БДП ОАЛТ - narod.ruonattks.narod.ru/3k_ots/lin_trakt.pdf · БДП ОАЛТ ОАЛТ...

1

ТКСП (модуль 3.4 лекция 1)

2. Линейный тракт ЦСП

2.1 Кодеры линейного тракта. Назначение, виды и требования

Цифровой линейный тракт ЦСП служит для передачи группового сигнала между

оконечными станциями ЦСП с заданным качеством (вероятностью ошибки ошр ). Он состоит

из:

оконечной аппаратуры линейного тракта (ОАЛТ);

среды распространения (электрического или оптического кабеля);

промежуточных станций.

Обобщенная схема линейного тракта ЦСП приведена на рис. 1.1.

КЛТпер перед.

КЛТпр пр.

БДП ОАЛТ

ОАЛТ

линейный тракт

НРП-1 НРП-N

груп

повой

си

гнал

груп

повой

си

гнал

среда распространения

Рисунок 1.1 – Обобщенная структурная схема линейного тракта

Цифровой сигнал ЦСП в большинстве случаев представляет последовательность

импульсов, каждый из которых характеризуется:

амплитудой A ;

периодом следования тT ;

длительностью иТ . TT TT

u(t)

t

A

Простота формы линейного сигнала позволяет полностью его восстанавливать. Поэтому

промежуточная станция называется регенератором.

Преобразование группового сигнала в линейный сигнал выполняет кодер линейного

тракта (КЛТ). Классификация сигналов КЛТ приведена на рис. 1.2. Спектры некоторых

линейных сигналов приведены на рис. 1.3. Спектр последовательности прямоугольных

импульсов состоит из двух составляющих: дискретной и непрерывной. Дискретная

составляющая с нулевой частотой называется постоянной составляющей. Блок дистанционного

питания (БДП) служит для подачи тока дистанционного питания для удаленного питания

необслуживаемых промежуточных станций (НРП). При этом он выполняет паразитную

функцию ФВЧ, срезая постоянную составляющую и низкие частоты. Электропроводящий

кабель является ФНЧ с распределенными параметрами, удаляя из спектра ВЧ составляющие.

Совместное ограничение НЧ и ВЧ приводит к межсимвольной интерференции, повышающей

ошр . Указанные искажения продемонстрированы на рис. 1.4.

2


Линейные сигналы классифицируются

по количеству

уровней амплитуды

двухуровневые

(однополярные)

многоуровневые

(двуполярные)

ЧПИ

CMI

КВП-3

бифазный

манчестерский

по длительности

импульса

NRZ

(Ти=Тт)

RZ

(Ти=Тт/2)

по типу среды

распространения

электропроводный

кабель

оптический кабель

по наличию

избыточности

есть

нет

блочные

коды

Рисунок 1.2 – Классификация линейных сигналов ЦСП

u(t)

t

G(f)

f

и

1T и

2T

A0

т

1T

0

т

2T

0

u(t)

t

0

f

fт 2fт 3fт0

G(f)

A0

u(t)

t

0

f

fт 2fт 3fт0

G(f)

A0

u(t)

t

0

f

fт 2fт 3fт0

G(f)

A1

A1

A3

0

1 1 1

1 1

1 1 1

1 1 1

ЧПИ-RZ

RZ

NRZ

дискретная составляющая

непрырывная составляющая

Ти=Тт/2Тт

Рисунок 1.3 – Линейные сигналы и их спектры

3


пр.

ОАЛТ

перед.

БДП

(ФВЧ)

перед.

среда распространения

n(t)

НРП

(ФНЧ)

а)

С

R

( )( ) вх

вых

du tu t

d t( )вхu t

( )вхu t

t

0 1 0 1

( )выхu t

t

0 1 0 1

С

R

( ) ( )вых вхu t u t dt ( )вхu t

( )выхu t

t

0 1 0 1

0

0

0

б)

Рисунок 1.4 – Линейный тракт ЦСП:

а) эквивалентная схема;

б) искажения ФНЧ и ФВЧ

Помимо этого, на вход приемника поступают шумы ( )n t , вызванные внешними

электромагнитными воздействиями.

С учетом вышеперечисленных особенностей можно сформулировать следующие

требования к линейным сигналам:

1. минимальная ширина полосы частот;

2. возможность выделения тактовой частоты в регенераторе;

3. отсутствие постоянной составляющей в спектре сигнала;

4. наличие избыточности для контроля реального значения ошр без обрыва связи.

Наибольшее распространение в телекоммуникациях получили следующие коды:

1. однополярный RZ / NRZ;

2. ЧПИ;

3. СМІ;

4. КВП-3;

5. бифазный;

6. манчестерский.

1


1. Однополярный RZ / NRZ

( )NRZu t

t

0

01 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0

( )RZu t

t

0

0 0 0 1 0

Ти=Тт

Ти=Тт/2

Рисунок 3.1 – Сигналы NRZ и RZ

2. Код чередования полярности импульсов (ЧПИ).

Входной

символ

Выходной

символ

0 0

1 B

Полярность символа B противоположна полярности предыдущего единичного символа на

выходе кодера. Недостатком данного кода является наличие больших последовательностей

нулей в закодированной комбинации. Это приводит к нестабильной работе выделителя

тактовой частоты регенератора. Данный недостаток устранен в кодах CMI и КВП-3. Пример

кодирования см. рис. 3.2.

3. Код CMI.

Является компромиссом между ЧПИ и КВП-3 по сложности построения кодеков.

Входной

символ

Выходной

символ

0 01

1 B

Единицы передаются попеременно высоким и низким уровнем сигнала в течении тактового

интервала (аналогично ЧПИ), а нуль передается первую половину тактового интервала низким

уровнем, а вторую - высоким. Пример кодирования см. рис. 3.2.

2


CMI

( )u t

t

0

Ти=Тт

ЧПИ-RZ

( )u t

t

0

ЧПИ-NRZ

01 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0

( )u t

t

0

B

B

B

B

B

B

B

B

Рисунок 3.2 – Сигналы ЧПИ и CMI

4. Код высокой плотности единиц КВП-3.

Является модифицированным кодом ЧПИ. Разработан для уменьшения длинных

последовательностей нулей в линейном сигнале. В закодированной последовательности

допускается до 3 нулей подряд. Четыре нуля заменяются кодовой комбинацией (вставкой),

содержащей единичные символы.

Входной

символ

Выходной символ

0 0

1 B

0000 B00V, если между двумя вставками во входной последовательности

содержится четное число единиц;

000V, если между двумя вставками во входной последовательности

содержится нечетное число единиц.

Полярность символа B противоположна полярности предыдущего единичного символа в

выходной кодовой комбинации.

Полярность символа V повторяет полярность предыдущего единичного символа в выходной

кодовой комбинации.

Пример кодирования см. рис. 3.3.

3


( )u t

t

0

01 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0

0 0 0 V B 0 0 V

B

B

B B

входной сигнал

Рисунок 3.3 – Сигнал КВП-3

1. Бифазный код (biphase mark code BMC)

Позволяет упростить построение системы синхронизации регенератора. Каждый входной бит

превращается в два выходных бита. Every logical 1 in the input is represented as two different bits

(10 or 01) in the output. The input logical 0 is represented as two equal bits (00 or 11) in the output.

Every logical level at the start of a clock interval is inversion of the level at the end of the previous

clock interval.

Входной

символ

Выходной

символ

0 0; 1

1 01; 10

( )u t

t

0

( )u t

t

0

01 0 1 1 0 1 0 0 1 0

10 1 0

1

10 10 1 01 0 1 01 0

Рисунок 3.4 – Бифазный сигнал BMC

2. Манчестерский код

Каждый входной бит превращается в два выходных бита.

4


Входной

символ

Выходной символ

(IEEE 802.3 – Ethernet)

0 01

1 10

( )u t

t

0

( )u t

t

0

01 0 1 1 0 1 0 0 1 0

10 01 01

1

10 10 01 10 01 01 10 01

Рисунок 3.5 – Манчестерский код

2.2 Регенератор ЦСП

Служит для восстановления формы линейного сигнала путем выполнения слежующих

функций:

усиление сигнала, ослабленного линией;

коррекция формы принимаемых импульсов;

оценка значений символов передаваемого сигнала;

формирование импульсов выходного сигнала с требуемой амплитудой и длительностью.

Построение схемы регенератора зависит от количества уровней линейного сигнала ЦСП. На

рис. 3.6 приведена схема и временные диаграммы работы регенератора квазитроичного сигнала

(ЧПИ, КВП-3 и др.).

Линейный трансформатор (ЛТр) служит для гальванической развязки станционного и

линейного оборудования. Корректирующий усилитель (с корректором в цепи обратной связи)

служит для увеличения амплитуды принятого сигнала и минимизации межсимвольной

интерференции за счет коррекции его формы. Импульсы на его выходе имею форму колокола,

поэтому сигнал называется колоколообразным. Автоматическая регулировка усиления (АРУ)

служит для поддержания постоянной амплитуды импульсов на выходе КУс. Электронные

ключи (Кл.) совместно с пороговыми элементами образуют решающие устройства (РУ). Оно

служит для восстановления значения символов линейного сигнала (1; -1; 0). Восстановление

символов в регенераторе PDH производится методом однократного стробирования.

5


АРУ

ПЭ1

ПЭ2

ФУ1

ФУ2

выход

ВТЧ

1

23 5

6

7

8

9

КУс

КУс

ЛТр1

ЛТр2

4

Кл. 1

Кл. 2

а)

1

t

1 0-1 1 -1 1 -1 0 0 1

t

2

t

3

t

4

t

5

6

t

t

7

8

t

9

t

б)

Рисунок 3.6 – Регенератор квазитроичного сигнала:

а) схема;

б) временные диаграммы

6


Пороговые элементы работают следующим образом:

вхпэ1

выхпэ1вхпэ1

1, / 2

0, 0 / 2

u Au

u A

, (3.1)

вхпэ2

выхпэ2вхпэ2

1, / 2

0, 0 / 2

u Au

u A

. (3.2)

Формирующее устройство служит для

формирования прямоугольных импульсов с

требуемой длительностью и амплитудой.

Выделитель тактовой частоты (ВТЧ) служит для

формирования последовательности

стробирующих импульсов, которые управляют

моментом замыкания электронных ключей.

Поскольку сигнал ЧПИ содержит

положительные и отрицательные единичные

импульсы, схема регенератора содержит два

канала восстановления импульсов:

1) Кл. 1 + ПЭ1 + ФУ1;

2) Кл. 2 + ПЭ2 + ФУ2.

ПЭ1 реагирует на положительные импульсы, ПЭ2 – на отрицательные. В точках 5, 6 и 7,

8 формируются последовательности однополярных импульсов. ЛТр2 выполняет функции

вычитающего устройства и служит для формирования трехуровневого сигнала из двух

поступающих последовательностей импульсов.

Схема и временные диаграммы работы выделителя тактовой частоты приведены на рис.

3.7. Выпрямитель (Выпр.) служит для преобразования кода ЧПИ-RZ в двоичный однополярный

RZ. В спектре сигнала ДО-RZ содержится дискретная составляющая с тактовой частотой тf .

При помощи полосового фильтра ПФ она отделяется от непрерывной и других составляющих

спектра. В результате на выходе ПФ формируется гармонический сигнал с частотой тf .

Усилитель-ограничитель (УО) превращает синусоидальный сигнал в последовательность

прямоугольных импульсов. При помощи дифференцирующей цепи формируется

последовательность экспоненциальных импульсов, из которых формирователь импульсов (ФИ)

формирует последовательность коротких стробирующих импульсов. Для совмещения момента

появления стробирующего импульса со значащим моментом линейного сигнала используется

регулируемая линия задержки, позволяющая смещать последовательность стробирующих

импульсов во времени.

t

u(t)

A

-A

A/2

-A/2

0

1

-1

0

7


»

ДЦ ФИ Dt

1 2 3 4 5 6 7

Выпр. ПФ УО

а)

t1

f

u(t) S(f)

ЧПИ-RZ

fтfт/2 2fт

t2

f

u(t) S(f)

RZ

fт 2fт

Aпф(f)

3

u(t)

t

порог ограничения УО

4 t

5 t

5 t

6 t

Dt

u(t)

u(t)

u(t)

u(t)

б)

Рисунок 3.7 – Выделитель тактовой частоты (ВТЧ) регенератора:

а) схема;

б) временные диаграммы

1


2.3 Основные нормы на параметры ошибок цифровых каналов

Долгое время основным параметром качества ЦСП являлась вероятность ошибки бита

ошр при передаче пользовательской информации. Вероятность ошибки – идеализированная

величина. На практике возможно только определение коэффициента ошибки за время

измерения измТ :

ошош

сумм

100%N

КN

, (4.1)

где ошN - количество ошибочных бит;

суммN - суммарное количество переданных бит.

При измТ возможно получения значения, близкого к ошр (рис. 4.1):

изм

ош ош Тр К

. (4.2)

Кош

10-1

10-...

Тизм

рош

границы значений Кош

Рисунок 4.1 – Измерение коэффициента ошибки

Согласно рекомендациям ITU, между абонентами двух национальных сетей допускается 6

ош 10р . В СССР вероятность ошибки между абонентами разделялась пропорционально

между:

магистральным участком ( 12ош1км 4 10р );

внутризоновым участком ( 11ош1км 3,57 10р );

местным участком ( 10ош1км 2,5 10р ).

Нормы приведены для 1 км линии соответствующего участка. Зная эту величину, можно

определить допустимое значение вероятности ошибки для расстояния L :

ошдоп ош1кмр р L . (4.3)

2


Все каналы и линейные тракты ЦСП должны удовлетворять рекомендациям ITU (рис.

4.2).

Рекомендации ITU

на долговременные нормы

(Тизм=30 суток)

на оперативные (кратковременные)

нормы (Тизм= 15 мин; 2 часа; 24 часа;

7 суток)

М.2100G.821

(В=64 кбит/с)

G.826

(В>64 кбит/с)

Рисунок 4.2 – Нормы на параметры качества ЦСП

Рекомендация ITU G.821 регламентирует нормы и методику измерения параметров

каналов со скоростью 64 кбит/с. Для больших скоростей передачи желательно пользоваться

рекомендацией G.826. Однако на практике и на скоростях >64 кбит/с измерения проводят по

рекомендации ITU G.821.

Измерение параметров цифрового канала по рекомендации ITU G.821

Рекомендация предполагает измерение BER каждую секунду в течении времени измТ

согласно схеме, приведенной на рис 4.3.

генератор

ПСП

счетчик

ошибок

передача

прием

измеритель

параметров цифрового

канала

цифровой канал связи

шлейф

Рисунок 4.3 – Схема измерения параметров канала по рекомендации ITU G.821

Для проведения измерений необходимо ко входу канала подключить измеритель

параметров цифрового канала. Он состоит из генератора ПСП и счетчика ошибок. Счетчик

ошибок сравнивает сигнал с выхода тракта приема канала и сигнал генератора псевдослучайной

последовательности (ПСП). В случае их несовпадения фиксируется ошибка. На дальнем конце

канала организуется шлейф.

Секундой с ошибкой (ES - Errored Second) называется период времени длительностью в

1с, который содержит одну и большее количество ошибок.

3


Сильно пораженной ошибкой секундой (SES – Severely Errored Second) называется

период времени длительностью в 1с, который характеризуется 310BER .

Все время измерений измТ разбивается на :

секунды готовности канала AS (Available second);

секунды неготовности канала US (Unavailable second).

Период готовности канала AST начинает отсчитываться после приема 10 секунд с

310BER . Эти 10 секунд также входят в период готовности канала.

Период неготовности канала UST начинает отсчитываться после приема 10 секунд с

310BER . Эти 10 секунд также входят в период неготовности канала (рис. 4.4).

t1 t2

t3 t4 t5

t6

а)

время готовности канала

время

НЕготовности

канала

время готовности

канала

BER

10-3

t

SES

ES

Тизм

ТAS 1 ТAS 2

...

ТUS 1

б)

Рисунок 4.4 –Параметры цифрового канала:

а) периоды готовности и неготовности канала;

б) влияние значения BER на качество "секунд"

4


Дуплексный канал передачи переходит в состояние неготовности в случае неготовности

одного из направлений (передачи или приема) (рис. 4.5).

Рисунок 4.5 – Определение состояния неготовности дуплексного канала

Общее время готовности канала за время измТ равно сумме всех временных промежутков

готовности канала:

AS AS n

n

T T . (4.4)

Общее время неготовности канала за время измТ равно сумме всех временных

промежутков неготовности канала:

US US m

m

T T . (4.5)

Алгоритм измерения параметров канала по G.821 приведен на рис. 4.6.

Ожидаемые параметры цифровых каналов связи

(согласно документа РФ "НОРМЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЦИФРОВЫХ

КАНАЛОВ И ТРАКТОВ МАГИСТРАЛЬНОЙ И ВНУТРИЗОНОВЫХ ПЕРВИЧНЫХ СЕТЕЙ")

Таблица 4.1 - Общие расчетные эксплуатационные нормы на показатели ошибок для

международного соединения протяженностью 27500 км

Вид тракта

(канала)

Скорость, кбит/с А В

Долговременные нормы Оперативные нормы

ESR SESR ВВЕR ESR SESR

ОЦК 64 0,08 0,002 — 0.04 0.001

ПЦСТ 2048 0.04 0,002 3 • 10-4

0,02 0,001

ВЦСТ 8448 0,05 0,002 2 • 10-4

0,025 0,001

ТЦСТ 34368 0.075 0,002 2 • 10-4

0,0375 0,001

ЧЦСТ 139264 0,16 0,002 2 • 10-4

0,08 0,001

Примечание: Приведенные данные для долговременных норм соответствуют Рекомендациям

МСЭ-Т G.821 (для канала 64 кбит/с) и G.826 (для трактов со скоростями от 2048 кбит/с и

выше), для оперативных норм — Рекомендации МСЭ-Т М.2100.

5


NES=0

начало

конец

измерение

количества

ошибок Nош за 1с

NSES=0

задать Тизм

BER=0

BER=Nош / B

да (error-

free second)

нет

NES=NES+1

BER>10-3

NSES = NSES+1

да (SES)

нет

(non-SES)

t = t+1

нет

да

В – скорость передачи

канала ЦСП

100%ES

AS

NESR

T

100%SES

AS

NSESR

T

измt Т

Рисунок 4.6 – Алгоритм определения параметров канала по G.821

Определения

Коэффициент ошибок по секундам с ошибками (ESR)

— отношение числа NES к общему числу секунд в период

готовности TAS в течение фиксированного интервала

измерений.

Коэффициент ошибок по секундам, пораженных

ошибками (SESR) — отношение числа NSES к общему

числу секунд в период готовности TAS в течение

фиксированного интервала измерений.

6


Таблица 4.2 - Распределение предельных норм на показатели ошибок по участкам тракта

(канала) первичной сети

Вид тракта

(канала)

Участок Длина,

км

Долговременные

нормы

Оперативные

нормы

ESR SESR BBER ESR SESR

ОЦК Аб.лин - 0,15•А 0,15•А/2 — 0,15•В 0,15•В

МПС 100 0,075•А 0,075•А/2 — 0,075•В 0,075•В

ВЗПС 600 0,075•А 0,075•А/2 — 0,075•В 0,075•В

СМП 12500 0,2•А 0,2•А/2 — 0,2•В 0,2•В

ЦСТ МПС 100 0,075•А 0,075•А/2 0,075•А 0,075•В 0,075•В

ВЗПС 600 0,075•А 0,075•А/2 0,075•А 0,075•В 0,075•В

СМП 12500 0,2•А 0,2•А/2 0,2•А 0,2•В 0,2•В

Таблица 4.3 - Доля эксплуатационных норм на показатели ошибок для участка тракта (канала)

длиной L км на магистральной и внутризоновых первичных сетях ВСС России для определения

долговременных норм

СМП ВЗПС

№ п/п Длина, км С1 № п/п Длина, км С2

1 250 0,004 1 50 0,0062

2 500 0,008 2 100 0,0125

3 750 0,012 3 150 0,0188

4 1000 0,016 4 200 0,0250

5 1500 0,024 5 300 0,0375

6 2000 0,032 6 400 0,0500

7 2500 0,040 7 500 0,0625

8 5000 0,080 8 600 0,0750

9 7500 0,120

10 10000 0,160

11 12500 0,200

Порядок расчета долговременной нормы на какой-либо показатель ошибок для простого

тракта (канала) длиной L км, организованного в ВОЛС или цифровой РСП, следующий:

1) по табл. 4.1 для соответствующего канала или тракта и соответствующего показателя

ошибок находим значение А;

2) значение L округляем с точностью до 250 км для СМП при L < 1000 км и до 500 км при

L > 1000 км, для ВЗПС при L < 200 км округляем с точностью до 50 км и при L > 200 км —

до 100 км (в большую сторону), получаем значение L1;

3) для полученного значения L1 по табл. 4.3 определяем допустимую долю расчетных норм С1

или С2 при L1 > 2500 км на СМП доля нормы определяется интерполированием между двумя

соседними значениями табл. 4.3 или по формуле: L1 0,016 10-3

для СМП или L1 0,125

10-3

для ВЗПС;

4) для показателей ESR и ВВЕR долговременная норма определяется перемножением значений

А и С:

дESR A C (4.6)

дBBER A C . (4.7)

7


Для показателя SESR долговременная норма определяется перемножением значений А/2 и С:

д / 2SESR A C . (4.8)

Пример 1. Пусть требуется определить долговременные нормы на показатели ESR и SESR для

цифрового первичного сетевого тракта (ПЦСТ), организованного на СМП, в системах ПЦИ по

ВОЛС, протяженностью L=1415 км.

Решение.

1) По табл. 4.1 находим значения А для ПЦСТ:

A(ESR27500) = 0,04

A(SESR27500) = 0,002.

2) Значение L округляем до значения, кратного 500 км:

L1 = 1500км.

3) По табл. 4.3 находим значение С:

С = 0,024.

4) Определяем долговременные нормы:

ESRд= 0,04 0,024 = 0,96 х 10-3

SESR д=0,002/2 0,024 = 2,4 х 10-5

.

БДП ОАЛТ - narod.ruonattks.narod.ru/3k_ots/lin_trakt.pdf · БДП ОАЛТ ОАЛТ...

Documents