Wykład cz.3

Transkrypt

Wykład cz.3

Teletransmisyjne systemy cyfrowe
Teletransmisja
cyfrowa była pierwsza telegrafia (telegraf)
wielokrotne systemy czasowe były
pierwsze - aparat Baudota
zasada regeneracji sygnału (przekaźniki)
przed wzmacnianiem sygnału w telefonii
Instytut Telekomunikacji
Politechniki Warszawskiej
Podstawy telekomunikacji (cz. III)
1
Idea zwielokrotnienia czasowego
(przełączania) - aparat Baudota
KOMUTATORY
MECHANICZNE
LINIA
TELETRANSMISYJNA
STACJAA
STACJA B
2
Regeneracja impulsów
A
1/2 A
t
t
3
Cechy systemów wielokrotnych
z modulacją impulsowo-kodową
Transmisja
cyfrowa umożliwia zastąpienie
wzmacniania przez regenerację (złagodzenie
warunków na dopuszczalne zakłócenia)
Transmisja
cyfrowa umożliwia wielokrotne
wykorzystanie torów transmisyjnych przez
tworzenie kanałów czasowych - krotnice
czasowe są znacznie prostsze od częstotliwościowych
4
z modulacją impulsowo-kodową (c.d.)
Prosta
zamian sygnału analogowego na
cyfrowy
Trakty przystosowane do transmisji
sygnałów kodowanych cyfrowo (telefonia)
mogą być bezpośrednio wykorzystywane
do transmisji sygnałów z natury cyfrowych
(transmisja danych)
5
Zasada tworzenia kanałów czasowych jest
wykorzystywana w elektronicznych centralach
komutacyjnych umożliwia to unifikację techniki
teletransmisyjnej i komutacyjnej
Urządzenia cyfrowe są łatwiejsze w
projektowaniu, realizacji i utrzymaniu; są
tańsze

6
Cyfryzacja
analogowej techniki
transmisyjnej przy równoczesnym rozwoju
teletransmisji sygnałów cyfrowych i
elektronizacji central prowadzi do integracji
sieci telekomunikacyjnej w zakresie techniki
(IDN) i w zakresie usług (ISDN)
7
Etapy przekształcania sygnału w systemach
impulsowo-kodowych PCM
Próbkowanie
Kwantyzacja
Kodowanie
8
Próbkowanie (przypomnienie)
t
Tp
Ts
Twierdzenie o próbkowaniu (Shannona):
Tp ≤ 0,5 Ts lub fp ≥ 2 fg
fp = 8 kHz
9
Kwantyzacja - zakwalifikowanie wartości
amplitudy próbki z ciągłego przedziału wartości do
jednego ze skończonej liczby przedziałów, np. 128
P ozio m
kwa ntyzacji
5
4
4
3
3
4
3
2
2
t
1
-1
-1
-2
-2
-3
-4
-5
-4
-5
10
Kodowanie asymetryczne
a
U
t
b
7
6
5
4
3
2
1
0
111
110
1 01
1 00
0 11
0 10
0 01
0 00
t
c
t
11
Kodowanie symetryczne
a
U
t
b
+3
+2
+1
+0
–0
–1
–2
–3
111
110
1 01
1 00
0 00
0 01
0 10
0 11
t
c
t
12
Odtwarzanie sygnału
S zum kwa ntyza cji
U
S ygna ł na da ny
S ygna ł odtworzony
+3
+2
+1
+0
–0
–1
–2
–3
111
110
1 01
1 00
0 00
0 01
0 10
0 11
t
t
0 +2 +3 +3 +3 +1
0 - 2 -3 -3 -3 -1
13
Szum kwantyzacji
Moc szumu
kwantyzacji:
U
a
2
2
Sk
a
2
B
a
x
A
A - pun kt n a krzywej n ada nej, B - punkt n a krzywe j o dtworzon ej
x - ch wilo wa warto ść szumu kwa ntyza cji, a - skok kwantyzacji
2
a
=
12
t
Moc szumu kwantyzacji zależy wyłącznie od wartości skoku kwantyzacji
(liczby skoków kwantyzacji), a nie zależy do wielkości próbki.
Odstęp od szumu kwantyzacji jest mniejszy dla próbek o mniejszych
wartościach.
14
Kompresja i ekspansja
Kompresja polega na zwiększeniu wartości
małych amplitud i zmniejszeniu dużych amplitud
sygnału kodowanego, zaś ekspansja polega na
procesach odwrotnych.
Kompresor + ekspandor = kompandor
(momentalny)
15
y
Krzywa kompresji:
1,0
yK=f(XK)
0,8
1
A
y=
Ax
1 + ln A
y=
1 + ln Ax
1
dla <x <1
1 + ln A
A
dla 0<x <
0,6
0,4
0,2
45°
0
A - parametr;
yE= f(XE)
przyjmuje się
α
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
x
A = 87,6 (x = 0,0114)
16
Kompresja
y
1
4
0
1 1
64 32
1
16
x
y1
Aproksymacja krzywej
kompresji linią łamaną
- wskazówka do
kompresji cyfrowej
3
4
1
2
1
4
0
1
16
1
8
1
4
1
2
1
x
17
Kompandor analogowy o A = 87,6 jest w działaniu
równoważny efektowi, jaki osiąga się przy podzieleniu
przedziałów kwantyzacji bliskich zera na 16
podprzedziałów.
Odpowiada to dodaniu do kodu liniowego czterech
elementów, czyli pozornemu zwiększeniu długości
kodu z 8 do 12 elementów.
Ta obserwacja pozwala na zbudowanie kompresora (i
ekspandora) cyfrowego.
18
Kompresja cyfrowa
Zasada: przedział próbkowania wstępnie dzieli się na 4096
poziomów (2048 - dodatnich i 2048 ujemnych).
Są one kodowane 12 bitami (bit znaku + 11 bitów wartości
poziomu kwantyzacji)
2048 poziomów dzieli się nierównomiernie na 8
przedziałów (kodowanych 3 bitami)
Każdy przedział jest kodowany 4 bitami (16 poziomów)
19
Kompresja cyfrowa
Kod 8-bitowy po
kompresji
Kod 12-bitowy przed kompresją
Segment
Zakres
do
z
1024
512
256
128
64
32
16
8
4
2
1
Z
Kod
segmentu
Kod
poziomu
7
2047
S
1
W
X
Y
Z
∗
∗
∗
∗
∗
∗
S
111
WXYZ
6
1023
S
0
1
W
X
Y
Z
∗
∗
∗
∗
∗
S
110
WXYZ
5
511
S
0
0
1
W
X
Y
Z
∗
∗
∗
∗
S
101
WXYZ
4
255
S
0
0
0
1
W
X
Y
Z
∗
∗
∗
S
100
WXYZ
3
127
S
0
0
0
0
1
W
X
Y
Z
∗
∗
S
011
WXYZ
2
63
S
0
0
0
0
0
1
W
X
Y
Z
∗
S
010
WXYZ
1b
32
S
0
0
0
0
0
0
1
W
X
Y
Z
S
001
WXYZ
1a
15
S
0
0
0
0
0
0
0
W
X
Y
Z
S
000
WXYZ
∗ – oznacza 0 albo 1
20
Modulacja różnicowa δ
δ
a
t
0
b
tp
t
W modulacji częstotliwość
próbkowania jest większa,
niż w PCM
Dla sygnału Asinωt powinien
być spełniony warunek:
δ
= δf p > Aϖ
tp
21
Systemy PCM pierwszego rzędu
m. c z.
1
1
PAM
PC M
PCM
PA M
30
m. c z.
(2 4 )
m. c z.
m.c z.
30
m.c z.
(2 4 )
1
1
PC M
PAM
30
m. c z.
(2 4 )
m.c z.
PA M
PCM
30
m.c z.
(2 4 )
22
Struktura ramki
systemu
PCM-30/32
1 b it ró wny 4 88 n s
B1 B 2B3 B4 B 5 B6B 7 B 8
1 szcz e lin a ka n ałow a ró wn a 8 bit om lub 3 ,9 µs
SK 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1112 13 1 4 15 1 6 17 1 8 19 20 2122 23 2425 26 2 7 2 829 3 0 31
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1112 13 1 4 15 1 6 17 1 8 1 920 2 1 22 2 3 24 25 26 2728 2 9 30
KT
1 ra m ka ró wn a 32 s zcze lino m ka nało wym lu b 1 25 µ s
Szczelina 0 – synchronizacja
Szczelina 16 – sygnalizacja
(„kanał w kanał” lub „Semafor”)
R0
X 0 0 1 1 0 1 1
syg n ał faz owa n ia
ra m ki
R1 X 1 Y Z U V1V2 V3
0 0 0 0 X1 X 1 X2 X3
syg na ł fazowa nia
wielora mki
a
Szczeliny 17 ÷ 31 – rozmówne
b c d a b c d
KT1
R2
X 0 0 1 1 0 1 1
a
ra m ki
R14
X 0 0 1 1 0 1 1
a
X 1 Y Z U V1V2 V3
a
R14
KT2 9
b c d a b c d
KT1 5
R2
KT17
b c d a b c d
KT1 4
R1
KT16
b c d a b c d
KT 2
ra m ki
R1 5
R0
R15
1 wielo ra mka r ówna 3 2 ramk o m 2 m s
Szczeliny 1 ÷ 15 – rozmówne
KT30
23
Właściwości systemu PCM-24 i PCM-30/32
Parametr
Przepływność binarna
Długość ramki
Liczba szczelin kanałowych
PCM-24
PCM-30
1544 kbit/s
2048 kbit/s
125 µs
(8x24+1=193 bity)
125 µs
24
32
7+1
8
Liczba kanałów rozmównych
24
30
Długość szczeliny kanałowej
5,21 µs
3,9 µs
300 – 3400 Hz
300 – 3400 Hz
Liczba bitów w szczelinie kanałowej
Zakres częstotliwości kanału rozmównego
24
Właściwości systemu PCM-24 i PCM-30
Parametr
PCM-24
PCM-30
Długość wieloramki
--
2 ms
Liczba ramek w wieloramce
--
16
128
256
2
2–4
8 kHz
8 kHz
A = 87,6
A = 87,6
Liczba stopni kwantyzacji
Liczba kanałów sygnalizacyjnych na
1 kanał rozmównych
Częstotliwość próbkowania
Prawo kompresji
25
Systemy PDH
PDH - plezjochroniczna hierarchia cyfrowa
(Plesiochronous Digital Hierarchy)
- technika używana w sieciach telekomunikacyjnych. Termin
plesiochronous pochodzi z Greki plesio, znaczy prawie i chronos,
czas. Oznacza to, że elementy sieci PDH są ze sobą
zsynchronizowane, ale nie idealnie gdyż każdy z elementów
sieci posiada swój zegar. System PDH oparty jest na modulacji
kodowo impulsowej (PCM).
26
Systemy PCM wyższych rzędów PDH
Grupa pierwotna - 30/32 kanały;
2048 kbit/s
30
Grupa wtórna
- 4 x 32 + 4k;
8448 kbit/s
120
Grupa trójna
- 4 gr. wt. + 9k;
34368 kbit/s
480
Grupa czwórna - 4 gr. tr. + 28k; 139,264 Mbit/s 1920
f w = 4 ⋅ f n (1 + r )
r - nadmiarowość (fazowanie
ramki, informacje służbowe,
dopełnianie)
27
Grupa wtórna - 8448 kbit/s
zwielokrotnienie synchroniczne
Przepływność binarna grupy wtórnej
8448 kbit/s
Liczba grup pierwotnych
4
Przepływność grup pierwotnych
2048 kbit/s
Grupa I
Numery bitów
Sygnał fazowania ramki
1÷8
Struktura
Bity grup pierwotnych
9 ÷ 264
ramki
Grupa II
Bity do celów służbowych i transmisji danych
265 ÷ 272
273 ÷ 528
Długość ramki
62,5 µs
Liczba bitów w ramce
528
Nadmiarowość ramki
1/32
28
Zwielokrotnienie synchroniczne
B
C
f2
f1
A1
D1
N
O
O
I
II
III
I
N
IV
f1
N
O
II
III
O
IV
II
III
I
N
II
III
IV
f1
f1
IV
f2
I
A4
O
N
D4
O
N
f1
29
Pamięć
Pamięć
Pamięć
Krotnica
nadawcza
Pamięć
Trans. Faz.
danych ramki
Pamięć
D1 D2 D3 D4
8,448 MHz
Reg.
Pamięć
Trans.
danych
Pamięć
2112 kHz
2112 kHz
:4
Pamięć
Krotnica
odbiorcza
Faz.
ramki
W y jś c ia g ru p p ie rw o tn y c h
W e jś c ia g ru p p ie rw o tn y c h
Zwielokrotnienie synchroniczne
2048 kHz
D4 D3 D2 D1
Układy
zegarowe
Układy
zegarowe
:4
:33
8448 kHz
30
Zwielokrotnienie asynchroniczne
- dopełnienie impulsowe
↑ dodatnie
↓
ujemne
↓↑ dodatnio-ujemne
F1
Zega r Z1
1
3
2
5
4
6
7
8
9
10
F2 > F1
Zega r Z2
1
Informacja I1
2
3
4
D
5
6
D
7
8
9
Informacja I1
z dopełnianiem
31
Zwielokrotnienie asynchroniczne
-dopełnienie impulsowe
↑ dodatnie
↓
ujemne
↓↑ dodatnio-ujemne
F1
1
F2 < F1
2
1
3
2
4
3
5
4
6
5
7
7
6 !?
8
8
32
Dopełnienie dodatnie - zasada
Ze ga r
f1
:n
:n
Zegar
o dczytu
f2 > f1
Ukła d
p orówna n ia
fa zy
Ze g ar
za pis u
f2 > f1
P owstrzymanie
za p is u
We
Pa mię ć
ele s tyczn a
(n-bitowa )
Trakt
liniowy
P owstrzymanie
odc zytu
S yg na ł bina rny
:n
P a mię ć
ele s tycz na
(n-bitowa )
Ukła d
porówna nia
fa zy
S ygnał bina rny
:n
Ze gar
f1
Wy
Gene rator
s terowany
na pięciowo
(VCO)
33
Zwielokrotnienie asynchroniczne z dopełnieniem dodatnim
Grupa
wtórna
Ze spó ł 2 Mbit/ s
Nad a jnik 8 Mbit/s
1
Pa mię ć
:8
8448 kbit/s
2
3
4
1
:8
Ko m pa r.
fazy
Linia
2 Mbit/s
S yg na ł
b ina rn y
Kr otnica
n a da wcza
Z eg ar
2
3
4
Tra ns ko de r
2 Mbit/s
Tra ns ko de r
8 Mb it/s
Lin ia
8 Mb it/s
Ukła d
fa zowa nia
ra mk i
Ukła dy
ze g ar owe
VCO
8 ,4 48 MHz
O db io rn ik 8 Mb it/s
Ko m pa r.
fazy
:8
:8
O db .
kom end
do p e łn.
Pa mię ć
Ukła d
fa zowa nia
ra mk i
Ukła dy
ze g ar owe
4
3
2
1
4
3
2
Ze g ar
Kr otnica
o d bio rc za
S yg nał
b in a rny
1
34
Grupa wtórna - 8448 kbit/s
Przepływność binarna grupy wtórnej
Liczba grup pierwotnych
Przepływność grup pierwotnych
Grupa I
Bity rezerwowe
Grupa II
Bity kontroli dopełniania
Struktura
ramki
Grupa III
Grupa IV
Bity dopełniające
Długość ramki
Liczba bitów informacyjnych w ramce
Liczba bitów jednej grupy pierwotnej w ramce
– z dopełnianiem
– bez dopełniania
8448 kbit/s ± 250 bit/s
4
2048 kbit/s ± 100 bit/s
Numery bitów
1 ÷ 10
11 i 12
13 ÷ 212
1÷4
5 ÷ 212
1÷4
5 ÷ 212
1÷4
5÷8
9 ÷ 212
100,38µs
848
824
205
206
35
Grupa trójna - 34368 kbit/s
Przepływność binarna grupy trójnej
Liczba grup wtórnych
Przepływność grup wtórnych
Grupa I
Bity służbowe
Bity grup wtórnych
Grupa II
Struktura
ramki
1÷4
Bity grup wtórnych
Grupa III
5 ÷ 384
Bity grup wtórnych
Grupa IV
5 ÷ 384
Bity dopełniające
5÷8
Bity grup wtórnych
Liczba bitów jednej grupy wtórnej w ramce
34 368 kbit/s
4
8448 kbit/s
Numery bitów
1 ÷ 10
11 i 12
13 ÷ 384
1÷4
1÷4
9 ÷ 384
1536
378
36
Grupa czwórna - 139,264 Mbit/s
Przepływność binarna grupy czwórnej
Liczba grup trójnych
Przepływność grup trójnych
Grupa I
Bity służbowe
Struktura
ramki
Bity grup wtórnych
Grupa II – IV
17 ÷ 488
Bity grup wtórnych
Grupa V
5 ÷ 488
Bity dopełniające
5÷8
Bity grup wtórnych
Liczba bitów jednej grupy trójnej w ramce
139,264 Mbit/s
4
34,368 Mbit/s
Numery bitów
1 ÷ 12
13 ÷ 16
1÷4
1÷4
9 ÷ 488
2928
723
37

Wykład cz.3

Transkrypt

Podobne dokumenty

Uzasadnienie zamówienia publicznego na: Zakup akcesoriów

Krzysztof Szczypiorski jest profesorem Politechniki Warszawskiej

Uzasadnienie zamówienia publicznego na: Zakup akcesoriów

SEKTOR ICT w oparciu o Statystyczną Klasyfikację Działalności

SŁAWOMIR KULA

Ogólna sytuacja francuskiego rynku telekomunikacji

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Gnieźnie

Agenda Konferencji Stowarzyszenia Budowniczych Telekomunikacji