Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики

Волго-Вятский филиал

ФАКУЛЬТЕТ СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Курсовая работа

По дисциплине:

«Цифровые системы передачи»

Вариант 11

Выполнил:

студент 3 курса, группы 1

дневного отделения,

       ______________________________

Проверил: доц.

 

       ______________________________

Нижний Новгород

2012г.

Исходные данные:

1. Задание 1. Выбор параметров устройств дискретизации аналоговых сигналов

а) Первый сигнал: fн = 60 кГц , fв=900кГц – широкополосный сигнал;

б) Второй сигнал: fн = 75 кГц , fв=92кГц – узкополосный сигнал;

2) Задание 2. Исследование защищенности сигнала от помех квантования и ограничения.

Uогр=1.21В -напряжение ограничения;

Uвх=0.19 В – амплитуда гармонического колебания;

Азкв=Аз =41.5 дБ – защищенность от шумов квантования;

3) Задание 3. Изучение операции кодирования и декодирования

Uогр=1.14В -напряжение ограничения;

Uвх1= –0.61 В- первый сигнал;        

Uвх2= 0.5 В – второй сигнал;

Тип кодера: А-87,6/13;

4) Задание 4. Расчёт основных параметров системы цикловой синхронизации

b=7- количество символов в синхрогруппе;

bk=1,7- количество критических точек;

r1=4- ёмкость накопителя по выходу из синхронизма;

r2=3- ёмкость накопителя по входу в синхронизм;

рв=0,2∙10-4 – вероятность ошибки в линейном тракте;

5) Задание 5. Временное группообразование( мультиплексирование)

Построить первые 20 позиций последней строки цикла(последнего субцикла) ЦТС ИКМ-120 с двусторонним согласованием скоростей, если заданы два последовательно переданных поля команд согласования. Считать, что принятые команды истинные. Отметить отсутствие или наличие ошибок в заданных командах.

6)Задание 6. Изучение линейных и стыковых кодов

Задана кодовая последовательность–1011001010110011011100100101

Задание №1

Выбор параметров устройств дискретизации аналоговых сигналов

1. Выберите частоту дискретизации широкополосного аналогового цифрового сигнала, рассчитайте период дискретизации.
2. Выберите частоту дискретизации узкополосного аналогового сигнала, рассмотрев два варианта: с переносом спектра аналогового сигнала вниз по частоте и без переноса. Для варианта с переносом укажите значения несущей.

Все частоты дискретизации и несущая частота должны выражаться целыми числами, а промежутки на расфильтровку составлять примерно 10% от верхней частоты среза соответствующего фильтра.

3. Рассчитайте и постройте спектральные диаграммы сигналов АИМ, отвечающие каждой из рассмотренных ситуаций, отметив на них расчётные значения частот.

Исходные данные:

Спектры аналоговых сигналов:

а) Первый сигнал: fн = 60 кГц , fв=900кГц – широкополосный сигнал;

б) Второй сигнал: fн = 75 кГц , fв=92кГц – узкополосный сигнал;

1.1 Частоту дискретизации широкополосного сигнала выбирают по теореме Котельникова в её классическом варианте: (с учётом запаса на расфильтровку).

Fдmin=2∙900=1800 кГц

С учётом полосы расфильтровки (10% от Fв):

Fд=1800+180=1890 кГц

Период дискретизации:

Тд=1/1890∙103=0.529мкс

Рис.1

1.2 Частота дискретизации узкополосного аналогового сигнала (75– 92кГц)

Отношение верхней частоты к нижней:

Fв/Fн=92/75=1.226<2,

т.е. спектр преобразуемого сигнала меньше октавы, следовательно возможно использовать менее высокую, чем по Котельникову, частоту дискретизации можно определить двумя способами:

Метод переноса исходного спектра в область нижних частот:

Исходя из того, что мы должны приблизить исходный спектр сигнала максимально к нулю

Fдmin=2∙fВ-fН=184-75=109 кГц

С учётом полосы расфильтровки (10% от Fв):

Fд=109+9,2 = 118,2=119кГц

Период дискретизации:

Тд=1/119∙103=5,025мкс

Рис.2

Методом последовательного приближения

Fв/Fн=92/75=1.226<2,

Исходя из этого условия, можно найти Fд без переноса спектра вниз, применяя условие демодуляции:

, где n=1, 2, 3

Составим таблицу для разных значений «n»:

Подберём такое «n», чтобы при его значении для FД ещё было 10% на полосу расфильтровки (10% от FВ, то есть 9,2 кГц). Этой полосе соответствует n=1

Частота дискретизации:

Период дискретизации:

Рис.3

Схемы детектирования:

1. Широкополосного сигнала:

2)  Узкополосного с переносом спектра:

2. Методом последовательного приближения:

                                                                                              Рис. 4

Вывод: При дискретизации узкополосного сигнала частота дискретизации, найденная по теореме Котельникова, получается слишком высокой. Чтобы её уменьшить целесообразно перенести спектр аналогового сигнала до дискретизации вниз по частоте.

Задание №2

Исследование защищенности сигнала от помех квантования и ограничения

2.1 Определите минимальное количество разрядов m в кодовом слове, при котором обеспечивается заданная защищённость гармонического колебания с амплитудой Um от шумов квантования Азкв при равномерном квантовании. Постройте зависимость защищённости от уровня гармонического колебания при изменении его амплитуды от Um до напряжения ограничения Uогр.

2.2 Приведем для наглядности характеристику помехозащищенности и характеристику компандирования для А-87.6/13

Исходные данные:

Uогр=1.21В -напряжение ограничения;

Uвх=0.19 В – амплитуда гармонического колебания;

Азкв=Аз =41.5 дБ – защищенность от шумов квантования;

2.1 Защищённость равна:

–мощность сигнала

-мощность помехи

- число уровней квантования

Выразим из этой формулы m:

Округлим: m = 10

Уровень сигнала квантования:

Pс.кв.=20=-14.994

Уровень помехи квантования:

Pe.кв.=10log()=- 61.139

Для построения характеристики защищенности определим:

-уровень сигнала на входе

Pс.вх=20=-11.984

-уровень помехи

Pe.пом.=10log()=4.097

Теперь рассчитаем реальную величину защищенности от помех квантования:

Аз.кв1=Pe.кв-Pс.вх.=  49,406

Аз.кв2=Pe.кв-Pe.пом= 65,236

     Рис.5 Характеристика защищенности от сигнала.

2.2 Приведем для наглядности характеристику помехозащищенности и характеристику компандирования.

Рис.2 Характеристика защищенности от шумов квантования для характеристики А87.6/13 [2]

Рис.8 Амплитудная характеристика неравномерного квантующего устройства

Вывод: Для обеспечения требуемой защищенности необходимо использовать 9 разрядов. При этом характеристика будет линейно возрастать и лежать выше Азкв.тр.

Задание №3.

Изучение операции кодирования и декодирования

1. Для двух отсчётов аналогового сигнала с амплитудами U1 и U2 выполните операции неравномерного квантования и кодирования, осуществляемые в нелинейном кодере с сегментированной характеристикой компрессии А-типа. Определите абсолютные и относительные величины ошибок квантования этих отсчётов и изобразите полученные в результате кодовые слова в виде последовательности токовых и бестоковых посылок в коде БВН.
2. Осуществите нелинейное декодирование кодовых слов, полученных в предыдущем пункте, если в указанных заданием разрядах произошли ошибки, то есть вместо символа "1" принят символ "0" и наоборот.

Исходные данные:

Uогр=1.21В -напряжение ограничения; Uвх1= -0.61 В- первый сигнал;        

Uвх2= 0.5 В – второй сигнал;  Тип кодера: А-87,6/13;

Структурная схема кодера с нелинейным квантованием

Структурная схема декодера кодека с нелинейным квантованием

Параметры амплитудной характеристики квантующего устройства А87,6/13

В соответствии с этой характеристикой 8-и разрядное кодовое словомгновенного значения сигнала имеет структуру PXYZABCD. В этой структуре P – старший разряд указывает полярность сигнала ("1" - положительная, "0" - отрицательная), XYZ – код номера сегмента, а ABCD – код номера шага внутри сегмента.

Минимальный размер шага:

= 0.0005908=5,908∙10-4

Согласно заданным значениям, при неравномерном квантовании получим два кодовых слова:

3.1 а)На вход кодера поступает сигнал величиной -1020. В первом разряде будет сформирован "0": Р=0 (сигнал имеет отрицательную величину). В течение следующих трёх тактов формируются разряды кода номера сегмента (XYZ) по следующему алгоритму:

По таблице 3 определим код сегмента:

103128 X=0

10332Y=1

103>64Z=1

Код сегмента 011, шаг квантования h=4с Uнг =64

Далее осуществляем кодирование методом взвешивания:

Рис. 10 Линейный кодер взвешивающего типа двухполярного сигнала

Полученная кодовая комбинация: 00111001

При декодировании будет восстановлено значение:

Рис. 11 Линейный декодер взвешивающего типа для двухполярного сигнала.

Рассчитаем величину шума квантования:

Шум квантования не превышает половину шага квантования , поэтому коррекция не требуется.

Расчет абсолютной ошибкидекодирования:

102 – 99=3

Расчет относительной ошибки:

кв=((102 – 99)/102)*100%=2,94%

б)На вход кодера поступает сигнал величиной 8460.В первом разряде будет сформирован "1": Р=1 (сигнал имеет положительную величину). В течение следующих трёх тактов формируются разряды кода номера сегмента (XYZ), определяемые по таблице 3:

846>128X=1

846>512Y=1

846>1024Z=0

Код сегмента 111, шаг квантования h=32с Uнг =512

Далее осуществляем кодирование методом взвешивания:

Полученная кодовая комбинация: 11101010

При декодировании будет восстановлено значение:

Рассчитаем величину шума квантования:

Шум квантования не превышает половину шага квантования , поэтому коррекция не требуется.

=

Расчет относительной ошибки:

кв = (846 – 832)/846)*100%=1,6%

Задание № 4.

Расчёт основных параметров системы цикловой синхронизации

4.1Рассчитайте среднее время удержания и среднее время восстановления циклового синхронизма, если в системе применён неадаптивный приёмник со скользящим поиском циклового синхросигнала.

При выполнении задания считать, что система используется в первичной ЦТС с циклами передачи РСМ31.

Исходные данные:

b=7- количество символов в синхрогруппе;

bk=1..7- количество критических точек;

r1=4- ёмкость накопителя по выходу из синхронизма;

r2=3- ёмкость накопителя по входу в синхронизм;

рв=0,2∙10-4 – вероятность ошибки в линейном тракте;

Структурная схема неадаптивного приёмника циклового синхросигнала со скользящим поиском выглядит так:

Структурная схема опознавателя синхросигнала:

Покажем алгоритм поиска состояния синхронизма приемником со скользящим поиском:

4.1 Минимальное время обнаружения выхода из синхронизма определяется по формуле:

- длительность одного цикла

Возникновению ложной синхронизации (имитации) будет соответствовать вероятность:

b- число символов в синхрогруппе;

с-число искаженных символов синхронизации;

Обычно с=0, и выражение примет вид:

Вероятность обнаружения выхода из синхросигнала:

Для обнаружения синхронизма необходимо провести μ опробований

Найдем минимальное время выхода из синхронизма:

4.2 Находим суммарное время поиска синхросигнала

- среднее время поиска синхросигнала в зоне случайного сигнала состоящего из D-bпозиций (для ИКМ-30, D=(32∙8)∙2=512

- среднее время поиска синхросигнала, в зоне синхросигнала (хотя бы одной позиции), число таких позиций равно: 2b-1

Структура синхросигнала определяется его критическими точками

Понятие критических точек - кодовая группа, длиной b символов, имеет критические точки после тех первых i символов которые оказываются идентичными последним j-символом.

Наименьшее число критических точек, одна: bk=1 (01111…1)-на последнем символе.

Максимальное число критических точек, dц.с. :bk=7 (1111…1)-на последнем символе.

Время поиска синхросигнала в зоне случайного сигнала.

Для bk=1 (одна критическая точка)

1. Число информационных символов в цикле (a=D-b=512-7=505)

Для bk=b(критических точек)

Время поиска в зоне самого синхросигнала:

Для bk=1 (одна критическая точка)

Для bk=b(критических точек)

Общее время поиска синхронизма:

Для bk=1 (одна критическая точка)

Для bk=b(критических точек)

Задание №5

Временное группообразование (мультиплексирование)

5.1 Постройте первые 20 или более позиций последней строки цикла (последнего субцикла) ЦТС ИКМ-120 с двусторонним согласованием скоростей, если заданы два последовательно переданных поля команд согласования. Считать, что принятые команды истинные. Отметить отсутствие или наличие ошибок в заданных командах.

Исходные данные:

5.1 Исходя из заданных полей, команды согласования по компонентным потокам следующие:

1 поток – отрицательное согласование (одиночная ошибка в первом и втором циклах)

2 поток – нейтральная команда (одиночная ошибка в первом и втором циклах)

3 поток – отрицательное согласование (одиночная ошибка во втором цикле)

4 поток – нейтральная команда (одиночная ошибка в первом и втором циклах)

В соответствии с этими командами последняя строка цикла ЦТС ИКМ-120имеет вид:

Здесь буквами А, В, С, D обозначены имена компонентных потоков, а числа при них – порядковые номера битов в последней строке цикла. Символы ХХХХ обозначают биты последующей КСС.

Задание №6

Изучение линейных и стыковых кодов

6.1 Изобразите заданную последовательность нулей и единиц в кодах AMI, NRZ, HDB-3, 2B1Q, CMI в виде прямоугольных импульсов соответствующей полярности и длительности. Определите текущую цифровую сумму в конце каждого октета, а также предельное значение текущей суммы. Сделайте краткое заключение по результатам определения текущей суммы для каждого кода.

6.2 Введите в последовательность кода HDB-3 ошибки на указанных позициях. По результатам сравнения сделайте выводы.

Исходные данные:

Задана кодовая последовательность- 1011001010110011011100100101

Рассмотрим формирование различных кодов:

AMI:"0"-отсутствие импульса, "1"-импульсы длительностью половины тактового интервала чередующейся полярности

NRZ: "0"-отрицательный импульс, "1"-положительный импульс

HDB-3: соответствует формированию кода AMI, но пакеты из четырех нулей заменяются комбинацией вида 000V и B00V,в которых импульс B не нарушает полярностей, а импульс V-нарушает, то есть его полярность совпадает с полярностью предыдущего импульса.В случае если до комбинации из четырех нулей было четное количество единиц в коде, то ставится комбинация  B00V, в противном случае 000V.

2B1Q: двоичные комбинации вида 00, 01, 10, 11 заменяются импульсами с амплитудами-2, -1, +1,+2 соответственно. Длительность импульсов равна удвоенному тактовому интервалу исходной последовательности

CMI:"1" передаются импульсами чередующейся полярности длительностью в тактовый интервал, "0" передаются биимпульсами.

 Видзаданнойпоследовательности нулей и единиц в кодах AMI, NRZ, HDB-3, 2B1Q, CMI в виде прямоугольных импульсов соответствующей полярности и длительности:

Код AMI

HDB

Ввели в последовательность кода HDB-3 ошибки

.

Код NRZ

2B1Q

CMI

4B3T

Вывод:

При декодировании последовательности кода HDB-3 с 2 ошибками в указанных позициях получили на приемном конце размножение ошибок, характерное для кодов этого вида.

Применение:

- Двух уровневые коды (NRZ, CMI): получили широкое распространение в волоконно – оптических линиях связииз-за наибольшей помехозащищенности и минимальным числом разрешенных уровней. Кроме того, в коде CMIНЧ составляющие спектра подавлены, присутствует составляющая тактовой частоты, сигнал имеет относительно узкий спектр. Данный код рекомендован МСЭ-Т для интерфейсов цифровых сетевых трактов со скоростями передачи от 140 до 155 Мбит/c

- Трехуровневые коды (AMI, HDB) – получили применение на первых этапах развития и внедрения ЦТС. Имеют невысокую помехозащищенность, невозможность выделения хронирующего сигнала и неширокий энергетический спектр, что важно для передачи по металлическим парам, велика вероятность размножения ошибок. Код HDB3 рекомендован МСЭ-Т для интерфейсов цифровых сетевых трактов со скоростями передачи от 2,8, 5 и 34 Мбит/c.

- Алфавитные (блочные) коды. Код 2B1Q – широко используется в сетях абонентского доступа, т.к. позволяет существенно снизить тактовую частоту передаваемой последовательности.и улучшают использование кодового пространства.