Ввод сигналов передачи данных в каналы и тракты цифровых систем передачи с ИКМ-ВРК

Рис. 4.14. Структурная схема полувокодера

К сигналам передачи данных (ПД) будем относить телеграфные сигна­лы, сигналы аппаратуры передачи дискретной информации, сигналы ап­паратуры передачи данных, сигналы цифровых вокодеров, сигналы циф ровой факсимильной связи, сигналы от ЭВМ и др. Эти сигналы подлежат передаче по типовым каналам и трактам ЦСП.

Качество передачи сигналов ПД по цифровым каналам и трактам оп­ределяется следующими показателями:

1. Скоростью модуляции, под которой понимается максимальное чис­
ло единичных элементов, которое можно передать за секунду: где
В - скорость модуляции, Бод; - длительность единичного элемента сиг­
нала (нуля или единицы), с;

2. Коэффициент использования пропускной способности цифрового
канала или тракта - максимальная скорость мо­
дуляции цифрового сигнала; В_с - скорость модуляции сигнала цифрового
канала или тракта. Номинальная скорость модуляции Во, исходя из крае­
вых искажений на входе цифрового тракта, должна быть меньше макси­
мальной, обычно В_о = 0,55_макс.

3. Коэффициент размножения ошибок, который для одиночных оши­
бок равен - вероятность ошибки для двоичного сигна­
ла; р_с - вероятность ошибки сигнала цифрового канала или тракта ЦСП.

4. Коэффициент краевых искажений, характеризующий расхождение
между значащими моментами (ЗМ), т. е. моментами перехода от одного
символа к другому (из состояния 1 в состояние 0 или наоборот) в пере­
данном и принятом сигналах ПД: - ошибка между зна­
чащими моментами (ЗМ) в сигнале ПД и моментом его передачи в канале
или тракте ЦСП;

Сигналы ПД вводятся в свободные импульсные позиции цифровых трактов (первичный, вторичный, третичный, четверичный), а также в им­пульсные позиции разрядов основного цифрового канала. Ввод сигналов ПД в цифровой тракт может быть синхронным и асинхронным.

В случае синхронного ввода тактовая частота сигнала ПД должна быть синхронной с тактовой частотой цифрового канала или тракта. С этой целью, как показано на рис. 4.15, предусматривается синхронизация ис­точника сигнала ПД от генераторного оборудования (ГО) ЦСП.

 

 

 

 

Источник	Запись	БУ
сигнала ПД
			I
	ГО
		ЦСП	Счи

Рис. 4.15. Синхронный ввод сигналов ПД

 

а)
б)	Mill	1 1 1	МММ	мм	1 1	1 ,
в)	II II		МММ	1 II II
')		1 1				1 ,
д)		~~\

Рис. 4.16. Ввод сигналов ПД методом простого наложения

Сигнал ПД записывается в буферную память (БУ) и затем считывается в коллектор цифрового потока (КЦП) импульсной последовательностью, поступающей от ГО ЦСП.

Асинхронный ввод сигналов ПД является наиболее общим способом организации каналов ПД по типовым цифровым каналам и трактам. Ши­рокое применение получили следующие методы ввода асинхронных сиг­налов ПД: метод наложения, метод кодирования, или скользящего поиска, и метод фиксированного индекса.

Метод наложения.Он является наиболее простым и состоит в том, что сигналы ПД (рис. 4.16,а) стробируются импульсами тактовой частоты (иногда называемыми импульсной несущей) соответствующего цифрового канала или тракта , (рис. 4.16,6). Импульсы, полученные стробированием (рис. 4.16,в), вводятся в КЦП канала или тракта ЦСП.

В приемном оборудовании переданный сигнал выделяется из группо­вого цифрового потока разделителем цифрового потока (РПЦ) и затем восстанавливается по огибающей пакета импульсной последовательности (рис. 4.16,д). Выделение огибающей пакета импульсов может быть осу­ществлено, например, подачей пакета импульсов на один из разделитель­ных входов триггера, на другой вход которого подаются инверсные паке­ты импульсов (рис. 4.16,г). Так как стробирующие импульсы (рис. 4.6,6) не синхронизированы с сигналом ПД, то ЗМ (смещение фронтов импуль­сов) передаются с ошибками, называемыми краевыми искажениями, ве­личина которых равна - период стробирую-щих импульсов. Величина этих искажений не превышает периода такто­вой частоты - стробирующих импульсов Т_с.

Рассмотренный способ ввода сигналов применяют в низкоскоростных системах передачи (скорость передачи 50...200 Бод), а также для переда­чи различного вида служебных сигналов в цифровых потоках, как, напри­мер, сигналов управления и взаимодействия (СУВ) в потоке Е1.

Если считать, что при передаче телеграфных сигналов допустимы краевые искажения до 10%, то тактовая частота (стробирующих импульсов) цифрового канала, в который вводятся сигналы ПД, должна не ме­нее чем в 10 раз превышать тактовую частоту сигнала ПД, равную . В этом случае пропускная способность цифрового канала или тракта будет использоваться только на 10% (коэффициент использования . Для сигнала ПД со скоростью передачи В_о= 1200 Бод и часто­той стробирования = 64 кГц (что соответствует тактовой частоте основ­ного цифрового канала - ОЦК), коэффициенте краевых искажений 8о = =2% пропускная способность ОЦК используется лишь на 2%.

Метод наложения прост в реализации, обладает высокой помехоза­щищенностью (коэффициент размножения ошибок , если число оши­бок в двоичном сигнале в раз меньше числа ошибок в цифровом тракте), но, как следует из рассмотренных примеров, обладает очень низ­ким использованием пропускной способности каналов и трактов ЦСП.

Для повышения эффективности использования пропускной способно­сти основного цифрового канала (ОЦК) в нем организуется несколько низкоскоростных каналов ПД, число которых равно , где

- скорость передачи индивидуального сигнала ПД. Скорость передачи группового сигнала ПД в этом случае будет равна * . На-

пример, при организации 12 каналов передачи сигналов ПД со скоростью = 200 Бод и величине краевых искажений , пропускная спо-

собность такого канала ЦСП должна быть не меньше =

= 200-(12 + 1) / 0,05 = 52-Ю³ Бод.Для повышения эффективности исполь­зования каналов и трактов ЦСП для передачи сигналов ПД применяется метод скользящего индекса, который в настоящее время стандартизиро­ван для передачи телеграфных сигналов и других сигналов ПД.

Метод скользящего индекса.Сущность данного метода состоит в том, что по каналу или тракту ЦСП передается информация о наличии значащего момента модуляции (ЗМ), т.е. о наличии фронта импульса, его местоположении относительно соседних импульсов сигнала ПД и о его характере — переход от 0 к 1 и наоборот. Эта информация содержится в кодовых комбинациях, состоящих из т > 3 разрядов. Кодирование реали­зуется по следующему алгоритму: первый разряд - 1 свидетельствует о наличии фронта между импульсами, и 0 - о его отсутствии; второй разряд свидетельствует о его местоположении: 1, если фронт находится в первой половине периода Т_с стробирующих импульсов и 0, если фронт находится во второй половине Т_с; третий разряд свидетельствует о переходе от 0 к 1 и наоборот: если 0, имеет место переход от 0 к 1, если 1, то имеет место переход от 1 к 0. Пример кодирования сигнала ПД по этому алгоритму показан на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Ввод сигналов ПД методом скользящего индекса

Так как на каждый импульс должно приходиться не менее трех стро­бирующих импульсов, достижимый коэффициент использования цифро­вого канала будет равен При методе скользящего индекса изменение длительности импульса сигнала ПД может достигать величины , а при методе наложения - Т_с. Следовательно, при равных краевых искажениях метод скользящего индекса оказывается вдвое эф­фективнее. Недостаток данного метода состоит в том, что при передаче нескольких подряд следующих одинаковых элементарных посылок иска­жения символов кодовой группы, несущих информацию о знаке перехода, вызовет инверсию всех этих посылок вплоть до следующего перехода. Это недостаток можно устранить, если периодически передавать инфор­мацию о знаке элементарных посылок, что и реализуется в следующем методе.

Метод фиксированного индекса.Он отличается от ранее рассмот­ренных методов способом передачи информации с помощью опорных импульсов о ЗМ сигнала ПД и направления изменения его значения (от 1 к 0 и наоборот). Фиксирование частоты повторения опорных импульсов приводит к тому, что при реализации данного метода не требуются стар­товые символы в отдельных кодовых комбинациях.

Преобразование сигнала ПД по методу фиксированного индекса при­ведено на рис. 4.18.

Значащие моменты (ЗМ) сигнала ПД характеризуются дополнительной комбинацией и m - 1 символов, определяющих их положение относитель­но опорных импульсов. Период повторения опорных импульсов выбира­ется так, чтобы при самом коротком единичном элементе сигнала ПД ме­жду последовательными опорными импульсами наблюдалось не более одного перехода в двоичном сигнале. Стробирующие импульсы, с задан­ной точностью определяющие положение ЗМ, делят интервал подынтервалов. Вся m элементная кодовая комбинация должна помес­титься между следующими друг за другом опорными импульсами. Исходя из этого, скорость передачи сигнала ЦСП должна быть

Рис. 4.18. Преобразование сигнала по методу фиксированного индекса: а -передаваемый сигнал ПД; б - опорные импульсы; в - стробирующие импуль­сы; г - импульсы считывания; д - сигнал канала или тракта ЦСП; е - принятый

сигнал ПД

Частота импульсов считывания в данном случае будет равна тактовой частоте тракта канала или тракта ЦСП.

Зависящая от частоты стробвдуюших импульсов величина краевых искажений будет равна, где Т_с = 1/В_с.

Коэффициент размножения ошиоок при этом методе меньше, чем при методе скользящего индекса, так как при искажении одного символа ко­довой комбинации в цифровом тракте ложному декодированию подверга­ется не более одной кодовой комбинации, несущей информацию о со­стоянии сигнала ПД.

При передаче данных более совершенным в отношении повышения коэффициента использования цифрового канала или тракта ЦСП, но бо­лее сложным является метод согласования скорости передачи данных со скоростью передачи символов цифрового канала или тракта.

Метод согласования скоростей.Сущность этого метода заключается в следующем. Как и при асинхронном объединении цифровых потоков, информация записывается в запоминающее устройство (ЗУ), а затем счи-тывается последовательностью импульсов цифрового канала, частота сле­дования которых близка, но больше частоты передачи сигнала ПД /₀. Поскольку частоты асинхронны, отношение будет

нестабильным, в считанной последовательности наряду с временными сдвигами (ВС) будут появляться неоднородности, знак которых может

меняться. В приемном устройстве ВС должны обнаруживаться и коррек­тироваться с учетом возникающих неоднородностей (как в блоках асин­хронного сопряжения тракта приема).

Метод согласования скоростей позволяет довести коэффициент ис­пользования цифрового канала до 0,85...0,9. Однако нужно при этом иметь в виду, что дальнейшее повышение коэффициента использования канала, когда приближается к /₀, приводит к увеличению периода сле­дования ВС и, следовательно, к увеличению времени их поиска.

Если предусмотреть передачу сведений о местоположении ВС, как это делается при асинхронном объединении цифровых потоков, можно дове­сти коэффициент использования цифровых каналов и трактов до 0,98. Но это потребует соответствующего усложнения алгоритма работы оборудо­вания ввода сигналов ПД на передающем и приемных концах ЦСП.

Для одновременной передачи по каналам и трактам ЦСП сигналов ПД от нескольких независимых источников применяется адресно-кодовый метод с адресной организацией обмена. При этом методе изменения ЗМ в сигнале от отдельных источников преобразуются в /и-элементные адрес­но-кодовые комбинации. Первый символ такой комбинации означает на­личие перехода в двоичном сигнале, последний - состояние сигнала после перехода, остальные т - 2 символа образуют адресную комбинацию ис­точника. При такой организации обмена изменения двоичного состояния могут одновременно появиться в нескольких сигналах. В связи с этим требуется регистрация информации от отдельных источников и организа­ции ожидания (очереди) для передачи. Число каналов и определяется чис­лом кодовых элементов: . Вероятность ошибки в любом канале в данном случае значительно больше вероятности ошибки в цифровом тракте. Однако благодаря простоте реализации и гибкости используемых каналов рассматриваемый метод широко применяется в многоадресных системах при дистанционном введении данных в ЭВМ.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные недостатки передачи сигналов методом ИКМ с времен­
ным разделением каналов и пути их устранения.

2. Основные процессы формирования сигнала дифференциальной импульсно-
кодовой модуляции (ДИКМ).

3. Разновидности ДИКМ, алгоритмы формирования их сигналов, достоинства,
недостатки и область применения.

4. Основные процессы формирования сигнала дельта-модуляции (ДМ).

Физическая сущность явления перегрузки при формировании сигнала ДМ.
Способы борьбы с явлением перегрузки

6.Разновидности ДМ, алгоритмы формирования их сигналов, достоинства,
недостатки и область применения.

7.Назовите основные параметры речевого сигнала и поясните их физическую
сущность.

8.Принципы функционирования цифрового полосного вокодера.

9.Принципы функционирования цифрового формантного вокодера.

 

10.Принципы функционирования цифрового гармонического вокодера.

11.Принципы функционирования цифрового полувокодера.

12.Назовите основные параметры сигналов и каналов передачи данных и по­
ясните их физическую сущность.

13.Основные методы ввода сигналов передачи данных (ПД) в каналы и трак­
ты цифровых систем передач на основе ИКМ-ВРК.

14.Метод простого наложения, его реализация, достоинства, недостатки и об­
ласть применения.

15.Метод скользящего индекса, его реализация, достоинства, недостатки и
область применения.

16.Метод асинхронного ввода сигналов ПД, его реализация, достоинства, не­
достатки и область применения.

17.Метод фиксированного индекса, его реализация, достоинства, недостатки
и область применения.