638_Nosov_V.I._RRL_STSI_Osnovy_TSPS__i_postroenija_RRL_
.pdf
КИ0 |
КИ1 |
|
КИ31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Биты |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Si |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
FAS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Si |
1 |
A |
Sa4 |
|
Sa5 |
Sa6 |
Sa7 |
Sa8 |
NFAS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1.15-1 Заполнение бит нулевого канального интервала
Заполнение бит нулевого канального интервала представлено на рисунке 1.15-1 [5,6]. Заполнение этого канального интервала отличается для четных Ц0,
Ц2, Ц4, … и нечетных Ц1, Ц3, Ц5, … циклов.
В КИ0 (ТS0) четных циклов передается сигнал выравнивания цикла (кадра) FAS (Frame Alignment Signal) на рисунке 1.15-1 первая строчка, который включает в себя последовательность цикловой синхронизации 0011011 и один служебный бит Si, зарезервированный под задачи международного использования, в нем организуется контроль ошибок в потоке Е1 по циклическому избыточному коду CRC-4 (Cyclic Redundancy Check). В КИ0 (Т0) нечетных циклов передается сигнал NFAS, не содержащий кодовую последовательность цикловой синхронизации. В составе сигнала NFAS передается бит Si, бит А, используемый для передачи сигналов о неисправностях на удаленном конце RAI (Remote Alarm Indication), а так же пять резервных битов Sa4, Sa5, Sa6, Sa7,Sa8,
используемых для передачи сигналов мониторинга и управления первичной сети потоков Е1.
Бит А (RAI) устанавливается в «1», т.е. фиксируется сигнал аварийного состояния AIS (Alarm Indicator Signal), в следующих ситуациях на удаленном конце: при большом коэффициенте битовых ошибок BER (Bit Error Rate); при большом количестве ошибочных блоков бит, обнаруженных по коду CRC-4; при потере цикловой синхронизации LOF (Loss Of Frame).
Кроме этого фиксируются следующие аварийные состояния: потеря входного цифрового сигнала 2048 кбит/с LOS (Loss Of Signal), при этом цифровой поток заполняется «1»; потеря входного сигнала канала сигнализации ТS16, при этом тайм-слот ТS16 заполняется «1».
Сигналы СУВ внутриканальной сигнализации (CAS) (по два сигнальных канала СК1, СК2 для каждого разговорного сигнала) от АТС поступают на вход передающего устройства СУВпд, где преобразуются в цифровую форму и через устройство объединения УО вводятся (так же как и сигналы цикловой синхронизации ЦС и дискретной информации ДИ) в свободные канальные интервалы цифрового потока на выходе кодера (рис. 1.15, 1.16 т.5).
Для передачи 2N сигналов управления и взаимодействия всех N телефон-
ных каналов организуется сверхцикл (MFAS - Multi Frame Alignment Signal),
31
состоящий их М циклов. В каждом из М циклов сверхцикла в КИ16 (Т16) поочередно передаются СУВ двух телефонных каналов биты abcd (рис. 1.15-2), следовательно, М = N/2+1=16 (один цикл сверхцикла используется для передачи сверхциклового синхросигнала MFAS). При этом принята нумерация циклов в сверхцикле Ц0, Ц1, Ц2, …, ЦМ-1 и скорость передачи сигнала CAS в одном канале составляет 2 кбит/с, так как каждый бит a,b,c,d эквивалентен каналу сигнализации 500 бит/с. Если для сигнализации используется только бит а, то биты bcd должны формировать комбинацию 101. Для четырех бит abcd запрещена комбинация 0000. В Ц0 обычно передается сверхцикловый синхросигнал MFAS (комбинация 0000) , который обозначает начало сверхцикла и обеспечивает правильное разделение СУВ по телефонным каналам на приеме. Бит А используется для передачи сигналов о неисправностях в сверхцикловой структуре на удаленном конце RAI (Remote Alarm Indication). Бит А (RAI) устанавливается в «1», т.е. фиксируется сигнал аварийного состояния AIS при потере сверхцикловой синхронизации LOM (Loss Of Multiframe) на удаленном конце. Так организуется передача сигналов внутриканальной сигнализации в основном формате цифрового потока Е1.
Существует еще и дополнительный формат этого потока, в котором таймслот ТS0 также используется для цикловой синхронизации, а остальные 31 тайм-слоты используются как информационные. При этом организуется сигнализация в общем канале или общеканальная сигнализация CCS (Common Channel Signaling), при которой для целей сигнализации может использоваться или внешний канал, или любой (кроме Т0) незанятый канал (тайм-слот).
Передача СУВ всех информационных каналов в каждом цикле, т.е. без организации сверхцикла, привела бы к чрезмерному увеличению объема служебной информации, а кроме того не имеет смысла, так как длительность самых коротких СУВ в десятки раз превышает длительность цикла передачи. Увеличение же объема служебной информации привело бы к необходимости увеличения скорости передачи (при сохранении числа информационных каналов) либо к уменьшению числа информационных каналов (при сохранении скорости передачи).
Цифровой сигнал на выходе УО представляет собой однополярный двоичный сигнал, характеристики которого не согласуются с характеристиками соединительной линии, поэтому его преобразуют в преобразователе кода ПКпд в балансный код, характеристики которого соответствуют характеристиками соединительной линии (рис. 1.15, 1.16 т.6).
В тракте приема искаженный цифровой линейный сигнал (рис. 1.15, 1.16 т.7) поступает на вход регенератора, где восстанавливаются его амплитуда, длительность и период следования. На выходе ПКпр восстанавливается униполярный двоичный сигнал, из которого с помощью приемника синхросигнала ПрЦС выделяется сигнал цикловой синхронизации FAS, управляющий работой генераторного оборудования ГОпр, а также символы СУВ и ДИ, которые поступают на СУВпр и ДИпр соответственно. Приемник сверхциклового синхросигнала находится в СУВпр.
32
|
|
|
Цикл 0 |
|
Цикл 1 |
Цикл 2 |
|
Цикл 3 |
|
|
|
|
Цикл 15 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
КИ0 |
|
|
КИ16 |
|
КИ31 |
|
|
КИ0 |
|
КИ16 |
|
КИ31 |
|
КИ0 |
|
КИ16 |
|
|
КИ31 |
||||
|
|
|
Биты |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 6 |
7 |
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
s А s |
s |
|
Биты
1 2 3 4 5 6 7 8
a b c d |
a b c d |
СУВ |
СУВ |
Канала 1 |
Канала 17 |
|
|
Биты
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
7 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
b |
c |
d |
a |
b |
c |
d |
||||||||
|
|
СУВ |
|
|
|
|
СУВ |
|
|
||||||
Канала 15 |
Канала 31 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1.15-2 Формат сверхцикла в потоке Е1
Декодер последовательно декодирует восьмиразрядные кодовые группы отдельных каналов, в результате чего на его выходе формируется групповой АИМ сигнал. В индивидуальной части оборудования приема с помощью временных селекторов ВС из группового АИМ сигнала выделяются АИМ отсчеты соответствующего канала. ФНЧпр выделяет из АИМ канальных отсчетов исходный аналоговый сигнал, который усиливается в УНЧпр и через ДС поступает к абоненту.
Работой всех узлов оконечного оборудования ЦСП управляет генераторное оборудование ГОПД и ГОПР, формирующее необходимые импульсные последовательности с частотами тактовой FT, кодовых групп FКГ, циклов (дискретизации) FД, сверхциклов FСЦ и др.
1.3.1 Передача сигналов звукового вещания с использованием аппаратуры ИКМ–30
В отечественном ГОСТ 11515–91 даны нормы на параметры качества электрических каналов звукового вещания.
Канал с полосой частот 0,04 – 15,0 кГц предназначен для формирования программ, трактов первичного и вторичного распределения, предназначенных для подачи стереофонических сигналов, звуковой части телевизионных программ и монофонических сигналов на радиопередатчики метровых волн.
Канал с полосой частот 0,05 – 10,0 кГц предназначен для городских узлов и городских сетей проводного вещания.
Канал с полосой частот 0,1 – 6,4 кГц предназначен для сельских узлов и сетей проводного вещания.
Согласно (1.1) частота дискретизации для сигнала звукового вещания
33
F |
2F |
(1.24-1) |
Д .ЗВ |
В.ЗВ |
При этом, необходимо иметь в виду, что генераторное оборудование аппаратуры ИКМ – 30 выдает на 30 АИМ модуляторов импульсы с частотой дискретизации телефонного сигнала 8 кГц, сдвинутые относительно друг друга (в соседних АИМ) на длительность канального интервала. Из этого следует, что частота дискретизации для сигнала звукового вещания, определенная из (1.24-1), должна быть кратна 8 кГц [2,4].
Например, для сигнала звукового вещания с верхней частотой 15 кГц,
частота дискретизации будет равна |
|
FД .ЗВ 2 15кГц, FВ.ЗВ 32кГц. |
(1.24-2) |
Из (1.24-2) следует, что для передачи одного канала звукового вещания с верхней частотой 15 кГц, необходимо использовать 4 телефонных канала. Теперь необходимо определить, какие из 30 телефонных каналов нужно использовать для передачи рассматриваемого канала звукового вещания.
Для этого определим период дискретизации для этого канала звукового вещания
Т |
|
1 |
1 |
31, 25мкс |
(1.24-3) |
|
Д .ЗВ |
|
|
|
|||
FД .ЗВ |
|
32кГц |
||||
|
|
|
|
|
||
Из (1.24-3) следует, что отсчеты для рассматриваемого сигнала звукового вещания необходимо брать через 31, 25 мкс. Так как длительность канального интервала ТКИ = 3,906 мкс, то эти отсчеты должны располагаться через
NКАН |
Т Д .ЗВ |
|
31, 25 |
7,988 8 |
|
ТКИ |
3,906 |
||||
|
|
||||
восемь телефонных каналов аппаратуры ИКМ–30. Например, если для передачи первого отсчета канала звукового вещания используется первый канальный интервал, то для второго отсчета нужно использовать девятый канальный интервал, для третьего отсчета – семнадцатый, для четвертого – двадцать пятый канальный интервал. При этом, схема индивидуального оборудования для передачи рассматриваемого сигнала звукового вещания представлена на рисунке
1.15-3.
1.4Принципы синхронизации в цифровых системах передачи
ВЦСП с ВРК правильное восстановление исходных сигналов в оконечном оборудовании возможно только при синхронной и синфазной работе пере-
34
дающего и приемного генераторного оборудования, в котором должны быть обеспечены тактовая, цикловая и сверхцикловая синхронизации.
|
|
|
|
|
АИМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АИМ |
|
ЗВ |
|
|
|
|
|
|
УНЧ |
|
ФНЧ |
17 |
|
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
АИМ
9
АИМ
1
Рисунок 1.15-3 Схема индивидуального оборудования при передаче сигнала звукового вещания в аппаратуре ИКМ – 30
Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой.
Цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части оконечного оборудования.
Сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение СУВ по соответствующим телефонным каналам.
Нарушение хотя бы одного их видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП. На рисунке 1.17 а показано временное распределение циклов в сверхцикле, формируемом на передаче. При наличии тактовой, цикловой и сверхцикловой синхронизации на приеме расположение циклов и сверхциклов, определяемое генераторным оборудованием приема, соответствует расположению их на передаче, т.е. не изменяется.
При нарушении цикловой синхронизации (рисунок 1.17 б) границы циклов на приеме произвольно смещаются по отношению к границам циклов цифрового сигнала, поступающего на вход приемного оборудования.
35
т.1,1 |
|
|
|
|
|
|
т.2,2 |
|
|
ТД |
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
т.3, |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
К |
N -1 |
0 |
1 |
т.4 |
Тки |
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
ЦС |
|
|
СУВ |
|
ЦС |
|
т.5,5 |
m |
|
Т |
|
|
t |
|
|
|
|
|
||
т.6,6 |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
t |
т.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
Рисунок 1.16 – Временные диаграммы работы оконеч- |
||||||
ного оборудования ЦСП |
|
|
|
|||
Это приведет к неправильному разделению канальных сигналов и СУВ, т.е. к потере связи по всем каналам. Очевидно, что при этом будет нарушена и сверхцикловая синхронизация.
При нарушении сверхцикловой синхронизации, но при наличии тактовой и цикловой, границы циклов на приеме и передаче совпадают (рисунок 1.17 в), но не совпадают номера циклов в сверхцикле, т.е. смещаются границы сверхцикла. Это приведет на приеме к неправильному распределению СУВ, передаваемых в определенном порядке в сверхцикле между телефонными каналами. Поскольку СУВ представляют собой набор сигналов, управляющих работой приборов АТС, нарушение сверхцикловой синхронизации так же приведет к нарушению связи по всем каналам.
Очевидно, что нарушение тактовой синхронизации сделает невозможным установление цикловой и сверхцикловой синхронизации, так как обработка символов цифрового сигнала с частотой отличной от FТ приведет к недопустимому увеличению коэффициента ошибок в регенераторе.
36
а) |
КИ |
0 |
Ц0 |
Ц1 |
Ц |
|
|
|
М-1 |
||||
|
|
|
ТКИ |
|
ТЦ |
t |
|
|
|
|
|
|
ТСЦ |
б) |
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КИ0 |
Ц0 |
Ц1 |
Ц |
|
|
|
|
М-1 |
||
|
|
|
|
|
ТЦ |
t |
в) |
|
|
ТЦ |
|
ТСЦ |
|
|
|
|
ЦМ-1 |
Ц0 |
ЦМ-2 |
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
Рисунок 1.17 – Временное положение циклов на пе- |
|||||
|
редаче (а) и приеме (б, в) |
|
||||
Сущность одного из распространенных методов осуществления тактовой синхронизации заключается в выделении из спектра цифрового сигнала тактовой частоты с помощью высокодобротного узкополосного фильтра (ПФ, рисунок 1.18). Это основано на том, что энергетический спектр униполярного цифрового сигнала с и = Т/2 содержит как непрерывную Gн(F), так и дискретные Gд(F) составляющие (рис. 1.18).
G(F) |
ПФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gд(F) |
|
|
|
|
Gн(F) |
|
|
|
0 |
FT |
2FT |
3FT |
4FT |
F |
Рисунок 1.18 – Выделение тактовой частоты |
|
||||
Такой способ выделения тактовой частоты называется способом пассивной фильтрации и характеризуется простотой реализации, но имеет существенный недостаток, так как стабильность выделенной тактовой частоты зависит от стабильности параметров фильтра выделителя и структуры цифрового сигнала (при появлении длинных серий нулей или кратковременных перерывах связи затрудняется процесс выделения тактовой частоты).
Этого недостатка лишены устройства тактовой синхронизации с применением фазовой автоподстройки частоты генератора тактовой частоты приемного оборудования (рис. 1.19), которые находят широкое применение в высокоскоростных ЦСП.
37
Двуполярный линейный цифровой сигнал ЛЦС дифференцируется в дифференцирующем устройстве ДУ и выпрямляется в двухполупериодном выпрямителе В, на выходе которого появляются импульсы соответствующие переходам от «0» к «1» и от «1» к «0». Эти импульсы подаются на перемножитель фазового детектора ФД, на выходе которого появляется напряжение, соответствующее расхождению тактовых частот принимаемого сигнала и местного генератора Г. После фильтрации высокочастотных продуктов перемножения в фильтре нижних частот ФНЧ фазового детектора, управляющее напряжение подается на генератор и изменяет его тактовую частоту. Так осуществляется фазовая автоподстройка тактовой частоты местного генератора Г под тактовую частоту принимаемого сигнала.
ФД
ЛЦС |
ДУ |
В |
ФНЧ |
|
Uупр
Г
FT
Рисунок 1.19 – Синхронизация тактовой частоты
Цикловая синхронизация в ЦСП чаще всего осуществляется при помощи добавочного канала. Основными требованиями к системе цикловой синхронизации являются: время, необходимое для первоначального установления и восстановления в процессе работы циклового синхронизма; воздействие ошибок в канале на поддержание циклового синхронизма; требуемая избыточность и сложность схем цикловой синхронизации.
Критичность времени восстановления циклового синхронизма в телефонной сети вытекает из возможности того, что потери управляющих сигналов внутриканальной сигнализации СУВ могут быть интерпретированы как разъединение. Вследствие этого максимальное время восстановления циклового синхронизма в ЦСП часто определяется из условий передачи СУВ.
Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На передающей стороне в состав группового цифрового сигнала в начале цикла передачи (обычно в КИо) вводится цикловой синхросигнал, а на приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПрЦС), который выделяет цикловой синхросигнал из группового цифрового сигнала и тем самым определяет начало цикла передачи. Очевидно, что цикловой синхросигнал должен обладать определенными отличительными признаками, в качестве которых используется заранее определенная и неизменная структура синхросигнала (например, 0011011 в ЦСП ИКМ-30), а также периодичность следования синхросигнала на опреде-
38
ленных позициях цикла (например, в КИо через цикл в ЦСП ИКМ-30). Цифровой сигнал в остальных каналах, в силу случайного характера информационных сигналов, такими свойствами не обладает.
Сокращение времени восстановления циклового синхронизма, в частности, может быть достигнуто за счет увеличения числа символов синхросигнала и частоты его повторения, но это неизбежно приведет либо к сокращению информационной части цикла передачи, либо к увеличению скорости передачи цифрового группового сигнала. Чаще используется многоразрядный синхросигнал, все символы которого передаются в виде единой синхрогруппы (сосредоточенный синхросигнал).
Когда речь идет о помехоустойчивости приемника синхросигнала, имеется в виду защита, как от установления ложного синхронизма, так и от ложного выхода из состояния синхронизма. Это обеспечивает наибольшее среднее время между сбоями синхронизации и может быть достигнуто за счет принятия того или иного решения после анализа ситуации в течение некоторого периода времени, а следовательно, приведет к возрастанию времени восстановления синхронизма.
Рассмотрим принципы работы ПрЦС со скользящим поиском (рис. 1.20), который выполняет следующие основные функции: установление синхронизма после включения системы в работу; контроль за синхронным состоянием системы в процессе работы и обнаружение сбоя синхронизма; восстановление состояния синхронизма после каждого сбоя.
Основными узлами ПрЦС являются опознаватель, анализатор и решающее устройство.
Опознаватель содержит регистр сдвига, число разрядов в котором совпадает с числом символов в синхросигнале. Запись в регистр входного ИКМ сигнала производится с тактовой частотой, а считывание из него информации в момент времени, соответствующий концу нулевого канального интервала генераторного оборудования приема. Дешифратор опознавателя настроен на дешифрацию синхросигнала заданной структуры. Как только в регистре сдвига, на вход которого поступает групповой цифровой сигнал, оказывается записанной кодовая комбинация, совпадающая по структуре с заданной структурой синхросигнала, на выходе опознавателя появляется импульс.
Анализатор с помощью контрольного сигнала, поступающего от ГОпр, проверяет соответствие момента появления импульса на выходе опознавателя ожидаемому моменту появления синхросигнала, т. е. осуществляется проверка по периоду следования и времени появления синхросигнала.
Появление импульса на выходе схемы запрета означает отсутствие синхросигнала (сигнала с выхода дешифратора) в момент поступления контрольного импульса от ГОпр, а появление импульса на выходе схемы И1 означает совпадение по времени синхросигнала и контрольного сигнала от ГОпр.
Решающее устройство оценивает выходные сигналы анализатора по определенному критерию, принимает решение о наличии или отсутствии синхронизма и управляет работой ГОпр в процессе вхождения в синхронизм. Решающее устройство содержит накопитель по выходу из синхронизма и накопитель
39
по входу в синхронизм, представляющие собой двоичные счетчики со сбросом.
Опознаватель |
|
|
|
ИКМ |
|
|
|
Регистр |
|
|
|
FT |
|
|
|
Дешифратор |
|
|
|
|
И2 |
Уст |
ГОпр |
|
|
||
За- |
n2 |
|
|
прет |
|
|
|
|
|
|
|
|
Сброс |
|
|
И1 |
n1 |
|
|
|
Сброс |
|
|
Анализатор |
Решающее устройство |
|
|
Рисунок 1.20 – Структурная схема приемника синхросигнала
Накопитель по входу в синхронизм, вход которого соединен с выходом схемы И1, обеспечивает защиту приемника циклового синхросигнала от ложного вхождения в синхронизм в режиме поиска синхросигнала, когда на вход опознавателя поступают случайные комбинации цифрового группового сигнала, совпадающие по структуре с синхросигналом. Обычно емкость накопителя по входу в синхронизм п1 составляет 2—3 разряда.
Накопитель по выходу из синхронизма, вход которого соединен с выходом схемы запрета анализатора, обеспечивает защиту от ложного выхода из состояния синхронизма, когда из-за ошибок в линейном тракте или по другим причинам происходит кратковременное изменение структуры синхросигнала. Обычно емкость накопителя по выходу из синхронизма п2 составляет 4—6 разрядов.
Рассмотрим работу приемника синхросигнала. Если система находится в режиме синхронизма, то накопитель по входу в синхронизм будет заполнен, поскольку на выходе схемы И1 регулярно появляются импульсы, подтверждающие совпадение моментов поступления импульсов с выхода опознавателя и контрольных импульсов от ГОпр. Накопитель по выходу из синхронизма опустошается (сбрасывается). Случайные комбинации со структурой, аналогичной структуре синхросигнала, не влияют на работу приемника циклового синхросигнала, так как не совпадают по времени с контрольными импульсами
от ГОпр.
Если, например, в результате ошибок в одном из циклов будет искажен
40