Проекта

1. ВЫБОР ЧАСТОТЫ ДИСКРЕТИЗАЦИИ ТЕЛЕФОННЫХ СИГНАЛОВ, РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА РАЗРЯДОВ В КОДОВОМ СЛОВЕ И ЗАЩИЩЕН­НОСТИ ОТ ИСКАЖЕНИЙ КВАНТОВАНИЯ НА ВЫХОДАХ КАНАЛОВ

ЦСП.

Задание

Выбрать частоту дискретизации fд телефонных сигналов, обосновать
выбор. Выбрать и обосновать выбор характеристики компрессии. Опреде­
лить количество разрядов в кодовом слове т, необходимое для обеспечения
требуемой защищенности гармонического сигнала от искажений квантования
Акв в каналах разрабатываемой ЦСП в пункте приема. Для найденного коли­
чества разрядов рассчитать и построить зависимость защищенности гармо­
нического сигнала от искажений квантования в пункте приема как функцию
уровня этого сигнала. При расчете принять, что уровень перегрузки кодера
составляет 0 дБ. Определить диапазон изменения уровня входного сигнала (в
дБ), в котором защищенность от искажений квантования на приеме остается
не ниже заданной в табл. 1.

Методические указания по выполнению задания и краткая теория во­проса

Выбор частоты дискретизации fd осуществляют на основе теоремы В. А. Котельникова. Изучите материалы разд. 3.2. [2] или разд. 5.3. [3], рассмот­рите рис. 3.11. [2] или рис. 5.8. [3]; разберитесь, как демодулируют АИМ -сигнал.

В тексте пояснительной записки обоснуйте выбор номинала частоты дискретизации, приведя спектральную диаграмму АИМ - сигнала и указав на ней расчетные значения частот.

Расчет количества разрядов в кодовом слове m выполняют на основе заданной величины защищенности от искажений квантования на выходе ка-нала Акв и количества переприемов по ТЧ n. Вспомните, в чем суть операции квантования что такое равномерное и неравномерное квантование. Обоснуй­те, почему в системах с ИКМ и ВРК, предназначенных для передачи телефонных сигналов, следует применять неравномерное квантование с характе­ристикой компрессии, близкой к логорифмиской. Для этого изучите матери­ал, изложенный в разд. 15.5 и 15.6. [1] или в разд. 7.1. [3] и разд. 2.4. [4].

Рекомендуется использовать компрессию, основанную на 16- сегмент­ной характеристике, соответствующей А - закону. В этом случаи весь дина­мический диапазон делят на 16 отрезков (сегментов) по 8 для каждой поляр­ности. В пределах каждого сегмента шаг квантования неизменен. Поскольку характеристика компрессии является не четной функцией, обычно рассмат­ривают только ее положительную ветвь (см. табл. 2).

В нулевом и первом сегментах шаг квантования минимален и равен 5, в каждом следующем сегменте, начиная со второго, величина шага удваива­ется. Количество шагов квантования во всех сегментах одинаково.

Отсюда следует, что до тех пор, пока амплитуда квантуемого гармони­ческого сигнала uм не превосходит U0/64, где U0- напряжение, соответст­вующее порогу перегрузки кодера квантование является равномерным. По­этому защищенность сигнала от искажений квантования при uм £ UO/64

(p £ 36дБ) изменяется линейно с изменением уровня сигнала p=201g uм / UO

Максимум защищенности в диапазоне уровней - 36 дБ³ р> -µдостига­ется при p=20 1g 64^-1-36дБ составляют

Акво»6т-10, дБ (1)

где т - количество разрядов в кодовом слове

При 0 ³ р³ -36дБ защищенность от искажений квантования меняется не значительно, поскольку при увеличении уровня сигнала растут и искажения квантования (за счет увеличения шага). При р> 0 наступает перегрузка коде­ра, и защищенность резко падает (рис 1).

Рис.1

Колебательный характер зависимости защищенности от уровня сигна­ла обусловлен скачкообразным изменением размера шага квантования при переходе от сегмента к сегменту. Минимальная величина защищенности ни­же рассчитанной по формуле (1) примерно на 2 дБ;

кроме того, следует учесть аппаратурные погрешности, составляющие
обычно 4...5 дБ. Таким образом, минимальную величину защищенности, от
искажений квантования при неравномерном квантовании с характеристикой
типа А в диапазоне уровней 0 дБ ³ р ³ -36 дБ можно представить следующим образом:
Акв мин»6m-(16... 17), дБ (2)

Если в разрабатываемой ДСП предусмотрены переприемы по ТЧ, то защищенность на выходе любого из каналов будет меньше рассчитанной по формуле (2). Обычно считают, что искажения квантования, вносимые при каждом переприеме, не контролированы и поэтому суммируются по закону сложения мощностей. Следовательно,

Aкв мин»6m-(16...17)-10 lg(n+l), (3)

где n - количетво переприемов по ТЧ.

Отсюда следует формула для определения количества разрядов в кодо­вом слове

где символ Ц означает ближайшее целое число, большие числа, стоя­щего в квадратных скобках.

После того, как определено необходимое количество разрядов в кодо­вом слове, рассчитывают и стоят зависимость защищенности от искажений квантования на выходе канала от уровня сигнала. Методика расчета и по­строения ясна из следующего числового примера.

Пусть m=8, а n=2. Определим по формуле (3) минимальную величину защищенности сигнала в пункте приема в диапазоне уровней 0 дБ ³ р ³ -36 дБ с учетом заданного числа переприемов по ТЧ и аппаратурных погрешностей

Акв мин»6т-(16... 17)-]01g(n+l)=48-16- lg 3»27дБ

Максимальная величина защищенности в том же диапазоне будет при­мерно на 3 дБ меньше

Акв макс= Ак в мин+3=27+3=З0дБ

Наносим на график горизонтальные прямые, соответствующие найден­ным Акв макс и Акв мин (рис. 2). Защищенность при р = -36 дБ примерно на 2 дБ выше Акв мин;

Акв о = Акв мин+2=29 дБ

Значения защищенности от искажений квантования в диапазоне уров­ней 0 дБ > р > -36 дБ лежат между этими прямыми. В диапазоне -36дБ ³ р ³ -оо квантование является равномерным и поэтому Акв убывает на I дБ при уменьшении уровня сигнала на такую же величину. Диапазон изменения уровня сигнала на такую же величину. Диапазон изменения уровня сигнала, в котором защищенность остается не ниже заданной, находят непосредственно из рисунка. При Акв=25 дБ он составляет D=40 дБ.

2. РАЗРАБОТКА УКРУПНЕННОЙ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ОКОНЕЧНО­ГО ОБОРУДОВАНИЯ ЦСП

Задание

Разработать и начертить структурную схему оконечного оборудования ЦСП, соответствующую заданному количеству каналов. Указать назначение блоков структурной схемы и дать краткое описание их взаимодействия.

Методические указания по выполнению задания

Разработку структурной схемы выполняют, исходя из заданного коли­чества каналов N. Следует иметь ввиду, что линейный тракт разрабатывае­мой ЦСП строится либо на основе коаксиального кабеля, имеющего четыре коаксиальные пары (при однокабельной схеме), либо на основе симметрич­ного кабеля (при двухкабельной схеме). Чтобы полностью использовать все пары, необходимо включить две идентичные ЦСП, каждая из которых имеет емкость N/2 каналов.

Разработку структурной схемы оконечного оборудования ЦСП начи­нают с АЦО. Рекомендуется использовать стандартное 30-ти канальное АЦО, а формирование агрегатного цифрового сигнала осуществлять двумя ступе­нями группообразования. Чтобы составлять структурную схему оконечного оборудования, необходимо внимательно изучить учебный материал, изло­женный в разд. 16.1, 17.1, и 19.3[1] или в разд. 5[4]. Условные графические обозначения элементов структурной схемы приведены в приложении к на­стоящим методическим указаниям.

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ВРЕМЕННЫХ ЦИКЛОВ ПЕРВИЧНОГО ЦИФРОВОГО СИГНАЛА И РАСЧЕТ ТАКТОВОЙ ЧАСТОТЫ АГРЕГАТН-

ГО ЦИФРОВОГО СИГНАЛА

Задание

Разработать структуру временных циклов первичного цифрового сиг­нала. Выбрать значения коэффициентов накопления, обосновать выбор. Рас­считать тактовую частоту агрегатного цифрового сигнала.

Методические указания по выполнению задания и краткая теория вопроса

Разрабатывая структуру временных циклов примите за основу стан­дартный цикл. Если рассчитанное количество разрядов в кодовом слове не равно восьми, сделайте соответствующую коррекцию стандартного цикла.

Структура временных циклов должна быть изображена в таком виде, как это сделано в [1] на рис. 19.2. Приведите ее краткое описание.

После выполнения этого задания выберите значение коэффициентов
накопления приемника синхросигнала, изучив материал разд. 16.7[1], разд.
2.5[4] и ознакомившись с приведенными ниже пояснениями. В неадаптивном
приемнике с последовательно работающими цепями поиска и удержания
синхронизма среднее время его восстановления определяется выражением
Тв=tн вых+ tn +1н вх, (5)

где tн вых и tн вх — соответственно время накопления по выходу и вхо­ду в синхронизм; tn — среднее время поиска синхросигнала.

Оценить среднее время поиска можно следующим образом

где к — количество информационных позиции, заключенных между двумя соседними синхрословами; тс — количество символов в синхрослове; То - временной интервал между двумя соседними синхрословами.

Пример. В стандартном АЦО принято m=8, а количество канальных интервалов равно 32. В нулевом канальном интервале каждого четного цикла передается синхросигнал, состоящий из семи разрядов (mc=m-l=8-l=7). Так как синхрослово передается через цикл, То=2Тц=0, 25 мс. В каждом четном цикле размещается 31*8=248 информационных позиций, а в каждом нечетном -32-8=256. Общее количество информационных позиции между двумя сосед­ними синхрословами К=248+256=504. Отсюда

Из принципа действия приемника синхросигнала следует, что

tн.вых=Т0 * r вых, а tн. вх=Е0*r вх, где r вых и r вх - соответственно коэффициен­ты накопления по выходу из синхронизма и входу в синхронизм. Обоснуйте

выбор коэффициентов накопления. Учтите, что г_вых не рекомендуется вы­бирать меньшим четырех, а г_вх - меньше двух. Проверьте, что бы значение Тв, вычисленное по формуле (5), не оказалось больше заданного. В против­ном случае примите меры для его снижения. Можно, например, использовать приемник синхросигнала с параллельно работающими цепями поиска и удержания синхронизма либо изменить структуру цикла с целью уменьше­ния времени поиска tn (см. формулу (6)).

Тактовую частоту первичного (компонентного) потока рассчитывают по очевидной формуле

Задача

второй ступени цифрового группообразования состоит в объе­динении нескольких компонентных цифровых сигналов в агрегатный сигнал

с соответственно большей скоростью передачи. Известны два метода груп-пообразования. синхронное и асинхронное. Материал по этому вопросу по­мещен в разд. 17.1....17.5 [1] и в разд. 5 [4]. В разрабатываемой ЦСП реко­мендуется использовать синхронное объединение, реализация которого осу-ществляется более простыми техническими средствами. Тактовую частоту аг­регатного цифрового сигнала определяют по формуле

fт- fтl M (1+r), (8)
где М - количество объединяемых компонентных сигналов; r — отно­
шение количества дополнительных символов в цикле агрегатного сигнала к
общему количеству символов в цикле (г=0.01...0.02).

4. ПОСТРОЕНИЕ СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ РЕГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЗАДАННОЙ КОДОВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЪНОЬСТТИ СИМВОЛОВ. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ ДИАГРАММЫ СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ РЕГЕНЕРАТОРА

Задание

Обосновать целесообразность применения в ЦСП квазитроичных ко­дов. Изобразить заданную таблицу I двоичную последовательность символов в кодах с ЧПИ и КВП - 3. Указать основной недостаток кода с ЧПИ. Рассчи­тать и построить временную диаграмму сигнала на выходе корректирующего усилителя регенератора (в ТРР), соответствующую заданной последователь­ности символов в коде КПВ - 3. На этой диаграмме указать пороги решения и моменты времени, в которые они выносятся. Доказать, что при отсутствии помех регенерация происходит без ошибок.

Методические указания по выполнению задания и краткая теория вопроса

Перед тем, как приступить к выполнению этого задания, рассмотрите структуру цифрового линейного тракта и уясните требования, предъявляе­мые к кодам в линии. Для этого изучите учебный материал, изложенный в разд. 18.1... 18.3[1], разд. 10.3[2], разд. 6.2. [4].

В ЦСП с ИКМ широкое распространение получили квазитроичные ко­ды с ЧПИ и КВП. В коде с ЧПИ символы " I" двоичной последовательности передаются поочередно импульсами положительной и отрицательной по-лярностей (рис. 3, б). Алгоритм формирования КВП - 3 более сложен. До тех пор, пока не появится более трех следующих подряд нулевых символов, этот код формируется так же, как и код с ЧПИ. Если в двоичном коде появляются четыре и более " нуля", замещается одной из комбинаций, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

При использовании такого алгоритма происходит систематическое из­менение полярности импульсов, нарушающих правило чередования знаков в коде с ЧПИ. Это ведет к выравниванию количества положительных и отри­цательных импульсов в передаваемом сигнале, что обеспечивает отсутствие в его спектре частот постоянной составляющей и уменьшение уровня низко­частотных составляющих. На приемной стороне замены распознаются по на­рушению правила чередования полярностей и в свою очередь замещаются комбинациями (0000).

1 О 1 0000 1 1000000 11011 О О О О Символы двоичной

последо вател ьности

Рассмотрим пример построения сигнала на выходе регенератора для кода КВП - 3 (рис.3, в и 3., г). Первые три символа формируются так же, как в коде с ЧПИ. Далее последовательность из четырех следующих подряд " нулей" заменяется одной из двух замещающих комбинаций (000-) или (+00+), выбор которой в данном случае произволен, поскольку неизвестно, какое число импульсов было передано после последней замены. Пусть в ка­честве замещающей была выбрана комбинация (000-) (рис. 3, в). Восьмой, де­вятый, десятый символы формируются в соответствии с правилом чередова­ния импульсов, следующие за десятым символом четыре нуля замещаются комбинацией (+00+), так как полярность последнего импульса перед заменой отрицательна, после последней замены прошло четное число импульсов (два). Третья замещающая комбинация имеет вид (-00-), поскольку поляр­ность последнего импульса перед заменой положительна, а количество им­пульсов после последней замены является четным числом (четыре).

Если в качестве первой замещающей комбинации выбрана комбинация (+00+), то структура кода несколько меняется (рис.3, г).

Важное преимущество ДСП перед аналоговыми СП заключается в воз­можности регенерации цифрового сигнала. Задача регенерации состоит в восстановлении первоначальной формы, амплитуды и временного положения импульсов. Причинами искажения прямоугольной формы импульсов на вы­ходе физической цепи являются линейные, (частотные и фазовые) искаже-ния, вносимые цепью. Из-за этих искажений импульсы значительно увеличи­вают свою длительность. Поэтому на каждый символ сигнала линии, посту­пающего на вход регенератора после прохождения участка цепи, воздейству­ет множество соседних символов цифрового кода. Столь сильное влияние между символами, называемое межсимвольными искажениями, приводит к невозможности правильной регенерации цифрового сигнала.

Рис.4

Для уменьшения межсимвольных искажений сигнал до регенерации корректируют. Одновременно осуществляют его усиление. Эти операции выполняются корректирующим усилителем (КУ), включенным на входе ре-

генератора (рис.4). Решение о переданном символе (0 или 1 для двоичного кода, -1, 0, +1 для троичного кода) выносит решающее устройство (РУ). Вход РУ будем называть точкой решения регенератора (ТРР). Рациональный вы­бор длительности и формы импульсного отклика в ТРР на одиночный прямо­угольный импульс, поданный на вход участка регенерации, является одним из важных вопросов, возникающих при проектировании цифровых линейных трактов. Поясним, почему этот вопрос столь важен. Для этого рассмотрим временные диаграммы, показанные на рис.5.

На диаграмме Рис 5, а изображен цифровой сигнал на входе участка регене­
рации; Тт=1/fт- тактовый интервал. На диаграммах 5, б; 5, в; 5, г сплошными
кривыми изображены сигналы в ТРР при различных длительностях отклика
на одиночный импульс: Тт, 2Тт, 3Тт (по основанию импульса). Пунктирными
кривыми показаны отклики на каждый отдельный кодовый импульс. Резуль­
тирующий сигнал находят суммированием этих откликов. Для удобства мак­
симум каждого отклика совмещен с серединой прямоугольного импульса. В
действительности импульсы на выходе КУ появляются с некоторой задерж­
кой во времени, которая однако не имеет значения для дальнейших рассуж­
дений и поэтому не учитывается. Сигнал с выхода КУ поступает на РУ реге­
нератора, на другой вход которого подаются синхроимпульсы, сформиро­
ванные в выделителе тактового синхросигнала (ВИС) (диаграмма 5, д). На
выходе РУ в каждый тактовый момент времени появляется «единица», если
напряжение сигнала на его входе по абсолютной величине больше порогово­
го напряжения Unop. В противном случае формируется «нуль» (пробел). Ве­
личину Unop выбирают равной половине амплитуды импульса на выходе
КУ.

Рассмотрим сигнал, изображенный на диаграмме 5, б. Видно, что здесь межсимвольные искажения отсутствуют, так как отдельные отклики не пере­крываются во времени. Такой сигнал легко регенерируется (диаграмма 5, е). Сигнал, полученный суммированием откликов с удвоенной длительностью

(диаграмма 5, в), также может быть регенерирован без ошибок несмотря на то, что межсимвольные искажения здесь имеют место. При сильных искажени­ях, возникающих при увеличении длительности отклика до ЗТт и более, по­являются ошибки при регенерации (диаграммы 5, г и 5, ж).

Означает ли это, что для уменьшения вероятности ошибки при регене­рации необходимо полностью избавиться от межсимвольных искажений? Нет, не означает. Дело в том, что приведенный выше качественный анализ не учитывает наличия помех в линейном тракте. Чтобы уменьшить длитель-

ность отклика, необходимо увеличить ширину полосы частот, в которой ис­пользуется кабельная цепь (напомним, что чем уже импульс, тем шире его спектр частот). Это неизбежно приведет к уменьшению защищенности от собственной помехи в ТРР и увеличению вероятности ошибки регенерации за счет этой помехи. Поэтому выбор формы длительности отклика в ТРР яв­ляется результатом компромисса между величиной межсимвольных искаже­ний и уровнем помех.

В курсовом проекте рекомендуется использовать отклик, описываемый выражением

Его эффективная длительность (по основанию) равна 2Тт.

Для удобства выполнения дальнейших расчетов отклик нормирован относительно своего максимального значения: go(0)=l. вид отклика показан на рис.6, из которого видно, что отклик (9) имеет малый уровень боковых ле­пестков (при | t | > Тт). Практически можно считать, что при | t | > 2Тт go(t)«0. Поэтому межсимвольные искажения распространяются здесь не более, чем на 4 соседних символа. Кроме того, импульс (9) имеет довольно узкий спектр частот, сосредоточенный преимущественно в низкочастотной области час­тотного диапазона: от 0 до fт (рис.7), где затухание кабельной цепи сравни­тельно невелико. Эти свойства отклика и его спектра частот позволяют в из­вестной степени обеспечить приемлемый компромисс между помехами и межсимвольными искажениями.

Рис.7

Чтобы построить временную диаграмму сигнала на выходе КУ, необ­ходимо прежде всего определить значения отклика (9) в фиксированные мо­менты времени. Рекомендуется выбрать шаг изменения аргумента t/Тт рав­ным 0.2, а затем по формуле (9) найти значения отклика в моменты времени tl=0.2 Тт, t2=0.4 Тт и т.д.

Результаты расчета представьте в виде табл. 4.

Таблица 4

Так как функция (9) четная, то go(t)= go(-t). Для расчета временной диа­граммы следует сложить импульсные отклики на каждый элемент кода КВП — 3 аналогично тому, как это сделано на рис. 5, в. Построение диаграммы вы­полняйте на миллиметровой бумаге в достаточно крупном масштабе, приняв величину одного тактового интервала равной 2...2.5 см.

5. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНЫХ ДЛИН УЧАСТКОВ РЕГЕНЕРАЦИИ И ВЫ­БОР ТИПА КАБЕЛЯ

Задание

Рассчитать максимально допустимые длины участков регенерации при использовании коаксиальных и симметрических пар заданных размеров и выбрать тип кабельной цепи, основываясь на технико-экономических сооб­ражениях.

Методические указания по выполнению задания и краткая теория во­проса

Одним из основных видов помех в линейных трактах ЦСП, работаю­щих по кабелю с металлическими жилами, является собственная помеха. Она включает две составляющие: тепловой шум кабеля и шум усилительных эле­ментов регенератора. При увеличении длины участка регенерации защищен­ность от собственной помехи уменьшается, так как затухание цепи возраста­ет с увеличением ее длины. Поэтому всегда существует максимально допус­тимая длина участка, при которой еще обеспечивается требуемая защищен­ность сигнала от собственной помехи в ТРР, а следовательно, вероятность ошибки в одиночном регенераторе останется не выше допустимой величины.

Ожидаемую величину защищенности от собственной помехи в ТРР можно вычислить по формуле

Азсп= Рпер+12 l – 10 lg F-10 lg -1.75a* l рег(10)

В этой формуле:

Рпер - абсолютный уровень пиковой мощности импульса на выходе регенератора, дБм;

F — коэффициент шума КУ;

fr - тактовая частота цифрового сигнала в линии, МТц;

а - коэффициент затухания кабельной цепи на полутактовой частоте, дБ/км;

lper - протяженность участка регенерации, км. Величина а и Рпер вычисляются по формулам

где а - параметр функции, аппроксимирующей частотную зависимость коэффициента затухания;

Unep - амплитуда импульса на выходе регенератора, В;

zв - волновое сопротивление цепи, Ом.

Требуемую (для получения заданной вероятности ошибки в одиночном регенераторе) величину защищенности при использовании квазитроичного кода в линии в гауссовской помехе можно оценить по формуле

Аз.треб=10, 65+11, 42 lg P ^-1 +DAp, (11)

справедливой при 10^-15£ Рош1£ 10,

где Рош l - вероятность ошибки в одиночном регенераторе;

D Аз запас помехоустойчивости, учитывающий не идеальность
регенератора, дБ.

В курсовом проекте можно принять D Аз=5... ЮдБ.

Максимальную протяженность участка регенерации l рег.макс находят из уравнения Азсп=Аз.треб, учитывая что Рош1=Ро*1рег, где

Ро - допустимая вероятность ошибки на один километр линейного тракта, І/км.

Это уравнение проще всего решать графически, построив в достаточно крупном масштабе две кривые: Аз.сп(1рег) и Аз.треб(1рег). Абсцисса точки их пересечения определяется как корень уравнения - величину 1рег.макс.

Результаты расчетов заносят в табл. 5, графики приводят в тексте пояс­нительной записки, необходимые исходные данные берут из табл.6.

Таблица 5.

В линейных трактах, построенных на основе симметричного кабеля, наряду с собственной помехой приходится считаться с переходной помехой между парами одного и того же кабеля. При двухкабельной схеме организа­ции двусторонней связи наиболее существенной оказывается переходная по­меха, связанная с наличием переходного влияния на дальнем конце цепи. Наибольший уровень переходной помехи имеет место при передаче во

влияющей цепи последовательности импульсов с чередующейся полярно­стью, показанной на рис.8.

Таблица 6.

Спектр такого сигнала содержит составляющую с полутактовой часто­той и ее нечетные гармоники. Поскольку полоса пропускания КУ ограничена тактовой частотой, то мешающее влияние будет оказывать только первая гармоника этой импульсной последовательности.

Рис.8.

В рассматриваемом случае защищенность от переходной помехи в ТРР равна защищенности цепи на дальнем конце на полутактовой частоте (см. разд. 6.7 [4] или 6.1 [6]).

Аз.пп=Аз l (fт/2)(12)

Частотная зависимость среднего значения защищенности на дальнем конце для кабеля с кордельно-полистирольной изоляцией имеет вид

(13)

Здесь, ка и ранее, частота выражена в мегагерцах.

Пользуясь формулами (12) и (13), определите защищенность от пере­ходной помехи, сравните найденное значение защищенности с допустимым Аз.пп.доп=18дБ, сделайте вывод о возможности использования симметрич­ного кабеля на расчетных частотах. Примите, что защищенность цепи на дальнем конце на частоте I МГц составляет

Выбор типа кабеля осуществляют на основе экономических соображе­ний: рассчитывают затраты на кабель и аппаратуру линейного тракта для всех заданных вариантов пар и анализируют полученные результаты. Поря­док расчета следующий.

Определяют количество НРП на магистрали Qнрп=Ц(L/1рег)-n и их стоимость Снрп=Снрп*Q_Hрп- Находят затраты на кабель Скаб=Скаб* L и сум­марные затраты Со=Снрп+Скаб. Здесь Снрп - стоимость одного НРП; Скаб -стоимость одного километра кабеля; п - количество ОРП на магистрали, рав­ное по условию количеству переприемов по ТЧ.

Символ Ц означает ближайшее целое число, больше числа, стоящего в скобках. Исходные данные для расчета берут из табл. 6.

6. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА

Задание

Оценить надежность линейного тракта практикуемой ДСП по следую­щим показателям: интенсивности отказов, среднему времени наработки на отказ, вероятности безотказной работы в течение суток, месяца и года, коэф­фициенту готовности.

Краткая теория вопроса и методические указания по выполнению зада­ния

Под надежностью элемента (системы) понимают его способность вы­полнять заданные функции с заданным качеством в течение некоторого про­межутка времени в определенных условиях. Изменение состояния элемента (системы), которое влечет за собой потерю указанного свойства, названного свойства, называется отказом. Системы передачи относится к восстанавли­ваемым системам, в которых отказы можно устранять.

Одно из центральных положений теории надежности состоит в том, что отказы рассматривают в ней как случайные события. Интервал времени от момента включения элемента (системы) до его первого отказа является слу­чайной величиной, называемой " время безотказной работы". Интегральная функция распределения этой случайной величины, представляющая собой (по определению) вероятность того, что время безотказной работы будет ме­нее t, обозначает q(t) и имеет смысл вероятности отказа на интервале O...t. Вероятность противоположного события - безотказной работы на этом ин­тервале равна p(t)=l-q(t).

Удобной мерой надежности элементов и систем является интенсив­ность отказов X(t), представляющая собой условную плотность вероятности отказа в момент t, при условии, что до этого момента отказов не было. Меж­ду функциями X(t) и p(t) существует взаимосвязь

В период нормальной эксплуатации (после приработки, но еще до того

- как наступил физический износ) интенсивность отказов примерно постоян-

X(t)=l,. В этом случае p(t) = e^-lt

Таким образом, постоянной интенсивности отказов, характерной для периода нормальной эксплуатации, соответствуют экспоненциальное умень­шение вероятности работы с течением времени.

Среднее время безотказной работы (наработки на отказ) находят как математическое ожидание случайной величины " время безотказной работы"

Следовательно, среднее время безотказной работы в период нормаль­ной эксплуатации обратно пропорционально интенсивности отказов tcp=l/X.

Оценим надежность некоторой сложной системы, состоящей из множе­ства разнотипных элементов. Пусть pJ(t), p2(t),... pr(t) - вероятности безот­казной работы каждого элемента на интервале времени O...t, г - количество элементов в системе. Если отказы отдельных элементов происходят незави­симо, а отказ хотя бы одного элемента ведет к отказу всей системы (такой вид соединения элементов в теории надежности называется последователь­ным), то вероятность безотказной работы системы в целом равна произведе­нию вероятностей безотказной работы отдельных ее элементов.

Xj интенсивность отказа i - го элемента. Среднее время безотказной работы системы

(15)

К числу основных характеристик надежности восстанавливаемых эле­ментов и систем относится коэффициент готовности

где t_B - среднее время восстановления элемента (системы). Он соответ­ствует вероятности того, что элемент (система) будет работоспособен в лю­бой момент времени.

Методика расчета основных характеристик надежности линейного тракта состоит в следующем

I. Расчет интенсивности отказов и среднего времени наработки на отказ

тракта.

В соответствии с выражением (14) интенсивность отказов линейного тракта определяют как сумму интенсивностей отказов НРП, ОРП и кабеля.

где l, нрп, lорп - интенсивности отказов НРП и ОРП;
Qнрп Qopп - количество НРП и ОРП;
lкаб - интенсивность отказов одного километра кабеля;
L - протяженность магистрали.

Среднее время безотказной работы линейного тракта определяют по формуле (15). Результат должен быть выражен в годах.

1. Расчет вероятности безотказной работы.

Вероятность безотказной работы в течение заданного промежутка вре­мени находят по формуле (14) для tl=24 ч (сутки), t2=720 ч (месяц) и t3=8760 ч (год).

2. Расчет коэффициента готовности.

Эту характеристику надежности рассчитывают по формуле (16).

Спелнее воемя восстановления связи находят из выражения

где tв.Hpn, tвнpn, tв.клб - время восстановления соответственно
НРП, ОРП и кабеля.
Значения необходимых для расчетов параметров возьмите из табл.7.

Таблица 7

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И ВОПРОСЫ

1. Поясните принципы ИКМ: дискретизацию, квантование, кодирование.

2. Изобразите спектральную диаграмму АИМ сигнала. Пользуясь ею, по­ясните смысл теоремы В.А. Котельникова. Объясните, почему на практи­ке частоту дискретизации выбирают из условия

fд=(2, 15...2, 4)fв,

где fe - верхняя граничная частота спектра дискрета зируемого сигнала.

3. Как рассчитывают мощность искажений квантования при равномерном квантовании?

4. Во сколько раз (на сколько дБ) изменится отношение сигнал/искажения квантования (защищенность от искажений квантования) при изменении количества разрядов в кодовом слове на два? При уменьшении амплиту­ды кодируемого сигнала в четыре раза?

5. Изобразите зависимость защищенности сигнала от искажений квантова­ния от уровня сигнала при равномерном и неравномерном квантовании. Почему при телефонной связи характеристику компрессии выбирают близкой к логарифмической?

6. Как зависит защищенность от искажений квантования от количества пе­реприемов по ТЧ? Дайте физическое толкование этой зависимости.

7. Какие факторы ограничивают количества каналов АЦО? Что дает исполь­зование иерархического принципа построения многоканальных ЦСП?

8. Каково назначение накопителей по входу в синхронизм и по выходу из синхронизма? Из каких соображений выбирают значения коэффициентов накопления?

9. Почему сбои символов цифрового сигнала приводят к щелчкам на выходе канала? Сбои каких разрядов кодового слова особенно заметны?

10. Как и почему искажается импульсный сигнал на выходу физической це­пи? Для чего необходима корреляция формы этого сигнала?

1 1. Сформулируйте основные требования, предъявляемые к длительности и форме одиночного отклика на входе решающего устройства.

12. Изобразите упрощенную структурную схему регенератора. Поясните принцип его действия.

13. Сформулируйте основные требования к кодам в лини ЦСП. Чем вызвано широкое использование квазитроичных кодов? Поясните принцип фор­мирования кодов с ЧПИ и КВП-3. В чем недостаток кода ЧПИ?

14. Как рассчитать тактовую частоту и ширину полосы частот ИКМ сигнала? Во сколько раз полоса частот ИКМ сигнала шире полосы частот первич­ного сигнала?

15. Изобразите зависимость коэффициента затухания цепи металлического кабеля от частоты. Как изменится затухание цепи при увеличении часто­ты вдвое?

16. Почему цифровые системы могут использовать кабельную цепь в более широком диапазоне частот, чем аналоговые?

17. Каким образом выделяют тактовый синхросигнал из цифрового сигнала? Для чего нужен тактовый синхросигнал?

18. Сформулируйте требования к величине защищенности сигнала от собст­венных помех в ТРР. Почему на практике величину защищенности выби­рают на 5... 10 дБ больше минимально допустимой?

19. От чего зависит максимальная длинна участка регенерации?

20. Дайте определения основных показателей надежности.

Приложение Условные обозначения элементов оконечного оборудованья

Таблица 1.1.

* Если обозначение нужного элемента отсутствует в таблице, его изо­бражают в виде прямоугольника, внутри которого указывают наименование элемента.