Материал: 5856

146

Первая ступень уплотнения PDH (аппаратура ИКМ-30) рассчитана на организацию 32 каналов методом временного побайтного мультиплексирования, в итоге на выходе формируется цифровой поток Е1 со скоростью 64∙32 = 2048 кбит/с. Из них 2 канала являются служебными (передача сигналов цикловой синхронизации, передача команд для управления коммутирующими приборами на АТС и др.), а остальные 30 – пользовательскими.

Каждая из ступеней более высокого уровня (аппаратура ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920) рассчитана на уплотнение четырех цифровых потоков низшего уровня методом временного побитного мультиплексирования, а пятый уровень пока не имеет аппаратурной реализации (и, по-видимому, не будет иметь из-за конкуренции с методами передачи по оптическому кабелю).

Дополнительные функции, выполняемые аппаратурой этих четырех уровней, обусловлены следующим обстоятельством. Плезиохронная цифровая иерархия создавалась для работы в почти синхронных (плезиохронных) сетях связи, когда скорости однотипных цифровых потоков E1, E2 или E3 на входах каждой ступени несколько отличаются друг от друга. Поэтому при мультиплексировании четырех входных потоков возникает проблема выравнивания их скоростей. Она решается путем вставки “пустых” битов, если скорость данного входного потока оказалась ниже скорости мультиплексирования в этой ступени, либо путем передачи “лишних” битов по служебным каналам в противном случае. Такой сложный способ передачи потока по нескольким путям существенно затрудняет его извлечение из группового сигнала в пункте приема.

Другой важный стандарт носит название синхронной цифровой иерархии (СЦИ) – Synchronous Digital Hierarchy (SDH) – и определяет спо-

соб мультиплексирования цифровых потоков для их передачи по оптоволоконному кабелю (Приложение 6). Аппаратура SDH не предназначена для мультиплексирования мелких цифровых потоков, поступающих от пользователей (для этого используется аппаратура PDH, например ИКМ-30), она применяется для транспортировки более крупных потоков между узлами сети. Синхронная цифровая иерархия создавалась для работы в синхронных сетях связи, где существует синхронизация всех узлов сети из единого центра. Благодаря этому скорости передачи всех однотипных потоков строго одинаковы.

Передача цифровых сигналов на каждом уровне мультиплексирования осуществляется блоками длительностью 125 мкс. Такой блок называется син-

хронным транспортным модулем уровня N (Synchronous Transport Module of level N) или, коротко, STM-N. Например, STM-1 содержит 2430 байт (то есть 19440 бит), из которых 2340 байт – это полезная нагрузка, а остальной объем (90 байт) предназначен для передачи служебной информации.

Полезная нагрузка STM-1 не заполняется путем циклического опроса входов, здесь принят иной, более гибкий и универсальный принцип, пригод-

148

ты этой последовательности удобно обозначить как +1 и –1 вместо традиционных 1 и 0. Далее каждый элемент сигнала умножается на соответствующий элемент последовательности, то есть остается без изменений, если множитель равен +1 и инвертируется в случае –1.

Витоге ширина спектра канального сигнала увеличивается в В раз по сравнению с традиционным методом передачи без внутриимпульсной модуляции, так как теперь сигнал фактически состоит из более коротких импульсов. Кстати, метод внутриимпульсной ФМ является самым распространенным методом искусственного расширения спектра сигнала и часто применяется в других областях радиоэлектроники, например в радиолокации.

Все канальные сигналы передаются одновременно в одной и той же широкой полосе частот. Каждому канальному сигналу присваивается своя двоичная последовательность, определяющая закон внутриимпульсной ФМ, так, чтобы сигналы всех каналов были взаимно ортогональны. Очевидно, что для проверки ортогональности даже не нужно вычислять значение интеграла (6.3). Два канальных ФМ сигнала ортогональны, если в двоичных последовательностях, определяющих законы их внутриимпульсной ФМ, число совпадающих элементов равно числу несовпадений. Например, если одному из каналов присвоена последовательность, показанная на рис. 6.8, то другим каналам можно присвоить, допустим, такие последовательности: +1, –1, +1, –1, – 1, +1, –1, +1; +1, –1, –1, +1, +1, –1, –1, +1, …

Всистемах МДКР операции выделения нужного канального сигнала из суммарного, группового сигнала и демодуляции можно совместить. Для этого можно использовать корреляционный приемник (или заменяющий его согласованный фильтр) и в качестве опорного сигнала (2.35) использовать целиком импульс с внутриимпульсной ФМ. Сравнение с порогом величины v, выданной корреляционным приемником, позволит вынести решение относительно значения переданного двоичного символа. Таким образом, в системах МДКР устройство разделения каналов и канальные демодуляторы – это набор, состоящий из n корреляционных приемников.

Максимальное число ортогональных последовательностей равно B,

следовательно, именно таково количество каналов, работающих без взаимных помех.

Для B 2m , где m – целое положительное число, существует простой способ определения системы ортогональных двоичных последовательностей

ввиде строк матрицы Адамара. Матрица Адамара второго порядка имеет вид

Матрица порядка 2p состоит из блоков – матриц порядка p

149

Главный недостаток такой системы канальных сигналов состоит в том, что не все они имеют широкий спектр. Например, сигнал, задаваемый первой строкой матрицы Адамара, фактически не содержит внутриимпульсной модуляции, поэтому его спектр не расширяется. Из-за этого для практического применения подбирают последовательности, обладающие лучшими спектральными свойствами. Хорошие результаты дает использование отрезков

псевдослучайной двоичной последовательности (ПСП) (см. разд. 2.7).

Причиной междуканальных помех в системе МДКР могут служить любые искажения (линейные и нелинейные) группового сигнала, приводящие к нарушению взаимной ортогональности канальных сигналов. Вопервых, это ограничение полосы пропускания группового тракта и мультипликативная помеха в канале передачи, во-вторых, нелинейные искажения в оконечном каскаде передатчика.

Иногда возможности для возникновения междуканальных помех создаются уже на этапе проектирования СПИ. Например, использование отрезков ПСП для внутриимпульсной ФМ. Как уже отмечалось, они не вполне ортогональны. Другая причина заключается в том, что ради упрощения СПИ не предусматривается взаимная синхронизация каналов, то есть модулирующие последовательности в разных каналах произвольно сдвинуты во времени, что нарушает их ортогональность.

Метод МДКР используется пока лишь в гражданских и военных системах радиосвязи с подвижными объектами. Следует упомянуть стандарт IS95, в соответствии с которым построены сотовые системы CDMA и спутниковая система связи с подвижными объектами Globalstar (В=64, ширина спектра группового и каждого из канальных сигналов равна 1,25 МГц).

6.5 Синхронизация в СПИ с многостанционным доступом

Проблема синхронизации не возникает лишь в аналоговых СПИ с ЧРК.

Все элементы, предназначенные для преобразования импульсных сигналов, в остальных СПИ работают под управлением тактовых импульсов, задающих ритм их работы. В качестве исключения можно назвать ФНЧ-демодулятор в приемнике, преобразующий последовательность импульсов-отсчетов в непрерывный сигнал.

Работой передающей части многоканальной СПИ в синхронном ре-

жиме передачи управляет достаточно стабильный первичный генератор тактовых импульсов. Период следования этих импульсов равен длительности самого короткого элемента группового сигнала. В цифровой СПИ с ВРК это

150

один бит, в СПИ с КРК это один из В элементов информационного бита. Например, в аппаратуре ИКМ-30 тактовые импульсы имеют частоту 2048 кГц.

Тактовые импульсы более высоких порядков формируются путем деления частоты первичного генератора. Например, в той же аппаратуре ИКМ30 каждый канал подключается на время передачи 8 бит, поэтому канальные импульсы имеют частоту 256 кГц; цикл состоит из 32 канальных интервалов, поэтому начало каждого цикла задают цикловые импульсы частоты 8 кГц, формируемые из канальных импульсов делением их частоты на 32; различаются четные и нечетные циклы. Далее в ИКМ-30 частота цикловых импульсов делится на 16 для формирования сверхциклов. Для управления работой АЦП на каждом из 30 входов нужны тактовые импульсы двух видов: с частотой 64 кГц для формирования очередного бита и с частотой 8 кГц для запуска цикла преобразования следующего отсчета. Если в СПИ применяется блочный корректирующий код, то нужен еще один делитель частоты для формирования импульсов, задающих момент начала очередной кодовой комбинации, и т.д.

Точно такой же комплект генераторного оборудования используется для управления работой всех устройств в приемной части СПИ. Система синхронизации приемного устройства обеспечивает условия, при которых тактовые импульсы всех видов в приемнике формируются одновременно с соответствующими тактовыми импульсами в передатчике (точнее, с одной и той же задержкой, равной текущему времени распространения сигнала от передатчика к приемнику).

Чтобы система синхронизации могла выполнять свои функции, кроме сигналов, несущих информацию о передаваемых сообщениях, необходимо еще передавать специальные синхросигналы разных видов. Поэтому в передающей части СПИ имеются формирователи синхросигналов разных видов, запускаемые соответствующими тактовыми импульсами от генераторного оборудования. В приемной части СПИ имеются селекторы синхросигналов, которые постоянно сравнивают временное положение принимаемых информационных и синхронизирующих сигналов, с одной стороны, и тактовых импульсов от местного генераторного оборудования, с другой стороны, и по мере необходимости подают команды на коррекцию последних.

Специальные синхросигналы в момент начала очередного мельчайшего элемента группового сигнала, например бита, не передают. Для работы селектора тактовых импульсов в приемнике достаточно тех изменений в сигнале, которые происходят при переходе от 1 к 0 или от 0 к 1 (при ФМ это скачки фазы на 180°). Правда, иногда в сигнале встречаются длинные серии нулей или единиц, тогда эти скачки отсутствуют, и работа селектора затрудняется. Чтобы облегчить работу селектора тактовых импульсов, каждый бит передают не одним, а двумя импульсами разных полярностей (манчестер-