Многоканальная цифровая система передачи информации

Особенности волоконно-оптических систем передачи. Выбор структурной схемы цифровой ВОСП. Разработка оконечной станции системы связи, АИМ-модуляторов. Принципы построения кодирующих и декодирующих устройств. Расчёт основных параметров линейного тракта.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с изменениями условий жизни, развитием культуры и техники средства общения между людьми (средства связи) непрерывно совершенствуются. В настоящий момент средства связи стали неотъемлемой частью производственного процесса и нашего быта. Современные системы связи должны не только гарантировать быструю обработку и высокую надежность передачи информации, но и обеспечивать выполнение этих функций наиболее экономическим способом.

Любая информация передается по каналам связи, в состав которых входят: передатчик, линия связи и приемник. Линией связи называется среда распространения электромагнитных волн, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику. Такой средой могут быть воздушная, кабельная, радиорелейная линии связи, волноводы, световоды и т. д. Совокупность источника сообщений, передатчика, линии связи, приемника и получателя сообщений образует систему связи. Из всех элементов системы наибольший процент стоимости приходится на линии связи. Поэтому встает проблема разработки таких систем и методов, которые позволяют одновременно передавать по одной физической цепи (например, паре кабеля) большое число независимых сообщений, т.е. использовать линию многократно. Такие системы передачи называются многоканальными телекоммуникационными. Связь, осуществляемую с помощью этим систем, принято называть многоканальной.

Основными задачами, которые решаются при создании многоканальной связи, являются увеличение дальности связи и числа каналов и обеспечение высокого качества передачи информации.

Современная система передачи информации - сложное устройство, и его создание связано с огромными затратами средств. Поэтому при проектировании нужно учитывать перспективы развития техники связи и предусматривать возможность использования таких систем в составе сложных информационных комплексов, систем связи и т.д.

Наиболее перспективными признаются волоконно-оптические системы передачи (ВОСП). По сравнению с системами, работающими по электрическому кабелю, ВОСП обладают рядом преимуществ, основными из которых являются: широкая полоса пропускания, позволяющая организовывать требуемое число каналов по одному волоконно-оптическому тракту; возможность предоставления абоненту наряду с телефонной связью других видов услуг (телевидение, телефакс, широкополосное радиовещание, различные телематические и справочные службы, реклама, местная связь и др.); высокая защищенность от электромагнитных помех; малое километрическое затухание и, следовательно, возможность увеличения длины регенерационного участка; значительная экономия цветных металлов и потенциально низкая стоимость оптического кабеля.

Усложнение и совершенствование систем передачи информации и расширение областей их применения заставляет уделять большое внимание вопросам стандартизации и унификации параметров систем в международном масштабе. Разработкой рекомендаций и приложений в области передачи информации занимается ряд организаций: международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии, международная организация по стандартизации (МОС) и др.

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.1 Основные требования технического задания

Согласно техническому заданию необходимо спроектировать многоканальную цифровую систему передачи информации отвечающую следующим основным требованиям:

а) количество каналов - 480;

б) ширина эффективно - передаваемой полосы частот - 300-3400 Гц;

в) вид модуляции - ИКМ;

г) вид линии связи - ВОЛС;

д) длина волны - 1,3 мкм;

е) максимальная дальность - 600 км;

Учет всех требований в совокупности и каждого в отдельности показывает, что создание такой системы является сложной задачей.

1.2 Вид передаваемого сообщения

Задачей техники многоканальной связи является одно- или двусторонняя передача на большие расстояния различного рода информации. Все виды информации, передаваемые с помощью средств электрической связи, можно разделить на две группы: сообщения и данные.

К сообщениям относится информация, воспринимаемая органами чувств одного или нескольких человек. Сообщениям свойственна так называемая избыточность, т. е. Наличие в данной информации элементов, несущественных для правильного понимания ее содержания. Такие элементы могут быть отброшены без потери смысла передаваемой информации.

К данным относится информация, передаваемая в виде целесообразно выбранных символов, пригодных для машинной обработки, и бедная или не обладающая избыточностью.

Сообщения, передаваемые по каналам связи, преобразуются передатчиком в непрерывные (аналоговые) или дискретные (прерывистые) электрические сигналы или сигналы электросвязи (первичные сигналы). К последним относятся: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

Телефонный (речевой) сигнал. Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и полости pтa и носа. Частота импульсов основного тона лежит в пределах от 50... 80 Гц (бас) до 200... 250 Гц (женский и детский голоса). Импульсы основного тона содержат большое число гармоник (до 40), причем их амплитуды убывают с увеличением частоты со скоростью приблизительно 12 дБ на октаву. При разговоре частота основного тона меняется в значительных пределах. Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Эти факторы определяют требования к телефонным каналам.

Основными характеристиками телефонного сигнала являются: мощность телефонного сигнала Р_тлф. Согласно данным МККТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии) средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым измерительным уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал поступают сигналы управления, набора номера, вызова и т. д. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, что соответствует уровню Рср= -15 дБмО. Коэффициент активности телефонного сообщения, т. е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25 … 0,35; динамический диапазон телефонного сигнала - десять десятичных логарифмов отношения максимальной мощности к минимальной (разность между максимальным и минимальным уровнями сигнала). Для телефонного сигнала составляет 35…40 дБ пик фактор составляет 14 дБ. При этом максимальная мощность, вероятность превышения которой исчезающе мала, равна 2220 мкВт (+3,5 дБм). Энергетический спектр речевого сигнала - область частот, в которой сосредоточена основная энергия сигнала. Речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50… 100 до 8000…10 000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300… 3400 Гц. Эти частоты приняты МККТТ в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот разборчивость составляет около 90%, разборчивость фраз--более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания.

1.3 Принципы построения и основные особенности волоконно-оптических систем передачи

В наиболее общем виде принцип передачи информации в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) можно пояснить с помощью рис.1.1. На передающей стороне на излучатель света, в качестве которого в ВОСП используется светодиод или полупроводниковый лазер, поступает электрический сигнал, предназначенный для передачи по линии связи. Этот сигнал модулирует оптическое излучение источника света, в результате чего электрический сигнал преобразуется в оптический. На приемной стороне оптический сигнал из О.В. вводится в фотодетектор (ФД). В современных ВОСП в качестве ФД используют p-i-n или лавинный фото диод (ЛФД).

Фотодетектор преобразует падающее на него оптическое излучение в исходный электрический сигнал. Затем электрический сигнал поступает на усилитель (регенератор) и отправляется получателю сообщения.

Принцип передачи информации в волоконно-оптических системах связи

Выбор элементной базы при реализации ВОСП и параметры её линейного тракта зависят от скорости передачи символов цифрового сигнала. МККТТ установлены правила объединения цифровых сигналов и определена иерархия аппаратуры временного объединения цифровых сигналов электросвязи.

Сущность иерархии состоит в ступенчатом расположении указанной аппаратуры, при котором на каждой ступени объединяется определённое число цифровых сигналов, имеющих одинаковую скорость передачи символов, соответствующую предыдущей ступени рис. 1.2. Цифровые сигналы во вторичной, третичной, и т.д. системах получаются объединением сигналов предыдущих иерархических систем. Для европейских стран установлены следующие стандартные скорости передачи для различных ступеней иерархии (соответственно ёмкости в телефонных каналах): первая ступень-2.048 Мбит/с (30 каналов), вторая-8.448 Мбит/с (120 каналов), третья-34.368 Мбит/с (480 каналов), четвертая-139.264 Мбит/с (1920 каналов). В соответствии с приведенными скоростями можно...