книги / Основы построения цифровых линейных трактов и способы их оптимизации

71

при которой будет выполняться норматив на вероятность ошибки од­ ного регенератора, где п - число влияющих пар,

где UMCмаксимальное напряжение цифрового сигнала на входе схемы сравнения регенератора, В, (ЗВ);

К- постоянная Больцмана, К= 1,38-10~23 Дж/град;

Т- температура в градусах Кельвина, 273 + t°С = Т; D - коэффициент шума усилителя (5-8);

^з.ппп.ож ПРИ правильном выборе длин регенерационных участков не должна быть меньше /43.плп.доп: < А ,пла01К.

3.3.2Определение ожидаемой защищенности от помех от линейны х переходов для регенераторов ЦСП по симметричным кабелям

3.3.2.1. Ожидаемая защищенность при двухкабельном режиме работы. В данном режиме работы ЦСП определяющими являются переходные влияния на дальнем конце [5]. Ожидаемая защищенность от помех от линейных переходов на дальнем конце А31пппож может быть определена

(3.11)

где Аз(1„) - среднее значение защищенности от переходного влияния на дальний конец на полутакговой частоте, для табличного значения длины регенерационного участка 1„ , км;

5/ - среднеквадратическое отклонение защищенности на дальнем конце, (5-6 дБ);

АА - изменение защищенности за счет неидеальной работы реге­ нератора, (4-10 дБ).

73

3.3.4.Расчет длины регенерационного участка

Для расчета длины регенерационного участка, соответствующего допустимому значению защищенности, необходимо произвести рас­ чет мощности собственных помех. Для этого оценим эффективное значение напряжения собственных помех на входе решающего уст­ ройства регенератора [7].

где Рсп - мощность собственных помех

К-постоянная Больцмана 1,38-Ю"23 дж/град;

Т- температура по Кельвину (Г = 290°К);

Д- коэффициент шума усилителя корректора регенератора; К{ f) - коэффициент передачи усилителя корректора;

А - граница полосы усиления;

Z0 - волновое сопротивление кабеля.

Для оценки Рсп необходимо знать частотную характеристику K(f),

но она неизвестна. Предположим, что усилитель корректор на входе решающего устройства регенератора формирует импульс, близкий по форме к колоколообразному или косинусоидальному. В этом случае полоса пропускания усилителя составляет примерно 2fTи коэффици­ ент усиления подбирается по максимуму спектральной плотности ли­ нейного сигнала. Например, для линейного сигнала с ЧПИ Рмакс = /т/2, т.е. будет меняться в зависимости от кода. Значение интеграла в вы­ ражении (3.15) можно достаточно точно оценить произведением

K{FMa*c)-2fr [8], причем

K {F {MKc) = 10°,1‘a('rMa,c)'tw ,

где а ( Рмакс) - это коэффициент затухания кабеля на частоте соот­ ветствующей максимуму спектральной плотности сигнала;

Lpy - длина участка регенерации.

Исходя из данных допущений представим (3.15) в следующем виде:

Подставляя (3.17) в (3.13) находим значение ожидаемой защищен­ ности от собственных помех Д>ж. т.е. определяемое параметрами сис­ темы, спектром сигнала, fT, длиной кабеля, реализацией усилителя и т.д. Данная методика, в частности, приводится в [2]:

74

Далее при расчете максимальной длины регенерационного участ­ ка До* приравнивается Лдоп. Получаем предельное значение Lpy с до­ пустимой защищенностью. Меньшие длины регенерационных участ­ ков, чем полученное Lpy .будут давать большую защищенность.

Анализируя выражение (3.18) в зависимости от типа линейного сигнала при постоянной скорости передачи информации можно отме­ тить, что в этом выражении будут меняться величины fT, FuaKC, Lpy. Та­ ким образом, видно, что Lpy будет возрастать при уменьшении fTи FuaKC.

3.4. Анализ результатов расчета длины регенерационного

участка

3.4.1.Кабель КСПП 1х4х0,9

На основании приведенной методики были проведены расчеты для кодов: Манчестерский (биимпульсные сигналы), ЧПИ, 2B1Q, ДБКЧПИ и разных типов кабеля КСПП 1x4x0,9; ЗКП 1x4x1,2; стальная ли­ ния d = 3 мм, а = 30 см.

Анализ полученных результатов для Lpy проведем в зависимости от типа кода, скорости передачи и влияния неидеальности аппарату­ ры ДА.

Сравнивая коды ДБК-ЧПИ и ЧПИ видим, что значения Lpy для кода ДБК-ЧПИ, на скорости в два раза большей чем ЧПИ, являются соиз­ меримыми. Следовательно существует возможность увеличить про­ пускную способность в два раза для уже существующих кабельных линий, работающих на оборудовании с линейным кодом ЧПИ, путем применения кода ДБК-ЧПИ.

Из рис. 3.1 видно, что в зависимости от типа линейного сигнала, 1ру имеет различные значения для всех скоростей передачи. Более деталь­ но такую зависимость можно увидеть из рис. 3.2 на котором показано

75

lpy, КМ

• Манчестерский

—•—чпи

2B1Q ДБК-ЧПИ

Рис. 3.1. Длины регенерационных участков для кабеля КСПП 1x4x0,9 при Л4 = 4 дБ, для разных типов линейных сигналов в зависимости от скорости передачи

Ш«л .

SА

>.1 ■

0,8 - -------------1-------------1------------ 1------------ 1------------

V, кбит/с

Рис. 3.2. Зависимость относительной эффективности ДБК-ЧПИ от скорости передачи для разных типов линейных сигналов для кабеля КСПП 1x4x0,9

отношение /.РУ(ДБК-ЧПИ)//.РУ(К), где К - тип кода. В дальнейшем эту величину будем называть относительной эффективностью ДБК-ЧПИ.

Видно, что на всех скоростях передачи Lpy для кодов 2B1Q и ДБКЧПИ значительно (1,2-1,7 раза) превосходят /_ру для кодов Манче­ стерский и ЧПИ. Причем наибольшее превосходство выражено для скоростей передачи 512,1024, 2048 кбит/с.

Величина Lpy( M = 4 )//.ру(ДЛ = 12) характеризует эффективность технического исполнения аппаратуры регенерации. Т.е. на сколько улучшение характеристик регенератора (уменьшение ДА с 12 до 4 дБ) увеличивает длину регенерационного участка.

На рис. 3.3 приведена зависимость LPV{&A = 4)/1 ру(ДЛ = 12) от ско­ рости передачи сигнала.

Из рис. 3.3 видно, что влияние неидеальности аппаратуры (ДА) на Lpy невелико - порядка 8% и незначительно увеличивается с ростом скорости передачи до 9%.

76

1,094 ■

~1,092'

п1,09

5 1,088 JC 1,086

>1,084

1 1,082

Рис. 3.3. Зависимость LPV{&A = 4 )/ Lpy(M =12) от скорости передачи сигнала

3.4.2.Кабель ЗКП 1x4x1,2

На рис. 3.4 показана зависимость Lpy от скорости передачи сигнала для различных кодов.

Сравнение этой зависимости с аналогичной для кабеля КСПП (см. рис. 3.1) показывает, что Lpy для кабеля ЗКП уменьшается значитель­ но резче, но для анализируемой области скоростей передач Lpy больше чем для кабеля КСПП.

На рис. 3.5 показана зависимость 1РУ(ДБК-ЧПИ) / Lpy(K) для кабеля ЗКП 1x4x1,2.

Lpy, км

100-

Рис. 3.4. Длины регенерационных участков для кабеля ЗКП 1x4x1,2 при А А = 4 д Б для разных типов линейных сигналов в зависимости от скорости передачи

77

Манчестерский

ЧПИ

2B1Q

V , кбит/с

Рис. 3.5. Зависимость относительной эффективности ДБК-ЧПИ от скорости передачи для разных типов линейных сигналов для кабеля ЗКП 1x4x1,2

Из рис. 3.5 видно, что приведенная зависимость от скорости пере­ дачи имеет вид аналогичный для кабеля КСПП 1x4x0,9, т.е. имеется область скоростей передачи сигнала (512, 1024, 2048 кбит/с), в кото­ рых приведенное отношение имеет максимальные значения. Для /-рУ(ДБК-ЧПИ)//.Ру(ЧПИ) эта величина 1,4 раза, т.е. преимущество ко­ дировки для этого кабеля такое же, как и для КСПП.

Из полученных результатов видно, что влияние несовершенства аппаратуры (АА) на Lpy не превышает 9% также, как и для кабеля КСПП 1x4x0,9.

3.4.3.ВЛС

На рис. 3.6 показана зависимость Lpy от скорости передачи сигнала для различных кодов.

/ ру, км

ДБК-ЧПИ (-20 сухо) ДБК-ЧПИ (+20 сыро) ДБК-ЧПИ (изморозь) ЧПИ (-20 сухо)

ЧПИ (-20 сыро) ЧПИ (изморозь)

Рис. 3.6. Длины регенерационных участков стальной линии d = 3 мм,

а= 30 см при АА = 4 дБ, для разных типов линейных сигналов

взависимости от скорости передачи и погодных условий

78

Изморозь +20 сыро -20 сухо

Рис. 3.7. Зависимость относительной эффективности ДБК-ЧПИ к коду ЧПИ от скорости передачи и погодных условий для ВЛС (сталь d = 3 мм, а = 30 см)

Из полученных данных видно, что на малых скоростях передачи для кода ДБК-ЧПИ влияние погодных условий существенно меньше, чем для кода ЧПИ. Кроме того, ухудшение погодных условий может привести к резкому ухудшению качества связи. Например для Lpy = 30 км на ко­ тором сигнал передается кодом ЧПИ при скорости 256 кбит/с при f = -20°С появление изморози приводит к сокращению Lpy до 20 км и следовательно к потере сигнала. Уменьшение скорости передачи до 128 кбит/с позволяет восстановить качество связи, т.е. адаптировать линию к погодным условиям. При использовании кода ДБК-ЧПИ ана­ логичная адаптация системы передачи для участка Lpy = 48 км приво­ дит не только к восстановлению, но и к улучшению качества передаваемого сигнала, т.е. Lpy принимает значение 60 км, что значительно превосходит максимально допустимую Lpy = 48 км.

На рис. 3.7, показано Д,У(ДБК-ЧПИ)Д.РУ(ЧПИ) для различных по­ годных условий в зависимости от скорости передачи сигнала.

Из рис. 3.7. видно, что на скорости 256 кбит/с 1РУ(ДБК-ЧПИ) / /-ру( Ч П И ) составляет 1,48 раза для температуры -20°С +20°С и увели­ чивается до значения 1,65 при изморози. Аналогичная зависимость наблюдается на скоростях передачи 128 кбит/с. При этой скорости Д>У(ДБК-ЧПИ)/ /-РУ(ЧПИ) составляет для -20°С - 1,38 раза, для измо­ рози 1,76. Наиболее эффективное применение кода ДБК-ЧПИ при наиболее плохих погодных условиях (изморозь). Кроме того, при уве­ личении скорости передачи сигнала эффективность применения ДБКЧПИ кода изменяется не значительно (не более 10%).

Выводы:

1. Произведены расчеты длины регенерационных участков, для наибо­ лее распространенных внутризоновых линий передач (КСПП, ЗКП, ВЛС) на скоростях (128-4096 кбит/с) для различных типов кодирова­ ния линейных сигналов, что позволяет решать практические задачи по созданию и усовершенствованию существующих средств связи.

79

2.На примере кабелей КСПП, ЗКП и ВЛС показано, что возможно увеличение в 2 раза скорости передачи сигнала по существующим цифровым линейным трактам, работающих на оборудовании с ли­ нейным кодом ЧПИ путем изменения линейного кода на ДБК-ЧПИ.

3.Показано, что применение кода ДБК-ЧПИ позволяет увеличить дли­ ну участков регенерации в 1,2-1,8 раза по сравнению с кодом ЧПИ.

4.Показано, что наибольший эффект замены кода с ЧПИ на ДБКЧПИ достигается на скоростях передачи 512...2048 кбит/с.

5.Показано, что наиболее высокая эффективность замены кода ЧПИ на ДБК-ЧПИ достигается для ВЛС при наиболее плохих погодных условиях (изморозь) и при увеличении скорости передачи сигнала эффективность замены кода снижается менее 10%.

6.При ухудшении характеристик аппаратуры (изменение защищен­ ности в диапазоне 4... 12 дБ) незначительно (менее 9%) сказыва­ ется на изменении длин регенерационных участков для всех ско­ ростей передач. Влияние перекрестных помех на дальний конец незначительно (менее 1%) для рассмотренных видов кабелей.

3.5. Некоторы е аспекты практического применения линейного кода ДБК-ЧПИ

Цифровой линейный тракт с использованием кода ДБК-ЧПИ реа­ лизован в серийно выпускаемой аппаратуре цифровой системы пере­ дачи ИКМ-7ТМ (Приложение 3.1).

Аппаратура обеспечивает организацию передачи, если цифровых каналов со скоростью передачи 64 кбит/с по цифровому линейного тракта с однокабельной или двухкабельной схемой организации связи по симметричным высокочастотным кабелям типа ЗКП 1x4x1,2, МКС 1x4x1,2 и МКС 4x4x1,2.

Линейный код системы передачи ДБК-ЧПИ (дуобинарный код с че­ редованием полярности импульсов) с тактовой частотой 512 кГц. Ам­ плитуда линейного сигнала на выходе регенератора на активной на­ грузке 140 Ом составляет ±(2,3...2,8) В.

Длина участка регенерации системы передачи на кабеле типа ЗКПЛх4х1,2, МКС 1x4x1,2 или кабеле другого типа с аналогичной ам­ плитудно-частотной характеристикой от 0 до 15,0 км. (Затухание сиг­ нала в кабеле до 40 дБ на полутактовой частоте.)

При двухкабельной схеме организации связи допускается увели­ чение длины регенерационного участка между двумя регенерацион­ ными пунктами до 17,5 км.

Полученные практические результаты подтверждают правиль­ ность расчетов, произведенных по предлагаемой методике и перспек­ тивность использования линейного кода ДБК-ЧПИ при организации цифровых линейных трактов внутризоновых и местных сетей связи.

80

Рис. 3.8. Структурная схема преобразования кода ДБК-ЧПИ с дешифраторами

Для реализации универсального преобразователя кода с ДБК-ЧПИ предложена схема изображенная на рис. 3.8.

На рис. 3.8 блоки Г и 12 являются дешифраторами, выделяющими из структуры сигнала ДБК, поступающего на их входы, кодовых ком­ бинаций вида «10» - блок V и «11»блок - 12. Импульсные сигналы с выходов блоков 1' и 12 поступают непосредственно на вход блоков 3'

иЗ2, являющихся триггерами-формирователями, устанавливаемыми в «единичное» состояние передними фронтами сигналов с выходов 1'

и12. Установка в ноль сигналов на выходе блоков 3' и З2 производит­ ся импульсными сигналами с выходов блоков 2' и 22 - являющихся элементами линии задержки на периоды времени равными одному таковому интервалу Дt для 2" и двум тактовым интервалам (2At - тт) для 22, где тт - длительность импульса таковой частоты. Таким обра­ зом, по раздельным цепям формируются посылки линейного сигнала ДБК-ЧПИ длительностью At и 2At.

Для реализации принципа инвертирования относительно полярно­ сти предыдущей посылки длительностью At и 2Дt сигналы с выходов блоков 3' и З2 поступают на входы блоков 4' и 42, являющихся комму­ таторами с двумя выходами. Подключение к одному из выходов осуществляется по сигналу четного или нечетного выходов счетчиков 5' и 52 Сигналы с выходов блоков 4' и 42 поочередно поступают на первичные, выполненные со средней точкой, обмотки блока 6, являющегося линейным трансформатором. Во вторичной обмотке линейного трансформатора блока 6 будет формироваться линейный сигнал в коде ДБК-ЧПИ с импульсными посылками At и 2At поочередно меняющими свою полярность. Для обеспечения син­ хронной работы на все элементы предлагаемого устройства подаются управляющие импульсы тактовой частоты, выделяемой из преобразуемого двоичного сигнала блоком 7 - представляющего