Разработка цифровой системы передачи и организация транспортной сети

Тип работы: Материал
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 45 страниц
В избранное:

Международный университет информационных технологий
Факультет Компьютерные технологии и кибербезопасность
Кафедра Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Самостоятельная работа магистранта
Разработка цифровой системы передачи и организация транспортной сети

Выполнила: Насылбекова А.Е.,
магистрант группы TSN-211M
Проверила: Бахтиярова Е.А.,
к.т.н., асс.-проф.

Алматы, 2021

ВВЕДЕНИЕ

Современные транспортные телекоммуникационные сети используют технологии плезиосинхронной цифровой иерархии, синхронной цифровой иерархии, а также технологию мультиплексирования с разделением по длинам волн. Для приобретения магистрантами навыков разработки цифровых систем передачи в данных методических указаниях предлагается разработать нетиповую локальную цифровую систему передачи, обеспечивающую топологию "точка-точка". В пояснительную записку необходимо включить:
введение,
перечень исходных данных,
постановку задачи курсового проектирования,
расчет характеристик аналого-цифрового преобразователя ,
расчет преобразователя передаваемых дискретных сигналов,
расчет цикла передачи,
расчет линейного тракта,
разработку укрупненной структурной схемы аппаратуры оконечного пункта (или терминальных мультиплексора и демультиплексора),
таблицу важнейших технических параметров проектируемой системы,
заключение.
Материал пояснительной записки должен быть изложен в логической последовательности с необходимыми пояснениями и обоснованиями принятых решений.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1 Задание на семестровую работу и ее защита

Задания на проектирование представлены в форме четырех таблиц, образующих в совокупности несколько сот несовпадающих вариантов индивидуальных заданий. Вариант задания определяется преподавателем, руководящим проектированием в данной группе магистрантов. В состав индивидуального задания могут быть включены задачи, не предусмотренные указанными таблицами.

Пояснения к таблице 1.1
Эта таблица является основной, определяющей структуру системы. При ее разработке определялся принцип одинаковой сложности проектов по группам вариантов 0 - 9. В таблице для каждого варианта указаны типы и количество каналов, которые должны быть организованы в системе. Если организация канала не предусматривается, то соответствующая клетка варианта прочеркнута. Каналы, характеристики аналого-цифровых преобразователей (АЦП) которых подлежат расчету, имеют надпись "Расчет". Исходные данные для расчета следует брать из таблиц 1.2 - 1.4. Для каналов, расчет характеристик АЦП которых не производится, в соответствующей клетке таблицы 1.1 указаны частота следования кодовых групп (или кодовых слов) этого канала и число битов в кодовом слове на выходе соответствующего преобразователя. Как правило, значение частоты приведено в виде двух чисел, соединенных дефисом. Разработчику проекта представляется возможным выбрать точное значение частоты в указанных пределах. Такой выбор упрощает разработку цикла передачи и его структуру, а в реальной системе упрощает генераторное оборудование и аппаратуру цикловой синхронизации.
Поясним сказанное на примере варианта 1. По этому варианту в системе должны быть организованы следующие каналы:
30 телефонных каналов, характеристики АЦП которых подлежат расчету;
1 канал видеотелефонной связи, сигнал которого после аналого-цифрового преобразования, осуществляемого в системе, может быть представлен регулярной последовательностью битов с частотой следования от 10 до 12 МГц (цифра 1 в нижней строке свидетельствует о том, что группы цифрового сигнала состоят из одного бита);
10 каналов передачи дискретных сигналов со скоростями не больше
1,2 кбитс; требования к соответствующим преобразователям "цифра-цифра" или кодекам подлежат расчету;
1 канал передачи дискретных сигналов со скоростью 1024 кбитс;
преобразователь "цифра-цифра" или кодек работает с использованием метода кодирования скорости (или согласования скоростей). Частота следования битов в основном потоке равна 1024 кГц, дополнительный поток состоит из кодовых слов по 4 бита в каждом, частота следования кодовых слов дополнительного потока может быть выбрана из значений, заключенных в интервале от 0,4 кГц до 0,8 кГц;
80 каналов передачи сигналов управления и вызова (СУВ), сведения о которых приведены ниже.
В таблице 1.1 включены каналы 12 типов, что существенно меньше числа типов каналов, которые могут быть организованы на практике.
Телефонные каналы различных вариантов проектирования отличаются друг от друга шириной полосы эффективно передаваемых частот, шириной динамического диапазона и требованиями к защищенности канала от помех (см. таблицу 1.2). Следовательно, число битов в кодовом слове телефонного канала может существенно отличаться от принятого в первичных ЦСП. То же относится и к частоте дискретизации.
Под широкополосным каналом здесь понимается первичный или вторичный широкополосный канал в зависимости от требований к нему, сформулированных в таблице 1.2.
Каналы передачи дискретных сигналов (передачи данных), указанные в таблице, характеризуются их пропускной способностью (число битов, передаваемых по каналу в секунду). Каналы с пропускной способностью не выше 0,2 кбитс, 1,2 кбитс, 4,8 кбитс и 19,2 кбитс должны быть спроектированы так, чтобы они были способны передавать дискретные сигналы со скоростями следования битов, равными указанным значениям и меньшими их. В остальных случаях (1024 кбитс и 2048 кбитс) следует полагать, что номинальная скорость следования битов по каналу постоянна.
Каналы передачи сигналов управления и вызова (СУВ) являются служебными, обслуживающими различные типы основных каналов и систему передачи в целом. В курсовом проектировании необходимость организации таких каналов должна учитываться при построении цикла системы, но их расчет заданием не предусматривается. Следует полагать, что кодовые слова каждого СУВ на выходе кодера состоят из одного бита, а частота их повторения может быть выбрана проектировщиком из значений, заключенных в интервале (0,4 - 0,8) кГц.
Групповой канал СУВ служит для передачи всех СУВ, обслуживающих систему. Соответствующая аппаратура формирования группового сигнала и его разделения на канальные СУВ не входит в состав проектируемой ЦСП.
Для каждого варианта исходных данных в таблице 1.1 указан тип используемого кабеля. Другие исходные данные, необходимые для расчета линейного тракта приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.1 - Каналы цифровой системы передачи
№
Наименование
Параметры
Номер варианта

4
1
Канал телефонный
Число каналов
24

Частота следования код.гр., кГц
Расчет

Число битов в код. слове, бит
Расчет
2
Канал вещания
Число каналов
3

Частота следования код.гр., кГц
13-18

Число битов в код. слове, бит
7
3
Канал широкополосный
Число каналов
-

Частота следования код.гр., кГц

Число битов в код. слове, бит

4
Канал видеотелефонной связи
Число каналов
-

Частота следования код.гр., МГц

Число битов в код. слове, бит

5
Канал ПДС-0,2 кбитс
Число каналов
-

Частота следования код.гр., кГц

Число битов в код. слове, бит

6
Канал ПДС-1,2 кбитс
Число каналов
-

Частота следования код.гр., кГц

Число битов в код. слове, бит

7
Канал ПДС-4,8 кбитс
Число каналов
16

Частота следования код.гр., кГц
Расчет

Число битов в код. слове, бит
Расчет
8
Канал ПДС-19,2 кбитс
Число каналов
4

Частота следования код.гр., кГц
19,4-25,0

Число битов в код. слове, бит
4
9
Канал ПДС-1024 кбитс
Число каналов
-

Частота следования код.гр., кГц, осн.

Частота следования код.гр., кГц, доп.

Число битов в код. слове, бит, доп.

10
Канал ПДС-2048 кбитс
Число каналов
-

Частота следования код.гр., кГц, осн.

Частота следования код.гр., кГц, доп.

Число битов в код. слове, бит, доп.

11
Групповой канал СУВ
Число каналов
-

Частота следования код.гр., кГц

Число битов в код. слове, бит

12
Канал перед.СУВ
Число каналов
64
13
Тип кабеля

Т

Таблица 1.2 - Требования к каналам

Параметры
Для телефонного канала
Для каналов вещания
Для широкополосных каналов
fн , кГц
2
0,05
312,3
fв, кГц
4,1
10,0
551,4
fф, кГц
1,0
0,5
12
P1, дБм0
-35
-30
-4
P2, дБм0
-10
0
+9
Pш.н, дБм0
-60
-65
-
ан, дБ
30
35
35
Pш.и, пВт
200
200
50000
Номер шкалы
14
11
5

Для каналов ПДС
Параметры
Номер варианта

4
н , %
10

Пояснения к таблице 1.2
В таблице приведены требования к каналам, подлежащим расчету согласно таблице 1.1, а также исходные данные, характеризующие эти каналы. При этом использованы следующие обозначения:
fн, fв - соответственно, нижняя и верхняя границы эффективно передаваемых частот канала;
Δfф - ширина полосы расфильтровки фильтров, используемых в дискретизаторе и восстановителе аналоговой формы сигнала;
P1, P2 - соответственно нижняя и верхняя границы нормируемого диапазона уровней преобразуемого сигнала в ТНОУ;
Pш.н - допустимое значение абсолютного уровня шумов на выходе незанятого телефонного канала или канала вещания в ТНОУ;
ан - минимально допустимое значение защищенности передаваемого сигнала от шумов в заданном диапазоне изменения его уровней;
Pш.и - ожидаемое значение средней мощности шумов в канале, возникающих из-за погрешностей изготовления кодеков. Указанное значение приведено в ТНОУ и относится к полосе, равной половине частоты дискретизации;
н - предельно допустимое значение фазовых дрожаний (краевых искажений) передаваемого дискретного сигнала.
Проектирование подсистемы аналого-цифрового преобразования обычно включает в себя синтез оптимальной шкалы квантования. Эта достаточно сложная задача в семестровой работе не решается. Форма шкалы считается заданной. Ее номер указан в таблице 1.2. Параметры шкалы приведены в таблице 1.3.
При расчете шумов квантования закон распределения вероятностей мгновенных значений преобразуемых сигналов рекомендуется принять нормальным

,

где U - мгновенное значение сигнала, s - среднеквадратическое значение сигнала.
Закон распределения вероятностей мгновенных значений сигналов, передаваемых по телефонным каналам, каналам вещания и широкополосным каналам может заметно отличаться от нормального. В частности для телефонных сигналов он близок к экспоненциальному. Тем не менее МСЭ-Т рекомендует измерение защищенности сигналов от шумов квантования производить в условиях передачи сигналов с нормальным распределением вероятностей мгновенных значений. Соответственно этому расчет шумов в семестровой работе предлагается производить исходя из нормального или гауссовского распределения вероятностей мгновенных значений преобразуемых сигналов.
Входное и выходное сопротивления телефонного канала и канала вещания следует принять равным 600 Ом, а широкополосного - 150 Ом.
Заметим также, что диапазон изменения уровней группового сигнала, передаваемого по широкополосному каналу, обычно гораздо шире, чем это указано в таблице. Необходимое сужение диапазона до значений, указанных в таблице, достигается суммированием передаваемого сигнала с некоторым дополнительным шумовым сигналом при одновременном принятии мер по стабилизации уровня образующей суммы.

Таблица 1.3 - Шкалы квантования

Для положительной ветви квантующей характеристики
Номер шкалы
Сегмент № 2
Сегмент № 3
Сегмент № 4

5
4

-
-
-
-
11
2
1
4
1
8
1
14
2
1
4

16

Пояснения к таблице 1.3
В таблице представлены 14 шкал квантования. Шкалы с первой по пятую - трехсегментные (в положительной ветви характеристики - двухсегментные), шкалы с шестой по десятую - пятисегментные, шкалы с 11 по 14 - семисегментные (в положительной ветви - четырехсегментные). Все шкалы симметричные и ориентированы относительно системы координат так, как это показано на рисунке 1.1. Номер шкалы, которую следует применять при проектировании подсистемы аналого-цифрового преобразования, указан в таблице 1.2.
В пределах каждого сегмента шаги квантования одинаковы. Шаги квантования центрального (симметричного сегмента) равны Δ1 . В двух примыкающих к нему сегментах значение шага квантования обозначено через Δ2. В следующих - Δ3. Число шагов квантования в первом сегменте положительной ветви характеристики равно n1 , во втором - n2 и т.д. Шкалы в таблице 1.3 характеризованы отношением шага квантования каждого сегмента к шагу квантования первого сегмента и отношениями числа шагов в каждом сегменте к числу шагов в первом сегменте. Шкала квантования определяется однозначно, если дополнительно к указанным отношениям известны численное значение шага квантования в первом сегменте (или напряжения ограничения) и разрядность кода (или число битов в кодовом слове). Расчет требуемых значений величины шага квантования в первом сегменте и числа битов в кодовых словах выполняется магистрантами на стадии проектирования системы.
На рисунке 1.1 в качестве примера приведена пятисегментная характеристика с параметрами:

, , , при m=5.

Входные напряжения, соответствующие верхним границам сегментов, обозначены соответственно через U1, U2, U3.
Напряжение ограничения, соответствующее началу зоны ограничения квантующей характеристики, в данном случае равно Uогр = U3

Рисунок 1 - Амплитудная характеристика квантования кодера

Параметры кодера: число битов в кодовом слове равно 5. Для кодирования используется симметричный код.
Алгоритм кодирования: первый бит - бит полярности, второй и третий биты - номер сегмента в двоичном коде. Но для кодирования первый сегмент надо разделить на два
Для указанных параметров шкалы

, , Uогр = U3 = 32 . Δ1

В общем случае для сегментных шкал справедливо:

,

,

Uогр = . 2[m-1] [.] Δ1

где N - число сегментов в положительной ветви квантующей характеристики;
2= l =N;
.

Таблица 1.4 - Параметры линейного тракта

Кабель с симметричными парами
Параметры
Номер варианта

4
L , км
300
a3, дБ
15
Pвп, дБм
-60
Uвых, В
5,5

Кабель с коаксиальными парами
Параметры
Номер варианта

4
L, км
600
a3, дБ
14
Uвых, В
5,5

Пояснения к таблице 1.4
В таблице приведены исходные данные, необходимые для проектирования линейного тракта. Их номенклатура определяется типом используемого кабеля, который указан в таблице 1.1. Например, если по таблице 1.1 Вам задан вариант № 7, а по таблице 1.4 - вариант № 4, то проектировать линейный тракт следует на симметричном кабеле МКСА, полагая при этом:

L=300 км, Δa3 = 15 дБ, Pвп = - 60 дБм и Uвых = 5,5 В.

В таблице 1.4 использованы следующие обозначения:
L - длина линейного тракта проектируемой системы;
Δa3 - потери помехозащищенности регенератора;
Pвп - абсолютный уровень внешних помех на входе регенератора;
Uвых - амплитуда импульсов в кабеле на выходе регенератора.

Километрическое затухание используемых кабелей и их волновое сопротивление указаны в таблице 1.5. Значение частоты в приведенных формулах следует подставлять в МЕГАГЕРЦАХ.

Таблица 1.5 - Параметры кабелей связи
Кабель
a ( ), дБкм
zв, Ом
С симметричными парами типа Т

135
C симметричными парами типа МКСА

135
С коаксиальными парами малого диаметра 1,24,6

75
С коаксиальными парами нормального диаметра 2,69,4

75

1.2 Порядок разработки семестровой работы

Семестровую рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
1. Проектирование подсистемы аналого-цифрового преобразования.
Исходные данные приведены в таблице 1.2. Перечень параметров, характеризующих результат проектирования, приведен в разделе 2.1. Там же даны методические указания по проектированию подсистемы. Результаты параметрического проектирования АЦП оказывают влияние на последующие этапы проектирования ЦСП.
2. Проектирование подсистемы преобразований дискретных сигналов. Исходные данные приведены в таблице 1.2. Перечень параметров, характеризующих результат проектирования, приведен в разделе 2.2. Там же даны методические указания по проектированию. Результаты проектирования оказывают влияние на последующие этапы разработки ЦСП.
3. Проектирование циклов передачи. Массив исходных данных образуется данными, приведенными в таблице 1.1, а также параметрами, полученными в результате проектирования подсистем по этапам 1 и 2. Методические указания по проектированию цикла и сверхцикла передачи даны в разделе 2.3 Структура цикла и его параметры оказывают влияние на структуру аппаратуры оконечных пунктов и на характеристики линейного тракта.
4. Проектирование линейного тракта. Массив исходных данных образуется данными, приведенными в таблицах 1.1 и 1.4, а также значением тактовой частоты, найденной при проектировании цикла передачи. Перечень параметров, характеризующих результат проектирования, приведен в разделе 2.4. Там же даны методические указания по проектированию линейного тракта.
5. Разработка структурной схемы аппаратуры оконечной станции ЦСП.
Исходные данные для разработки схемы получены на предыдущих этапах проектирования. Аппаратура оконечной станции должна содержать мультиплексоры, демультиплексоры и аппаратуру передачи и приема ЛТ.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Передача аналоговых сигналов

Результатом проектирования подсистемы являются следующие ее параметры, приведение окончательных и промежуточных значений которых является обязательным:
fд - частота дискретизации преобразуемых сигналов или частота повторения кодовых слов (кодовых групп);
m - число битов в кодовом слове на выходе АЦП;
Uогр - напряжение, соответствующее порогу ограничения квантующей характеристики;
аш(р) - зависимость помехозащищенности передаваемых сигналов от их уровня в диапазоне от дБ до дБ;
Рш.н - уровень шумов на выходе незанятого телефонного канала (или канала вещания) ТНОУ.

2.1.1 Расчет fд

Частота дискретизации должна быть выбрана так, чтобы исходный сигнал мог быть выделен в неискаженном виде из спектра дискретизированного сигнала. Поэтому расчет заключается в выборе такого значения частоты дискретизации, чтобы:
спектр исходного сигнала не перекрывался боковыми спектрами при частоте дискретизации и ее гармониках;
ширина защитного интервала между спектральными составляющими исходного сигнала и ближайшими к ним составляющими боковых полос была бы не меньше Δ fф.
Проверку правильности выбора частоты дискретизации рекомендуется произвести построением спектра дискретизированного сигнала.
Так, например, при

fн= 0,2 кГц, fв= 4,1 кГц и Δ fф = 1 кГц

в соответствии со сказанным можно принять:
fд = 2⋅4,1+1,0=9,2 кГц;
Если отношение верхней и нижней частот менее двух, то частоту дискретизации можно уменьшить и выбрать из условия:

(fв + ∆fф2) = fд = 2*(fн - ∆fф2), (2.2)

fн - нижняя граница эффективно передаваемых частот (табл. 1.2).
В данном варианте это условие не выполняется, поэтому частота дискретизации выбирается по теореме Котельникова.
Для дальнейшего проектирования и расчетов удобно выбрать частоту дискретизации:

fд. = 9,6 кГц.
Следовательно, минимальное значение частоты дискретизации равно 161 кГц.
В пояснительной записке указываются минимальное значение частоты дискретизации и пределы его возможного изменения (по аналогии с вышеприведенным).

2.1.2. Расчет m и зависимости aш(р) для телефонного канала и канала вещания

При проведении всех расчетов значение частоты дискретизации следует принять равным минимальному. Окончательный выбор значения частоты дискретизации производится при разработке цикла системы. Расчет рекомендуется выполнять в следующем порядке.
Расчет Δ1 по допустимому уровню шумов в незанятом канале
Шумы на выходе канала складываются из шумов квантования и шумов из-за погрешности изготовления. Мощность шумов в ТНОУ равна

,
где Δ f = fв - fн , - множитель, учитывающий попадание в полосу частот канала только спектральных составляющих шума при их равномерном распределении в интервале, равном половине частоты дискретизации.

∆f=4,1-0,2=3,9 кГц

3,90,5∙9,2=0,848
Известно, что средний квадрат ошибки квантования в незанятом канале равен

.

Тогда мощность шумов квантования на выходе незанятого канала в интервале, равном половине частоты дискретизации, может быть рассчитана по формуле

.

Для проектируемых каналов R = 600 Ом. С другой стороны, в соответствии с исходными данными мощность шумов в незанятом канале не должна быть больше, чем

Pш.н = 10[0,1 . Рш.и], мВт.

Pш.н = 100,1 ∙ -60=10[-6] мВт.

Отсюда следует, что

,
∆1=2∙0,5∙9,63,910-9-0,2∙10-9∙600=2 ∙1,18∙10-9-0,2∙10-9600=54,35 мВ

где Pш.н , [ ]Рш.и - должны быть выражены в ваттах, тогда шаг квантования будет иметь размерность в вольтах.
Расчет Δ1 по допустимой защищенности сигналов от шумов на выходе канала
Пиковые значения сигналов наиболее низкого уровня сравнимы обычно с U1. Можно считать, что передача таких сигналов осуществляется при их линейном квантовании, и мощность шумов на выходе канала в ТНОУ равна

.

Защищенность сигнала от этих шумов

не должна превышать значение номинальной защищенности (таблица 1.2). Это может иметь место только при

.
∆=12∙6000,5∙9,63,9∙100,1-35-30-3-2 00∙10-9=1,17 мВ

Из двух рассчитанных предельных значений шагов квантования в первом сегменте (расчет по уровню шумов в незанятом канале и расчет по защищенности сигналов от шумов) для дальнейших расчетов следует принять наименьшее предельное значение Δ1.
Расчет порога ограничения
Известно, что ошибки квантования резко возрастают и соответственно этому падает защищенность сигнала от шумов, когда мгновенные значения преобразуемого сигнала попадают в зону ограничения квантующей характеристики. Поэтому в системе следует принимать напряжение ограничения таким, чтобы при наивысшем уровне преобразуемого сигнала мгновенные значения сигнала превышали напряжение ограничения крайне редко. Пикфактор сигнала (отношение пикового значения сигнала к его эффективному или к среднеквадратическому значению) в данном случае при нормальном распределении вероятностей мгновенных значений может быть принят равным 4,0. А так как эффективное напряжение сигнала наиболее высокого уровня равно

,
Uэфф2=100,05*(-10)∙600∙10-3=10-0,5∙ 0,74=0,245 В

То

Uогр = 4 . Uэфф.2 .
Uогр=4∙0,245=0,98 В
Расчет m
Из пояснений к таблице 3 следует

,

тогда количество битов в кодовом слове может быть рассчитано по формуле

.
m≅1+3,33⋅lgUогрλ⋅Δ1

λ=1+k=2NΔkΔ1⋅nkn11+k=2Nnkn1

λ=1+2⋅1+4⋅32+16⋅121+1+32+12=4,25

m=1+3,33⋅lg0,984,25⋅1,17⋅10-3=8,64
т.е. m=9

В формулу следует подставить наименьшее значение шага квантования в первом сегменте из двух, полученных выше. Если значение количества битов в кодовом слове окажется дробным, то его следует округлить, увеличив до ближайшего целого (число битов в кодовом слове не может быть дробным). При округлении соответственно уменьшается значение шага квантования в первом сегменте. Значение напряжения ограничения остается без изменения. После вычисления количества битов в кодовом слове следует по данным таблицы 1.3, значению напряжения ограничения и количеству битов в кодовом слове рассчитать новое значение шага квантования в первом сегменте, значения шагов квантования в других сегментах и значения напряжений, соответствующих верхним границам сегментов.
Например, если Вам предписано использовать седьмую шкалу квантования и Вами было найдено, что

Uогр = 0,98 В, a m = 9, то =4,25;
∆1=0,984,25∙29-1=0,9∙10-3В=0,9 (мВ)
∆2=2∙∆1=1,8 мВ
∆3=4∙∆1=3,6 мВ
∆4=16∙∆1=14,4 мВ

U1=0,981+2*1+4*32+16*12=57,65 мВ

U2=1+2*1*0,05765=172,95 мВ

U3=1+2*1+4⋅32⋅0,05765=518,85 мВ
U4=1+2⋅1+4⋅32+16⋅12⋅0,05765=980,05 мВ

Так как используется семисегментная шкала квантования, которая имеет четыре сегмента в положительной области, то:

U4 = Uогр, В,
U4 = 0,98 В.
где Uогр - напряжение ограничения сигнала

Расчет зависимости aш(р)
Необходимо выполнить расчет зависимости защищенности от уровня передаваемого сигнала. Рекомендуется выбрать следующие значения уровней сигнала:

pc1=-35-5=-40 дБ
pc2=p1=-35 дБ
pc3=p1+p22=-35-102=22,5 дБ
p4=p2=-10 дБ
pc5=p2+5=-10+5=-5 дБ
здесь р1 и р2 - данные о динамическом диапазоне из таблицы 1.2. Этим значениям уровней необходимо найти соответствующие значения эффективного напряжения

(В).
Uc1=100,05⋅(-40)⋅600⋅10-3=0,00775 В
Uc2=100,05⋅(-35)⋅600⋅10-3=0,01378 В
Uc3=100,05⋅-22,5⋅600⋅10-3=0,05812 В
Uc4=100,05⋅-10⋅600⋅10-3=0,245 В
Uc5=100,05⋅(5)⋅600⋅10-3=0,4358 В

В качестве исходных данных при расчете помехозащищенности используются значения Рш.и , fн, fв, приведенные в таблице 1.3 и в пояснениях к ней, и значения fД , Uогр, m , Δ1 ,Δ2,..., U1, U2 найденные в процессе проектирования АЦП.
Известно, что в системах с линейными шкалами квантования при идеально точном выполнении всех ее узлов шумы в каналах имеют две основные составляющие:
шумы, возникающие при попадании мгновенных значений преобразуемого сигнала в зону квантования;
шумы, возникающие при превышении мгновенными значениями порога ограничения.
Средняя мощность шумов в таких системах равна

.

При использовании реальных кодеков с сегментными шкалами квантования, например, с трехсегментными, основными составляющими шумов являются:
шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону сегмента 1; вероятность этого события обозначим W1; так как в пределах сегмента шаг постоянен и равен Δ1, средняя мощность этой части шумов равна

;

шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зоны сегментов 2 и 3; соответствующие значения средних мощностей шумов равны

; ;

шумы, вызванные попаданием преобразуемого сигнала в зону ограничения квантующей характеристики; средняя мощность этих шумов равна

;

шумы, вызванные погрешностями изготовления цифровых узлов; средняя мощность этой части шумов равна

.

Таким образом, полная мощность шумов на выходе канала в ТНОУ при передаче сигнала в случае использования трехсегментной шкалы квантования, приведенной на рисунке 1.1, равна

.

Входящие в формулу значения полностью определяются W1,W2, W3, Δ[2]огр полностью определяются w(U), U1, U2, Uогр , т.е. значением плотности распределения вероятностей мгновенных значений входного сигнала и параметрами шкалы квантования:

;
;
.
Сначала необходимо рассчитать значения вероятностей попадания сигнала в сегменты для первого значения уровня динамического диапазона (i = 1):

Uci = Uc1,

где Uc1 - эффективное значение напряжения для первого значения уровня динамического диапазона .

Нетрудно убедиться, что при нормальном распределении вероятностей мгновенных значений сигнала, среднеквадратическое значение которых UC = Uэфф.с , вероятность попадания преобразуемых мгновенных значений сигнала в один сегмент может быть рассчитана по формуле

,
где - интеграл вероятностей, значения которого приведены в таблице приложения.
Ошибка ограничения может быть приблизительно рассчитана по формуле

.
Δогр12=23,14⋅0,00772⋅0,9360,0077-1⋅ е-0,5⋅0,980,00772= 0 В[2]
Δогр22=23,14⋅0,0132⋅0,9360,013-1⋅е- 0,5⋅0,980,0132= 0 В[2]
Δогр32=23,14⋅0,0582⋅0,9360,058-1⋅е- 0,5⋅0,980,0582= 0 В[2]
Δогр42=23,14⋅0,2442⋅0,9360,244-1⋅е- 0,5⋅0,980,2452= 4,03∙10-6 В[2]
Δогр52=23,14⋅0,43⋅0,9360,43-1⋅е-0,5 ⋅0,980,432= 2,25∙10-3 В[2]

Приведенные формулы рекомендуется использовать при проектировании подсистемы аналого-цифрового преобразования с трехсегментными шкалами квантования. При применении шкал с другим числом сегментов соответственно изменяется число слагаемых в формуле для расчета полной мощности шумов на выходе канала.
Расчет защищенности сигналов от шумов выполняется в следующем порядке:

Расчет W1,W2, W3, Δ[2]огр для конкретного значения UC при известных величинах w(U), U1, U2, Uогр .

Произведем расчет величин для значения =0,0024 В:

W1(i)=2⋅0U1w(U)⋅dU=2⋅ФU1Uc(i)-2⋅Ф0U c(i)=2⋅ФU1Uc(i)
W1(1)=1
W1(2)=0,99992
W1(3)=0,67782
W1(4)=0,1858
W1(5)=0,10344

W2(1)=0
W2(2)=0,00008
W2(3)=0,31922
W2(4)=0,3365
W2(5)=0,45512
Расчет Рш.

PШ(1)=1⋅0,0009212+0⋅0,0086212+0⋅160 0+0,2⋅10-9⋅3,90,5∙9,6=25,4⋅10-9
PШ(2)=0,99992⋅0,0009212+0,00008⋅0,0 018212+0⋅1600+0,2⋅10-9⋅3,90,5∙9,6=2 5,4⋅10-9
PШ(3)=0,67782⋅0,0009212+0,312922⋅0, 0018212+0,00296⋅0,0036212⋅1600+0,2* 10-9⋅3,90,5∙9,6=34,5⋅10-9
PШ(4)=0,1858⋅0,0009212+0,3365⋅0,001 8212+0,4427⋅0,0036212+4,03*10-6⋅160 0+0,2*10-9⋅3,90,5∙9,6=2,29⋅10-9
PШ(5)=0,10344⋅0,0009212+0,2074⋅0,00 18212+0,45512⋅0,0036212+0,2096*0,00 144212+0,00225⋅1600+0,2*10-9⋅3,90,5 ∙9,6=3,05⋅10-6

Расчет помехозащищенности по формуле .
aш1=10⋅lg0,0077522,54⋅10-10⋅600=25, 96дБ
aш2=10⋅lg0,0137822,54⋅10-10⋅600=30, 95дБ
aш3=10⋅lg0,0581223,45⋅10-10⋅600=42, 13 дБ
aш4=10⋅lg0,2450822,29⋅10-9⋅600=46,4 1дБ
aш5=10⋅lg0.4358123.05⋅10-6⋅600=20, 215 дБ
Рассчитанные значения помехозащищенности следует сравнить с минимально допустимым или номинальным значением помехозащищенности, приведенным в таблице 1.2. Результат проектирования удовлетворяет предъявляемым требованиям, если в заданном динамическом диапазоне обеспечивается аш = ан.

аШ(2)=аH ; 30,95=30
аШ(3)=аH ; 42,13=30
аШ(4)=аH ; 46,41=30
Проектирование считается выполненным правильно, если принятая разрядность кода является минимально допустимой. График зависимости помехозащищенности от уровней передаваемого сигнала должен быть приведен в пояснительной записке к проекту. Кроме того, необходимо рассчитать и уровень шумов в незанятом канале, используя окончательное значение шага квантования в первом сегменте.
График зависимости помехозащищенности от уровней передаваемого сигнала приведен на рисунке 1.

2.1.3. Расчет m для широкополосных каналов

Расчет Δ1
Выполняется по допустимой защищенности сигнала от шумов указаниям раздела 2.1.2.
Расчет Uогр
Известно, что составляющими шума на выходе канала являются:
шумы, вызванные ошибками квантования при передаче отсчетов сигнала, попадающих в зоны сегментов 1, 2, ... квантующей характеристики;
шумы, возникающие из-за наличия зон ограничения квантующей характеристики;
шумы, вызванные погрешностями изготовления цифровых узлов.
Минимальному значению числа битов в кодовом слове соответствует такое значение напряжения ограничения, при котором шумы второй группы примерно равны шумам первой, когда уровень сигнала наибольший, т.е. при Pc = P2 должно обеспечиваться

,

где - мощность шумов из-за зон ограничения; Pш2 = 10[0,1 .] [(р2 -ан) .] 10[-3] (Вт) - предельно допустимая мощность шумов на выходе канала в ТНОУ.
Ошибка ограничения в данном случае равна

.

Подставляя это значение в вышеприведенную формулу, после некоторых преобразований получим

UогрUэфф2=0,68⋅2,03+9-10⋅lg10-0,135 -9-50⋅10-6-10lgUогрUэфф2=3,78

Формула пригодна для нахождения отношения напряжения ограничения и эффективного напряжения, соответствующего верхней границе динамического диапазона сигнала, методом итераций или методом последовательных приближений. В качестве начального значения рекомендуется принять

= 4.

Расчет рекомендуется закончить, когда полученные величины будут отличаться только во второй цифре после запятой. Найденное отношение позволяет определить величину напряжения ограничения

(В).
Uогр=3,7⋅100,05⋅9⋅150⋅10-3=4,03 B
Расчет m и aш(р)
Расчет количества битов в кодовом слове и возможная его коррекция выполняется по указаниям подраздела 2.1.2. График зависимости помехозащищенности от уровня передаваемых сигналов должен быть приведен в пояснительной записке.

2.2 Передача дискретных сигналов

В результате проектирования подсистемы передачи дискретных сигналов должны быть рассчитаны:
т - минимально допустимое число битов в кодовых словах или кодовых группах канального цифрового сигнала ЦСП, обеспечивающего организацию цифрового канала заданной пропускной способности и заданного качества (таблицы 1.1 и 1.2);
fr - частота повторения кодовых групп в данном цифровом канале;
η - коэффициент использования пропускной способности цифрового канала.
Число организуемых каналов указано в таблице 1.1. Требования к качеству цифровых каналов приведены в таблице 1.2. Ожидаемые фазовые дрожания не должны превышать значения, указанного в таблице =н.
Для организации каналов передачи дискретных сигналов с относительно невысокими скоростями (не выше 19,2 кбитс) в настоящее время используются способы кодирования амплитуды и кодирования фронтов сигналов. Способы кодирования амплитуды в литературе называют способами стробирования или наложения. Известны модификации способа кодирования фронтов сигналов, например, способы скользящего индекса (СИ), фиксированного индекса (ФИ), скользящего индекса с подтверждением и другие.
Проектирование подсистемы предлагается выполнить в следующем порядке. Сначала рассчитываются параметры подсистемы при использовании способов наложения, скользящего индекса и фиксированного индекса при условии организации цифрового канала для передачи дискретных сигналов с заданной величиной фазовых дрожаний. Фактически предлагается рассчитать параметры трех кодеков. Затем производится анализ параметров с учетом числа организуемых каналов и других характеристик проектируемой ЦСП. По результатам анализа делается выбор способа передачи.

2.2.1. Расчет параметров подсистемы преобразования дискретных сигналов

Способ кодирования амплитуды сигнала
Число битов в кодовых группах канального цифрового сигнала ЦСП при использовании в кодере способа кодирования амплитуды равно единице. На кодер поступает только одна управляющая последовательность, частота следования импульсов которой равна fк.
Максимальная абсолютная величина фазовых дрожаний равна длительности тактового интервала канального сигнала

.

Минимальное значение частоты следования кодовых групп зависит от заданной величины фазовых дрожаний

,
fг=4,80,1=48 кГц
Тк=148=0,2 мкс

где fс- частота следования символов дискретных сигналов, для двоичных сигналов численно равна скорости (таблица 1.1).
Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала равен

.
η=4,848=0,1

Способ скользящего индекса
Способ основан на передаче информации о временных положениях фронта дискретного сигнала в двоичном коде. Эта информация передается с помощью кодовых групп, состоящих не менее чем из трех символов.
На кодер, в котором реализуется способ СИ, поступают две управляющие последовательности импульсов, частоты следования которых равны fк и .
Первый символ в кодовой группе равен "единице" при появлении любого фронта импульса дискретного сигнала, один символ используется для передачи характера фронта сигнала, остальные символы - для передачи расположения фронта дискретного сигнала по отношению к тактовым импульсам канального цифрового сигнала. Номер подынтервала, в котором наблюдается фронт импульса дискретного сигнала, кодируется натуральным арифметическим кодом. Если для передачи расположения фронта используется один символ, то точность передачи и максимальная величина фазовых дрожаний равны половине тактового интервала, если два, то максимальная величина фазовых дрожаний равна четвертой части тактового интервала и т.д. Начало кодовой группы - это всегда "единица". Положения этих стартовых символов не синхронизированы с последовательностью тактовых импульсов канального сигнала. Это вызывает скольжение стартового символа по временной оси, отсюда название способа.
При использовании в кодере способа СИ максимальная абсолютная величина фазовых дрожаний при передаче дискретного сигнала равна , где Tк - период следования тактовых импульсов канального цифрового сигнала.
Способ СИ может быть реализован в кодере при условии, что
Tс= m . Tк

Относительная величина фазовых дрожаний будет равна
.

Примем Tс=m . Tк , тогда .
δ=1m⋅2m-2=14⋅24-2=116=0,0625

δδH=0,1
Минимальное значение количества битов в кодовом слове равно четырем. Следует подставить это значение в вышеприведенную формулу и рассчитать величину фазовых дрожаний. Если рассчитанное значение фазовых дрожаний меньше допустимого, то для реализации способа СИ достаточно иметь кодовые группы с числом битов, равным трем. Если полученное значение больше допустимого, то необходимо более точно передавать положение фронта дискретного сигнала и использовать в кодере число битов, равное четырем и т.д.
Минимальное значение частоты следования кодовых групп следует принять равным fr = fc .
Коэффициент использования пропускной способности цифрового канала может быть рассчитан по формуле

.
η=1m=14=0,25
Способ СИ характеризуется размножением ошибок, т.е. одиночные ошибки (сбои символов) в групповом цифровом тракте системы передачи вызывают более чем одну ошибку в дискретном сигнале на приеме. Коэффициент размножения ошибок при средней длительности импульса дискретного сигнала 4 . m . Tк равен (m + 3).
Способ фиксированного индекса
Способ ФИ также основан на передаче информации о временных положениях фронта дискретного сигнала с помощью кодовых групп, состоящих не менее чем из трех символов. Но кодовые группы формируются в фиксированные моменты времени, определяемые управляющими сигналами ЦСП. При этом на кодер, в котором реализуется способ ФИ, должны поступать от генераторной аппаратуры ЦСП три управляющие последовательности, частоты следования импульсов которых равны

fк , и .

Допустим, число битов в кодовой группе в кодере равно четырем. При передаче информации о положении фронта дискретного сигнала первый символ в кодовой группе имеет значение "1", если наблюдался передний фронт сигнала, и "0", если наблюдался задний фронт сигнала. Следующие два символа передают в простом двоичном коде информацию о номере подынтервала, в котором наблюдался фронт дискретного сигнала, таких подынтервалов только три. При отсутствии фронта импульса дискретного сигнала формируется кодовая группа, первый символ которой совпадает по своему значению со значением дискретного сигнала ("0", если в дискретном сигнале пробел, и "1", если передавался импульс дискретного сигнала). Последующие два символа кодовой группы равны при этом "единицам".
Относительная величина фазовых дрожаний при использовании способа ФИ равна
... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.