5 ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЕРВИЧНОЙ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЦСП С ИКМ

Основой построения аппаратуры ИКМ-ВД является схематические решения и алгоритмы обработки сигналов, реализованные еще в первых поколениях ЦПС с ИКМ, разработанных в 40-50-ые годы XX века. Обобщенная структурная схема аппаратуры ЦПС с ИКМ с временным разделением каналов (ИКМ-ВД) приведена на рисунке 6.1.

В состав оконечной станции аппаратуры ИКМ-ВД, предназначенной для передачи аналоговых телефонных сигналов с(t), входит индивидуальное, групповое оборудование и оборудование линейного тракта. Узлы индивидуального оборудования всех N каналов однотипны. Временные диаграммы работы оконечной станции аппаратуры ИКМ-ВД приведены на рисунок 6.2. Сигнал от абонента c(t) (рисунок 6.2.а) через коммутационные приборы АТС поступает на двухпроводный вход канала и далее через дифференциальную систему (ДС) в тракт передачи. Передающая часть индивидуального оборудования каждого канала содержит усилитель низкой частоты (УНЧ_ПЕР), фильтр нижних частот (ФНЧ_ПЕР) и амплитудно-импульсный модулятор (АИМ-1). В ФНЧ_ПЕРсигнал ограничивается по спектру (F_МАКС = 3.4 кГц), что необходимо перед дискретизацией сигнала. В модуляторе аналоговый сигнал дискретизируется по времени, в результате чего формируется канальный АИМ сигнал, представляющий собой последовательность канальных АИМ-1 отсчетов (рисунок 6.2.б). Канальный АИМ-1 сигналы всех каналов объединяются в групповой телефонный АИМ сигнал (АИМ_ГР-1). В групповом оборудовании тракта передачи перед кодированием групповой АИМ_ГР-1 сигнал преобразуется в групповой телефонный сигнал АИМ_ГР-2 (рисунок 6.2.в). В кодирующем устройстве (Кодек_ПЕР) осуществляется последовательное нелинейное кодирование отсчетов группового телефонного АИМ_ГР-2 сигнала, в результате чего на выходе кодера формируется групповой цифровой телефонный сигнал с импульсно-кодовой модуляцией, представляющий собой последовательность восьмиразрядных кодовых комбинаций каналов U_ИКМ _гр. В цикле передачи системы помимо информационных символов, формируемых на выходе кодера, необходимо передавать ряд дополнительных сигналов, к котоым, в частности, относятся: сигналы управления и взаимодействия (СУВ), передаваемые по телефонным каналам для управления приборами АТС (набор номера, вызов, ответ, отбой, разъединение и другое); сигналы цикловой (ЦС) и сверхцикловой (СЦС) синхронизации; сигналы передачи дискретной информации (ДИ) и состоящие в общем случае из n_сл служебных символов. Суммарный групповой цифровой сигнал ИКМ_ГР формируется в устройстве временного объединения (УВО) путем объединения в цифровом виде восьмиразрядных кодовых комбинаций ТФ каналов, сигналов СУВ, циклового и сверхциклового синхросигналов. Сигналы СУВ от АТС поступают на вход передающей части согласующего устройства (СУВ_ПЕР), где преобразуются в цифровую форму. Для их правильного декодирования и распределения по каналам, в СУВ_ПЕР формируется также и сигнал сверхцикловой синхронизации.Для декодирования и распределения по каналам ТФ сигналов, в состав ИКМ_ГР сигнала при помощи передатчика циклового синхросигнала (Пер СС) вводится цикловой синхросигнал (ЦС).В результате на выходе УВО формируется полный групповой цифровой поток, имеющий циклическую структуру, причем его основные параметры строго регламентированы. Цифровой сигнал на выходе УВО представляет собой униполярный (однополярный) цифровой поток. Однако передача такого сигнала по линии связи затруднена, поэтому униполярный двоичный код в преобразователе кода передачи (ПК_ПЕР) преобразуется в двухполярный линейный сигнал ИКМ_ЛС (рисунок 6.2.г), параметры которого, отвечающие определенным требованиям, будут описаны далее.С помощью линейного трансформатора (ЛТр) обеспечивается согласование аппаратуры с линией связи и подключение блока дистанционного питания (ДП) линейных регенераторов. Дистанционное питание в приведенном примере осуществляется постоянным током по искусственным цепям (с использованием средних точек ЛТр) по системе “провод – провод”. Работой всех основных узлов в тракте передачи оконечной станцииуправляет генераторное оборудование (ГО_ПЕР), формирующее все необходимые импульсные последовательности, следующие с различными частотами (например, с частотой дискретизации F_Д, трактовой частотой f_Т и так далее). Управляющие импульсные последовательности формируются путем последовательного деления гармонической частоты f_ЗГ вырабатываемой высокостабильным задающим генератором (ЗГ).В тракте приема искаженный цифровой линейный сигнал ИКМ_ЛС(рисунок 6.2.ж) поступает в станционный регенератор (Р), в котором восстанавливаются основные параметры сигнала (амплитуда, длительность, период следования) (рисунок 6.2.е). На выходе ПК_ПР восстанавливается униполярный двоичный ИКМ_ГР(рисунок 6.2.д) сигнал, из которого с помощью приемника синхросигнала (ПрСС) выделяются сигналы цикловой сверхцикловой синхронизации, управляющие работой генераторного оборудования приема (ГО_ПР Из восстановленного ИКМ_ГР сигнала выделяется также тактовая частота f_Т, при помощи выделителя тактовой частоты (ВТЧ). Это обстоятельство является принципиальной особенностью всех ЦСП: ВТЧ выполняет функции ЗГ на приеме, тем самым обеспечивая полное равенство по времени и частоте управляющих импульсных последовательностей на передаче и приеме, вырабатываемых соответствующим генераторным оборудованием (ГО_ПЕР и ГО_ПР.При помощи приемника СУВ выделяются соответствующие сигналы и распределяются по каналам.Декодирующее устройство (Кодек_ПР) последовательно декодирует кодовые комбинации отдельных ТФ каналов содержащееся в ИКМ_ГР сигнале (рисунок 6.2.г), в результате чего на выходе декодера формируется групповой АИМ-2_ГР сигнал (рисунок 6.2.в).В индивидуальной части оборудования приема с помощью временных селекторов (ВС) из последовательности отсчетов группового сигнала АИМ-2_ГР выделяются АИМ-2_КАН отсчета соответствующего канала. С помощью ФНЧ_ПР выделяется огибающая последовательности канальных АИМ-2_КАН отсчетов, т.е. восстанавливается исходный аналоговый сигнал c(t) (рисунок 6.2.а), который усиливается в УНЧ_ПР и через ДС поступает к абоненту.

Рисунок 6.2 – Временне диаграммы работы оконечной станции аппаратуры ИКМ-ВД.

На рисунке 6.2. приведенный временные диаграммы, поясняющие алгоритм преобразования сигналов в тракте передачи оконечной станции аппаратуры ИКМ-ВД при условии безошибочной передачи линейного сигнала U_ИКМлс(t) и разрядности канальной кодовой комбинации m=4. В тракте приема происходит обратное преобразование сигналов, с той лишь разницей, что вместо U_{АИМ--1кан}(t) на выходе ВС имеет место сигнала U_{АИМ-2кан}(t). Как видно из рисунка, в ЦСП с ИКМ цифровой групповой сигнал ИКМ_ГР представляет собой непрерывную последовательность следующих друг за другом циклов Т_Ц = Т_ДЦикличность передачи заложена в самом принципе временного разделения каналов, поскольку за время равное периоду дискретизации необходимо “успеть” предать кодовые комбинации всех каналов в ЦСП с ИКМ, как телефонных, так и служебных.В этой связи циклом передачи называется интервал времени Т_Ц, равный периоду дискретизации Т_Д, в течение которого передаются отдельные кодовые комбинации (или разряды) всех N телефонный каналов системы передачи и n_СЛ символов необходимых служебных каналов (синхронизации, СУВ и другое).Для первичных ЦСП с ИКМ, в которых осуществляется аналого-цифровое преобразование телефонных сигналов, длительность цикла равна:

F_Д = 8 кГц.

Помимо длительности цикла Т_Ц строго регламентируется общее число импульсных канальных интервалов NS и их распределение между различными информационными и служебными сигналами. Таким образом, каждая импульсная позиция цикла строго закреплена за сигналами определенного вида. В первичной многоканальной ЦСП с ИКМ, например, типа ИКМ-30, цикл передачи разделяется на Nåчисло канальных интервалов, причем Nå =N_ТФ+N_СЛ, где N_ТФ – число информационных телефонных каналов, а N_СЛ - выделенных для передачи служебных каналов.

На рисунке 6.3. изображен фрагмент группового сигнала ИКМ_ГР на интервале цикла передачи.

Время передачи цикла Т_Ц = Т_Д разбивается на канальные интервалы (КИ i ), где

(по англо-американской системе индексации, при этом общее число каналов равно Nå ). Очевидно, что длительность одного канального интервала равна

. Каждый канальный интервал содержит m импульсных позиций, называемых тактовыми интервалами (Т_ТИ). При передаче телефонных сигналов m = 8, так как применяется восьмиразрядное нелинейное кодирование отсчетов аналогового ТФ сигнала. Длительность ТИ составляет величину

. В каждом тактовом интервале может быть передан один двоичный символ (1 или 0), причем в стандартных системах передачи PDH передача импульсов осуществляется со скважностью Q = 2, то есть длительность импульса t равна 0,5 Т_ТИ, так как

. Частота следования импульсов группового цифрового сигнала ИКМ_ГР называется тактовой частотой ЦСП с ИКМ-ВД - f_Т. Величина тактовой частоты однозначно связана с основными параметрами системы передачи F_Д, N_∑ и m. Так как

можно получить соответствующее соотношение:

Тактовая частота цифрового потока является важнейшей характеристикой любой ЦСП с ИКМ, определяющей сложность реализации блоков ЦСП, длину регенерационного участка, дальность передачи информации и так далее и, в конечном счете, определяет технико-экономическую эффективность применения ЦСП с ИКМ на сетях связи. Численно тактовая частота совпадает со скоростью передачи (В) в ЦСП, определяемой, как количество двоичных символов (битов) переданных в единицу времени равной 1 сек.: В =N_{АИМ/1сек} × m × NS , бит/сек, где N_{АИМ/1сек.} = 8000, при передаче ТФ сигналов (F_Д = 8000 Гц). Очевидно, что: чем выше тактовая частота и скорость передачи в ЦСП с ИКМ, тем система передачи сложнее и дороже. В первичной многоканальной ЦСП с ИКМ европейской иерархии PDH, согласно которой в России разработана аппаратура типа ИКМ-30, стандартизированы следующие параметры:

Эти параметры однозначно определяют тактовую частоту f_Т и скорость передачи В группового цифрового сигнала ИКМ_ГР (выражения 6.1 и 6.2): f_Т = 2048 кГц, В = 2048 кб/сек, при этом скорость передачи двоичных символов в одном канале (Nå =1) называемом основным цифровым каналом (ОЦК), составляет величину: В_ОЦК = 64 кб/сек. В первых ЦСП с ИКМ, разработанных в США в 40–50-ые годы ХХ века, в основу первичной многоканальной системы передачи было положено 7-разрядное нелинейное кодирование (m = 7) и 24 - телефонных канала, что позволяло довести технико-экономические показатели до приемлемых в процессе эксплуатации. Первичная 24-х канальная ЦСП с ИКМ и до настоящего времени является основой американской иерархии PDH, однако применяется 8-разрядное кодирование и скорость передачи группового цифрового потока составляет В = 1544 кб/сек. Европейский стандарт, принятый в конце 60-х годов позволил при прочих равных условиях увеличить количество каналов за счет развития элементной базы (поддерживающих технологий). В следующем разделе будут рассмотрены основные алгоритмы при обработке сигналов и их схемотехнические реализации в оконечной аппаратуре первичной ЦСП с ИКМ, в частности, нелинейное кодирование и декодирование, генераторное оборудование и системы синхронизации, оборудование цифрового линейного тракта.

На рисунке 6.4 показан полный временной спектр системы (обозначение 0/1 на рисунке соответствует передаче в данном тактовом интервале случайного сигнала). Сверхцикл передачи (СЦ) соответствует минимальному интервалу времени, за который передается по одному отсчету каждого из 60-сигнальных каналов (СК), используемых для передачи сигналов управления и взаимодействия (СУВ), и каналов передачи аварийной сигнализации (потери сверхцикловой или цикловой синхронизации). Длительность сверхцикла Т_сц=2 мс. Сверхцикл состоит из 16 циклов передачи (с Ц₀ по Ц₁₅). Длительность цикла Т_ц=125 мкс и соответствует интервалу дискретизации сигнала ТЧ с частотой 8 кГц. Каждый цикл подразделяется на 32 канальных интервала (КИ) длительностью Т_ки=3,906 мкс, из которых 30 отводятся под передачу сигналов ТЧ (КИ₁, …, КИ₁₅ и КИ₁₇,…,КИ₃₁), а два – под передачу служебной информации (КИ₀ и КИ₁₆). Каждый канальный интервал состоит из восьмиразрядных интервалов (Р₁… Р₈), длительности которых Т_р=488нс. Половина разрядного интервала может быть занята прямоугольным импульсом при передаче в данном разряде единицы (при передаче нуля импульс в зарядном интервале отсутствует).Интервалы КИ₀ в четных циклах предназначаются для передачи цифрового синхросигнала (ЦСС), имеющего вид 0011011 и занимающего разряды Р₂, …, Р₈. В интервале Р₁ всех циклов передаются сигналы постоянно действующего канала передачи дискретной информации (ДИ). В нечетных циклах интервалы Р₃ и Р₆КИ₀ используются для передачи информации о потере цикловой синхронизации (Авария ЦС) и о снижении остаточного затухания (ОЗ) каналов до значения, при котором в них может возникнуть самовозбуждение. Интервалы Р₄, Р₅, Р₇, Р₈ являются свободными, их занимают единичными сигналами для улучшения работы выделителей тактовой частоты регенераторов. В интервале КИ₁₆ нулевого цикла Ц₀ передается сверхцикловой синхросигнал (СЦС) вида 0000 (Р₁, …, Р₄), а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (Р₆ – Авария СЦС). Остальные три разрядных интервала свободны. В КИ₁₆ остальных циклов (Ц₁, …, Ц₁₅) организуются СК₁и СК₂, причем в Ц₁ передаются СУВ для первого (интервалы Р₁ и Р₂) и шестнадцатого (интервалы Р₅ и Р₆) каналов ТЧ, в Ц₂ – для второго и семнадцатого каналов ТЧ и так далее. Интервалы Р₃, Р₄, Р₇ и Р₈ свободны, но в системе ИКМ-30с, где для каждого канала ТЧ организуется большое число СК, они используются для организации дополнительного СК.

Аппаратура оконечной станции содержит индивидуальное и групповое оборудование. Индивидуальное оборудование является составной частью каждого телефонного канала и предназначено для преобразования непрерывного речевого сигнала в индивидуальный сигнал с АИМ – 1 на передаче и обратного преобразования на приеме. Назначение группового оборудования состоит в кодировании группового АИМ сигнала для передачи сигналов в цифровом виде и декодировании группового цифрового потока в тракте приема.Формирование группового сигнала в ЦПС осуществляется на основе временного разделения каналов. При этом поочередно во времени передаются кодовые комбинации канальные сигналов и ряд дополнительных сигналов: сигналы управления и взаимодействия (СУВ), сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации. В результате формируются полный групповой цифровой поток, имеющий циклическую структуру. На передачу сигнала каждого канала отводится определенное время, называемое канальным интервалом Т_КИ.Время на передачу одного символа называется тактовым интервалом Т_ТИ. В каждом тактовом интервале может быть передан один двоичный символ (0 или 1), передача импульсов осуществляется со скважностью Q = 2.Первичная цифровая система передач типа ИКМ – 30 служит основой построения всех типов систем с ИКМ. Основными техническим характеристиками европейской первичной ЦПС с ИКМ являются: