книги / Основы построения цифровых систем передачи

ложительных и отрицательных импульсов. В этом случае импульсы с выходов решающих устройств объединяются и поступают в линию. .

Таким образом, временное положение импульсов на выходе регенератора определяется хронирующими .после­ довательностями. В регенераторах с самохронированием имеют место флуктуации временного положения хрони­ рующих импульсов, что приводит к фазовым флуктуа­ циям импульсов на выходе регенератора. Фазовые флук­ туации хронирующих импульсов вызываются следующи­ ми причинами:

1. Различием частоты настройки фильтра в цепи вы­ делителя тактовой частоты в регенераторе и частоты следования импульсов линейного сигнала, определяемой задающим генератором оконечного оборудования. При высокой плотности импульсов в передаваемом сигнале это приводит к статическому сдвигу хронирующих им­ пульсов, пропорциональному разности частот. При низ­ кой плотности импульсов это вызывает сдвиг момента формирования хронирующего импульса, пропорциональ­ ный разности частот и числу следующих подряд пробе­ лов в передаваемой последовательности.

2. Колебаниями плотности импульсов в цифровом потоке, что приводит к изменению амплитуды выделен­ ного при фильтрации гармонического колебания, и сле­ довательно, к изменению фазы хронирующих импульсов. В результате фаза хронирующих импульсов изменяется в зависимости от числа пробелов в информационной по­ следовательности, предшествовавших каждому из этих импульсов.

3. Действием помех, попадающих в полосу пропуска­ ния фильтра выделителя тактовой частоты.

Флуктуации, определяемые структурой передаваемо­ го цифрового потока, являясь однотипными во всех ре­ генераторах, линейно растут с увеличением числа реге­ нераторов. Преобразуя структуру линейного сигнала,, можно, однако, снизить величину таких флуктуаций. Фа­ зовые флуктуации передаваемого цифрового сигнала, вызванные расстройкой контура в выделителе тактовой частоты и действием помех, с увеличением числа регене­ раторов накапливаются значительно медленнее, так как величина и. знак таких флуктуаций, вносимых каждым регенератором, .различны.

Эффективное значение фазовых флуктуаций импуль­ сов линейного сигнала, вызываемых работой отдельного

2L

регенератора, составляет 0,003—0,025 от периода так­

товой частоты линейного сигнала (1—8°). Преобразователь кодов. На вход оконечного обору­

дования линейного тракта поступают двоичные импульс­ ные последовательности. Для передачи по тракту эти последовательности преобразуются в многоуровневые, в большинстве трехуровневые. Такое преобразование не­ обходимо по следующим причинам:

1. Обеспечивается высокая и почти постоянная плот­ ность импульссв в линейной последовательности, что позволяет передавать с высокой достоверностью двоич­ ные сигналы произвольной структуры, поступающие на вход оборудования линейного тракта. В исходном двоич­ ном сигнале чередование импульсов и пробелов, как правило, происходит по случайному закону. В результа­ те при большом числе следующих подряд .пробелов воз­ можно нарушение работы выделителя тактовой частоты в регенераторе, работающем с импульсами двоичного кода.

2. Подавляются низкочастотные составляющие в спектре линейного сигнала, что позволяет использовать в регенераторе согласующие трансформаторы и разде­ лительные конденсаторы в межкаскадных соединениях без увеличения межсимвольных помех, а также осу­ ществить дистанционное питание регенераторов по тем же физическим цепям, по которым передается цифро­ вой сигнал.

3. Энергетический спектр сигнала преобразуется та­ ким образом, что сужается полоса, необходимая для передачи импульсной последовательности. Это позволяет упростить усилители и трансформаторы в регенераторах. В трактах, организованных на симметричных кабелях, ослабление высокочастотных составляющих спектра пе­ редаваемого сигнала при преобразовании исходного двоичного сигнала снижает взаимные влияния между парами одного кабеля, что позволяет увеличить длину участка линии между регенераторами. В трактах, орга­ низованных на коаксиальных кабелях, сужение полосы уменьшает мощность термических шумов на входе РУ регенератора.

4. Обеспечивается возможность контроля достовер­ ности передачи без перерывов связи за счет избыточно­ сти, возникающей при переходе от двоичного кода к мно­ гоуровневому.

22

5. Обеспечивается возможность уменьшения тактовой частоты передаваемого цифрового потока по сравнению с исходным двоичным сигналом.

Наиболее просто преобразование кодов и регенера­ ция преобразованного сигнала осуществляются при ис­ пользовании трехуровневых кодов. На рис. 1.10 показа­ но преобразование двоичной последовательности (рис. 1.10а) в троичную при использовании наиболее извест­ ных видов трехуровневых кодов, а на рис. 1.11 изобра­ жены энергетические спектры этих кодов.

Рис. 1.10. Преобразование двоичной последовательности в троич­ ную:

а) двоичная последовательность; б) код с чередованием полярно­ сти; в) КВП-2; г) КВП-3; с?) B6ZS; е) ПИТ код; ж) ПРКК

Последовательность, изображенная на рис. 1.106, со­ ответствует коду с чередованием полярности, называемо­ му также б и п о л я р н ы м или к в а з и т р о и ч н ы м ко­ дом. В этом коде импульсы двоичной последовательности передаются поочередно импульсами положительной и отрицательной полярности; пробелы двоичной последо­ вательности передаются в виде пробелов троичного сиг­ нала. При использовании регенераторов с самохронированием код с чередованием полярности может при­ меняться лишь при передаче двоичных последователь­ ностей с малым числом следующих -подряд пробелов. Для этого в системах связи с ИКМ, например, можно

23

запретить использование кодовой группы, состоящей из одних пробелов. Однако в системах, осуществляющих объединение цифровых последовательностей, такое огра­ ничение реализовать достаточно сложно.

Для обеспечения высокой достоверности передачи при любой структуре исходного двоичного сигнала- в ли­ нейных трактах цифровых систем передачи используются коды, в которых повышается вероятность появления им­ пульсов по сравнению с двоичным сигналом. Это дости­ гается, например, заменой серии пробелов определенной

длины в исходном сигнале специальной кодовой комби­ нацией. Так, в кодах высокой плотности N-го порядка (КВП—N) [17] последовательность из N + 1 пробелов заменяется комбинациями вида 00 ... B0V или 00 ... 00V (В — импульс, полярность которого соответствует поляр­ ности импульса биполярного кода, V — импульс, поляр­ ность которого повторяет полярность предыдущего им-

24

пульса). Выбор одной из двух комбинаций производит­ ся так, чтобы число В-импульсов между любыми двумя последующими V-имлульсами было нечетным. При этом происходит выравнивание числа положительных и отри­ цательных импульсов в .передаваемом сигнале.

На рис. 1.10е, г показаны импульсные последователь-, ности, соответствующие кодам КВП-2 и. КВП-3.

Вкоде с замещением шести пробелов B6ZS [18] в ка­ честве замещающей комбинации используется сочетание вида B0VB0V (рис. 1.1Од).

Вприемном оборудовании замещающие комбинации опознаются но нарушению закона чередования .полярно­ стей в принимаемой последовательности и заменяются соответствующим числом пробелов при восстановлении исходного двоичного сигнала.

В нарноизбирателыюм троичном (ПИТ) коде [19] и в почти разностном квазитроичиом коде (ПРКК) [20] производится преобразование не серий пробелов, а сим­ волов всей двоичной последовательности. В ПИТ коде пары символов двоичного кода передаются парами тро­ ичных посылок в соответствии с табл. 1.1. Комбинации для замещения двоичных пар «01» и «10» выбираются попеременно, чтобы обеспечить равенство числа положи­ тельных и отрицательных импульсов в троич-ной после­ довательности.

В ПРКК формирование символа преобразованной по­ следовательности производится на основе сравнения пре­ дыдущего символа этой последовательности с одним или двумя двоичными символами, подлежащими преобразо­ ванию. При этом учитывается значение алгебраической суммы символов ПРКК. Последовательности импульсов, соответствующие преобразованию в ПИТ и ПРКК коды, показаны на рис. 1.1Ое, ж.

Конечной целью преобразования кодов и регенера­ ции линейного сигнала является снижение вероятности

25

ошибки при передаче кодовых символов и величины фа­ зовых флуктуаций импульсов в линейной последователь­ ности, определяющих качество передачи сигналов в цифровом тракте.

При расчете параметров линейного тракта по задан­ ной вероятности ошибки определяется требуемое отно­ шение сигнал/помеха на 'входе решающего устройства ре­ генератора. Затем с учетом параметров линии выбира­ ется оптимальная частотная характеристика аналоговой части тракта, минимизирующая влияние межсимвольных помех и шумов, и определяется длина участка регенера­ ции. На практике вероятность ошибки в цифровом трак­ те выбирается в пределах 10-в—10-8.

Допустимая величина фазовых флуктуаций импуль­ сов линейной последовательности определяется видом передаваемого сигнала. Наиболее опасны фазовые флук­ туации при передаче широкополосных сигналов — теле­ визионных и групповых телефонных (ем. гл. 5). Для уменьшения искажений из-за фазовых флуктуаций в приемном оконечном оборудовании используется пода­ витель фазовых флуктуаций. В этом устройстве флуктуи­ рующая двоичная последовательность, восстановленная в приемном преобразователе кодов, записывается в бу­ ферную память; считывание этой последовательности осуществляется сглаженным при помощи цепи фазовой автоподстройки сигналом тактовой частоты. Использо­ вание этой цепи при формировании считывающей после­ довательности снижает величину и сужает частотный диапазон фазовых флуктуаций.

Описанный способ построения цифрового линейного тракта не является единственно возможным. Весьма пер­ спективны гибридные цифровые тракты, в которых ис­ пользуются как регенеративные, так и усилительные промежуточные пункты [21]. В гибридных трактах при использовании многоуровневых (с числом уровней более трех) кодов, благодаря снижению тактовой частоты им­ пульсов в тракте, при заданной длине линии связи резко уменьшается число регенеративных трансляций. При не­ большой длине линии регенерация сигнала может осу­ ществляться лишь в сетевых узлах.

Многоуровневый цифровой сигнал может также пе­ редаваться по аналоговым линейным трактам систем с частотным уплотнением, что позволяет использовать ли­ нейные тракты таких систем при построении интеграль­ ной цифровой сети.

26

1.3. ИЕРАРХИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

Иерархия цифровых систем передачи должна удов­ летворять следующим требованиям:

1. Цифровые системы должны обеспечивать переда­ чу всех видов аналоговых и дискретных сигналов.

2.Скорость передачи информации должна быть вы­ брана с учетом использования обоих видов каналообра­ зующего оборудования —с преобразованием аналоговых сигналов и объединением цифровых потоков.

3.Должна обеспечиваться простота объединения, раз­ деления и транзита передаваемых сигналов.

4.При передаче типовых сигналов необходимо, чтобы пропускная способность цифровых систем использо­ валась иаилучшим образом.

5.Должна быть предусмотрена возможность взаимо­ действия цифровых систем передачи с аналоговыми си­ стемами.

6. Параметры систем передачи должны выбираться с учетом характеристик существующих и перспективных линий связи.

1 магист ральная

________________________ . сеть

Внутризоновая сеть

Рис. 1.12. Иерархия цифровых систем передачи

Пример иерархии цифровых систем передачи, удов­ летворяющей этим требованиям, приведен на рис. 1.12. В качестве п е р в и ч н о й здесь принята' система переда­ чи с тактовой частотой 2048 кГц. Первичной системой,

2Т

широко используемой на городских телефонных сетях, является 30-канальная система с имлульоно-кодовой мо­ дуляцией. В этой системе осуществляется восьмиразряд­ ное кодирование телефонных сигналов. Кроме 30 теле­ фонных каналов, -предусмотрена организация двух слу­ жебных каналов —для передачи синхросигнала и сигна­ лов управления приборами АТС. Оконечное оборудова­ ние такой системы в интегральной сети с временным де­ лением каналов может использоваться не только для каналообразовэния, но и для организации временного коммутационного поля в сетевых узлах [1, 22, 23].

Существуют и модификации первичной системы, на­ пример, системы с дельта-модуляцией, осуществляющие передачу 40—60 телефонных каналов [15, 24]; системы, осуществляющие цифровую передачу 12-ка.нального группового сигнала с частотным делением каналов (ис­ ходный спектр 60—108 кГц) и нескольких (до 10) теле­ фонных каналов, передаваемых на основе временного деления; системы, в которых передаются как телефон­ ные сигналы, так и сигналы вещания. Первичные систе­ мы обычно предназначаются для уплотнения многопар­ ных низкочастотных кабелей городских телефонных се­ тей. Длина участка регенерации при этом составляет 2—3 км.

Вт о р ич н ые цифровые системы в иерархии, приве­ денной на рис. 1.12, имеют тактовую частоту, равную 8448 МГц. По принципу построения каналообразующего оборудования различают вторичные системы следующих видов:

—с объединением цифровых сигналов четырех пер­ вичных систем;

—с непосредственным кодированием 120—128 теле­

фонных сигналов;

—с кодированием группового 60-канального сигна­ ла с частотным делением (исходный опектр312—552 кГц)

исовместной передачей этого кодированного сигнала с цифровым .потоком первичной системы;

—с цифровой передачей ви-деотелефонных сигналов. Вторичные цифровые системы предназначаются для

работы по симметричным междугородным кабелям [25], коаксиальным кабелям с парами 0,7/3,0 и 1,2/4,4 мм [26], а также по радиорелейным и спутниковым линиям связи (27]. Сигналы вторичной системы могут передаваться так­ же по трактам систем уплотнения с частотным делением каналов при использовании методов много-уровневой ле-

28

редачи [28]. При работе по кабельным линиям длина участка регенерации составляет 3—6 км.

Т р е т и ч н ы е системы рассчитаны на объединение сигналов четырех вторичных систем и имеют тактовую частоту около 35 МГц. Разновидностью третичной систе­ мы является система, осуществляющая кодирование и передачу сигналов 300-канальной группы с частотным делением (исходный спектр 812—2048 кГц). С .помощью третичных систем можно уплотнять коаксиальные кабели с парами 1,2/4.4 мм, а также радиорелейные линии. Дли­ на участка регенерации при работе по коаксиальному кабелю составляет около Зкм.

Ч е т в е р и ч н а я цифровая система объединяет сиг­ налы трех-четырех третичных систем, что соответствует тактовой частоте группового сигнала 110—450 МГц. Мак­ симальное число телефонных каналов, которое может быть передано в такой системе при использовании ИКМ и при временном делении каналов, составляет (3—4) X Х480= 1440—1920 каналов. Четверичные системы могут попользоваться также и для передачи сигнала телеви­ зионного вещания. Существующие в настоящее время сетевые нормы на каналы телевидения могут быть вы­ полнены в системе с ИКМ при тактовой частоте цифро­ вого потока 100—МО МГц.

Четверичная система предназначена для работы но коаксиальным кабелям с парами 2,6/9,5 и 1,2/4,4 мм на городских и междугородных линиях связи. Длина реге­ нерационного участка при работе по кабелю с «парами 2,6/9,5 мм составляет 3—3,5 км, а при работе по кабелю 1,2/4,4 мм— 1,5—2,0 км. На городских сетях четверичная система позволяет создать многоканальные соединитель­ ные линии между АТС большой емкости, а также обес­ печить высококачественную передачу телевизионных сигналов от вынесенных передающих станций к теле­ центру и передатчику.

Четверичные цифровые системы будут использовать­ ся также на волноводных и световодных линиях связи. Громадная .пропускная способность таких трактов -позво­ ляет организовать большое число -широкополосных ство­ лов на основе временного или частотного уплотнения. На волноводных линиях возможна организация до 100, а на световодных линиях —до 1000 таких стволов. Око­ нечное оборудование четверичной системы будет исполь­ зовано в качестве каналообразующего оборудования од­ ного ствола. Объединение сигналов нескольких четверич­

29