книги / Многоканальная связь и РРЛ

арифметического сумматора Сум и одностороннего ограничителя амплитуд ОА, порог ограничения которого равен нулю. В качест­ ве несущей лредва?рительно может быть использовано гармониче­ ское колебание. Это колебание подается на вход 2 сумматора Сум (см. временную диаграмму 2, рис. 6.20,6). В отсутствие информа­ ционного сигнала на входе 1 несущая 2 попадает на. вход ОА. При этом на выходе ОА формируется последовательность прямо­ угольных импульсов постоянной длительности, равной полуперноду несущей Т0. Это и есть импульсная несущая (на диаграмме 4,

ОА

рис. 6.20,6, она заштрихована). В качестве примера входной моду­ лирующий сигнал представлен в виде линейно изменяющегося на­ пряжения (ем. диаграмму 1, рис. 6.20,6). Этот сигнал смещает не­ сущую на выходе сумматора (см. диаграмму 3, рис. 6.20,6). При этом изменяются переходы через нуль суммарного сигнала-, а зна­ чит, и длительность импульсов на выходе ОА. Чем больше смеще­ ние за счет увеличения входного сигнала, тем больше ширина им­ пульсов на выходе ОА (см. штриховые линии по диаграмме 4, рис. 6.20,6). При этом 7,3> 7,2>7V Значит, получен ШИМ сигнал.

Способ преобразования ШИМ сигнала в ФИМ сигнал иллюст­ рируется временными диаграммами и поясняется функциональной схемой рис. 6.21. Импульсы ШИМ (см. диаграмму 1, рис. 6.21,6) дифференцируются ЯС-цепочкой (см. диаграмму 2, рис. 6.21,6). Одна из полярностей этих импульсов (в нашем примере отрица­ тельная), которая проходит через ОА (см. .диаграмму 3, рис. 6.21,6), запускает устройство ФУ, формирующее импульсы задан­ ной высоты и длительности. В качестве ФУ может быть использо­ вана схема одновибратора или блокинг-генератора, работающего

в ждущем режиме. Временное положение сформированных ФУ им­ пульсов определяется шириной импульсов ШИМ, которые пропор­

НЧ сигнал. Часто применяют схему, в которой ФИМ сигнал пре­ образуется в ШИМ, а затем уже из сигнала ШИМ выделяется ис­ ходный непрерывный НЧ сигнал. Именно такая схема показана на рис. 6.22,а. Преобразование ФИМ сигнала в ШИМ осуществляет­ ся RS-триггером. Этот процесс иллюстрируется временными диа­ граммами рис. 6.22,6: входная последовательность ФИМ (1) оп-

Вх___/

т

г

Р и с . 6.22

рокидывает триггер, а вспомогательная периодическая последова­ тельность 2 устанавливает триггер в исходное состояние, при этом формируются импульсы ШИМ. Преобразование ШИМ сигнала в исходный НЧ сигнал лучше пояснять со спектральной точки зре­ ния. На,рис. 6.23 показан фрагмент спектральной диаграммы ШИМ сигнала 5 ШИМ. Видно, что в спектре ШИМ кроме боковых частот содержится и спектр исходного НЧ сигнала с частотами fc-

Ясно поэтому, что в качестве такого преобразователя ШИМ можно использовать фильтр низкой частоты ФНЧ. Рассмот­ ренный фрагмент спектра ШИМ сигнала напоминает спектр АИМ сигнала (см. рис. 6.10). Однако в нем имеются и существенные, отличия: поми­ мо боковых полос, образуемых сигналом относительно несу­ щей: f„±fс в спектре ШИМ есть также боковые полосы,

образуемые гармониками сиг­ нала относительно той же несущей fn±2fc, /н+З/с и т. д. Ширина

этих боковых полос увеличивается, а амплитуды боковых убывают с увеличением номера гармоник. Поэтому при достаточно большой несущей можно считать, что боковые полосы гармоник сигнала, ко-

которой можно организовать два дуплексных ствола в диапазоне частот 2 ГГц по 24 канала ТЧ в каждом. Формирование группово­ го сигнала осуществляется в индивидуальной части аппаратуры методом ШИМ и ВРК, выходные сигналы всех индивидуальных модуляторов ШИМ объединяются методом ВРК (24 канала ТЧ, каналы служебной связи КСС и канал дистанционного контроля КДК), образуя групповой сигнал ШИМ. Этот сигнал преобразу­ ется далее в ФИМ сигнал групповым преобразователем ШИМ/ ФИМ.

В СВЧ части аппаратуры осуществляется амплитудная манипу­ ляция СВЧ колебаний-импульсами ФИМ. Известны два способа

нике. Для уменьшения этих шумов ГСВЧ синхронизируют гармо­ никами маломощного генератора МГ. Синхронизация ГСВЧ гар­ мониками основного колебания МГ позволяет уменьшить частоту МГ, а значит упростить схему генератора, повысить ее надеж­ ность, а также увеличить стабильность генерируемых колебаний. Во втором (автоколебательном) варианте с помощью импульсно­ го модулятора ИМ из колебаний, создаваемых ГСВЧ, формируют­ ся СВЧ колебания. Полученный таким образом сигнал ФИМ ­ АМ (см. рис. 6.25,в) усиливается УСВЧ. Этот второй способ ока­ зывается схемно сложнее первого и поэтому применяется рейсе.

В дальнейшем (см. рис. 6.24) сигнал ФИМ —-AM ограничива­ ется по спектру фильтром ПФ, подается к антенно-фидерному тракту системы передачи с ВРК И излучается в нужном направ­ лении в эфир. На приеме осуществляются обратные преобразова­ ния: фильтром ПФ выделяется полоса частот данного ствола; в приемнике СВЧ осуществляется усиление группового сигнала на промежуточной частоте и его детектирование (эта часть схемы

строится так же, как и в РРС с ЧРК); групповым преобразова­ телем ШИМ/ФИМ формируется ШИМ сигнал; выделение данно­ го канала из группового ШИМ сигнала осуществляется ключом приемника Кл и далее с помощью ФНЧ формируется низкочас­ тотный сигнал, который через дифсистему ДС поступает к або­ ненту.

Дальнейшее упрощение аппаратуры, повышение ее надежности и помехоустойчивости возможно за счет перехода от импульсных методов модуляции, при которых модулируемый параметр изме­ няется непрерывно, к цифровым методам, при которых значения исходного аналогового сигнала передаются дискретно.

7. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ

ПЕРЕДАЧИ 7.1. Структура и иерархия ЦСП

Цифровой системой передачи (ЦСП) называют разновидность многоканальной системы передачи, в которой передача многока­ нального сигнала по линейному тракту ведется в цифровой (близ­

Р и с . 7.1

Основные узлы оконечной станции ОС: АЦО — аналого-цифро­ вое оборудование на п каналов ТЧ; АВГ — аппаратура временно­ го группообразоваиия и ОЛТ — оконечная аппаратура линейного

тракта.

В АЦО производится объединение канальных сигналов в груп­ повой сигнал и кодирование этого сигнала, в результате которого он из аналогового или импульсного преобразуется в цифровую двоичную форму. Обычно такое кодирование осуществляется с по­ мощью импульсно-кодовой модуляции ИКМ.

щ 5 являются такими же характеристиками ЦСП, как граничные частоты линейного спектра в СП с ЧРК.

Скорость передачи группового сигнала В определяемся ско­ ростью передачи цифрового потока В\н, необходимого длЯ качест­ венной передачи сигнала по одному каналу ТЧ, и числом Ntt ка­ нальных временных интервалов Тк в цикле передачи. При этом

пульсов двоичного (ИКМ) сигнала (числом разрядов кода ИКМ), которое необходимо использовать для воспроизведения амплитуд­ ных значений передаваемых отсчетов. Так как на каждый отсчет

передаваемого сигнала приходится m импульсов двоичного (ИКМ) сигнала, то

Здесь частота дискретизации /д определяется теоремой Котельни­

низации, передачи сигналов управления и взаимодействия между АТС (СУВ), передачи дискретной информации. Для приближен­ ных расчетов молено полагать N ^N n. Тогда

Временное объединение цифровых потоков осуществляется не­ сколькими ступенями, причем скорость В на выходе АВГ каждой ступени регламентирована определенной величиной. Такое ступен­ чатое построение многоканальных ЦСП, при котором осуществ­ ляется последовательное объединение цифровых потоков групп каналов в цифровые потоки со стандартизованной скоростью пе­ редачи, называют иерархией ЦСП. Принципы построения ЦСП каждой ступени иерархии иллюстрируются рис. 7.2 и табл. 7.1. Эти принципы для первой и последующей ступеней рекомендова­ ны МККТТ.

С к о р о с т ь передачи цифрового потока первой ступени иерархии 2.048 Мбит/с. Такая скорость необходима для организации 30 ка­ налов ТЧ. Аппаратуру со скоростью передачи линейного сигнала 2.048 Мбит/с называют аппаратурой первичной ЦСП (ПЦСП). В

СССР примером такой аппаратуры является ИК.М-30.

Скорость передачи цифрового потока вторичной ЦСП (ВЦСП) —8,448 Мбит/с. Этот поток может быть образован путем времен­ ного объединения четырех потоков ПЦСП (2,048 Мбит/с) с по­ мощью аппаратуры вторичного временного группообразования (ВВГ). При этом скорость передачи цифрового потока на выходе ВВГ В>2,048x4 Мбит/с, так как в этот цифровой поток вводятся

I

I

I

I

Рис. 7.2

для согласования скоростей четырех объединяемых потоков ПЦСП, сверхцикловой синхронизации и для передачи дискретной инфор­ мации непосредственно в групповом тракте ВЦСП. Цифровой по­ ток ВЦСП 8,448 Мбит/с может быть образован и другим спосо­ бом: путем объединения трех цифровых потоков по 2,048 Мбит/с

помощью аппаратуры третичного временного . группообразования (ТВГ). Скорость передачи цифрового потока на выходе ТВГ В> >8,448X4 Мбит/с, так как в этот цифровой поток вводятся допол­ нительные импульсные последовательности, необходимые для со­ гласования скоростей передачи четырех объединяемых потоков ВЦСП, сверхцикловой синхронизации и для передачи дискретной информации непосредственно в групповом тракте ТЦСП. Цифро­ вой поток ТЦСП 34,368 Мбит/с может быть образован и другим способом: путем объединения трех цифровых потоков по '8,448 Мбит/с от аппаратуры АЦО-ЧР^-ТГ, преобразующей 300-каналь­ ную третичную группу системы передачи с ЧРК в цифровую фор­ му с цифровым потоком 8,448 Мбит/с от аппаратуры ВВГ.

Скорость передачи цифрового потока четверичной ДСП (ЧЦСП) — 139,264 Мбит/с. Он может быть образован путем вре­ менного объединения четырех потоков ТЦСП (34,368 Мбит/с) с помощью аппаратуры четверичного временного группообразова­ ния (ЧВГ). Скорость передачи цифрового потока на выходе ЧВГ #>34,368X4 Мбит/с, так как в этот цифровой поток вводятся до­ полнительные импульсные последовательности, необходимые для согласования скоростей передачи четырех объединяемых потоков ТЦСП и сверхцикловой синхронизации. Цифровой поток ЧЦСП 139,264 Мбит/с может быть образован и другим способом: -путем объединения трех цифровых’потоков по 34,368 Мбит/с от аппара­ тур^ АЦО-ТВ, преобразующей сигнал цветного телевизионного вещания в цифровую форму с цифровым потоком 34,368 Мбит/с от аппаратуры ТВГ.

Линейные сигналы всех ступеней ЦСП формируются соответ­ ствующей оконечной аппаратурой линейного тракта (ОЛТ). С ОЛТ начинается линейный тракт ЦСП. В него входят также сре­ да распространения^цифрового сигнала (для кабельных ЦСП — физическая цепь) и промежуточные станции ПС (см. рис. 7.1). Отличием ЦСП от систем передачи с ЧРК является использование в качестве основного элемента промежуточной станции регенера­ тора (Р). Регенератором называют устройство, с помощью кото­ рого ослабленный и искаженный линией цифровой, сигнал восста­ навливается (регенерируется) по форме. Использование регенера­ торов улучшает качественные характеристики ЦСП.

На линиях малой протяженности ПС представляют собой не­ обслуживаемые регенерацирнные пункты НРП, питаемые дистан­ ционно. На длинных магистралях возникает необходимость приме­ нять обслуживаемые регенерационные пункты ОРП, которые ис­ пользуются для питания .НРП. Так как преобразование аналого­ вых сигналов в цифровую форму происходит в основном с по­ мощью ИКМ, то соответствующая аппаратура ЦСП всех ступе­ ней преобразования называется ИКМ (табл. 7.1). В названии ап­ паратуры цифра указывает максимальное число каналов ТЧ, ко­

В СССР первоначально были разработаны малоканальные ЦСП для сельских телефонных сетей (СТС). Это аппаратура ти­ па ИКМ-12 (в настоящее время используется модернизированный ее вариант ИКМ-12М) и ИКМ-15. Скорость передачи этих систем В<2,048 Мбит/с, поэтому их отнесли к самой низшей ступени иерархии и назвали субпервичными ЦСП (СЦСП). Аппаратура ПЦСП и ВЦСП используется на ГТС для организации большого пучка соединительных линий между АТС. Аппаратура ВЦСП и ТЦСП — для внутризоновой связи (ВЗС) и только многоканаль­ ные ЦСП третичной и четверичной ступеней иерархии предпола­ гается использовать на магистральных линиях связи (МС).

7.2. Аналого-цифровое н цифроаналоговое преобразования сигнала

Построение ЦСП стало возможным после разработки методов и устройств преобразования аналогового сигнала в цифровую фор­ му. Соответствующие устройства называются устройствами ана­ лого-цифрового преобразования (АЦП). Обратные преобразова­ ния в приемнике осуществляются устройством цифроаналогового преобразования (ЦАП). Аналого-цифровое преобразование сигна­ ла осуществляется следующими методами:

1) отсчеты аналогового сигнала, дискретизированного по вре­ мени в соответствии с теоремой Котельникова, кодируются двоич­ ными многоразрядными числами;

2)приращения передаваемого аналогового сигнала кодируются двоичными одноразрядными числами;

3)приращения передаваемого аналогового сигнала кодируют­ ся многоразрядными двоичными числами.

ЦСП, использующие ИКМ, предоставляют типовые каналы ТЧ, которые допускают значительное число транзитных соединений с допустимым ухудшением качества составного канала. Вместе с тем разработчиков ЦСП привлекают явные достоинства ДМ: про­ стота схемных решений, высокая помехоустойчивость и эффектив­ ность при передаче речевых сообщений. Рассмотрим эти методы подробнее.

Импульсно-кодовая модуляция. Преобразование аналогового сигнала в ИКМ сигнал осуществляется в три этапа.

На первом этапе аналоговый сигнал u{t) дискретизируется во времени. При этом формируется последовательность отсчетов это­ го сигнала, образующая АИМ сигнал «дим(0 так, как это описа­ но в § 6.1. На рис. 7.3,а аналоговый сигнал u(t) показан пунктир­ ной кривой. Частота следования отсчетов (частота дискретизации /д) выбирается в соответствии с условием теоремы Котельникова [(6.5) и (6.6)].