Цифровая телекоммуникационная система

1. Цифровая телекоммуникационная система

Аналоговый сигнал
АИМ аналоговый сигнал
АИМ квантованный (цифровой)
сигнал
ИКМ цифровой сигнал
В линию
Дискретизация по времени
Квантование
по уровню
Аналоговый
сигнал (с
ошибкой)
АИМ квантованный (цифровой)
сигнал
Из линии
Регенерация
Кодирование
Декодирование
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Дискретизация по времени
Квантование по уровню
Кодирование/декодирование
Регенерация R3
Мультиплексирование
Синхронизация (тактовая и кадровая)
ФНЧ

2. Структура плезиохронной ВЦТС

ПЦТС 1
ft ± f1
-(± f1)
ВЦТС 1
ПЦТС 2
ft ± f2
-(± f2)
Мультиплексор
ПЦТС 3
ft ± f3
-(± f3)
а ft
-(± f4)
ПЦТС 4
ft ± f4

3. Структура синхронной ВЦТС

К приёмной части
ПЭГ
fc
ВЦТС 1
ПЦТС 1
ft
ПЦТС 2
ft
4ft
Мультиплексор
ПЦТС 3
ПЦТС 4
ft

4. Плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ)

24
x 24
96
DS1
1544
Мбит/с
x4
24
x 24
DS1
1544
Мбит/с
x4
DS2
6312
Мбит/с
480
x5
1440
x3
DSJ3
32064
Мбит/с
Японская иерархия
96
672
x7
DS2
DS3
6312
44736
Мбит/с
Мбит/с
DSJ4
97.728
Мбит/с
4032
x6
DS4
274176
Мбит/с
Американская иерархия
DS0
64
кбит/с
x3
x3
x4
Европейская иерархия
30
x 30
120
Е1
2048
Мбит/с
x4
Е2
8448
Мбит/с
x4
Есть в рекомендациях МСЭ-Т
мультиплексирование
480
1920
7680
Е3
34368
Мбит/с
Е4
139264
Мбит/с
Е5
564992
Мбит/с
x4
x4
Нет в рекомендациях МСЭ-Т
кросс-мультиплексирование

5.

Синхронная цифровая иерархия (СЦИ)
Уровень
STM-N
Скорость,
кбит/с
1
2
3
4
5
6
STM-1
STM-4
STM-16
STM-64
STM-256
STM-1024
155 520
622 080
2 448 320
9 953 280
39 813 120
159 252 480
Количество объединяемых
потоков
Е1
Е3
Е4
63
3
1
252
12
4
1 008
48
16
4 032
192
64
16 128
768
256
64 512
3 072
1 024

6.

u
u0
а)
t
и
Т0
u/u0
0,5
Кск = 2
0,25
Кск = 4
Кск = 10
0,1
б)
0
1
3
5
7
9
11
Последовательность прямоугольных импульсов (а) и спектральный
состав таких последовательностей с различными Кск (б)
f/f0

7. Виды амплитудно-импульсной модуляции

Сигнал
АИМ-1
Непрерывный
сигнал
Импульсный
переносчик
МОДУЛЯТОР
u
u
АИМ-2
АИМ-1
Непрерывный
сигнал
Непрерывный
сигнал
Сигнал
АИМ-2
Сигнал
АИМ-1
t
t
Т0
τи
Т0
τи

8. Виды амплитудно-импульсной модуляции

9.

Спектр,
соответствующий
исходному
АИМ-1
сигналу
Кск = 3
G
0
2
1
Fв/f
Fн/f 0
а)
3
4
5
6
f/f0
0
АЧИ
G
Кск = 3
АИМ-2
Кск > 3
0
1
2
3
4
5
6
f/f0
б)
Спектры сигналов: при АИМ-1 (а), при АИМ-2 (б)

10. Спектр АИМ-1

11.

1,88
1,83

12. Спектры АИМ-1 и АИМ-2 при Кск, стремящемся к единице

G
АЧИ
АЧХ ФНЧ
приемника
АИМ-2
Кск→1
f/f0
0
0,5
Fв/f0
1
1,5
2

13. Сигналы при АИМ-1 и АИМ-2 и Кск =1

14. Спектры сигналов при АИМ-1 и АИМ-2 и Кск =1

15. Спектры АИМ сигнала при различных соотношениях Fв и f0

АЧХ
ФНЧ
G
f0 > 2Fв
f
Fн
Fв
f0 -Fв
f0
АЧХ
ФНЧ
G
2f0
f0 < 2Fв
f
Fн
f0 -Fв Fв
f0
2f0

16. Схема преобразователя АИМ-1 в АИМ-2 и диаграммы работы преобразователя

u
вх
АИМ-1
стр
стр
Rвых 0
fстр
Rвх
t
uв
АИМ-2
ых
uвх
К
С
uвых
АИМ-2
t

17. Модернизированная схема преобразователя АИМ-1 в АИМ-2

Rвых 0
К1
uвх
Rвх
τзар
К2
uвых
С
τразр

18. Диаграммы работы модернизированного преобразователя

u
АИМ-1
t
τзар
u
τзар
t
u
τразр
τразр
t
u
Тд
АИМ-2
t

19. Дискретизация узкополосного сигнала

f ди f д f дк ,
где fдк = 2Fв,
fди = 2(Fв - Fн) –частота дискретизации при Fн = 0,
2( Fâ Fí )
fä
2n 1 – искомая частота дискретизации,
n – целое число.
Полоса расфильтровки (расстояние от исходного спектра
до ближайших преобразованных составляющих)
fд
f р
f ди .
2
Δfр
Δfр
НБП1
СИС
НБП2
fд
ВБП1
2fд
f
24
264
312
552
600
576
840
888
1128
1152
Спектр дискретизированного группового сигнала
кГц

20. Возникновение ошибки дискретизации

u
Сигнал на передаче
Сигнал на приеме
Δu1
Δt2
Δt1
Δt3
Δu3
t
Δu
Тд
Тд
t

21. Возникновение ошибки квантования

Nкв, u
uогр
7
6
5
ε0
4
Wk(ε0)
3
δ0
2
1/δ0
1
t
0
Тд
δ0/2
-δ0/2
а)
ε0
t
б)

22. Защищенность от шумов квантования при равномерном квантовании

Азкв, дБ
70
m=12
50
m=10
36,8
Азкв факт
36,5
Азкв треб
30
-40
-20
0
рс, дБ

23.

24. А-характеристика неравномерного квантующего устройства

Реализация А-характеристики квантования

25. Реализация А-характеристики квантования

Параметры А-характеристики
Aзкв 1,2 10lg
Aзкв 2 10lg
(uогр x )2
02 12
(uогр x )2
( 0 2 ) 12
i 1 2
20 lg x 77
1 i
20 lg( x 2 ) 77
Параметры амплитудной характеристики квантующего устройства
(положительная ветвь) А87,6/13
Номер
сегмента
Размер шага
квантования
Нижняя граница
сегмента
Верхняя граница
сегмента
0
1
2
3
4
5
6
7
δ0
δ0
2δ0
4δ0
8δ0
16δ0
δ320
64δ0
0δ0
16δ0
32δ0
64δ0
128δ0
256δ0
512δ0
1024δ0
16δ0
32δ0
64δ0
128δ0
256δ0
512δ0
1024δ0
2048δ0

26. Параметры А-характеристики

Теоретическая зависимость Азкв(pc)
40
Азкв н , дБ
35
30
25
-44
-34
-24
-14
-4
рс, дБ
+6

27. Теоретическая зависимость Азкв(pc)

28.

29.

30.

31.

Начальные участки амплитудных характеристик
квантования
uвых
uвых
uвх
а)
uвх
б)

32. Начальные участки амплитудных характеристик квантования

Детализация начального участка АХ
квантующего устройства
m
Nкв = 2 - 1, m = 2, δ = 1
m
Nкв = 2 - 2, m = 2, δ = 1
uвых
uвых
+1,5
+1,0
+0,5
0
0
-0,5
-1,0
-1,5
-1,0
0
+1,0
uвх
-1,0
Разрешённые уровни
0
Уровни квантования
+1,0
uвх

33. Детализация начального участка АХ квантующего устройства

Участок АХ системы кодер/декодер
(без коррекции)
1.5
1
0.5
0
-0.5
Входной сигнал
-1
-1.5
Выходной сигнал
Ошибка

34. Участок АХ системы кодер/декодер (без коррекции)

Участок АХ системы кодер/декодер
(с коррекцией)
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
Входной сигнал
Выходной сигнал
Ошибка

35. Участок АХ системы кодер/декодер (с коррекцией)

Сигнал незанятого канала на выходе декодера

36. Сигнал незанятого канала на выходе декодера

37.

Натуральный
m
N ęâ ai 2m i
i 1
tt
7
6
5
4
3
2
1
0
-0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
№№ разрядов
1
2
3
4
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
8
4
2
1
Веса разрядов
Натуральн.симметричный
t
№№ шагов квантования
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
№№ разрядов
1 2 3
4
1 1 1
1
1 1 1
0
1 1 0
1
1 1 0
0
1 0 1
1
1 0 1
0
1 0 0
1
1 0 0
0
0 1 1
1
0 1 1
0
0 1 0
1
0 1 0
0
0 0 1
1
0 0 1
0
0 0 0
1
0 0 0
0
8 4 2
1
Веса разрядов
№№ шагов квантования
№№ шагов квантования
Разновидности двоичного кода
№№ разрядов
1 2 3 4
1 0 0 0
15
1 0 0 1
14
1 0 1 1
13
1 0 1 0
12
1 1 1 0
11
1 1 1 1
10
1 1 0 1
9
1 1 0 0
8
0 1 0 0
7
0 1 0 1
6
0 1 1 1
5
0 1 1 0
4
0 0 1 0
3
0 0 1 1
2
0 0 0 1
1
0 0 0 0
0
8 4 2 1
Веса разрядов
Рефлексный
t

38. Разновидности двоичного кода

Декодер кодека с линейным квантованием
ИЭТ
Р1
R/64
R/32
Р2
Р3
R
2R
Р8
-Uэт
УЛ
+Uэт
Р1
Вх
ИКМ
Р2
Р3
Последовательный
код
Р8
ПК
Параллельный код
Вых
АИМ

39. Декодер кодека с линейным квантованием

Кодер кодека с линейным квантованием
Вх
АИМ-2
Вых
ИКМ
Компаратор
-Uэт
ИЭТ
+Uэт
Р1
Р2
УЛ (простой алгоритм)
Р7
Р8

40. Кодер кодека с линейным квантованием

Структура кодового слова в кодеке с
нелинейным управлением
Р 0
0
0 A B C D E F G H
E
Исходное слово
E
Переданное слово Р
X Y Z A
E B C D
Восстановленное слово
Р 0
0
0 А В С D 0
0
0
0

41.

42. А-характеристика неравномерного квантующего устройства

43.

Кодер кодека с нелинейным квантованием
Вх АИМ-2
Вых
ИКМ
Компаратор
-Uэт
ИЭТ
+Uэт
Р1
Р2
УЛ
(сложный алгоритм)
Р11 Р12

44.

Алгоритм формирования кода сегмента
X=0
Y=0
Y=1
32δ0
16δ0
Z=0
000
X=1
128δ0
Y=0
256δ0
64δ0
Z=1
001
512δ0
Z=0
Z=1
010
011
Z=0
100
Y=1
1024δ0
Z=1
101
Z=0
110
Z=1
111

45. Кодер кодека с нелинейным квантованием

Декодер кодека с нелинейным квантованием
ИЭТ
Р1
R/1024
R/512
R
2R
Р2
Р3
Р12
Р13
-Uэт
УЛ
(сложный алгоритм)
+Uэт
Р1
Вх
ИКМ
Р2
Р3
Параллельный код
Последовательный код
Р X Y Z A B C D
Р8
ПК
Вых АИМ

46. Алгоритм формирования кода сегмента

Параметры А-характеристики
Aзкв 1,2 10lg
Aзкв 2 10lg
(uогр x )2
02 12
(uогр x )2
( 0 2 ) 12
i 1 2
20 lg x 77
1 i
20 lg( x 2 ) 77
Параметры амплитудной характеристики квантующего устройства
(положительная ветвь) А87,6/13
Номер
сегмента
Размер шага
квантования
Нижняя граница
сегмента
Верхняя граница
сегмента
0
1
2
3
4
5
6
7
δ0
δ0
2δ0
4δ0
8δ0
16δ0
δ320
64δ0
0δ0
16δ0
32δ0
64δ0
128δ0
256δ0
512δ0
1024δ0
16δ0
32δ0
64δ0
128δ0
256δ0
512δ0
1024δ0
2048δ0

47. Декодер кодека с нелинейным квантованием

Элементы видеоимпульсных сигналов
Формирование требуемого энергетического спектра может быть
осуществлено соответствующим изменением структуры импульсной последовательности и выбором импульсов нужной формы.
u2(t)
u3(t)
u4(t)
u5(t)
u0/2
Т
u6(t)
u7(t)
u8(t)
u9(t)
нет
импульса
С92 = 9!/[2!·(9 – 2)!] = 36

48. Параметры А-характеристики

Коды с чередованием полярности импульсов
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
V
B
Код ЧПИ (AMI)
S5(t)/S6(t) - S9(t)
0
V
1
1
0
B
0
0
0
0
1
0
0
0
V
Код МЧПИ (HDB-3)
V

49. Элементы видеоимпульсных сигналов

Вставки кодов МЧПИ
Знак
HDB-3 (КВП-3)
B3ZS
предыЧисло В-импульсов после V-импульса
дущего
нечетнечетVчетное
четное
ное
ное
импульса
+
0 0 0+1
0 0 0-1
+1 0 0+1
-1 0 0-1
0 0+1
0 0-1
+1 0+1
-1 0-1
Вставка кода B6ZS - 0VB0VB, кода B8ZS - 000VB0VB.

50. Коды с чередованием полярности импульсов

Двухуровневые коды
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
Код БВН (NRZ)
u1(t) - u2(t)
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
Код ВН (RZ)
u3(t) - u2(t)
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
Код AБK (BIL)
u3(t) - u4(t)
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
Код ОБK (DBI)
u3(t) - u4(t)
1
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
Код ИТП (CMI)
u1(t) /u2(t) - u4(t)

51. Вставки кодов МЧПИ

Основные параметры некоторых кодов
Код
Элементы
сигналов
используемые для
передачи
В/Δf,
(бит/с)/Гц
Рэ
рt
Кt
«1»
«0»
БВН (NRZ)
u1(t)
u2(t)
2
u02
0,5
0
АБК
u3(t)
u4(t)
1,33
u02
1
1
Дв П (2)
u5(t)
u9(t)
1
u02/8
0,5
0
Дв П (1)
u1(t)
u9(t)
2
u02/4
0,25
0
ЧПИ (AMI)
u5(t) u6(t)
u9(t)
2
u02/8
0,5
0
CMI
u1(t) u2(t)
u4(t)
1,7
u02
0,62
0,5

52. Двухуровневые коды

Запрещенные комбинации в коде 8В10В
Значение байта
Комбинация 10В
двоичное
десятичное
шестнадцатиричное
RD-
RD+
00011100
28
1С
001111 0100
110000 1011
00111100
60
3С
001111 1001
110000 1010
01011100
92
5С
001111 0101
110000 1100
01111100
124
7С
001111 0011
110000 1101
10011100
156
9С
001111 0010
110000 0101
10111100
188
BC
001111 1010
110000 1001
11011100
220
DC
001111 0110
110000 0111
11111100
252
FC
001111 1000
110000 0111
11110111
247
F7
111010 1000
000101 0111
11111011
251
FB
110110 1000
001001 0111
11111101
253
FD
101110 1000
010001 0111
11111110
254
FE
011110 1000
100001 0111

53. Основные параметры некоторых кодов

Интерфейсы ОЦК
Управляющий
терминал
Управляемый
терминал
Противонаправленный
Терминал
Терминал
Сонаправленный
Тактовый сигнал
Центральный
генератор
Терминал
Информационный
сигнал
Терминал
С центральным
генератором

54. Запрещенные комбинации в коде 8В10В

Стыковые коды ОЦК
1
1100
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1010
нарушение чередования
полярности
нарушение чередования
полярности
октет
Сонаправленный
интерфейс
Другие
интерфейсы

55. Интерфейсы ОЦК

МСИ I рода
u
Rс
uвх
См
Помеха
uвых
t
Порог
принятия
решения
uвых = uвх(1 - e-t/ в) в = 1/2πfвс =RсCм

56. Стыковые коды ОЦК

57. МСИ I рода

58.

59.

МСИ 1 (AMI)

60.

МСИ II рода
uвх
Ср
Rс
Rс
L1
uвых
uвх
Rн
uвых
Rн
н
u
Порог
принятия
решения
t
Помеха
н = (Rc+Rн)Ср н = L1/(Rc║Rн) н = 1/2πfнс
uвых = uвхe-t/ н

61. МСИ 1 (AMI)

62. МСИ II рода

63.

МСИ 2 (NRZ биполярный)

64.

МСИ 2 (AMI)

65. МСИ 2 (NRZ биполярный)

66. МСИ 2 (AMI)

67.

Представление случайной последовательности
прямоугольных импульсов
1
0
1
1
0
0
0
1
1
u0
t
t
(1-p)u0
t
pu0
τи
Тд
2
Р0 = Рн + Рд = рu0 / Кск, где Кск = Тд / τи.
2
Рд = (рu0) / Кск,
2
Рсл = Р0 - Рд = р(1-р)u0 / Кск.
pu0 / K ск , n 0
u (nft )
sin( n / K ск )
(2
pu
/
K
)
, n 1, 2, 3,...
0
ск
n / K ск

68.

Мощности составляющих случайной последовательности
импульсов при разной плотности единиц
1
Р/Р0 макс
0,8
Р0
0,6
Рд
0,4
Р
0,2
0
н
0,2
0,4
0,6
0,8 р 1

69. Представление случайной последовательности прямоугольных импульсов

Определение спекра случайной последовательности
1 2
G ( f ) S ( f ) m e j 2 m T f
T
m
m=0
…
…
1
1
-1
-1
1
1
1
1
1
1
-1
-1
-1
-1
1
1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
-1
-1
…
…
1
1
-1
1
…
-1
... 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1...
1
... 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1...
m=1
…
…
1
…
-1
1
1
-1
1
1
1
1
-1
1
-1
-1
1
-1
-1
1
-1
-1
-1
-1
1
-1
... 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1...
0
... 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1...
1, при m 0
0, при m 0
m
1/ 2, при m 0
m 1/ 4, при m 1
0, при m 0
Для большинства двоичных кодов
Для квазитроичных кодов
…

70. Мощности составляющих случайной последовательности импульсов при разной плотности единиц

Спектры случайных последовательностей
0,5
G
0,4
БВН (NRZ)
АБК (BIL)
0,3
ЧПИ (AMI)
0,2
ВН (RZ)
0,1
0
0,5
1
1,5
2
2,5 f / f 3
t

71. Определение спекра случайной последовательности

Примеры амплитудных спектров