Цифровая многоканальная система передачи для передачи аналоговых сигналов

КурсоваяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Цифровая многоканальная система передачи для передачи аналоговых сигналов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Аннотация

В данной курсовой работе разработана цифровая многоканальная система передачи для передачи аналоговых сигналов. Спектр передаваемых сигналов находится в диапазоне частот 340 3800 Гц. Динамический диапазон сигнала от -1,6 В до +1,6 В. В системе применяется амплитудно-импульсная модуляция сигналов АИМ-2, коэффициент глубины модуляции импульсов, амплитуда немодулированных прямоугольных импульсов В. Система передачи имеет 30 каналов связи. Компандирование производится по закону µ. Для кодирования сигналов применяется код 3B2T или 4В3Т с высокой плотностью единиц. Входной сигнал преобразуется в последовательность импульсов прямоугольной формы.

В курсовой работе исследованы каналы с 6-го по 11-й. Входные сигналы для этих каналов изменяются по следующим законам:

Для передачи сигналов используется кабельная линия связи.

1. Расчет основных параметров цифровой системы передачи ИКМ-ВД

2. Расчет спектра АИМ сигнала

3. Дискретизация сообщений по времени

4. Квантование отсчётов по уровню и их кодирование

5. Расчёт погрешностей квантования

6. Формирование линейного сигнала

7. Расчёт спектра линейного сигнала

8. Разработка структурной схемы многоканальной системы передачи с ИКМ Заключение Список использованных источников

Средства связи, исторически, начиная с первого телефона, развивались как аналоговые системы, однако уже тогда стало ясным преимущество дискретных методов передачи сообщений, что нашло свое отражение в телеграфе. Но существующие в то время технологии не обеспечивали тех пользовательских удобств телеграфа, которые предоставляла аналоговая телефонная связь.

Казалось невозможным совместить удобства передачи аналоговых сообщений с чисто техническими преимуществами дискретных, и развитие аналоговой телефонии стремительно опережало совершенствование телеграфа, постепенно вытесняя его как средство связи. Тем не менее, позже — с расширением сети связи, удлинением магистральных линий, появлением необходимости передачи аналоговых сообщений неречевой природы для автоматической обработки (например, телеизмерение) — недостатки аналоговых систем становились все более очевидными, усложняя линии передач практически без увеличения качества связи и помехоустойчивости. С другой стороны, развитие цифровых систем обработки информации и ЭВМ предъявляли свои требования к передаче информации.

Решить возникающие проблемы могло только дополнение классических аналоговых систем передачи информации цифровыми системами связи.

Наиболее широкое распространение получили в настоящее время многоканальные системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), обеспечивающие организацию по одной линии связи большого числа одновременно и независимо действующих каналов. Наиболее широко используются цифровые системы передачи ИКМ-12 М, ИКМ-15, ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480 с временным разделением каналов (ВД). Они позволяют организовывать соответственно 12,15, 30, 120 и 480 телефонных каналов связи.

Системы передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) характеризуются применением аналоговых методов модуляции, при которых модулируемый параметр может принимать любые значения в некоторых допустимых пределах. Помехоустойчивость систем с аналоговыми методами модуляции сравнительно невелика. Помехи вызывают паразитную модуляцию основных параметров сигналов переносчиков и после демодуляции попадают на выход канала. Помехоустойчивые методы модуляции (ЧМ и ФМ) улучшают соотношение сигнал-помеха на выходе канала. Однако поскольку при аналоговых методах модуляции все значения модулируемых параметров являются разрешенными, при приеме невозможно отличить паразитную модуляцию от полезной, а следовательно, невозможно отделить полезный сигнал от помехи.

Основные преимущества цифровых систем передачи и ИКМ заключаются в следующем:

1. Высокая помехоустойчивость за счет передачи сообщений двоичными сигналами, так как в цифровых системах передачи (ЦСП) информационные параметры переносчиков в процессе модуляции принимают конечное количество разрешенных значений, причем переход от одного разрешенного значения к другому осуществляется через конечные промежутки времени.

2. Цифровые методы передачи позволяют значительно повысить помехоустойчивость и уменьшить накопление помех вдоль тракта передачи путем восстановления (регенерации) сигнала. Возможность регенерации основана на том, что в ЦСП все разрешенные значения сигнала в точности известны при приеме. Если величина помехи не превышает половины промежутка между двумя соседними разрешенными уровнями, то при приеме сигнала, искаженного помехой, и выборе вместо него ближайшего разрешенного уровня сигнала ошибка не возникает. Это дает возможность многократной ретрансляции сообщений без потери достоверности.

3. Удобство настройки и эксплуатации цифровых систем, меньшая чувствительность к искажениям, что обеспечивает более высокие технико-экономические показатели цифровых систем передачи по сравнению с аналоговыми (системы с разделением каналов по частоте). Это объясняется однотипностью и технологичностью узлов оконечных и промежуточных станций, где широко применяются элементы вычислительной техники. Высокая стабильность параметров каналов цифровых систем передачи устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры в процессе настройки и эксплуатации.

4. Возможность использования сравнительно простых методов запоминания и хранения сообщений путем записи их в различного рода цифровых регистрах и запоминающих устройствах.

5. Принцип временного разделения каналов, применяемый в системах с ИКМ, используется в электронных автоматических телефонных станциях, что позволяет унифицировать технику передачи и коммутации. Это дает возможность создания интегральной сети связи, в которой передача информации, коммутация и выделение ее будут основываться на единых принципах.

Недостатком цифровых систем связи является расширение полосы частот, требуемой для передачи сообщений с помощью ИКМ. Но это не является определяющим по сравнению с теми преимуществами, которыми обладают цифровые системы передачи информации. Вместе с тем цифровые системы не предназначены полностью вытеснить аналоговые — несомненным достоинством последних является большая простота и, как следствие, большая надежность по сравнению с цифровыми системами.

В данном курсовом проекте предлагается разработать цифровую систему передачи аналоговых сообщений, основываясь на современных научных и технических достижениях в этой области. Основными целями и задачами курсовой работы являются:

а) закрепить теоретический материал по дисциплине «Теоретические основы транспортной связи»

б) получить навыки по проектированию и расчету цифровых систем передачи аналоговых сообщений в) научится анализировать исходные данные и полученные результаты г) научится самостоятельно работать с технической литературой д) уметь составлять расчетно-пояснительную записку и оформлять графический материал в соответствие с требованиями ЕСКД В работе необходимо рассчитать по исходным данным основные временные и частотные параметры системы передачи, разработать структурные схемы передающего и приемного устройства, построить временные диаграммы работы отдельных устройств и модулей системы передачи.

Передающее устройство системы должно состоять из следующих основных функциональных блоков: амплитудно-импульсного модулятора для преобразования аналогового сигнала в АИМ-сигнал, кодера для преобразования АИМ-сигнала в кодовую последовательность и формирователя линейного сигнала для непосредственной модуляции и согласования сообщения с линией передачи.

Приемное устройство будет содержать такие функциональные блоки: устройство разделения для выделения полезного промодулированного сигнала из линии, преобразователя кода передачи, осуществляющего перекодирование передаваемого сообщения в исходный цифровой код, блока цифро-аналогового преобразования, производящего восстановление принятого сообщения в исходном аналоговом виде.

1. Расчет основных параметров цифровой системы передачи ИКМ-ВД

Пусть спектр непрерывного сообщения, передаваемый по ИКМ-ВД, ограничен верхней частотой FВ и требуемое количество каналов N. При проектировании ИКМ требуется знать следующие параметры:

Количество всех каналов, организуемых ИКМ-системой,

где N — заданное количество каналов;

NC — количество каналов синхронизации и управления.

Длительность цикла передачи (период дискретизации)

Длительность канального интервала

Длительность тактового интервала (период) между кодовыми импульсами в канальном интервале

где n — количество разрядов в кодовой комбинации квантового отсчёта (n = 8).

Длительность кодового импульса

Тактовая частота линейного сигнала

Длительность управляющих канальных импульсов

Требуемая полоса пропускания линейного тракта ИКМ-системы передачи

2. Расчет спектра АИМ сигнала

Преобразование аналогового сигнала в дискретный называется дискретизацией. В результате ее получается амплитудно-модулированный сигнал (АИМ). Различают амплитудно-импульсную модуляцию первого (АИМ-1) и второго рода (АИМ-2).

При АИМ-2 амплитуда импульса определяется мгновенным значением сообщения, взятым в момент ti=iT0, и сохраняется постоянной во время импульса. Модулированный сигнал АИМ-2 можно записать следующим образом:

2.1

Определим спектр сигнала АИМ-2, если модулирующий сигнал имеет вид (при U=1 В), то сигнал на выходе модулятора при (t)=Usint (при U=1 В), то сигнал на выходе модулятора при АИМ-2 определяется соотношением Учитывая все рассмотренные выше выражения, выполняем расчет.

Постоянная составляющая Далее рассчитаем спектр модулирующего сигнала для значения =Н Амплитуда первой гармоники на несущей частоте составит Амплитуды боковых полос Учитывая характер энергетического спектра русского речевого сигнала, принимаем значение спектра на частотах В, n0 В, равными нулю.

Аналогично выполняем расчеты для 1, 6, 16, 26, 36 и 46 гармоник. Результаты вычислений сводим в таблицу 1.

Таблица 1 — Результаты расчёта спектра модулированного АИМ-сигнала


n	An, B	Аnбок, В
		n0-В	n0-Н	n0+Н	n0+В
	0,4 688	;	;	0,2 813
	0,9 373		0,2 812	0,2 812
	0,9 340		0,2 803	0,2 802
	0,9 135		0,2 741	0,2 740
	0,8 751		0,2 626	0,2 625
	0,8 201		0,2 461	0,2 460
	0,7 506		0,2 253	0,2 251

По данным таблицы 1 строим спектральную диаграмму АИМ модулированного сигнала (рисунок 1).

3. Дискретизация сообщений по времени

Для кодирования вначале построим графики сигналов для шести исследуемых канальных интервалов для четырёх циклов передачи (рисунки 2−9).

В заданных каналах действуют гармонические сигналы со следующими параметрами:

Так как сигнал U6(t) имеет сложный вид, то выполним его тригонометрическое преобразование:

Рассчитаем численные значения сигналов в исследуемых канальных интервалах для четырёх циклов передачи и сведем результаты в таблицы 2−5.

Значения времени t в функциях входных сигналов для соответствующих циклов передачи определяем по формуле

t=TK (i+1)+T0(Ц-1),

где i — номер канального интервала;

Ц — номер цикла, Ц=1, 2, 3, 4.

Так для первого цикла передачи имеем Таблица 2 — Результаты расчёта величин отсчётов входных сигналов для 1-го цикла передачи


i	t, c	U6(t), В	U7(t), В	U8(t), В	U9(t), В	U10(t), В	U11(t), В
	3,4719· 10−6	— 0,9 983	— 0,5 495	— 0,7 021	0,1498	0,1597	0,1697
	6,9438· 10−6	— 0,9 931	— 0,1 098	— 0,1 403	0,1491	0,1590	0,1688
	0,1 042	— 0,9 846	— 0,1 644	— 0,2 099	0,1480	0,1577	0,1674
	0,1 389	— 0,9 728	— 0,2 187	— 0,2 791	0,1464	0,1559	0,1653
	0,1 736	— 0,9 577	— 0,2 725	— 0,3 475	0,1445	0,1536	0,1627
	0,2 083	— 0,9 394	— 0,3 257	— 0,4 151	0,1420	0,1508	0,1595
	0,2 430	— 0,9 182	— 0,3 783	— 0,4 817	0,1392	0,1476	0,1558
	0,2 776	— 0,8 940	— 0,4 300	— 0,5 470	0,1359	0,1438	0,1515
	0,3 125	— 0,8 672	— 0,4 809	— 0,6 109	0,1323	0,1396	0,1467
	0,3 472	— 0,8 378	— 0,5 307	— 0,6 733	0,1282	0,1349	0,1414
	0,3 819	— 0,8 061	— 0,5 794	— 0,7 340	0,1238	0,1299	0,1356
	0,4 166	— 0,7 724	— 0,6 270	— 0,7 929	0,1190	0,1244	0,1293
	0,4 513	— 0,7 367	— 0,6 732	— 0,8 498	0,1139	0,1184	0,1226
	0,4 861	— 0,6 994	— 0,7 179	— 0,9 045	0,1084	0,1122	0,1154
	0,5 208	— 0,6 608	— 0,7 612	— 0,9 570	0,1025	0,1055	0,1079
	0,5 555	— 0,6 210	— 0,8 029	— 0,1007	0,9 643	0,9 852	0,9 994
	0,5 902	— 0,5 804	— 0,8 429	— 0,1055	0,9 002	0,9 121	0,9 167
	0,6 249	— 0,5 393	— 0,8 811	— 0,1099	0,8 335	0,8 361	0,8 308
	0,6 597	— 0,4 979	— 0,9 175	— 0,1141	0,7 643	0,7 575	0,7 421
	0,6 944	— 0,4 565	— 0,9 520	— 0,1181	0,6 928	0,6 763	0,6 507
	0,7 291	— 0,4 154	— 0,9 844	— 0,1217	0,6 192	0,5 931	0,5 572
	0,7 638	— 0,3 749	— 0,1015	— 0,1250	0,5 438	0,5 079	0,4 617
	0,7 985	— 0,3 352	— 0,1043	— 0,1280	0,4 668	0,4 210	0,3 645
	0,8 333	— 0,2 967	— 0,1069	— 0,1307	0,3 884	0,3 329	0,2 662
	0,8 680	— 0,2 596	— 0,1093	— 0,1330	0,3 089	0,2 436	0,1 669
	0,9 027	— 0,2 241	— 0,1115	— 0,1351	0,2 284	0,1 536	0,6 698
	0,9 374	— 0,1 905	— 0,1134	— 0,1367	0,1 472	0,6 304	— 0,3 313
	0,9 721	— 0,1 591	— 0,1151	— 0,1381	0,6 564	— 0,2 769	— 0,1 331
	0,1 007	— 0,1 300	— 0,1165	— 0,1391	— 0,1 614	— 0,1 183	— 0,2 327
	0,1 042	— 0,1 034	— 0,1177	— 0,1397	— 0,9 788	— 0,2 086	— 0,3 314
	0,1 076	— 0,7 955	— 0,1186	— 0,14	— 0,1 793	— 0,2 982	— 0,4 290
	0,1 111	— 0,5 858	— 0,1193	— 0,1399	— 0,2 602	— 0,3 868	— 0,5 251

Таблица 3 — Результаты расчёта величин отсчётов входных сигналов для 2-го цикла передачи


i	t, c	U6(t), В	U7(t), В	U8(t), В	U9(t), В	U10(t), В	U11(t), В
	0,1 146	— 0,4 066	— 0,1198	— 0,1395	— 0,3 404	— 0,4 742	— 0,6 193
	0,1 180	— 0,2 588	— 0,12	— 0,1387	— 0,4 195	— 0,5 600	— 0,7 114
	0,1 215	— 0,1 436	— 0,1199	— 0,1376	— 0,4 974	— 0,6 441	— 0,8 011
	0,1 250	— 0,6 179	— 0,1196	— 0,1361	— 0,5 738	— 0,7 261	— 0,8 879
	0,1 285	— 0,1 386	— 0,1191	— 0,1343	— 0,6 485	— 0,8 057	— 0,9 717
	0,1 319	— 0,177	— 0,1183	— 0,1322	— 0,7 212	— 0,8 828	— 0,1052
	0,1 354	— 0,2 083	— 0,1172	— 0,1297	— 0,7 918	— 0,9 570	— 0,1129
	0,1 389	— 0,7 568	— 0,1159	— 0,1269	— 0,8 601	— 0,1028	— 0,1202
	0,1 423	— 0,1 643	— 0,1144	— 0,1238	— 0,9 258	— 0,1096	— 0,1271
	0,1 458	— 0,2 862	— 0,1126	— 0,1203	— 0,9 888	— 0,1160	— 0,1335
	0,1 493	— 0,4 405	— 0,1106	— 0,1166	— 0,1049	— 0,1221	— 0,1394
	0,1 528	— 0,6 260	— 0,1083	— 0,1126	— 0,1106	— 0,1278	— 0,1449
	0,1 562	— 0,8 416	— 0,1058	— 0,1082	— 0,1159	— 0,1330	— 0,1499
	0,1 597	— 0,1 086	— 0,1031	— 0,1037	— 0,1209	— 0,1378	— 0,1544
	0,1 632	— 0,1 357	— 0,1002	— 0,0988	— 0,1256	— 0,1422	— 0,1583
	0,1 667	— 0,1 653	— 0,0971	— 0,0937	— 0,1299	— 0,1462	— 0,1617
	0,1 701	— 0,1 972	— 0,9 377	— 0,8 837	— 0,1338	— 0,1496	— 0,1645
	0,1 736	— 0,2 312	— 0,9 024	— 0,8 281	— 0,1373	— 0,1526	— 0,1667
	0,1 771	— 0,2 670	— 0,8 652	— 0,7 705	— 0,1404	— 0,1551	— 0,1684
	0,1 805	— 0,3 044	— 0,8 262	— 0,7 109	— 0,1430	— 0,1571	— 0,1695
	0,1 840	— 0,3 432	— 0,7 855	— 0,6 495	— 0,1453	— 0,1585	— 0,17
	0,1 875	— 0,3 831	— 0,7 431	— 0,5 865	— 0,1471	— 0,1595	— 0,1699
	0,1 910	— 0,4 237	— 0,6 992	— 0,5 220	— 0,1485	— 0,16	— 0,1692
	0,1 944	— 0,4 649	— 0,6 538	— 0,4 562	— 0,1494	— 0,1599	— 0,1679
	0,1 979	— 0,5 063	— 0,6 071	— 0,3 892	— 0,1499	— 0,1593	— 0,1661
	0,2 014	— 0,5 477	— 0,5 590	— 0,3 213	— 0,15	— 0,1583	— 0,1636
	0,2 048	— 0,5 887	— 0,5 098	— 0,2 525	— 0,1496	— 0,1567	— 0,1606
	0,2 083	— 0,6 292	— 0,4 595	— 0,1 831	— 0,1487	— 0,1546	— 0,1571
	0,2 118	— 0,6 687	— 0,4 083	— 0,1 133	— 0,1474	— 0,1520	— 0,1530
	0,2 153	— 0,7 071	— 0,3 562	— 0,4 317	— 0,1457	— 0,1489	— 0,1483
	0,2 187	— 0,7 441	— 0,3 033	— 0,2 706	— 0,1436	— 0,1453	— 0,1432
	0,2 222	— 0,7 794	— 0,2 498	— 0,9 723	— 0,1410	— 0,1413	— 0,1376

Таблица 4 — Результаты расчёта величин отсчётов входных сигналов для 3-го цикла передачи


i	t, c	U6(t), В	U7(t), В	U8(t), В	U9(t), В	U10(t), В	U11(t), В
	0,2 257	— 0,8 128	— 0,1 958	0,1 671	— 0,1380	— 0,1368	— 0,1315
	0,2 291	— 0,8 440	— 0,1 414	0,2 366	— 0,1346	— 0,1319	— 0,1249
	0,2 326	— 0,8 728	— 0,8 669	0,3 055	— 0,1307	— 0,1265	— 0,1179
	0,2 361	— 0,8 991	— 0,3 178	0,3 737	— 0,1265	— 0,1208	— 0,1105
	0,2 396	— 0,9 227	0,2 318	0,4 409	— 0,1220	— 0,1147	— 0,1027
	0,2 430	— 0,9 434	0,7 810	0,5 070	— 0,1170	— 0,1081	— 0,9 451
	0,2 465	— 0,9 610	0,1 329	0,5 718	— 0,1117	— 0,1013	— 0,8 602
	0,2 500	— 0,9 754	0,1 873	0,6 351	— 0,1061	— 0,0941	— 0,7 724
	0,2 534	— 0,9 866	0,2 414	0,6 969	— 0,1002	— 0,8 661	— 0,6 819
	0,2 569	— 0,9 945	0,2 950	0,7 569	— 0,9 394	— 0,7 885	— 0,5 891
	0,2 604	— 0,9 989	0,3 480	0,8 150	— 0,8 742	— 0,7 083	— 0,4 942
	0,2 639	— 0,9 999	0,4 002	0,8 711	— 0,8 065	— 0,6 258	— 0,3 976
	0,2 673	— 0,9 975	0,4 516	0,9 250	— 0,7 363	— 0,5 413	— 0,2 996
	0,2 708	— 0,9 917	0,5 020	0,9 765	— 0,6 640	— 0,4 551	— 0,2 006
	0,2 743	— 0,9 825	0,5 514	0,1026	— 0,5 897	— 0,3 674	— 0,1 009
	0,2 778	— 0,9 700	0,5 996	0,1072	— 0,5 136	— 0,2 785	— 0,79
	0,2 812	— 0,9 542	0,6 466	0,1116	— 0,4 361	— 0,1 888	0,9 928
	0,2 847	— 0,9 353	0,6 922	0,1157	— 0,3 572	— 0,9 841	0,1 990
	0,2 882	— 0,9 135	0,7 364	0,1195	— 0,2 772	— 0,7 722	0,2 981
	0,2 916	— 0,8 888	0,7 790	0,1230	— 0,1 965	0,8 299	0,3 961
	0,2 951	— 0,8 614	0,0820	0,1262	— 0,1 151	0,1 734	0,4 927
	0,2 986	— 0,8 316	0,8 592	0,1291	— 0,3 341	0,2 633	0,5 876
	0,3 021	— 0,7 995	0,8 967	0,1316	0,4 838	0,3 524	0,6 805
	0,3 055	— 0,7 653	0,9 323	0,1339	0,1 300	0,4 403	0,7 710
	0,3 090	— 0,7 293	0,9 659	0,1358	0,2 113	0,5 268	0,8 589
	0,3 125	— 0,6 917	0,9 975	0,1373	0,2 919	0,6 116	0,9 437
	0,3 159	— 0,6 528	0,1027	0,1385	0,3 717	0,16 944	0,1025
	0,3 194	— 0,6 128	0,1054	0,1393	0,4 504	0,17 750	0,1103
	0,3 229	— 0,5 721	0,1079	0,1399	0,5 277	0,18 531	0,1177
	0,3 264	— 0,5 309	0,1102	0,14	0,6 034	0,19 285	0,1248
	0,3 298	— 0,4 895	0,1123	0,1398	0,6 774	0,1001	0,1314
	0,3 333	— 0,4 481	0,1141	0,1392	0,7 493	0,1070	0,1375

Таблица 5 — Результаты расчёта величин отсчётов входных сигналов для 4-го цикла передачи


i	t, с	U6(t), В	U7(t), В	U8(t), В	U9(t), В	U10(t), В	U11(t), В
	0,3 368	— 0,4 071	0,1157	0,1383	0,8 190	0,1136	0,1431
	0,3 402	— 0,3 668	0,1170	0,1371	0,8 863	0,1198	0,1483
	0,3 437	— 0,3 273	0,1181	0,1355	0,9 510	0,1256	0,1529
	0,3 472	— 0,2 891	0,1190	0,1335	0,1013	0,1310	0,1570
	0,3 507	— 0,2 523	0,1196	0,1313	0,1072	0,1361	0,1606
	0,3 541	— 0,2 171	0,1199	0,1287	0,1127	0,1406	0,1636
	0,3 576	— 0,1 840	0,12	0,1257	0,1179	0,1447	0,1660
	0,3 611	— 0,1 530	0,1198	0,1225	0,1228	0,1483	0,1679
	0,3 645	— 0,1 244	0,1194	0,1189	0,1273	0,1515	0,1692
	0,3 680	— 0,9 833	0,1188	0,1151	0,1315	0,1542	0,1699
	0,3 715	— 0,7 506	0,1179	0,1109	0,1352	0,1563	0,17
	0,3 750	— 0,5 470	0,1167	0,1065	0,1385	0,1580	0,1695
	0,3 784	— 0,3 740	0,1153	0,1018	0,1415	0,1592	0,1684
	0,3 819	— 0,2 328	0,1137	0,9 687	0,1440	0,1598	0,1668
	0,3 854	— 0,1 243	0,1118	0,9 168	0,1461	0,16	0,1645
	0,3 889	— 0,493	0,1097	0,8 625	0,1477	0,1596	0,1617
	0,3 923	— 0,8 306	0,1073	0,8 062	0,1489	0,1587	0,1583
	0,3 958	— 0,1 593	0,1047	0,7 477	0,1497	0,1573	0,1544
	0,3 993	— 0,2 921	0,1019	0,6 874	0,15	0,1554	0,15
	0,4 027	— 0,9 096	0,9 893	0,6 254	0,1499	0,1530	0,145
	0,4 062	— 0,1 864	0,9 572	0,5 618	0,1493	0,1501	0,1395
	0,4 097	— 0,3 150	0,9 230	0,4 968	0,1483	0,1468	0,1336
	0,4 132	— 0,4 757	0,8 869	0,4 305	0,1468	0,1429	0,1272
	0,4 166	— 0,6 674	0,8 490	0,3 632	0,1449	0,1386	0,1203
	0,4 201	— 0,8 890	0,8 093	0,2 949	0,1426	0,1339	0,1130
	0,4 236	— 0,1 139	0,7 678	0,2 259	0,1398	0,1287	0,1053
	0,4 270	— 0,1 415	0,7 248	0,1 563	0,1367	0,1231	0,0973
	0,4 305	— 0,1 716	0,6 802	0,8 632	0,1331	0,1171	0,8 893
	0,4 340	— 0,2 039	0,6 343	0,1 613	0,1291	0,1107	0,8 025
	0,4 375	— 0,2 383	0,5 869	— 0,5 409	0,1248	0,1040	0,7 129
	0,4 409	— 0,2 745	0,5 384	— 0,1 242	0,1201	0,9 694	0,6 208
	0,4 444	— 0,3 122	0,4 887	— 0,1 940	0,1150	0,8 957	0,5 265

Рисунок 2 — Временные диаграммы входных сигналов U6-U8 для первого цикла передачи Рисунок 3 — Временные диаграммы входных сигналов U9-U11 для первого цикла передачи Рисунок 4 — Временные диаграммы входных сигналов U6-U8 для второго цикла передачи Рисунок 5 — Временные диаграммы входных сигналов U9-U11 для второго цикла передачи Рисунок 6 — Временные диаграммы входных сигналов U6-U8 для третьего цикла передачи Рисунок 7 — Временные диаграммы входных сигналов U9-U11 для третьего цикла передачи Рисунок 8 — Временные диаграммы входных сигналов U6-U8 для четвёртого цикла передачи Рисунок 9 — Временные диаграммы входных сигналов U9-U11 для четвёртого цикла передачи

4. Квантование отсчётов по уровню и их кодирование Квантование сообщения по уровню применяется для получения конечного числа амплитудных значений дискретных отсчетов сигнала взамен непрерывного бесконечно большого количества их значений, то есть процесс квантования аналогичен процедуре округления числа до ближайшего разрешенного значения. Такое округление всегда связано с погрешностью, называемой погрешностью квантования.

В зависимости от разбивки динамического диапазона сообщения на уровни квантования различают равномерное (линейное) и неравномерное (нелинейное) квантования. В первом случае на всем динамическом диапазоне сообщения шаг квантования выбирается одинаковым.

Характеристика равномерного квантующего устройства имеет два характерных участка: зону квантования и зону ограничения. Для первого участка, а для второго. В соответствии с этим кроме шумов квантования различают еще и шумы ограничения, которые вызываются ограничением максимальных мгновенных значений сигнала. Обычно уровень сигнала на входе каналов систем ИКМ-ВД выбирается так, чтобы с учетом статистических характеристик входного сигнала вероятность превышения была достаточно малой, поэтому определяющими в системах ИКМ-ВД являются шумы квантования, а не шумы ограничения. Средняя мощность шумов квантования при постоянном шаге обычно определяется как .

Недостаток равномерной шкалы квантования заключается в том, что относительное значение ошибки квантования, или отношение, для сильных сигналов мало, в то время как для слабых сигналов оно велико.

При передаче речевых сигналов наиболее вероятны сигналы с малыми мгновенными значениями, поэтому для передачи их с меньшей ошибкой необходимо учитывать шаг квантования.

Обычно требуют, чтобы защищенность речевого сигнала от шума квантования была не менее 20 дБ на минимальном уровне средней мощности. Под защищенностью понимают

где PC — мощность сигнала; PШ КВ — мощность шумов квантования.

При равномерном квантовании для получения требуемой защищенности от шумов квантования при передаче речевых сигналов кодирование должно производиться достаточно большим числом разрядов кода, что нежелательно. При увеличении числа разрядов кода уменьшается длительность импульсов и соответственно расширяется спектр сигнала ИКМ, усложняются устройства кодирования и декодирования, увеличиваются требования к их быстродействию.

Таким образом, недостатком равномерного квантования является то, что защищенность от шумов квантования AКВ минимальна для наиболее слабых сигналов и увеличивается пропорционально увеличению уровня сигнала. Для выравнивания величины AКВ при изменении уровня сигнала в широких пределах и соответственно для уменьшения количества условных уровней квантования и уменьшения разрядности двоичного кода применяют неравномерное квантование, при котором шаг квантования имеет минимальное значение для слабых сигналов и увеличивается с увеличением уровня входного сигнала.

Нелинейная шкала квантования в системах передачи с ИКМ может быть реализована несколькими способами: сжатием динамического диапазона сигнала перед кодированием, для чего используются компрессоры, и последующим его расширением после декодирования с помощью экспандеров; нелинейным кодированием и декодированием; цифровым компандированием.

При неравномерном квантовании непрерывных сигналов обычно ставится задача: выбором закона изменения шага квантования обеспечить примерно равное отношение сигнал — шум квантования в достаточно широком диапазоне уровней входных сигналов. Если шаг квантования будет возрастать по мере увеличения входного сигнала, то по сравнению с равномерным квантованием для слабых сигналов отношение сигнал — шум возрастет, а для сильных снижается, оставаясь, однако, достаточно высоким.

Рассмотрим один из возможных способов осуществления неравномерного квантования — с использованием аналоговых компандеров. На рисунке 10 показаны амплитудные характеристики компрессора и экспандера.

Компрессор представляет собой устройство с нелинейной амплитудной характеристикой, называемой характеристикой компрессии. Слабые сигналы компрессор усиливает в большей степени, чем сильные, благодаря чему происходит сжатие динамического диапазона.

сигнал спектр линейный многоканальный Рисунок 10. Амплитудные характеристики компрессора и экспандера Применение компрессора перед кодерами с равномерным квантованием позволяет получить неравномерное квантование. На приемном конце после декодера сигнал поступает на экспандер, имеющий обратную компрессору амплитудную характеристику, при этом суммарная амплитудная характеристика должна быть линейной. Экспандер устраняет искажения, вносимые в сигнал компрессором, так что результирующая амплитудная характеристика сигнала «компрессор-экспандер» является линейной. Система, состоящая из последовательно включенных компрессора и экспандера, называется компандером.

Применение неравномерного квантования позволяет обеспечить требуемую защищенность от шумов квантования для наиболее слабых речевых сигналов при восьмиразрядном кодировании вместо двенадцатиразрядного при равномерном квантовании.

Недостатком аналогового компандирования является сложность получения с большой точностью взаимообратных амплитудных характеристик компрессора и экспандера, вследствие чего нелинейность суммарной амплитудной характеристики приводит к нелинейным искажениям передаваемых сигналов.

Необходимое качество передачи сигналов в реальных условиях достигается путем применения неравномерных кодирующих и декодирующих устройств (методами нелинейного кодирования), когда формирование неравномерной квантующей характеристики осуществляется непосредственно в кодере (декодере). Последний, в этом случае, называется нелинейным.

Наибольшее распространение в системах ИКМ-ВД получили нелинейные кодеки (обычно кодер и декодер объединяются в устройство, называемое кодеком) взвешивающего типа с цифровым компандированием эталонов. В таких кодеках характеристика компрессии (экспандирования) не является непрерывной (аналоговой), а представляется ломаной, состоящей из прямолинейных отрезков (сегментов), приближенно представляющих (аппроксимирующих) заданный закон сжатия и расширения динамического диапазона сигналов. Необходимая форма характеристики компрессии (сжатия) и экспандирования (расширения) в кодеках формируется с помощью цифровых логических устройств, управляющих переключением эталонов.

Наиболее распространенными для кодеров с неравномерным шагом квантования являются два приблизительно равноценных закона компандирования и A, с помощью которых получается квазилогарифмическая характеристика компрессора.

Характеристика компрессии закона µ описывается следующим уравнением:

где sign () — полярность сигнала;

л — амплитуда входного сигнала;

µ— параметр, используемый для определения степени компрессирования.

Для упрощения процесса преобразования выбирается специальная характеристика компрессии с µ=255/15, рекомендованная МСЭ-Т.

Для начала по формуле найдем абсолютные значения отсчёта в условных единицах. В формуле U — значение отсчёта в вольтах, Dc — максимальное значение сигнала в каналах связи.

Номер сегмента С квантованного отсчёта определяется как наименьшее целое из выражения

<642С-33 или

при С=0, 1, 2, …, 7.

После определения C может быть получен остаток Номер уровня квантования отсчета K можно определить как наименьшее целое из выражения

или

где К= 0, 1, 2, …, 15.

Для первого цикла передачи имеем у.е.; принимаем л6=468;

принимаем С6=3;

r6=468-(32•23−33)=245;

принимаем К6=15.

у.е.; принимаем л7=219;

принимаем С7=2;

r7=219-(32•22−33)=124;

принимаем К7=15.

у.е.; принимаем л8=311;

принимаем С8=3;

r8=311-(32•23−33)=88;

принимаем К8=5.

у.е.; принимаем л9=654;

принимаем С9=4;

r9=654-(32•24−33)=175;

принимаем К9=5.

у.е.; принимаем л10=662;

принимаем С10=4;

r10=662-(32•24−33)=183;

принимаем К10=5.

у.е.; принимаем л11=659;

принимаем С11=4;

r11=659-(32•24−33)=180;

принимаем К11=5.

Для остальных циклов расчёт производим аналогично, а результат записываем в таблицу 6.

Таблица 6 — Результаты квантования отсчётов по уровню и их кодирование


Номер цикла	Номер исследуемого канала	Значение отсчёта	Полярность отсчёта	Код полярность отсчёта	Номер сегмента	Код номера сегмента	Уровень квантования в сегменте	Код уровня квантования в сегменте	Закодированное значение отсчёта
		В	у.е.
		0,9 182 0,043 0,6 109 0,1282 0,1299 0,1293		; ; ;
		0,2 083 0,1159 0,1238 0,9 888 0,1221 0,1449		; ; ; ; ; ;
		0,0961 0,1 873 0,6 969 0,9 394 0,7 083 0,3 976		; ; ; ;
		0,0184 0,1198 0,1189 0,1315 0,1563 0,1695		;

5. Расчёт погрешности квантования Абсолютное значение квантованного отсчета в условных единицах на выходе кодера при законе компрессии µ можно определить как Абсолютное значение квантованного отсчёта в единицах измерения входного сигнала определяется по формуле Абсолютная погрешность квантования Относительная погрешность квантования определяется по формуле Таким образом для первого цикла передачи имеем:

Для остальных отсчётов расчёт производим аналогично, а результат записываем в таблицу 7.

Таблица 7 — Результаты расчёта погрешностей квантования


Номер цикла	Номер исследуемого канала	Значение отсчёта	Значение квантованного отсчёта входного сигнала	Абсолютная погрешность квантования, В	Относительная погрешность квантования, %
		В	у.е.	В	у.е.
		0,9 182 0,043 0,6 109 0,1282 0,1299 0,1293		0,9 236 0,4 295 0,6 099 0,1284 0,1284 0,1284		0,54 0,5 0,0001 0,0002 0,0015 0,0009	0,5881 0,1163 0,1637 0,1560 1,1547 0,7009
		0,2 083 0,1159 0,1238 0,9 888 0,1221 0,1449		0,1159 0,1222 0,9 707 0,1222 0,1473		0,2 083 0,0016 0,181 0,0001 0,0024	1,2924 1,8305 0,0819 1,6563
		0,0961 0,1 873 0,6 969 0,9 394 0,7 083 0,3 976		0,9 707 0,1 824 0,0704 0,9 236 0,0704 0,0398		0,97 0,49 0,71 0,158 0,43 0,4	1,0094 2,6161 1,0188 1,6819 0,6071 0,1006
		0,0184 0,1198 0,1189 0,1315 0,1563 0,1695		0,1 824 0,1222 0,1159 0,1284 0,1535 0,1724		0,16 0,0024 0,003 0,0031 0,0028 0,0029	0,8696 2,0033 2,5231 2,3574 1,7914 1,7109

6. Формирование линейного сигнала

При передаче цифровых сигналов в качестве выходного сигнала не используют сигнал на выходе кодера, так как он представляет собой неравномерную последовательность однополярных импульсов.

Известно, что спектр сигнала из однополярных прямоугольных импульсов бесконечен, но основная часть его энергии сосредоточена в полосе частот от нуля до тактовой частоты сигнала. Такой спектр сильно не совпадает с характеристиками передачи реальных линий связи. Во-первых наличие в линии трансформаторов и переходных ёмкостей в усилителях и регенераторах сигнала препятствуют прохождению постоянной составляющей сигнала; во-вторых при передаче сигнала происходит ослабление его высокочастотной составляющей, что приводит к увеличению длительности фронтов импульсов.

Ещё одним недостатком однополярной последовательности является то, что при появлении длинных последовательностей нулей в выходном сигнале кодера отсутствуют импульсы и, следовательно, отсутствует опорное колебание для выделителя тактовой частоты регенератора.

Чтобы избежать искажения сигнала из-за АЧХ линии и трудностей выделения тактовой частоты применяют дополнительное преобразование двоичного сигнала. Эта операция называется линейным кодированием. Она позволяет заменить цифровой поток в виде сигнала, характеристики которого в большей степени соответствуют параметрам линии. Полученный в результате код называют кодом линии.

Для получения кода линии будем преобразовывать исходный код в код B6ZS и код 4B3Т.

Временные диаграммы линейных сигналов приведены на рисунке 11.

За четыре цикла передачи для заданного кода с высокой плотностью следования единиц рассчитаем вероятность появления единиц в линейном сигнале по формуле где m1 — количество единиц (+1, -1) в линейном сигнале за четыре цикла;

mобщ. — общее количество импульсов (+1, -1) в линейном сигнале за четыре цикла.

7. Расчёт спектра линейного сигнала

Энергетический спектр квазитроичного кода рассчитывается по следующей формуле:

где — спектр одиночного импульса;

p — вероятность появления двоичной единицы.

— спектр одиночного прямоугольного импульса.

Рассчитаем спектр квазитроичного кода 3B2T и 4В3Т Далее расчёт производим аналогично, а результаты заносим в таблицы 8 и 9 соответственно.

Спектр квазитроичного кода представлен на рисунке 12.

Таблица 8 — Результаты расчёта энергетического спектра квазиторичного кода 3В2T


i	рад/с	В, В	i	рад/с	В, В
				3,137 107	1,357 410−9
	1,206 106	6,716 310−9		3,258 107	9,849 010−10
	2,413 106	2,283 510−8		3,378 107	6,199 410−10
	3,619 106	2,915 610−8		3,499•107	3,120 310−10
	4.826 106	3,376 810−8		3,619 107	1,0149•10−10
	6,32 106	2,872 010;8		3,740 107	1,11 110−11
	7,239 106	2,549 010−8		3,861 107
	8,445 106	2,146 810−8		3,981 107	8,922 210−12
	9,652 106	1,717 510−8		4,102 107	7,901 510−11
	1,86 107	1,298 710−8		4,223 107	2,142 110−10
	1,206 107	9,176 310−9		4,343 107	3,750 210−10
	1,327 107	5,933 810−9		4,464 107	5,244 710−10
	1,448 107	3,375 210−9		4,585 107	6,354 810−10
	1,568 107	1,552 710−9		4,705 107	6,916 010−10
	1,689 107	4,660 310−10		4,826 107	6,870 010−10
	1,810 107	4,318 410−11		4,947 107	6,257 710−10
	1,930 107			5,67 107	5,202 010;10
	2,51 107	3,362 010;11		5,188 107	3,883 210−10
	2,172 107	2,819 210−10		5,309 107	2,510 510−10
	2,292 107	7,268 810−10		5,429 107	1,295 810−10
	2,413 107	1,215 110−9		5,550 107	4,316 710−11
	2,534 107	1,628 110−9		5,670 107	4,398 510−12
	2,654 107	1,895 910−9		5,791 107
	2,775 107	1,988 510−9		5,912 107	4,46 810−12
	2,896 107	1,908 310−9		6,32 107	3,653 710−11
	3,016· 107	1,683 110−9

Таблица 9 — Результаты расчёта энергетического спектра квазиторичного кода 4В3Т


i	рад/с	В, В	i	рад/с	В, В
				3,5 290 107	1,76 510−9
	1,3 573 106	9,155 310−9		3,6 648 107	7,866 410−10
	2,7 146 106	1,984 010−8		3,8 005 107	5,16 310−10
	4,720 106	2,417 310−8		3,9 362 107	2,586 910−10
	5,4 293 106	2,458 010−8		4,720 107	8,817 610−11
	6,7 866 106	2,293 910−8		4,2 077 107	9,526 810−12
	8,1 439 106	2,21 510−8		4,3 434 107
	9,5 012 106	1,696 510−8		4,4 792 107	8,407 110−12
	1,859 107	1,355 810−8		4,6 149 107	6,864 910−11
	1,2 216 107	1,26 310−8		4,7 506 107	1,776 010−10
	1,3 573 107	7,277 410−9		4,8 863 107	3,34 610−10
	1,4 931 107	4,739 410−9		5,221 107	4,188 910−10
	1,6 288 107	2,731 110−9		5,1 578 107	5,39 810−10
	1,7 645 107	1,287 310−9		5,2 935 107	5,465 310−10
	1,9 002 107	4,48 910−10		5,4 293 107	5,423 110−10
	2,360 107	4,69 010−11		5,5 650 107	4,945 110−10
	2,1 717 107			5,7 007 107	4,125 510−10
	2,3 074 107	3,167 910−11		5,8 365 107	3,101 510−10
	2,4 432 107	2,449 310−10		5,9 722 107	2,31 410−10
	2,5 789 107	6,26 510−10		6,1 079 107	1,74 310−10
	2,7 146 107	9,832 010;10		6,2 437 107	3,750 410−11
	2,8 504 107	1,300 410−9		6,3 794 107	4,144 510−12
	2,9 861 107	1,503 610−9		6,5 151 107
	3,1 218 107	1,571 410−9		6,6 509 107	3,813 110−12
	3,2 576 107	1,506 410−9		6,7 866 107	3,174 310−11
	3,3 933 107	1,330 010−9

Рисунок 12 — Энергетический спектр квазитроичного кода 3В2Т и 4B3Т В1(щ) — 3В2Т;

В2(щ) — 4В3Т В проектируемой цифровой системе передачи информации будем использовать квазитроичный код 3В2Т, так как основная часть энергии его занимает более узкую полосу частот, т. е. требования к линии связи будут менее жёсткими.

8. Разработка структурной схемы многоканальной системы передачи с ИКМ

Принцип работы передающего устройства поясняет структурная схема системы передачи (рисунок 13). Сообщения 1(t), 2(t)… 30(t) от 1, 2 … 30 источников информации (абонентов) через фильтры нижних частот (ФНЧ) и усилители низких частот (УНЧ) поступают на канальные амплитудно-импульсные модуляторы АИМ (ключи). С помощью АИМ-модуляторов осуществляется дискретизация передаваемых сигналов по времени и формирование группового АИМ сигнала (гр. АИМпер). Управляют работой АИМ-модуляторов последовательности управляющих канальных импульсов УКИ1 — УКИ30, поступающие от генераторного оборудования Гопер. На АИМ-модуляторы каналов канальные импульсы подаются поочередно, при этом длительность каждого канального импульса составляет примерно. групповой АИМ сигнал поступает на кодирующее устройство — кодер, который одновременно с кодированием осуществляет операцию квантования по уровню.

Сигналы управления взаимодействия (СУВ), передаваемые по телефонным каналам для управления приборами автоматических телефонных станций (АТС), поступают в передатчик СУВ (Пер. СУВ), где они дискретизируются импульсными последовательностями СУВ, следующими от Гопер. В результате формируется групповой сигнал передачи СУВ (Гр. СУВ).

В устройстве объединения (УО) групповые сигналы или, как их часто называют, цифровые потоки, следующие от кодера передатчика СУВ (Пер. СУВ), а также передатчика синхросигналов (Пер. СС), объединяются, образуя так называемый ИКМ-сигнал. Здесь формируется диаграмма временных циклов системы, определяющая порядок следования циклов в сверхцикле и кодовых групп в цикле передачи.

Сформированный ИКМ-сигнал представляет собой набор однополярных двоичных символов, импульсы которых всегда имеют только одну, например, положительную полярность, и не согласован с параметрами линии. При передаче по линии связи такой сигнал подвержен значительным искажениям и быстро затухает (то есть дальность передачи такого сигнала невелика). Поэтому пред передачей в линию однополярный ИКМ-сигнал преобразуется в биполярный линейный ИКМ-сигнал. Это происходит в преобразователе кода передачи ПКПЕР.

В процессе передачи по линии связи ИКМ-сигнал периодически восстанавливается (регенерируется) линейным регенератором (РЛ). На приеме сигнал восстанавливается станционным регенератором (РС) (на схеме не показан).

Процесс обработки сигналов, т. е. процесс приема, преобразования, разделения и получения исходного сигнала на принимающей оконечной станции носит обратный характер. Вначале ИКМ-сигнал из биполярного вновь преобразуется в однополярный, из которого устройство выделения тактовой частоты (ВТЧ) выделяет тактовую частоту системы, которая используется для работы ГОПР. Этим достигается равенство скоростей обработки сигналов на передающей и принимающей оконечных станциях. Правильное разделение сигналов телефонных каналов и каналов передачи СУВ обеспечивается приемником синхросигналов (Пр. СС).

Устройство разделения (УР) разделяет цифровые потоки СУВ и телефонных каналов. Приемник групповых СУВ (Пр. СУВ), управляемый импульсными последовательностями СУВ, следующими от генераторного оборудования приема ГОПР, распределяет СУВ по телефонным каналам, а декодер преобразует групповой ИКМ-сигнал в АИМ-сигнал (Гр. АИМПР). Последовательность управляющих канальных импульсов УКИ1 — УКИ30 поочередно открывают временные селекторы каналов (ВС), обеспечивая выделение отсчетов своего канала из группового АИМ-сигнала. Восстановление исходного (непрерывного) сигнала из последовательности его отсчетов производится с помощью фильтра нижних частот.

Приведенная структурная схема поясняет принцип передачи сигналов в одном из направлений. Передача сигналов в обратном направлении осуществляется аналогично. Таким образом, организация двусторонней связи требует двух пар проводов, при этом пары направлений передачи и приема могут находиться как в одном кабеле (однокабельная система организации связи), так и в разных кабелях (двухкабельная система организации связи).

В системе связи обеспечена возможность передачи сигналов во встречных направлениях. На местных телефонных сетях для организации двусторонней связи между абонентами чаще всего используют двухпроводные физические цепи.

Каналы многоканальных ИКМ-систем передачи являются односторонними. Для двусторонней связи используются два встречных канала. При этом возникает необходимость соединения четырехпроводного окончания двустороннего канала многоканальной системы с двухпроводной местной линией. Это соединение осуществляется с помощью специального переходного устройства, которое называют дифференциальной системой.

Заключение

В данной курсовой работе была рассмотрена разработка цифровой системы передачи информации по подобию уже эксплуатируемой системы с временным разделением каналов ИКМ-30.

Разработанная система позволяет передавать по одной кабельной линии связи 30 каналов, сигнал в каждом из которых должен быть ограничен частотой 4000 Гц. Синхронизация передачи поддерживается цикловым и сверхцикловым сигналами, что обеспечивает устойчивую работу системы и быстрое восстановление возможных сбоев. Система может использоваться для передачи речевых каналов с повышенным качеством и для других целей.

Список использованных источников

Фомичёв В. Н. Цифровые системы передачи информации: (Пособие по курсовому проектированию). — Гомель, 2003.

Гитлиц М.В., Лев А. Ю. Теоретические основы многоканальной связи. М.: Радио и связь, 1985.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой