МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ им. А.С. Попова

Кафедра телекоммуникационных систем

Методические указания по комплексному заданию

курса

Телекоммуникационные системы передачи

(ТкСП)

Модуль 2 "МСП – ВРК - ИКМ"

для иностранных студентов

Направление подготовки "Телекоммуникации"

Одесса 2013 УДК 621.395.4 План УМИ 2013 г.

Составители: В. А. Брескин, Т. С. Бунчужная, Е. П. Егупова, И. В. Макаров Даются указания по выполнению комплексного задания, связанного с модулем М-2 раздела курса «Телекоммуникационные системы передачи»

(ТкСП). Приводятся основные расчётные соотношения и схемы, иллюстрирующие принципы построения многоканальных систем передачи первичной сети с временным разделением каналов и импульсно-кодовой модуляцией (ВРК-ИКМ).

ОДОБРЕНО УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры методическим советом телекоммуникационных систем ОНАС им. А.С. Попова.

и рекомендовано к печати. Протокол № 3/ Протокол № 8 от 26.12.2012 г. от 09.04.2013 г.

Редактор Кодрул Л. А.

Компьютерная верстка и макетирование Корнейчук Е. С.

Сдано в набор 19.06.2013 Подписано к печати ??????

Формат 60/88/16 Зак. № ????????

Тираж 150 экз. Объем: 1,5 печ. л.

Отпечатано на издательском оборудовании фирмы RISO в типографии редакционно-издательского центра ОНАС им. А.С. Попова ОНАС, Содержание Введение

1. Комплексное задание по модулю 2

1.1 Содержание пояснительной записки КЗ

1.2 Задание

1.3 Перечень исходных данных

1.4 Указания по выполнению разделов КЗ

2. Контрольные вопросы к защите КЗ

3. Правила оформления пояснительной записки КЗ

Приложение 1 Характеристики первичных сигналов

Приложение 2 Схемы МСП ВРК – ИКМ

Литература

Введение Дисциплина "Телекоммуникационные системы передачи" (ТкСП) изучается на 3-м и 4-м курсах.

На 3-м курсе в модуле 2 начинается и на 4-м курсе заканчивается изучение принципов построения цифровых систем передачи (ЦСП).

ЦСП – это многоканальные системы передачи (МСП), использующие временное разделение каналов (ВРК) и универсальные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи – кодеры/декодеры с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

Поэтому комплексное задание этого модуля посвящено принципу построения оконечной станции МСП с временным разделением (ВРК) и импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Такие МСП называют – ЦСП с непосредственным кодированием, при этом кодирование ИКМ осуществляется непосредственно сформированного методом ВРК группового сигнала.

Кодеры ИКМ различают линейные (более простые, но с большой, двенадцатиразрядной длиной кодового слова) и нелинейные (более сложные, но с меньшей, восьмиразрядной длиной кодового слова). Поэтому в комплексном задании рассматривается нелинейное кодирование, а в методическом руководстве рассматриваются алгоритмы такого кодирования и соответствующие схемы кодеров.

Важным понятием этого раздела являются – цикл и сверхцикл передачи. Поэтому в комплексном задании рассматривается принцип формирования цикла и сверхцикла из информационных и служебных бит, а также назначение этих служебных бит.

Канальные и пакетные цифровые системы передачи являются сегодня основой телекоммуникационной сети – транспортной сети и сети доступа.

Тема «ЦСП с непосредственным кодированием»

Задание.

Исходные данные.

Введение.

1. Оконечная станция ЦСП.

1.1 Структурная схема ОС.

1.2 Мультиплексное оборудование оконечной станции ЦСП с непосредственным кодированием.

2. Кодер ИКМ канала ТЧ.

2.1 Структурная схема кодера ИКМ.

2.2 Отклик кодера ИКМ на синхронный испытательный сигнал.

3. Циклы передачи ЦСП.

3.1 Структура цикла передачи.

3.2 Структура сверхцикла передачи.

Заключение.

Литература.

Разработать цифровую систему передачи типа ВРК-ИКМ с непосредственным кодированием на заданное количество КТЧ; ОЦК, вещания ШВ, в соответствии с исходными данными, предусмотрев передачу в групповом цифровом тракте:

– сигналов цикловой синхронизации (ЦС);

– сверхцикловой синхронизации (СЦС);

– сигналов управления и взаимодействия (СУВ);

– данных (ПД);

– аварийной сигнализации (КС – контроль и сигнализация).

1. Количество КТЧ ………..

2. Количество ОЦК ……….

3. Канал вещания ШВ – Тип канала вещания................

– Количество каналов вешания …… 4. Тип кодера ИКМ ….

5. Уровень гармонического испытательного сигнала ИС р = … дБ.

6. Частота гармонического испытательного сигнала ИС f = … (2 или 4) кГц.

В этом разделе – отмечается факт повсеместного использования ЦСП при построении новых линий передачи первичной сети;

– поясняются достоинства ЦСП;

– кратко формулируются содержание разделов пояснительной Раздел 1. Оконечная станция ЦСП В подразделе 1.1 этого раздела приводится структурная схема оконечной станции ЦСП с непосредственным кодированием (т.е. без высших ступеней группообразования) таким образом, чтобы было видно, как выполняются исходные данные и формулируются назначение узлов этой схемы (см. рис. П.1).

В подразделе 1.2 необходимо привести характеристики первичных сигналов, заданных исходными данными, и сформулировать требования к фильтрам аналоговой части этих каналов.

Для пояснения этих требований удобно привести спектральную диаграмму АИМ сигнала на выходе ключа передатчика и ниже под ней шаблоны АЧХ всех типов используемых фильтров. На шаблонах должны быть указаны допустимые значения неравномерности АЧХ в ПП, требуемый перепад затухания в ПЗ, частотные границы ПП и ПО, так как это показано на (рис. П.2).

Необходимо также рассчитать относительные переходные области фильтров с оценкой полученных величин.

Далее приводятся функциональные схемы тракта передачи мультиплексного оборудования (МО) этой ОС и ОС в целом (см. рис. П.3 и П.4), на которых необходимо показать:

– по одному из разных типов заданных каналов;

– место подключения и количество таких каналов;

– типы используемых фильтров в каналах, частоты их среза;

дискретизирующими ключами.

В подразделе 2.1 необходимо зарисовать структурную схему заданного варианта кодера (см. рис. П.5 и П.6) и пояснить алгоритм его работы (см. рис. П.7, П.8 и П.9).

В подразделе 2.2 необходимо:

– рассчитать ИКМ сигнал на выходе кодера в канальных интервалах одного канала ТЧ для трёх отсчётов испытательного сигнала (ИС) этого канала полагая, что испытательный сигнал ИС фазирован по максимумам отсчётов ИС. При кодировании использовать алгоритм работы заданного кодера;

– зарисовать временные диаграммы: испытательного гармонического сигнала ИС; три подряд следующих отсчёта ИС на выходе дискретизирующего ключа; ИКМ сигнал в трёх канальных интервалах, соответствующих выбранным ранее отсчётам ИС. При этом будем считать, что символ «1» формируется прямоугольным импульсом, длительность которого равна половине периода следования (код RZ);

– определить длительность импульсов «1» и период следования бит.

В разд. 3 необходимо определить структуру цикла (фрейма) и сверхцикла (суперфрейма), рассматриваемой нетиповой ЦСП, а также временные параметры соответствующих циклов. Для этого:

В подразделе 3.1:

– находим требуемую скорость передачи каждой группы однотипных каналов;

– определяем количество дополнительных байт, выделяемых в цикле для передачи ЦС, СУВ и других служебных сигналов, а также суммарную скорость результирующего цифрового потока;

– строится графическое изображение фрейма (см. рис. П.10).

В подразделе 3.2 приводим:

– графические изображения суперфрейма (см. рис. П.11);

– длительность сверхцикла, задавшись длительностью цикла передачи Тц = Тд = 125 мкс;

– длительность канальных интервалов (слотов);

– длительность тактовых интервалов и импульсов в коде RZ;

– численные значения тактовой частоты и полосы частот линейного сигнала;

– таблицу с параметрами фрейма и суперфрейма передачи.

Таблица 1 – Характеристики цикла и сверхцикла передачи ЦСП ИКМ –......

№ Параметры цикла и сверхцикла передачи Значение параметров 1 Количество символов в ЦП:

– информационных;

2 Цикловая синхронизация:

– частота следования кодовых слов сигнала ЦС.

3 Сверхцикловая синхронизация:

– частота следования синхрослов.

4 Сигналы управления и взаимодействия:

– частота следования кодовых слов СУВ – результирующая скорость передачи СУВ 5 Тактовая частота линейного сигнала, кГц 6 Ширина полосы частот линейного сигнала, кГц 7 Скорость передачи линейного сигнала, кбит/с В заключение отмечается, что в КЗ разработана нетиповая ЦСП с непосредственным кодированием, характеризующаяся следующими параметрами:

1) Участок сети на котором работает МСП.

2) Тип аппаратуры по способу обработки и передачи группового сигнала.

3) Способ организации двухсторонней связи.

4) Способ разделения канальных сигналов.

5) Способ формирования канальных сигналов.

6) Скорость передачи цифрового потока группового сигнала.

7) Ширина полосы частот цифрового группового сигнала.

8) Виды станций в линии передачи.

1. Цифровая система передачи: основные элементы структурной схемы, достоинства ЦСП.

2. Линия передачи, оборудованная ЦСП (определение, структурная схема).

3. Структурная схема оконечной станции ЦСП-PDH (общий случай).

Назначение узлов схемы.

4. ОС ЦСП с непосредственным кодированием. Назначение узлов функциональной схемы.

5. Временное разделение каналов (ВРК): суть метода.

6. Спектральное пояснение требований к аналоговым окончаниям КТЧ;

правильный выбор частоты дискретизации по времени fд.

7. Цикл передачи ОС ЦСП с непосредственным кодированием.

8. Сверхцикл ОС ЦСП с непосредственным кодированием (необходимость, структура).

9. Влияние искажений тракта (линейных и нелинейных) на переходы между каналами при ВРК.

10.Назначение, структурная схема и принцип работы линейного кодера 11.Назначение, структурная схема и принцип работы линейного декодера 12.Нелинейный кодер ИКМ: назначение, варианты построения, амплитудные характеристики.

13.Структурная схема и алгоритм работы нелинейного кодера с цифровым компрессором на выходе; достоинства такого кодера.

14.Структурная схема и алгоритм работы нелинейного кодера с компрессирующей логикой в цепи обратной связи кодера, достоинства такого кодера.

15.Ошибки квантования, защищённость от ошибок квантования при линейной и нелинейной ИКМ.

3 Правила оформления пояснительной записки КЗ:

1. Текст и иллюстративный материал (табл., рис.) даётся на стандартных листах размером А-4, с одной стороны нелинованной бумаги. При этом необходимо оставлять поля следующих размеров: верхнее, левое и нижнее – 20 мм; правое – 10 мм.

2. Для рисунков лучше выделять отдельные стр. не объединяя их с текстом.

3. Первый лист – титульный.

4. Второй лист – содержание пояснительной записки.

5. Далее идут – "Задание"; "Исходные данные", "Введение" и т.д. в соответствии с содержанием.

6. "Задание"; "Исходные данные", "Введение" и "Заключение" не нумеруются.

7. Нумерация разделов и подразделов – арабскими цифрами: 1, 2, 2.1 и т.д.

8. Нумерация рисунков и таблиц по разделам (3.2; 4.1). Рисунки и таблицы должны иметь название.

9. Нумерация страниц сквозная, в правом верхнем углу. Титульный лист и "Содержание" в нумерации учитываются, но номера этих страниц не проставляются (т.е. нумерация начинается с 3-ей стр.)?

10. Написания литературы в перечне ссылок выполняется на языке оригинала в соответствии с библиотечными правилами.

Книги:

Один автор Коренівський Д. Г. Дестабілізуючий ефект параметричного білого шуму в неперервних та дискретних динамічних системах / Коренівський Д. Г. – К.: Ін-т математики, 2006. – 111 с. – (Математика та її застосування) (Праці /Ін-т математики НАН України ; т. 59).

Два автора Суберляк О. В. Технологія переробки полімерних та композиційних матеріалів:

підруч. [для студ. вищ. навч. закл.] / О. В. Суберляк, П. І. Баштанник. – Львів: Растр-7, 2007. – 375 с.

Три автора Акофф Р. Л. Идеализированное проектирование: как предотвратить завтрашний кризис сегодня. Создание будущего организации / Акофф Р. Л., Магидсон Д., Эддисон Г.Д.; пер. с англ. Ф. П. Тарасенко. – Днепропетровск: Баланс Бизнес Букс, 2007. – ХLIII, 265 с.

Четыре автора Механізація переробної галузі агропромислового комплексу : [підруч. для учнів проф.техн. навч. закл.] / О. В. Гвоздєв, Ф. Ю. Ялпачик, Ю. П. Рогач, М. М. Сердюк. – К.:

Вища освіта, 2006. – 478, [1] с. – (ПТО: Професійно-технічна освіта).

Пять и больше авторов Психология менеджмента / [ Власов П. К., Липницкий А. В., Лущихина И. М. и др.];

под ред. Г. С. Никифорова. – [3-e изд.]. – X.: Гуманитар. центр, 2007. – 510 с.

Без автора Проблеми типологічної та квантитативної лексикології : [зб. наук. праць /наук. ред.

Каліущенко В. та ін.]. – Чернівці: Рута, 2007. – Многотомный документ Межгосударственные стандарты: каталог в 6 т. / [сост. Ковалева И. В., Рубцова Е. Ю. ;

ред. Иванов В. Л.]. – Львов: НТЦ "Леонорм-Стандарт", 2005 –. – (Серия "Нормативная база предприятия"). Т. 1. – 2005. – 277 с.

Материалы конференций, съездов Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій: зб. наук. праць / наук. ред.

В. І. Моссаковський. – Дніпропетровськ: Навч. кн., 1999. – 215 с.

Стандарты Якість води. Словник термінів: ДСТУ ISO 6107-1:2004 – ДСТУ ISO 6107-9:2004. – [Чинний від 2005-04-01]. – К.: Держспоживстандарт України, 2006. – 181 с. – (Національні стандарти України).

Авторськие свидетельства А. с. 1007970 СССР, МКИ3 В 25 J 15/00. Устройство для захвата неориентированных деталей типа валов / В. С. Ваулин, В. Г. Кемайкин (СССР). – № 3360585/25-08; заявл.

23.11.81 ; опубл. 30.03.83, Бюл. № 12.

Патенты Пат. 2187888 Российская Федерация, МПК Н 04 В 1/38, Н 04 J 13/00.

Приемопередающее устройство / Чугаева В. И.; заявитель и патентообладатель Воронеж.

науч.-исслед. ин-т связи. – №2000131736/09; заявл. 18.12.00; опубл. 20.08.02, Бюл. № (II ч.).

Дисертации Петров П. П. Активність молодих зірок сонячної маси: дис.... доктора фіз.-мат. наук:

01.03.02 / Петров Петро Петрович. – К., 2005. – 276 с.

Электронные ресурсы І. А. Павлуша // Бібліотечний вісник. – 2003. – № 4. – С 43. – Режим доступу до журн.:

http://www.nbuv.gov.ua/articles/2003/

ПРИЛОЖЕНИЯ

П. 1 Характеристики первичных сигналов 1 Телефонный (речевой) сигнал.

Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из лёгких через голосовые связки и полости рта и носа. Согласно данным МККТТ средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым измерительным уровнем составляет 32 мкВт, что соответствует уровню –15 дБм0. Динамический диапазон речевого сигнала составляет 35 – 40 дБ, пик-фактор приблизительно равен 14 дБ. При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой исчезающее мала, равна 2220 мкВт, что соответствует уровню 3,5 дБм0.

Речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50 – 100 до 8000 – 10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300 и 3400 Гц. Эти частоты приняты МККТТ в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около 90 %, разборчивость фраз – более 99 % и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания;

2 Основной цифровой канал (ОЦК) – представляет из себя цифровой сигнал вместе со служебными сигналами, подаваемый на ОС ЦСП со скоростью 64 кбит/с. Основными характеристиками этого сигнала являются:

скорость передачи данных – 64 кбит/с; ширина полосы частот – 64 кГц;

3 Сигналы звукового широкополосного вещания (ШВ).

Источниками звука при передаче программ вещания обычно являются музыкальные инструменты или голос человека.

Динамический диапазон сигналов вещательной передачи (дБ) – разность максимального и минимального уровней сигнала. Максимальным считается уровень, вероятность превышения которого составляет 2 %, а минимальным – уровень вероятность превышения которого равна 98 %.

– речь диктора…………………………………………….25 – 35 дБ;

– художественное чтение………………………………..40 – 50 дБ;

– вокальные и инструментальные ансамбли…………...45 – 55 дБ;

– симфонический оркестр…………………………………до 65 дБ.

Значение средней мощности сигнала вещания существенно зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым измерительным уровнем средняя мощность сигнала вещания составляет 923 мкВт при усреднении за час, мкВт – в минуту и 4500 – в секунду. Максимальная мощность сигнала вещания в точке с нулевым измерительным уровнем составляет 8000 мкВт.

Частотный спектр сигнала вещания расположен в полосе частот от до 20000 Гц. Однако в зависимости от требований к качеству воспроизведения полоса частот, отводимая для передачи сигналов вещания, может быть ограничена.

Для достаточно высокого качества (каналы вещания первого класса ШВ – 1) эффективная полоса частот должна составлять 0,05 – 10 кГц с амплитудно-частотными искажениями не более 4,3 дБ на краях по отношению к остаточному затуханию на частоте 0,8 кГц и с неравномерностью времени распространения 80 мс на частоте 0,05 кГц и мс на частоте 10 кГц по отношению к минимальному значению времени распространения.

Чтобы получить безукоризненное воспроизведение программ вещания, эффективная полоса частот должна составлять 0,03 – 15 кГц (каналы вещания высшего класса ШВ – В).

Чтобы получить воспроизведение программ вещания с средним качеством, эффективная полоса частот должна составлять 0,05 – 6,4 кГц (каналы вещания второго класса ШВ – 2). Для достижения приведенных выше эффективных полос частот, исходный сигнал в соответствии с классом вещания ограничивают полосовыми фильтрами.

Эффективно передаваемая полоса частот для:

– КТЧ составляет 0,3-3,4 кГц;

– ШВ-В класса 0,03 – 15 кГц;

– ШВ-1 класса 0,05 – 10 кГц;

– ШВ-2 класса 0,05 – 6,4 кГц.

П. 2 Схемы МСП ВРК – ИКМ Рисунок П.1 – Общая структурная схема ОС ЦСП

АЧХ ФНЧ

Рисунок П.3 – Упрощенная функциональная схема тракта передачи МО Рисунок П.4 – Функциональная схема первичного мультиплексора МО Вход Рисунок П.5 – Структурная схема нелинейного кодера с цифровым компрессором (ЦК) на выходе Рисунок П.6 – Структурная схема нелинейного кодера с компрессирующей логикой в цепи обратной связи Номер Выборка Q5 Q6 Q7 Q8 из 12 разрядной комбинации Рисунок П.8 – Алгоритм преобразования 12-разрядной кодовой комбинации в 8-разрядную и наоборот Рисунок П.9 – Алгоритм формирования 8-разрядной кодовой комбинации при нелинейном кодировании

ЦС КТЧ ОЦК ШВ СУВ

Рисунок П.10 – Фрейм ЦСП рассматриваемого примера

ЦС КТЧ ОЦК ШВ СЦС

КС КТЧ ОЦК ШВ

ЦС КТЧ ОЦК ШВ

КС КТЧ ОЦК ШВ

ЦС КТЧ ОЦК ШВ

КС КТЧ ОЦК ШВ

ЦС КТЧ ОЦК ШВ

КС КТЧ ОЦК ШВ

ЦС КТЧ ОЦК ШВ

КС КТЧ ОЦК ШВ

ЦС КТЧ ОЦК ШВ

Рисунок П.11 – Суперфрейм ЦСП рассматриваемого примера 1. Бирюков Н. Л. Транспортные сети и системы электросвязи. Системы мультиплексирования: [учебник для студентов вузов связи по специальности "Телекоммуникации"] / Н.Л. Бирюков, В.К. Стеклов – К.:

2003. – 352 с.

2. Брескин В.А. Цифровые многоканальные системы передачи первичной сети плезиохронной иерархии: метод. указания к самостоятельной работе студентов по курсу СПЭС / Бунчужная Т.С., Макаров Т.С., Егупова Е.П. – Одесса: ОНАС, 2010.

3. Брескин В.А. Проектирование магистрали с аналоговой и ИКМ системами частотного и временного разделения: [учеб. пособ.] / Брескин В.А. – Одесса, 1977.

4. Брескин В.А. Проектирование цифровых систем передачи: [учеб. пособ.]/ Брескин В.А. – Одесса, 1988.

5. Бюлетень ВАК України. 2009. № 5. Режим доступу:

http://ite.ksu.ks.ua/system/files/bjuleten_vak_ukrajinino_52009.pdf.

6. Левин Л.С. Цифровые системы передачи информации / Л.С. Левин, М.А.

Плоткин. – М.: Радио и связь, 1982.

7. Многоканальная связь и РРЛ / [Баева Н.Н, Бобровская И.К., Брескин В.А., Фёдорова Е.Л.]. – М.: Радио и связь, 1984. – 217 с.

8. Основы многоканальной связи: [учебник для вузов] / Баева Н.Н, Бобровская И.К., Брескин В.А., Якуб Ю.А. – М.: Связь, 1975. – 328 с.

9. Скалин Ю.В. Цифровые системы передачи: [учебник для техникумов] / Скалин Ю.В., Бернштейн А.Г., Финкевич А. Д. – М.: Радио и связь, 1988.

10.Стеклов В.К. Цифровая связь: справочник под ред. В.К. Стеклова. – К.:

Техника, 1992.