638_Nosov_V.I._RRL_STSI_Osnovy_TSPS__i_postroenija_RRL_

Министерство информационных технологий и связи РФ Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

В.И. Носов

РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИЙ СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕРАРХИИ.

Основы цифровой передачи сигналов и построения РРЛ

Учебное пособие

Новосибирск 2005 г.

1

621.396.43

Дтн, профессор Носов В.И.

РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ ЛИНИЙ СИНХРОННОЙ ЦИФРОВОЙ ИЕ-

РАРХИИ. Основы цифровой передачи сигналов и построения РРЛ: Учебное пособие/СибГУТИ. – г. Новосибирск, 2005 г. – 223 стр.

Издание второе, переработанное и дополненное.

Вучебном пособии излагаются:

–основы цифровой передачи сигналов: сравнение аналоговых и цифровых систем передачи; дискретизация, квантование и кодирование аналоговых сигналов;

–плезиохронные цифровые системы передачи: принципы синхронизации; сигналы и коды в линейных трактах; регенерация и глаз диаграмма; контроль ошибок в цифровых потоках; объединение цифровых потоков и согласование скоростей; плезиохронная цифровая иерархия; организация циклов первичных, вторичных третичных и четверичных цифровых потоков;

–основы синхронной цифровой иерархии: недостатки плезиохронных цифровых иерархий; основы построения транспортной системы СЦИ; информационная структура; схемы преобразований; заголовки секций и трактов; применение систем СЦИ;

–основы построения радиорелейных линий с использованием СЦИ: сравнение АРРЛ и ЦРРЛ; многопозиционная модуляция; помехоустойчивость; методы борьбы с межсимвольными помехами; основы построения оконечного и приемо-передающего оборудования стволов.

Кафедра систем радиосвязи

Рецензенты: профессор М.А. Быховский, профессор А.А Спектор

Для специальностей: направление 210400 - телекоммуникации

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве учебного пособия.

©Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2005 г.

2

1.2.1Дискретизация и квантование сигнала ………………………..….. 10

1.2.2Кодирование и декодирование сигнала………………………...…. 18 1.3 Структурная схема оконечного оборудования цифровых систем передачи …………………………………………………………………... 28

1.3.1Передача сигналов звукового вещания с использованием аппа-

1.5Генераторное оборудование ЦСП ……………………………..……. 42

1.6Сигналы и коды в линейных трактах………………………………... 44

2.1Недостатки ЦСП ПЦИ. ………………………………………………. 78

2.2Синхронные иерархии SONET/SDH……………................................ 80

2.3.2Схема преобразований в СЦИ……………………………………... 89

2.3.3Загрузка STM-1 потоками 2,048 Мбит/с…………………………... 92

2.3.3.1 Контейнер C-12……………………………………………………. 92 2.3.3.2 Виртуальный контейнер VC-12………………………………….. 96

2.3.3.3 Трибутарный блок TU-12………………………………………… 102

2.3.3.4Группа трибутарных блоков TUG-2……………………………... 107

2.3.3.5Группа трибутарных блоков TUG-3……………………………... 107

3

2.3.3.6 Виртуальный контейнер VC-4…………………………………… 109

2.3.3.7Административный блок AU-4…………………………………... 114

2.3.3.8Блок STM-N……………………………………………………….. 118

2.3.4 Загрузка синхронного транспортного модуля STM-1 потоками Е3…………………………………………………………………………... 128

2.3.5 Загрузка синхронного транспортного модуля STM-1 потоками Е4…………………………………………………………………………... 131

2.3.6 Загрузка синхронного транспортного модуля STM-1 потоками

T1…………………………………………………………………………... 132

2.3.7 Загрузка синхронного транспортного модуля STM-1 потоками

T2…………………………………………………………………………... 137

2.3.8 Загрузка синхронного транспортного модуля STM-1 потоками Т3…………………………………………………………………………... 140

2.3.9 Загрузка STM-1 потоками 2,048 Мбит/с через AU-3…………….. 141

2.3.10 Загрузка STM-RR потоками 2,048 Мбит/с………………………. 143 2.3.11 Формирование модулей STM-N………………………………….. 144

2.4 Особенности применения аппаратуры СЦИ………………………... 147

2.4.1 Сигналы обслуживания в системе SDH…………………………… 148

2.5Функциональные элементы сетей SDH……………………………….. 154 2.5.1 Функция физического интерфейса SDH……………………………... 154 2.5.2 Функция окончания регенерационной секции……………………. 154 2.5.3 Функция окончания мультиплексной секции……………………….. 156 2.5.4 Функция окончания тракта виртуальных контейнеров…………. 157

2.6Функциональные модули сетей SDH………………………………….. 158 2.6.1 Терминальный мультиплексор………………………………………... 159

2.6.2 Мультиплексор ввода/вывода……………………………………… 160

2.7Базовые топологии сетей SDH…………………………………………. 161 2.7.1 Топология "точка-точка"…………………………………………. 161 2.7.2 Топология "последовательная линейная цепь"……………………. 162 2.7.3 Топология "кольцо"…………………………………………………. 162

2.8Транспортировка виртуальных контейнеров SDH по сетям PDH…. 164 2.8.1 Транспортировка VC-12 с помощью фрейма потока ЕЗ…………….. 164 2.8.2 Транспортировка VC-n с помощью фрейма Е4……………………….. 165

2.9Радиорелейные и спутниковые системы SONET/SDH………………... 168 2.9.1 Особенности радиорелейных линейных систем SDH…………….. 169

3.1Основные характеристики цифровых РРЛ………………………….. 178

3.2Структурные схемы станций РРЛ СЦИ……………………………... 180

4

3.2.1 Блок обработки секционного заголовка и переключения на резерв (передающая сторона)………………………………………………. 182

3.2.2Блок модулятора ……………………………………………………. 191

3.2.3Блок передатчика……………………………………………………. 198

3.2.4 Блок цепей разделения и АВТ……………………………………… 202

3.2.5Блок приемника……………………………………………………... 205

3.2.6Блок демодулятора………………………………………………….. 208

3.2.7Приемная часть блока переключе.ний и обработки сигнала ос-

новной полосы…………………………………………………………….. 216

3.2.8Особенности обработки сигнала на промежуточных станциях…. 219

Контрольные вопросы……………………………………………………. 220 ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………… 221 ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………. 222

5

Во второй главе: полностью переработан материал, касающийся изложения вопросов построения информационных структур синхронной цифровой иерархии СЦИ, подробно изложены вопросы загрузки синхронных транспортных модулей СТМ цифровыми потоками европейской ПЦИ Е1, Е2, Е3, Е4, подробно изложены вопросы функционирования заголовков и указателей; дополнительно изложены вопросы, касающиеся загрузки СТМ цифровыми потоками северо-американской ПЦИ Т1, Т2, Т3, функционирования элементов сетей СЦИ, транспортировки модулей СЦИ в цифровых потоках ПЦИ Е3, Е4, передачи модулей СЦИ через радиорелейные и спутниковые системы передачи.

В третьей главе переработаны и даны в более подробном изложении во-

просы, касающиеся работы блоков: обработки сигналов основной полосы и переключения на резерв; многопозиционных модулятора и демодулятора, адаптивных частотного и трансверсального эквалайзеров; передатчика и приемника; цепей разделения и объединения стволов; антенно-волноводного тракта.

7

1 ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

1.1 Сравнение аналоговых и цифровых систем передачи

Основными техническими преимуществами цифровых систем связи перед аналоговыми являются [1]:

–простота группообразования;

–простота сигнализации;

–возможность работы при малых значениях отношения сигнал/шум;

–регенерация сигнала.

Большая часть свойств цифровых сетей для передачи речи связана с преимуществами цифровых методов передачи и коммутации по сравнению с их аналоговыми эквивалентами.

Простота группообразования. По существу экономическая эффективность этих систем обусловлена обменом стоимости применения электроники в оконечном оборудовании тракта передачи на стоимость многих пар проводов в тракте. Этот обмен становится с каждым годом экономически все более выгодным. Хотя группообразование с частотным разделением каналов также приводит к снижению расходов на линейно-кабельные сооружения, оборудование ЧРК обычно дороже, чем оборудование ВРК, даже в том случае, когда учитывается стоимость аналогово-цифрового преобразования. После того как речевые сигналы представлены в цифровой форме, стоимость оборудования с ВРК оказывается совсем малой. Поскольку аналогово-цифровое преобразование выполняется только на первом уровне иерархии систем с ВРК, то цифровые системы передачи с ВРК более высокого уровня оказываются еще более экономичными, чем их аналоги с ЧРК такого же уровня.

Простота сигнализации. Управляющая информация (вызов, отбой, цифры адреса и др.) является по своей природе цифровой и, следовательно, может быть легко введена в цифровую систему передачи. Одним из способов введения управляющей информации в цифровой тракт передачи является использование для этих целей специального канала управления. Другой способ основан на введении специальных управляющих кодовых комбинаций, которые передаются по информационному каналу. В любом случае по отношению к системе передачи управляющая информация оказывается неотличимой от информационных сообщений.

Возможность работы при малых значениях отношения сигнал/шум.

Шум и помехи, возникающие при передаче речи в аналоговых сетях, проявляется в наибольшей степени во время пауз в разговоре, когда амплитуда сигнала мала. Сравнительно небольшой уровень шума, который возникает во время пауз в разговоре, может оказаться весьма раздражающим фактором для слушателя. В то же время такой же уровень шума или помехи во время разговора оказывается практически неощутимым. Субъективные оценки качества передачи речи позволили установить нормы на отношение сигнал/шум на выходе аналогового канала, которое не должно быть ниже 45 дБ.

8

В цифровых системах во время пауз в разговоре идет передача определенных кодовых комбинаций, причем уровень мощности передаваемых во время пауз сигналов такой же, как и в случае передачи речевой информации. Поскольку регенерация устраняет практически все шумы, возникающие в среде передачи, то шум свободного канала определяется лишь процессом кодирования, а не линией передачи. Установлено, что линии цифровой передачи обеспечивают возможность практически безошибочной передачи по каналам при значениях отношения сигнал/шум порядка 15…25 дБ в зависимости от способа кодирования линейного сигнала и используемого вида модуляции.

Регенерация сигнала. Представление аналогового сигнала в цифровой форме заключается в замене непрерывной функции времени последовательностью двоичных информационных символов. Задача приемника – решить, какое значение имел переданный символ. Если в процессе передачи к сигналу добавляется лишь небольшого уровня шум, помеха или искажения, то двоичная информация, поступающая в приемник, будет идентична этой последовательности на передающем конце. Конечно, если искажения окажутся настолько большими, что приведут к заметным искажениям сигнала, то возникнут ошибки.

Главным достоинством цифровой системы является то, что вероятность возникновения ошибки в линейном тракте можно сделать весьма небольшой, вводя регенераторы в промежуточных точках линий передачи. Если эти точки разместить достаточно близко, то промежуточные узлы будут выявлять и регенерировать цифровые сигналы прежде, чем искажения, возникающие в самом канале, достигнут такого уровня, который приведет к ошибкам на приеме. Самая непосредственная выгода, получаемая при использовании процесса регенерации, состоит в возможности локализации результатов воздействия помехи на сигнал. В противоположность этому в аналоговых системах происходит накопление помех и искажений по мере прохождения сигнала от одного участка к другому.

Наряду с перечисленными преимуществами цифровых систем передачи, им свойственны и недостатки:

–расширение полосы частот;

–необходимость аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований;

–необходимость временной синхронизации.

Расширение полосы частот, занимаемой цифровым сигналом по сравнению с аналоговым, происходит в связи с тем, что отсчеты аналогового сигнала представляются в виде двоичных кодовых комбинаций, каждый бит которой отображается отдельным импульсом. В результате при использовании частоты дискретизации 8 кГц и 8-ми разрядной импульсно-кодовой модуляции при цифровой передаче методом ВРК-ИКМ одного аналогового канала тональной частоты необходима тактовая частота 64 кГц и, следовательно, минимальная полоса 32 кГц. В то же время при аналоговой передаче канала ТЧ методом ЧРК-ЧМ требуется полоса 3.1 кГц. Таким образом, цифровая система передачи занимает полосу примерно в 10 раз большую, чем аналоговая.

9

Расширение полосы частот, возникающее в результате перехода к цифровому представлению аналогового сигнала, непосредственно зависит от вида используемого кода или вида модуляции. Допуская большую степень усложнения оборудования модуляции (демодуляции), можно обеспечить большую скорость передачи двоичных символов при данной ширине полосы частот. Более высокая эффективность системы обеспечивается, главным образом, за счет увеличения числа уровней в линейном коде.

Однако, при ограниченной мощности передачи расстояние между уровнями дискретных сигналов в приемнике сильно уменьшается и передаваемый сигнал теряет устойчивость к шумам и другим мешающим воздействиям.

Необходимость временной синхронизации. Синхронизация определяет моменты времени, когда нужно отсчитывать поступающий сигнал, чтобы решить, какое значение было передано. Оптимальные моменты взятия отсчета обычно соответствуют серединам передаваемых импульсов. Таким образом, для оптимального обнаружения сигнала генератор импульсов отсчетов должен быть синхронизирован с моментами поступления импульсов с линии. Кроме этого, необходимо определить на приеме начало цикла передачи многоканального сигнала.

1.2 Преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму

1.2.1 Дискретизация непрерывного сигнала

Первым шагом в преобразовании аналогового сигнала uk(t) в цифровой является формирование последовательности дискретных моментов времени r(t), в которые осуществляется дискретизация сигнала. Если дискретные отсчетыформируются достаточно часто, то исходный сигнал может быть полностью восстановлен из последовательности дискретных отсчетов путем применения фильтра нижних частот для интерполяции или формирования сглаженного по величинам дискретных отсчетов сигнала [1,2,3]. Эти основные понятия иллюстрирует рисунок 1.1.

Классические результаты в системах с дискретизацией были получены В.А. Котельниковым (1931 г.) и Г. Найквистом (1933 г.), которые определили минимальное значение частоты дискретизации, необходимое для извлечения всей информации из непрерывного, меняющегося во времени сигнала. Согласно теореме В.А. Котельникова частота дискретизации FД непрерывного, ограниченного по спектру сигнала, с верхней частотой FВ много большей нижней частоты FН, должна быть

При АИМ (рис. 1.1) в соответствии со значениями непрерывного сообщения uk(t), изменяется амплитуда импульсов r(t) на выходе модулятора. По-

10