Тема 3.2. Организация каналов передачи дискретной информации, звукового вещания.

Дискретные сигналы вводятся либо на определенные импульсные позиции, предусмотренные во временном цикле группового потока, либо на временные позиции определенных телефонных каналов, предназначенных для передачи этих сигналов. Ввод дискретной информации может быть синхронным или асинхронным. При синхронном вводе тактовая частота вводимого сигнала должна быть синхронной с тактовой частотой предоставляемых импульсных позиций. С этой целью ГО источника дискретной информации должно работать синхронно с ГО цифровой системы передачи. Реализация этого требования иногда затруднительна, так как источник дискретной информации может быть удален на значительное расстояние и работать одновременно с несколькими ЦСП. При асинхронном вводе дискретной информации используются три способа: наложения, кодирования и согласования скоростей передачи дискретных сигналов со скоростью передачи символов цифрового канала. При выборе способа передачи дискретной информации учитывается степень использования пропускной способности цифрового канала ТЧ и роста построения аппаратуры ввода.

При скорости передачи дискретных сигналов 50...200 Бод наиболее простым способом ввода асинхронных сигналов является способ наложения. Он состоит в том, что кодовые импульсы дискретного сигнала стробируются импульсами тактовой, частоты канала, полученные пакеты импульсов передаются на противоположную станцию, где выделяется их огибающая. Этот метод нашел применение при передаче CYB. Передаваемые таким способом импульсы дискретной информации подвергаются краевым искажениям, так как моменты начала и конца импульсов дискретной информации практически не будут совпадать по времени с первым и последним стробирующими импульсами в пакете, что приводит к уменьшению длительности импульса дискретной информации при его восстановлении.

Коэффициент использования пропускной способности канала (у цифрового канала ТЧ она равна 64 кбит) будет определяться допустимыми краевыми искажениями передаваемых импульсов. Если допустимы краевые искажения до 10%, то тактовая частота стробирующих импульсов должна превышать тактовую частоту дискретного сигнала не менее чем в 10 раз. В этом случае пропускная способность цифрового какала ТЧ будет использоваться на 10%, а коэффициент использования канала составит Fид / fик = 0,1. где Fид — частота следования импульсов дискретной информации, а fик — частота следования импульсов цифрового канала ТЧ. Обычно пропускная способность канала при таком методе передачи дискретной информации используется на 5...20%.

Можно вводить дискретную информацию, кодируя временные положения фронтов импульсов и характер перехода: от 0 к 1 или от 1 к 0.

Информация кодируется трехразрядным кодом, где первый разряд - 1, если переход произошел в предшествующем временном интервале, или 0, если переход отсутствовал, второй разряд 1, если фронт находился в первой половине этого интервала, или 0, если во второй половине; третий разряд - 0, если переход от 0 к 1, и 1, если переход от 1 к 0 Пример кодирования импульсов дискретной информации по такому алгоритму приведен на рис 84.

Так как на каждый импульс приходится не менее трех стробирующих импульсов, максимальный коэффициент использования канала будет равен 0,33.

Недостатком способа кодирования является возможность размножения ошибок при передаче подряд одноименных импульсов дискретной информации, если будет искажен символ кодовой группы, несущий информацию о полярности перехода. Такая ошибка вызовет инверсию всех следующих подряд одинаковых импульсов вплоть до следующего перехода. Этот недостаток можно устранить, если на приеме применить корректирующее устройство с запоминанием предыдущего знака или с передающей станции периодически передавать информацию о полярности сигнала.

Метод согласования скоростей передачи дискретных сигналов со скоростью передачи цифрового канала осуществляется аналогично асинхронному объединению цифровых потоков. Как и при асинхронном объединении потоков, сигналы дискретной информации записываются в ЗУ со своей тактовой частотой и считываются с частотой следования импульсов канала. Обычно частоту считывания выбирают несколько больше частоты записи, что приводит к появлению временных сдвигов. Так как частоты f3 и fcч асинхронны, отношение между ними будет нестабильным, что приводит к появлению кеоднородностей. В приемном устройстве временные сдвиги должны быть обнаружены устранены, а возникшие неоднородности скорректированы. Для этого применяется специальный приемник, где путем соответствующей обработки принятой информации выявляют и убирают временные сдвиги, а при обнаружении неоднородностей подстраивают скорость передачи цифровых сигналов дискретной информации. При использовании такого способа ввода дискретной информации и коррекции неоднородностей на приеме коэффициент использования канала можно довести до 0,85... 0,9. Если предусмотреть передачу команд согласования скоростей, можно довести коэффициент использования канала до 0,98. Но это потребует соответствующего усложнения оборудования ввода информации на передающей станции и вывода ее на приемной.

Канал звукового вещания организуется для передачи сигналов, занимающих полосу частот:

• 30 - 15000 Гц (высший класс);
• 50- 10000 Гц (1 класс);
• 100-6300 Гц (2 класс).

Для каналов ЗВ частота дискретизации будет выбираться из условия Fд = 2.4Fв следовательно:

• для высшего класса Fд = 2.4 Fв = 2,4 * 15000 = 36000 Гц
• для 1 класса Fд = 2.4 * 10000 = 24000 Гц
• для 2 класса Fд = 2,4 * 6300 = 15120 Гц.

· Тема 4.1. Принципы построения генераторного оборудования ЦСП.
Формирование управляющих сигналов в ГО.

· Все процессы обработки сигналов в ЦСП с ВРК строго регламентированы во времени. Последовательность обработки сигнала в оконечном оборудовании задается генераторным оборудованием.

· Генераторное оборудование обеспечивает формирование и распределение импульсных последовательностей, управляющих процессами дискретизации, кодирования (декодирования), ввода (вывода) символов служебных сигналов на определенные позиции цикла передачи и т.д. От ГО необходимо получить импульсные последовательности со следующими основными частотами:

· 1) тактовой частотой

· Fт = 1/Тт = Fд * m * Nки (4.5.)

· Где: Nки - число каналов в системе, m - разрядность кода

· 2) частотой следования кодовых групп (канальных интервалов)

· Fкг = Fки = 1/Тки = Fд * Nки = Fт/m (4.6.)

· 3) частотой дискретизации (следования циклов)

· Fд = Fц = 1/Тд = Fт/m * Nки (4.7.)

· 4) частотой дискретизации каналов передачи СУВ (следования сверхциклов)

· Fд сув = Fсцс = Fт/m * Nки * S (4.8.)

· Где: S - число циклов в сверхцикле

· Таким образом, получить необходимые импульсные последовательности можно путем деления тактовой частоты, получаемой от высокостабильного задающего генератора ЗГ.

· При целых m, Nки, S нужные значения частот импульсных последовательностей получают путем деления Fт в целое число раз (Рис. 1.)

·

· Рис. 1. Структурная схема генераторного оборудования ЦСП

· Как правило, в качестве делителей частоты применяют регистры на выходах которых формируются разрядные РИ, канальные КИ и сигнальные СУВ (цикловые Ц) импульсные последовательности. Разрядные импульсы используются для формирования разрядов кодовых групп, канальные - для управления ключами АИМ на передаче и временными селекторами ВС на приеме, а сигнальные - для дискретизации каналов передачи СУВ. Различие в построении ГО передающей и принимающей оконечных станций заключается лишь в источнике тактовой частоты. На передающей станции эту частоту получают от задающего генератора ЗГ с кварцевой стабилизацией частоты, а на принимающей станции - от выделителя тактовой частоты ВТЧ. Формирователь импульсов ФИ преобразует синусоидальное колебание в импульсную последовательность.

· Обычно предусматривается несколько режимов работы ГО:

· а) внутренней синхронизации, при котором осуществляется работа от высокостабильного автономного ЗГ (с относительной нестабильностью 10^-5 ... 10^-6)

· б) внешнего запуска, при котором осуществляется работа от внешнего ЗГ.

· в) внешней синхронизации, при котором осуществляется подстройка частоты ЗГ с помощью ФАПЧ, управляемой внешним сигналом.

· На Рис. 2. представлена структурная схема ГО передачи первичной ЦСП ИКМ-30, на Рис. 3. - структурная схема ГО приема. На Рис. 4. приведены временные диаграммы, поясняющие формирование импульсных последовательностей на выходах ГО.

·

· Рис. 2. Структурная схема ГО передачи первичной ЦСП

·

· Рис. 3. Структурная схема ГО приема первичной ЦСП

· Формирователь тактовой последовательности ФТП вырабатывает основную импульсную последовательность с частотой следования Fт.

· ДР - делитель разрядный - формирует разрядные импульсы, число которых равно числу разрядов в кодовой комбинации. При m = 8 частота следования кодовых групп:

· Fкг = Fки = Fт/m = 2048 кГц / 8 = 256 кГц

· ДК - делитель канальный - формирует управляющие канальные импульсные последовательности КИ₀, КИ₁, КИ₂, ... КИ_N

· Где: N - число канальных интервалов в цикле.

·

· Рис. 4. Временные диаграммы формирования импульсных последовательностей на выходах ГО: а) разрядных и канальных, б) цикловых

· Частота следования циклов:

· Fц = Fд = Fки/Nки = 256 кГц / 32 = 8 кГц

· Если эти импульсы используются для фиксации канальных интервалов в групповом ИКМ сигнале, их длительность должна равняться длительности канального интервала. При использовании этих импульсов для управления ключевыми устройствами в трактах передачи и приема их длительность должна быть меньше.

· ДЦ - делитель цикловой - служит для формирования цикловых импульсных последовательностей Ц₀, Ц₁, Ц₂,... Ц_S

· Где: S - число циклов в сверхцикле.

· Частота следования сверхциклов:

· Fсцс = Fд сув = Fц/S = 8 * 10³ Гц / 16 = 500 Гц

· С целью обеспечения синхронной и синфазной работы передающей и приемной станции в ГО приемной станции вместо ЗГ используется выделитель тактовой частоты системы устройств тактовой синхронизации. Наличие установочных входов обеспечивает (при необходимости) возможность подстройки ГО данной станции к работе ГО другой станции выбранной за ведущую станцию. По сигналу "установка по циклу" делитель разрядный начинает работать с первого разряда, а делитель канальный - с первого канального интервала По сигналу "установка по сверхциклу" делитель цикловой начинает работать с первого цикла. Схемы ДР, ДК и ДЦ реализуются на основе счетчиков, регистров, дешифраторов и др. логических схем, реализуемых на ИМС.

· К задающим генераторам цифровых систем передачи не предъявляется таких высоких требований по стабильности частоты, формы выходного сигнала, как к ЗГ аналоговых систем передачи. Обеспечение стабильности частоты ЗГ (в режиме автогенератора) и реализация подстройки частоты в определенных пределах учитывается при выборе соответствующей схемы ЗГ. В соответствии с рекомендациями МСЭ относительная нестабильность частоты ЗГ должна быть не более 10^-5.

· Учитывая то, что ЗГ должен работать в режимах как автогенерации, так и внешнего управления частотой, в схеме предусматривается возможность переключения режимов. На Рис. 5 представлена такая структурная схема ЗГ состоящая из автогенератора с кварцевым резонатором и схемы фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, куда входят: фазовый детектор ФД, фильтр низкой частоты ФНЧ, усилитель постоянного тока УПТ, формирующий ток управления частотой ЗГ. В режиме автогенерации устанавливаются перемычки 1-2, 4-6. В режиме внешней подстройки частоты устанавливаются перемычки 2-3, 4-6, 7-8; тогда в работу включается схема ФАПЧ, которая сравнивает фазы внешней частоты синхронизации и собственную частоту ЗГ. Если имеется расхождение фаз этих частот, то вырабатывается соответствующий управляющий сигнал и частота ЗГ подстраивается под частоту синхронизации. В режиме использования внешнего генератора устанавливается перемычка 5-6.

·

· Рис. 5. Функциональная схема ЗГ с фазовой автоподстройкой частоты

·

· Рис. 6. Упрощенная принципиальная схема ЗГ на транзисторах

· При построении перестраиваемых ЗГ на интегральных схемах для обеспечения управления частотой ЗГ требуется сложная схема подстройки. Поэтому ЗГ первичных ЦСП и более высоких порядков строят в основном на дискретных элементах. Рассмотрим типичный пример реализации ЗГ на дискретных элементах. Упрощенная принципиальная схема такого ЗГ представлена на Рис. 6. Это двухкаскадный усилитель с положительной обратной связью. Режим по постоянному току первого каскада обеспечивается резисторами R1, R2, R3, второго - резисторами R6 ... R9. В цепи прямой связи между каскадами включен кварцевый резонатор Q и подстроечный элемент - варикап VD1. Положительная обратная связь осуществляется через контур L2, С3, R5. Резонансные свойства первого каскада обеспечиваются L1, С2. Амплитуда переменного напряжения, приложенного к базе VT2, ограничивается диодным ограничителем VD2, VD3. Этим обеспечивается стабилизация амплитуды выходного сигнала ЗГ. Смещающее напряжение Есм, приложенное к варикапу, может изменяться потенциометром R4 или регулироваться напряжением с ФАПЧ при работе внешней синхронизации ЗГ.

· Делители генераторного оборудования ЦСП предназначены для формирования определенного числа импульсных последовательностей, причем импульсы разных последовательностей должны быть сдвинуты друг относительно друга на определенный интервал времени.

· Делитель разрядный (ДР), функциональная схема которого приведена на Рис. 7. выполнен на основе 8-разрядного однотактного регистра сдвига с обратной связью.

·

· Рис. 7. Функциональная схема делителя разрядного

· Цепь обратной связи служит для периодической записи "единицы" в первый триггер с частотой 256 кГц, что достигается подачей на дешифратор информации о состоянии всех триггеров регистра. Установка в исходное (нулевое) состояние триггерных ячеек производится подачей на R (Reset) вход каждой ячейки импульса "установка по циклу" (Ц0). В тот момент когда все триггеры находятся в "нулевом" состоянии, с их инверсных выходов поступает высокий потенциал на входы дешифратора. Выход восьмого триггера на дешифратор не подключен, так что состояние этого триггера не влияет на работу дешифратора. Т.к. высокий потенциал одновременно приложен ко всем входам дешифратора, то на двух его выходах, подключенных ко входу управления "J" (1) и ко входу управления "К" (0) первого триггера возникают высокий и низкий потенциалы соответственно.

· При поступлении на шину переноса первого тактового импульса "строб 1" первый триггер переключается в единичное состояние в соответствии с потенциалами приложенными к его входам: J(1) —> Q(1); K(0) —> Q(0). Все остальные триггеры сохраняют нулевое состояние. В результате переключения первого триггера в единичное состояние должны измениться сигналы, управляющие вторым триггером. Для нормальной работы распределителя это изменение должно произойти после окончания продвигающего тактового импульса. В противном случае возникает поочередное опрокидывание нескольких триггеров во время действия одного тактового импульса- Поэтому сигнал для управления последующим триггером снимается с дополнительного выхода Q', на котором перепады напряжения возникают по заднему фронту тактового импульса после окончания в триггере переходных процессов. Следовательно, в паузе между тактовыми импульсами возникают условия для переключения в единичное состояние и горого триггера. Помимо этого, с инверсного выхода первого триггера на один из входов дешифратора поступает низкий уровень напряжения. В результате этого на "J" входе первого триггера возникает низкий потенциал (0), а на "К" входе - высокий (1).

· Затем, второй тактовый импульс возвращает первый триггер в нулевое состояние в соответствии с потенциалами на "J" и "К" входах и записывает "единицу" во второй триггер. Низкий уровень напряжения с нулевого выхода второго триггера поступает на вход дешифратора, запрещая тем самым запись "1" в первый триггер. По окончании тактового импульса на дополнительном выходе второго триггера возникает высокий потенциал, обеспечивающий запись "единицы" в третий триггер следующим тактовым импульсом. Опрокидывание первого триггера обеспечивает подготовку цепи управления вторым триггером к возвращению его в исходное состояние. Следовательно, третий тактовый импульс запишет "единицу" в третий триггер и опрокинет в "ноль" второй триггер, по цепи обратной связи будет осуществляться запрет записи "единицы" в первый триггер низким потенциалом с инверсного выхода уже третьего триггера и т.д.

· Таким образом, каждый тактовый импульс осуществляет опрокидывание только двух триггеров: осуществляя запись "1" в очередной триггер и опрокидывая предыдущий. "Единица" записанная в первый триггер продвигается по регистру под действием тактовых импульсов. При чем до тех пор, пока хотя бы один из триггеров, кроме последнего, находиться в "единичном" состоянии, будет запрещаться запись "единицы" в первый триггер регистра. После восьмого тактового импульса "единица" оказывается записанной в последний, восьмой триггер регистра. Сигнал запрета снимается с первого триггера, так как па вход дешифратора сигнал с выхода восьмого триггера не поступает. На этом цикл работы делителя-распределителя заканчивается.

· С поступлением следующего, девятого тактового импульса, записывается "единица" в первый триггер и возникает запрет на его входах, а восьмой триггер устанавливается в "нулевое" состояние. Цикл работы делителя-распределителя повторяется сначала. Выходные последовательности импульсов P1 - P8 снимаются с ячеек регистра сдвига через мощные выходные инверторы НЕ2 - НЕ9 и используются для управления работой кодера и декодера. В целителе разрядном, кроме того, формируется импульсная последовательность, определяющая временное положение канальных интервалов и управляющая работой модулятора АИМ на передаче ("строб АИМ") и временного селектора на приеме ("строб ВС"). Формирование сигналов управления "Установка по циклу" и "Установка по сверхциклу" в генераторном оборудовании такта передачи обеспечивает формирователь, сигналов управления.

· Формирователь сигналов управления ФСУ обеспечивает формирование сигналов "Установка по циклам и сверхциклам" ГОпер, аналогичных сигналам установки ГОпр, поступающим с выхода приемника синхросигнала. Принцип работы ФСУ основан на сравнении временного положения импульсных последовательностей, поступающих от ГОпер и ГОпр данной станции, и установке по результатам сравнения ГОпер в исходное состояние. Структурная схема ФСУ, состоящего из анализатора и решающего устройства, приведена на Рис. 8.

·

· Рис. 8. Структурная схема ФСУ первичной ЦСП

· Требуемая точность установки фазы ГОпер обеспечивается стробированием канальных и разрядных интервалов тактовой частотой (элементы И1, И2, НЕ1-НЕЗ). В случае расхождения фаз сравниваемых импульсных последовательностей ГОпер и ГОпр анализатор вырабатывает импульсы "Установка по циклу", которые предварительно поступают на вход решающего устройства. Решающее устройство, представляющее собой 2-разрядный счетчик (Тг1 и Тг2), играет роль накопителя и служит для повышения помехозащищенности работы ФСУ. Действительно, лишь третий импульс с выхода анализатора проходит через схему стробирования И6 и поступает на шину "Установка по циклу" ГОпер, сбрасывая триггеры ДР и ДК в исходное состояние. После установки заданного временного положения импульсных последовательностей ГОпер и ГОпр происходит сброс триггеров накопителя Тг1 и Тг2 импульсом, поступающим от элемента сброса И5.

· Схема формирования сигнала "Установка по сверхциклу" выполнена на элементах ИЗ и НЕ4. "Установка по сверхциклу" осуществляется периодической подачей импульсной последовательности частотой 500 Гц, поступающей от ГОпр в ГОпер. Предварительно импульсы "Установка по сверхциклу" стробируются канальными и разрядными импульсами с целью исключения их влияния на сверхцикловой делитель ГОпер. В том случае, когда аппаратура ИКМ-30 не работает в режиме жесткой связи ГОпр и ГОпер, шина, по которой осуществляется "Установка по сверхциклу" ГОпер, заземляется.