванного фазовыми флуктуациями, как β_Д, то, считая, что между ними существует статистическая связь, можно показать, что мощность шумов дискретизации на переприемном участке не будет превышать:

                               P_ш.д π² · Uc² · ((α_д/Т_Д)² + (β_Д/Т_Д)²),                              

где U_c- эффективное напряжение сигнала.

 

 

                                             t₂                                                                                                              

                              t₁                                                    

 

     U

 

 

 

 

 

 

                                                         t₃                                                    

 

0                                  Т_д           Т_д                        t

                

Рисунок 6.1 - Изменение формы принимаемого сигнала при изменении        периода дискретизации.

Поскольку ω_Д = 2·π/Т_Д, то введя относительные отклонения периода:

                         а_д = α_д/Т_Д  и  b_Д = β_Д/Т_Д,

можно записать формулу  для мощности шумов дискретизации:

                     P_ш.д ≤ π² · Uc² · ( а_д² + b_д²).                                                      

В этом случае защищенность сигнала  от шумов дискретизации запишется  как:

                      А_зд ≥10lg (π² · (а_д² + b_д²))^-1  (4)

В основном цифровом канале (ОЦК) с переприемами защищенность снизится на 10lg · (n_пп +1),где n_пп - общее число переприемов как по ТЧ, так и по цифровым потокам.

    Экспериментально  показано, что в канале ТЧ, образованном  на базе ОЦК (Т_Д = 125 мкс), предельная величина Δt_i не должна превышать 810 нс. Это соответствует минимально допустимой защищенности от шумов дискретизации в канале ТЧ А_зид = 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, n_пп может достигать 61, а А_зд в канале, образованном на базе ОЦК без переприемов, должна быть не менее

                        А_зд = 34 + 10lg (61+ 1) ≈ 52 Дб.

В данную задачу входит определение  предельной величины НЧ фазовых флуктуаций, при которой еще обеспечивается заданная защищенность от шумов дискретизации.

Определим сумму квадратов  относительных нестабильностей  генераторного оборудования для всех участков данного ОЦК a²_дS. Значения относительных нестабильностей равны:

                        a²_дS = (5 ) +(3 =3,625 .

Посредством преобразования неравенства (4) определим относительную  величину отклонения из-за НЧ фазовых  флуктуаций (В_д) на отдельных участках ОЦК. Считаем, что b_д одинаковы на всех участках:

,                           

.

По величине b_д найдем относительную величину фазовой флуктуации В_фф в линейных трактах на каждом из участков, которая должна быть во столько раз больше b_д, во сколько раз тактовая частота сигнала в соответствующем линейном тракте F_т больше частоты дискретизации f_д = 8 кГц.

На местном участке  применена ЦСП ИКМ – 30-С с  тактовой частотой

f_т = 2048 кГц:

,

с.

На внутризоновом участке  применена ЦСП ИКМ – 120-У с  тактовой частотой f_т = 8448кГц:

,

На магистральном участке  применена ЦСП ИКМ - 1920 с тактовой частотой f_т = 139264 кГц:

,

6.2 Расчет соотношения  между шумами квантования и  инструментальными шумами

В процессе аналого-цифрового  преобразования (АЦП) в оконечном  оборудовании возникают шумы, определяемые отклонением характеристик преобразователя  от идеальных. Указанные отклонения вызываются переходными процессами при формировании АИМ-группового сигнала и конечной точностью работы отдельных узлов кодера. Уровень инструментальных шумов возрастает при увеличении скорости передачи и разрядности кода.

Мощность инструментальных шумов на единичном сопротивлении определяется  _РИ.Ш. = e² 4^m s² ,

где s - шаг квантования (для неравномерного квантования берется минимальное значение шага, равное 2 U_{ОГР, при равномерном квантовании sр = 2}U_{ОГР /} N_{КВ ;}

ε – среднеквадратическое значение приведенной инструментальной погрешности преобразователя;

m – разрядность кода.

 

При равномерном квантовании:

 

для ИКМ-30-4 (m=9): U_{ОГР =} U_{MAX = 0.7746*10^0.05Pmax = 0,7746*10 = 1,094 В,}

_{sр = 2}U_{ОГР /} N_{КВ = 2*1,094/512 = 0,00427 В,}

_РИ.Ш. = e² 4^m s² _{= = 1,911 дБ.}

Соотношение между шумами квантования и инструментальными  шумами оказывается равным Н = Р_ИШ / Р_ШК = 12 ε² 4^m = 12 = 0,125.

 

Для ИКМ-480 и ИКМ-1920 (m=12):

U_ОГР=U_{MAX=0.7746*10^0.05Pmax=0,7746*10 =1,094 В,}

_{sр = 2}U_{ОГР /} N_{КВ = 2*1,094/512 = 0,00427 В,}

_РИ.Ш. = e² 4^m s² _{= = 1,223 дБ.}

Соотношение между шумами квантования и инструментальными шумами оказывается равным Н = Р_ИШ / Р_ШК = 12 ε² 4^m = 12 = 8,053.

 

При неравномерном квантовании:

 

для ИКМ-30-4 (m=9): σ = 2 U_{ОГР =2 *0.7746*10^0.05Pmax =2 * 0,7746*10 = 0,00534 В,}

_РИ.Ш. = e² 4^m s² _{= = 2,99 дБ.}

Соотношение между шумами квантования и инструментальными  шумами оказывается равным Н = Р_ИШ / Р_ШК = 12 ε² 4^m = 12 = 0,125.

 

Для ИКМ-480 и ИКМ-1920 (m=12):

σ = 2 U_{ОГР =2 *0.7746*10^0.05Pmax =2 * 0,7746*10 = 0,00534 В,}

_РИ.Ш. = e² 4^m s² _{= = 1,913 дБ.}

Соотношение между шумами квантования и инструментальными шумами оказывается равным Н = Р_ИШ / Р_ШК = 12 ε² 4^m = 12 = 8,053.

 

6.3 Расчет защищенности от шумов  незанятого канала

При отсутствии входных  телефонных сигналов на входе кодера действуют слабые помехи, к которым относятся, например, собственные шумы и переходные помехи, остатки плохо подавленных импульсов, управляющих приемопередатчиками. Если к тому же характеристика кодера в силу нестабильности параметров его узлов и питающих напряжений окажется смещенной так, что уровень левого входного сигнала будет совпадать с уровнем решения кодера (рис. 3.4.1.),то помеха с любой, сколь угодно малой амплитудой будет приводить к появлению кодовой комбинации, отличной от нулевой. В этом случае входной сигнал декодера будет представлять импульсы прямоугольной формы с размахом DUp(Uнор) (величины минимального шага квантования) и со случайными моментами перехода через нуль. Возникающие при этом шумы получили название шумов незанятого (″молчащего″) канала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.3.1 - Характеристика кодера при малых уровнях сигнала

 

Псофометрическая мощность незанятого канала

Р_шнк = (s/2)²*К_п²*(2*DF*10^-12/(600*f_д), где К_П - псофометрический коэффициент (0,75); s - шаг квантования, DF=3,1 КГц, f_д = 8КГц.

При равномерном квантовании

_{s = 2}U_{ОГР /} N_{КВ = 2*1,094/512 = 0,00427 В,}

Р_шнк = (s/2)²*К_п²*(2*DF*10^-12/(600*f_д)) = = 3,31 Вт0.

 

При неравномерном квантовании

σ = 2 U_{ОГР =2 *0.7746*10^0.05Pmax =2 * 0,7746*10 = 0,00534 В,}

Р_шнк = (s/2)²*К_п²*(2*DF*10^-12/(600*f_д)) = = 5,179 Вт0.

Следует иметь в виду, что, несмотря на небольшую величину, шумы незанятого канала заметны для абонентов, поскольку  не происходит их ″маскировки″ передаваемыми сигналами. По рекомендациям МСЭ (МККТТ) мощность шумов незанятого канала должна быть менее 320 пВт0п или их уровень не должен превышать значения 65 дБм0п.

Отсюда можно сделать  вывод, что шумы незанятого канала  меньше рекомендованных МСЭ (МККТТ)  значений, а значение, полученное при равномерном квантовании меньше, чем при неравномерном.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. 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.