Цифровой линейный тракт (ЦЛТ).





Линейный тракт, линейные коды.

Рассмотренное в предыдущих главах аналого-цифровое оборудование обеспечивает формирова­ние цифрового двоичного сигнала, состоящего из импульсов и про­белов (единиц и нулей). Этот сигнал должен быть передан по ЦЛТ на противоположную оконечную станцию системы передачи, при этом должна быть обеспечена необходимая достоверность пе­редачи.

Цифровой линейный тракт как тракт системы передачи должен содержать среду распространения цифрового сигнала и устройст­ва, обеспечивающие требуемое качество передачи. В отличие от аналогового сигнала, используемого в системах с ЧРК и имею­щего сложную форму, полное восстановление которой в проме­жуточных пунктах невозможно, цифровой сигнал в большинстве случаев достаточно прост по форме: импульс определенной ам­плитуды и длительности, и в промежуточных пунктах, возможно его полное восстановление (регенерация). Поэтому промежуточ­ные пункты цифрового линейного тракта носят название регенерационных. Структурная схема ЦЛТ приведена на рисунке 1.44.

Оборудование окончания линейного тракта (ОЛТ) предназна­чено для формирования линейного цифрового сигнала на переда­че и его регенерации на приеме. Регенерационные пункты (РП) обеспечивают регенерацию цифрового сигнала на промежуточных участках линейного тракта. Особенности построения ЦЛТ различных систем передачи свя­заны с физическими свойствами сред распространения цифрового сигнала (СРЦС), определяющими степень искажения формы сигнала помехозащищенность и, как следствие этого, верность пере­дачи цифровой информации. Учитывая это, рассмотрим свойства основных СРЦС, их влияние на сигнал и предъявляемые к средам и сигналам требования, обеспечивающие получение необходимой верности передачи.


Рисунок 1.44 Цифровой линейный тракт.

 

Одной из наиболее широко используемых сред для передачи цифровых сигналов является электрический кабель (как симмет­ричный, так и коаксиальный). Рассмотрим влияние характерис­тик кабеля на передачу цифровых сигналов.

Затухание кабельной цепи с увеличением частоты растет, что неизбежно приводит к ограничению полосы частот цифрового сиг­нала сверху. Такое же воздействие оказывают на сигнал различ­ные элементы входных схем регенератора (трансформаторы, усилители).

На рисунке 1.45 а показана последовательность двоичных импуль­сов на входе и выходе цепи при ограничении сверху полосы про­пускания.

При поступлении импульса на вход участка кабельной цепи возникающие в этой цепи переходные процессы приводят к зава­лу фронта импульса и затягиванию спада при одновременном снижении амплитуды импульса. Причем, чем длиннее участок це­пи, тем меньше величина импульсного отклика на его выходе и тем резче выражены явления завала фронта и затягивания спада.

При значительном ограничении полосы частот цифрового сигнала переходные процессы, возникающие в цепи кабеля при прохожде­нии через нее каждого импульса, не успевают закончиться к мо­менту прихода следующего импульса или пробела. Это приводит к наложению импульсов, особенно сильно ощущаемому для со­седних символов цифрового сигнала. Явление наложения символов цифрового сигнала за счет расширения их длительности по­лучило название межсимвольной интерференции.

Межсимвольная интерференция приводит как к изменениям амплитуды, так и временным сдвигам символов. Вследствие меж­символьной интерференции на соседнем тактовом интервале им­пульс или пробел получает случайное приращение Δuпр. Если при отсутствии интерференции допустимая амплитуда помехи Uп, то при наложении символов ее значение уменьшается на Δuпр. Сдвиг фронта импульса Δт также приводит к искажению формы сим­вола.

В линейных трактах, организованных на цепях симметричных кабелей, присутствуют согласующие трансформаторы и усилите­ли, ограничивающие полосу частот цифрового сигнала снизу за счет подавления постоянной и низкочастотных составляющих спектра. Влияние ограничения полосы частот цифрового сигнала снизу показано на рисунке 1.45. б.

Рисунок 1.45 Влияние ограничения полосы частот на форму двоичного цифрового сигнала в линейном тракте.

 

Ослабление низкочастотных составляющих приводит к появле­нию выбросов, полярность которых противоположна полярности символа цифрового сигнала, причем спад выброса затягивается на последующие тактовые интервалы, вызывая межсимвольную интерференцию, снижающую амплитуду импульсов. Снижение амплитуды импульсов при возможной амплитуде помехи Uп сни­жает возможность регистрации импульсов на фоне помех. Сле­довательно, ограничение полосы частот вызывает искажение ци­фрового сигнала, что всегда снижает помехоустойчивость. Цифро­вой сигнал в электрическом кабеле подвергается воздействию помех. Рассмотрим характерные помехи и их влияние на цифро­вые сигналы.

Основным видом помех в ЦЛТ, построенных на симметричном кабеле, являются переходные помехи с других трактов этого ка­беля. Влияние помехи на сигнал зависит от способа организации передачи. При однокабельной передаче преобладают переходные помехи на ближнем конце регенерационного участка, при двух­кабельной - переходные помехи на дальнем конце. Переход­ная помеха на ближнем конце не зависит от длины регенераци­онного участка и в большинстве случаев превышает переходную помеху на дальнем конце. Величина переходной помехи на ближ­нем конце определяется уровнем сигнала на передаче, переходным затуханием между парами кабеля на ближнем конце А0 и спек­трами влияющего и подверженного влиянию сигналов.

Увеличение скорости передачи цифрового сигнала приводит к уменьшению длительности импульсов и расширению полосы час­тот. Это, в свою очередь, снижает переходное затухание и соот­ветственно увеличивает помехи. В этом случае уменьшается за­щищенность на ближнем конце Аз0. С целью сохранения величи­ны защищенности Аз0 в допустимых пределах приходится либо соответственно уменьшать длину регенерационных участков, либо использовать двухкабельную систему организации передачи.

Кроме переходных помех для симметричных кабелей характер­ны помехи от отраженных сигналов. Отражения сигналов возни­кают в тех точках кабельной пары, где происходит скачкообраз­ное изменение волнового сопротивления цепи - это прежде всего стыки строительных длин и участки включения газонепроницае­мых муфт. Отражения приводят к возникновению паразитных цифровых потоков, опережающих основной сигнал или отстаю­щих от него.

При одновременном использовании пар симметричного кабеля для организации цифровой передачи и коммутируемой низкочас­тотной связи на регенерационных участках, прилегающих к ком­мутационной станции, возникают импульсные помехи. Помехи создаются коммутационными приборами. Мощность этих помех на прилегающих к станции регенерационных участках значитель­но превышает мощность остальных помех, из-за чего приходится укорачивать пристанционные участки.

Характерной особенностью коаксиальных кабелей, используе­мых для организации высокоскоростных цифровых трактов, явля­ется рост переходного затухания при увеличении частоты. Пере­ходное затухание типовых коаксиальных кабелей уже на частоте 1 МГц не менее 120 дБ, что позволяет не учитывать переходные помехи при рассмотрении процессов передачи по ним сигналов.

Основным видом помех в коаксиальных цифровых трактах яв­ляются тепловые помехи, вызванные хаотическим тепловым дви­жением носителей тока в кабельных цепях и входных каскадах регенераторов. Защищенность от тепловых шумов всецело опреде­ляется скоростью передачи цифрового сигнала и длиной регенерационного участка (эти параметры определяют затухание участ­ка). Менее значительны помехи от отражений, которые в коакси­альных цепях возникают не только в точках стыка строительных длин, но и в точках технологической неоднородности структуры цепи.

В целом уровень помех в коаксиальных цепях намного ниже, чем в симметричных. При организации высокоскоростных цифро­вых трактов по симметричным кабелям необходимая защищен­ность не может быть обеспечена, поэтому при скоростях передачи свыше 8 Мбит/с цифровые линейные тракты строятся на базе коаксиальных кабелей.

Линейные коды ЦСП.

Как уже отмечалось, по ЦЛТ должны передаваться сигналы, обеспечивающие минимальные уровни по­мех внутри сигнала и переходных помех между соседними трактами. Уровень и мешающее действие указанных помех зависят в общем случае как от ширины и формы энергетического спектра сигнала, так и от ширины и формы амплитудно-частотной харак­теристики (АЧХ) тракта.

Следовательно, вопрос выбора цифрового сигнала, обеспечи­вающего необходимую помехозащищенность, сводится к подбору сигнала, спектр которого удовлетворяет определенным требова­ниям. Первое требование: энергетический спектр сигнала должен ограничиваться снизу и сверху, быть достаточно узким, распола­гаться на сравнительно низких частотах и не содержать постоян­ной составляющей.

Ограниченный спектр сигнала позволяет уменьшить искаже­ния при прохождении сигнала через тракт, так как в спектре сиг­нала будут подавляться составляющие, имеющие небольшую мощность (известно, что чем больше мощность составляющей, тем сильнее искажение при ее подавлении). Сдвиг спектра в об­ласть более низких частот снижает уровень переходной помехи. Уменьшение ширины спектра сигнала позволяет сделать более узкой полосу пропускания входных цепей регенератора, уменьшив тем самым ширину полосы и мощность помех, проникающих в решающее устройство.

Было установлено, что качество тактовой синхронизации реге­нератора в большой степени зависит от состава энергетического спектра цифрового сигнала. Известно, что системы тактовой син­хронизации требуют наличия в спектре дискретной составляющей с частотой fт. Если тактовая частота в спектре цифрового сигна­ла отсутствует, то организация тактовой синхронизации сильно затруднена. Поэтому второе требование к спектру цифрового сигнала: в составе спектра должна быть составляющая с частотой fт.

Как известно из теории передачи сигналов, наличие информа­ционной избыточности в кодовых комбинациях позволяет выяв­лять в них ошибки. Следовательно, применив линейный код, со­держащий избыточность, можно решать вопросы контроля каче­ства передачи в линейном тракте без перерыва связи. Отсюда третье требование к цифровому линейному сигналу: он должен быть представлен в коде содержащем информационную избы­точность.

Рассмотрим, насколько известные двоичные коды удовлетворя­ют представленным выше трем требованиям.

Сигнал на выходе АЦП в безызбыточном двоичном коде может быть представлен в виде случайной последовательности однополярных импульсов (рисунок 1.46. а) со скважностью q=T/tи>1 (как правило, q=2). Такой сигнал называют, двоичным, или бинар­ным. Энергетический спектр двоичного сигнала содержит сплош­ные и линейчатые составляющие (рисунок 1.46. б).

 

 

       
   
 

               
 
б
 
   
f/fT
 
   
г
 
   
f/fT


t
Рисунок 1.46 Двоичные цифровые сигналы и их энергетические спектры:

а -двоичный сигнал, со скважностью q=2;

б - энергетический спектр сигнала с q=2;

в -двоичный цифровой сигнал с импульсами, затянутыми на тактовый интервал (q=1);

г - спектр сигнала q=1

Анализ спектраль­ной диаграммы этого сигнала показывает, что амплитуды посто­янной составляющей и НЧ составляющих спектра выше, чем у ВЧ составляющих. Ширина первого лепестка спектра велика - 2fт.

Проходя через тракт с большим числом линейных трансфор­маторов, подавляющие самые мощные составляющие спектра, сигнал сильно искажается и его регенерация становится затруд­нительной. Следовательно, такой сигнал не удовлетворяет перво­му требованию, предъявляемому к цифровому линейному сигналу. Не удовлетворяет он и третьему требованию. Наличие fт в спектре сигнала не может служить основанием для его применения, так как не выполняется первое требование, являющееся самым важным.

В линейных трактах сельских цифровых систем передачи ИКМ-12М и ИКМ-15 используются двоичные сигналы со скваж­ностью импульсов q=1, так называемые сигналы с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал» (рисунок 1.46, в). Энергетический спектр такого сигнала (рисунок 1.46, г) не содержит дискретных состав­ляющих, его непрерывная составляющая концентрируется в облас­ти низких частот, имеется мощная постоянная составляющая. Этот сигнал не удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к форме и составу спектра линейного цифрового сигнала. В то же время меньшая ширина спектра, чем у сигнала с q=2, в сочетании со специальным методом регенерации позволяют добить­ся помехоустойчивости регенераторов, сравнимой с помехоустойчивостью при использовании квазитроичных сигналов, которые будут рассмотрены ниже. При этом регенератор двоичного сигнала с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал», будет проще и экономичнее регенератора квазитроичного сигнала.

Постоянная составляющая в энергетическом спектре однополяр­ной случайной импульсной последовательности определяется энергией импульсов, поступивших на вход приемного устройства за определенный отрезок времени. Если вместо однополярной последовательности импульсов использовать последовательность импуль­сов чередующейся полярности, то за определенный промежуток времени суммарная энергия положительных и отрицательных импульсов на накопителе приемного устройства будет равна нулю. Эта идея была использована при формировании основного вида линейного цифрового сигнала, получившего название сигнала с чередованием полярности импульсов ЧПИ.

На рисунке 1.47.а, представлена двоичная кодовая комбинация, а на рисунке 1.47.б, полученная из нее комбинация в коде ЧПИ. Видно, что символы, используемые в комбинации кода ЧПИ, могут иметь три уровня: -1; 0; +1. В то же время количество информации в кодовой комбинации ЧПИ такое же, как и в двоичном коде, так как она получена из двоичной комбинации. Количество информа­ции в кодовой комбинации, состоящей из элементов трех уровней, больше, чем в двоичной. Избыточность информации при использовании кода ЧПИ позволяет контролировать наличие ошибок в линейном тракте.

 
 

Рисунок 1.47 Квазитроичный цифровой код с чередованием полярности импульсов ЧПИ и его энергетический спектр.

 

Энергетический спектр случайной импульсной последователь­ности (рисунок 1.47, в) концентрируется в узкой области вблизи частоты 0,5fт, называемой полутактовой. В спектре сигнала отсутст­вует составляющая с частотой fт, что затрудняет построение систем тактовой синхронизации. Тем не менее отсутствие постоянной сос­тавляющей и концентрация спектра в области частот ниже fт по­зволяют при одинаковых значениях тактовой частоты получить для сигнала с ЧПИ меньшие, чем для двоичного, величины межсим­вольных искажений и переходной помехи. Это и определило широ­кое использование сигнала с ЧПИ в низкоскоростных и среднескоростных ЦСП.

 





Читайте также:
Экономика как подсистема общества: Может ли общество развиваться без экономики? Как побороть бедность и добиться...
Расчет длины развертки детали: Рассмотрим ситуацию, которая нередко возникает на...
Методика расчета пожарной нагрузки: При проектировании любого помещения очень важно...
Отчет по производственной практике по экономической безопасности: К основным функциональным целям на предприятии ООО «ХХХХ» относятся...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.053 с.