Краткая справка

Данный справочник предоставляет возможность ознакомиться с основными принципами работы программы “Лабораторная работа на тему: АИМ в индивидуальном оборудовании” и основными положениями, определяющими работу цифровых систем передачи.

Ниже представлен перечень разделов, рассматриваемых в справке представлен ниже.

Для того чтобы получить справку по интересующему разделу необходимо подвести мышь к выбранному пункту и два раза щелкнуть по левой кнопке.

Принцип построения ЦСП.

Виды сигналов

Ограничитель амплитуд  и его назначение

Фильтр на передаче и приеме

Описание макета

О программе


Возможность востановления сигнала
Возможность восстановление сигнала

Ряд [image]     можно записать в следующем виде:

                 где UK  - отсчеты,

-Функция Кательникова (отсчетов).

И в силу суперпозиции реакция на весь дискретный сигнал U(t) будет иметь вид

Сигнал восстановлен при условии, что (t-kt) = К(t).

Т.о. установлено, что для получения в ЦСП исходного непрерывного сигнала U(t) по дискретному сигналу UK необходима электрическая цепь с импульсной характеристикой равной функции Котельникова.

Указанную характеристику имеет идеальный фильтр низких частот с частотой среза fC.

Докажем это найдя его импульсную характеристику:

           .            [1]

Из [1] видим, что характеристика ФНЧ совпадает с функцией Котельникова


Теорема Котельникова

 непрерывный сигнал U(t), имеющий спектр S(), ограниченный частотой B = 2fB, полностью определяется отсчетами его мгновенных значений U{kt), отстоящими друг от друга на интервалы [image].

Доказательство теоремы Котельникова основано на разложении функции с ограниченным спектром U(t) в ряд вида

Ряд представляет собой последовательность отсчетов сигнала U(kt), умноженных на весовые функции типа sinx/x. Поэтому для восстановления исходного сигнала U(t) из последовательности его отсчетов необходимо каждый отсчет U{kt) умножить на функцию вида sinx/x и все произведения сложить. Если условия теоремы Котельникова соблюдены, то эта сумма в точности соответствует исходному сигналу. Из этого следует, что вместо передачи непрерывного сигнала U{t) достаточно передавать его отсчеты, частота следования которых равна удвоенной верхней граничной частоте спектра сигнала, т.е


Принцип построения ЦСП

Аппаратура ЦСП состоит из аппаратуры формирования и приема цифровых сигналов, а также аппаратуры линейного тракта. Цифровой сигнал формируется в оборудовании аналого-цифрового преобразования (каналообразования) первичных ЦСП или в оборудовании временного группообразования ЦСП более высокого уровня. В первом случае на вход ЦСП поступают аналоговые сигналы, а во втором — цифровые.

Передача телефонных сигналов по каналам ЦСП с ВРК осуществляется при использовании импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В этом случае формирование группового цифрового сигнала предусматривает последовательное выполнение следующих основных операций. Аппаратура ЦСП состоит из аппаратуры формирования и приема цифровых сигналов, а также аппаратуры линейного тракта. Цифровой сигнал формируется в оборудовании аналого-цифрового преобразования (каналообразования) первичных ЦСП или в оборудовании временного группообразования ЦСП более высокого уровня . В первом случае на вход ЦСП поступают аналоговые сигналы, а во втором — цифровые.

Передача телефонных сигналов по каналам ЦСП с ВРК осуществляется при использовании импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В этом случае формирование группового цифрового сигнала предусматривает последовательное выполнение следующих основных операций.

- дискретизации индивидуальных телефонных сигналов по времени, в результате чего формируется импульсный сигнал, промодулированный по амплитуде, т. е. АИМ сигнал;

- объединения N индивидуальных АИМ сигналов в групповой АИМ сигнал с использованием принципов временного разделения каналов;

- квантования группового АИМ сигнала по уровню;

- последовательного кодирования отсчетов группового АИМ сигнала, в результате чего формируется групповой ИКМ сигнал, т.е. цифровой сигнал.

Эти принципы легли в основу построения оконечной аппаратуры ЦСП. Рассмотрим ее работу на основе структурной  Схемы оконечной станции ЦСП.


Дискретизация

Высокая помехоустойчивость цифровых методов передачи определяет целесообразность их применения для передачи любых сигналов, в том числе и непрерывных. Необходимым этапом при этом является преобразование непрерывных сигналов в дискретные, которое осуществляется путем дискретизации непрерывных сигналов во времени и квантования их по уровню.

Дискретизация сигналов заключается в замене непрерывного сигнала U{t) последовательностью его отсчетов.

Допустимость дискретизации основана на Теореме Котельникова .


Восстановление исходного сигнала

Ряд [image]     можно записать в следующем виде:

                 где UK  - отсчеты,

-Функция Кательникова (отсчетов).

И в силу суперпозиции реакция на весь дискретный сигнал U(t) будет иметь вид

Сигнал восстановлен при условии, что (t-kt) = К(t).

Т.о. установлено, что для получения в ЦСП исходного непрерывного сигнала U(t) по дискретному сигналу UK необходима электрическая цепь с импульсной характеристикой равной функции Котельникова.

Для восстановления исходного сигнала их АИМ сигнала на приеме необходим фильтр нижних частот


Схема оконечной стойки ЦСП

В состав оконечной станции аппаратуры ЦСП, предназначенной для передачи телефонных сигналов, входит индивидуальное и групповое оборудование. Узлы индивидуального оборудования всех N каналов однотипны, и на рисунке показано индивидуальное оборудование только для одного канала.  Сигнал от абонента поступает на двухпроводный вход канала и далее через дифференциальную систему (ДС) в тракт передачи Передающая часть индивидуального оборудования каждого канала содержит ограничитель амплитуды (ОА) усилитель низкой частоты (УНЧпер), фильтр нижних частот (ФНЧпер) и амплитудно-импульсный модулятор (АИМ). В ФНЧпер сигнал ограничивается по спектру (fд=3,4кГц), что необходимо перед дискретизацией сигнала. В модуляторе аналоговый сигнал дискретизируется по времени, в результате чего формируется канальный АИМ сигнал, представляющий собой последовательность канальных АИМ отсчетов. Канальные АИМ сигналы всех каналов объединяются в групповой АИМ сигнал (АИМгр).

В групповом оборудовании тракта передачи перед кодированием групповой АИМ сигнал, имеющий вид АИМ], преобразуется в групповой сигнал АИМ2 (см. рис.2.). В кодирующем устройстве (Код) осуществляется последовательное нелинейное кодирование отсчетов группового АИМ сигнала, в результате чего на выходе кодера формируется групповой цифровой сигнал с импульсно-кодовой модуляцией, представляющий собой последовательность восьмиразрядных кодовых комбинаций каналов. Как будет отмечено ниже, в цикле передачи системы помимо информационных символов, формируемых на. выходе кодера, необходимо передавать ряд дополнительных сигналов, к которым, в частности, относятся:

−	сигналы управления и взаимодействия (СУВ), передаваемые по телефонным каналам для управления приборами АТС (набор номера, вызов, ответ, отбой, разъединение и др.);

−	сигналы цикловой (ЦС) и сверхцикловой (СЦС) синхронизации;

−	сигналы передачи дискретной информации (ДИ) и др.

Сигналы СУВ от АТС поступают на вход передающей части согласующего устройства (СУпер), где преобразуются в цифровую форму для ввода через схему формирования циклов (ФЦ) (так же как и сигналы ЦС, СЦС и ДИ) в цифровой поток, т. е. добавляются к информационным символам. В результате на выходе ФЦ формируется полный цифровой поток, имеющий циклическую структуру, причем его основные параметры строго регламентированы.

Цифровой сигнал на выходе - ФЦ представляет собой униполярный (однополярный) цифровой поток . Однако передача такого сигнала по линии затруднена, поэтому униполярный двоичный код в преобразователе кода передачи (ПКпер) преобразуется в двуполярный код, параметры которого отвечают определенным требованиям. С помощью линейного трансформатора ЛТр обеспечиваются согласование аппаратуры с линией и подключение блока дистанционного питания (ДП) линейных регенераторов. Как видно из рис.2, дистанционное питание в данном случае осуществляется постоянным током по искусственным цепям (с использованием средних точек ЛТр) по системе “провод-провод”. В тракте приема искаженный цифровой линейный сигнал .(См. принципы формирования цифрового группового сигнала) ступает в станционный регенератор (PC), где восстанавливаются основные параметры сигнала (амплитуда, длительность, период следования). На выходе ПКпр восстанавливается униполярный двоичный сигнал, из которого с помощью приемника синхросигнала (ПСС) выделяются сигналы цикловой и сверхцикловой синхронизации, управляющие работой генераторного оборудования приема (ГОпр), а также символы СУВ и ДИ, которые поступают на СУпр и ДИпр соответственно.

Декодирующее устройство (Дек) последовательно декодирует кодовые группы отдельных каналов, в результате чего на выходе декодера формируется групповой АИМ. сигнал.

В индивидуальной части оборудования приема с помощью временных селекторов (ВС) из последовательности отсчетов группового АИМ сигнала выделяются АИМ отсчеты соответствующего канала. С помощью ФНЧпр выделяется огибающая последовательности канальных АИМ отсчетов, т. е. восстанавливается исходный аналоговый сигнал, который усиливается в УНЧпр и через ДС поступает к абоненту.

Работой всех основных узлов оконечной станции управляет генераторное оборудование (ГОпер и ГОпр), формирующее все необходимые импульсные последовательности, следующие с различными частотами (например, с частотой дискретизации fд, тактовой частотой fт и др.).


Виды сигналов
Ограничитель амплитуд

Ограничитель амплитуд (ОА) предназначен для защиты УНЧпр. от перегрузки, которая может возникнуть из-за импульсных помех. ОА является ограничителем по максимуму с порогом 1В.

Таким образом математическое выражение для ОА будет иметь вид :


Описание лабораторного макета

После успешного прохождения теста в окне Опрос  открывается окно “Исследование индивидуального АИМ тракта”.

В этом окне отображается:

-схема исследуемого оборудования с указанием места измерения;

-панель позволяющая выбрать место измерения в тракта передачи или приема;

-экран осциллографа и “движки” изменения масштаба по осям.

-флажки переключения режимов осциллографа Отображать/Неотображать спектр сигнала или сравнение с иcходным.


Опрос

Опрос представляет собой набор из шести вопросов ответы на каждый из которых оцениваются по трехбалльной системе (0,1,2).

При ответе на 2 вопрос необходимо выбрать из предложенного меню  нужный блок и щелкнуть по нему мышью. После этого он появится в первом или следующем за ранее заполненным блоком (блок в котором появится рисунок выделяется курсором с виде прямоугольника).

Кнопка “Отмена” стирает изображение из последнего заполненного блока.


Полосовой фильтр на передаче
Полосовой фильтр

Поскольку все реально существующие непрерывные сигналы связи представляют собой случайные процессы с бесконечно широким спектром, причем основная энергия сосредоточена в относительно узкой полосе частот, перед дискретизацией на передаче необходимо с помощью фильтра нижних частот ограничить спектр сигнала некоторой частотой fB. Для телефонных сигналов необходимо использовать ФНЧ с частотой среза fв = 3,4 кГц.

В качестве ФНЧ используем идеальный ФНЧ с частотой среза fc = 3,4кГц, математическое выражение для которого имеет вид /2/:

Так как в общем случае на вход ФНЧ будет подан негармонический сигнал, то его следует представить в виде ряда Фурье.

.


Виды сигналов

На вход схемы может быть подан как гармонический так и негармонический сигнал.

В качестве гармонического сигнала воспользуемся сигналом вида

Uвх = Um cos (2ft+),

где Um – амплитуда сигнала, В;

    f  - частота сигнала, кГц;

      - начальная фаза.

Для задания негармонического сигнала воспользуемся теоремой Фурье т.е. представим его в виде гармоник:

                       ,

Для того чтобы не усложнять пользователю задание негармонического согнала введем ограничение на количество гармоник, взяв за минимум 2 гармоники, а максимум 10 гармоник.


О программе

Программа состоит из двух частей

 Лабораторная работа

 Опрос


Ряды и Теорема Фурье

,

где [image] - свободный член,

     аК, bK – коэффициенты Фурье,

      = 2f – циклическая частота сигнала.

Так как U(t) может быть определена и интегрирована на промежутке [0,Т], коэффициенты Фурье могут быть найдены по следующим формулам:

где  [image] - период сигнала.