1. Etapy modulacji PCM omówić co jak dlaczego

Kodowanie ma spełniać następujące warunki:

- proces kodowania musi wprowadzać jak najmniejszą utratę informacji,

- kodowanie powinno być funkcją wzajemnie jednoznaczną, tzn. odbiornik po zdekodowaniu powinien odtworzyć sygnał oryginalny,

- parametry impulsów sygnału kodowego powinny być niezależne od charakteru sygnału kodowanego.

Modulacja PCM jest najczęściej stosowanym w telekomunikacji sposobem cyfrowego kodowania sygnałów. Na proces modulacji impulsowo-kodowej składają się trzy operacje: próbkowanie, kwantowanie i kodowanie.

Schemat blokowy nadajnika PCM.

Próbkowanie polega na zamianie ciągłego sygnału analogowego na impulsy o amplitudzie równej chwilowej wartości sygnału w momencie próbkowania i określonej częstotliwości powtarzania

Kwantowanie jest właściwym procesem cyfryzacji sygnału. W tej operacji następuje zamiana analogowej wartości próbki sygnału na liczbę, jedną spośród ograniczonego zbioru. Zasada kwantowania jest następująca:

1. Określamy wartość minimalną i maksymalną sygnału wejściowego wyznaczając w ten sposób zakres przetwarzania.

2. Dzielimy zakres przetwarzania na N przedziałów zwanych przedziałami kwantowania i przyporządkowujemy im numery - liczby binarne.

3. Sprawdzamy, w którym przedziale znajduje się próbka sygnału i zamiast niej do dalszych czynności wykorzystujemy numer owego przedziału kwantowania.

Kodowanie polega na przyporządkowaniu numerowi przedziału kwantowania czyli liczbie, ciągu impulsów, przy czym długość ciągu jest stała i nie zależy od wartości kodowanego sygnału.

2. Bład kwantyzacji, szum kwantyzacji od czego zależy

Różnica między sygnałem zdekodowanym a sygnałem pierwotnym nosi nazwę błędu kwantyzacji. Błąd kwantyzacji wprowadza do zrekonstruowanego sygnału zniekształcenie

zwane szumem kwantyzacji. Charakterystykę graficzną błędu popełnianego podczas kwantyzacji pokazano na rys. 1.8

Błąd polega na tym, że wierzchołek odtwarzanej próbki odtwarzanej próbki będzie umieszczany w połowie przedziału a, gdzie a wynosi: kAa22=

Gdzie: A - maksymalna możliwa wielkość próbki

k - liczba elementów w kodzie

Szum kwantyzacji

2-krotne zmniejszenie przedziału kwantyzacji, powoduje 4 - krotne zmniejszenie mocy szumu kwantyzacji. Szum ten ma

charakter zniekształceń sygnału, a nie zakłóceń. Nie zależy on również od wielkości amplitudy próbki, ale jedynie od wielkości przedziału kwantyzacji.

3. Metody kompandorowania omówić, po co, w jaki sposób następuje poprawa

Realizację kompandorowania przeprowadza się w sposób analogowy lub cyfrowy. W metodzie analogowej w kompresorze następuje zmniejszenie dynamiki analogowego sygnału wejściowego z 60dB (zakres dozwolonych poziomów wejściowych sygnału -50÷+10dB) do 30dB (-22,5÷+7,5dB), w ekspandorze dynamika osiąga poprzednią wartość (rys.1.11).

4. Omówić budowę ramki i wieloramki strumienia 2 Mbit/s

Sygnał zbiorczy, który formuje krotnica ma strukturę cykliczną. W ramce sygnału trwającej 125μs znajdują się 32 szczeliny kanałowe. Szczelina zerowa w ramkach parzystych zawiera sygnał synchronizacji ramki. W ramkach nieparzystych znajduje się w tym miejscu sygnał negacji synchronizacji ramki ( 2 bit jest jedynką ). Zapobiega to fazowaniu ramki do innej szczeliny czasowej, gdyż ciąg 010101... składający się z drugich bitów kolejnych próbek PCM dowolnego kanału telefonicznego nie występuje. Jest to bowiem reprezentacja składowej o częstotliwości 4kHz, której w sygnale telefonicznym nie ma. Szesnasta szczelina czasowa wykorzystywana jest do celów sygnalizacji kanałowej ( przydział szczeliny w poszczególnych ramkach ilustruje rysunek ). Wynika stąd konieczność numeracji ramek i utworzenia tzw. wieloramki składającej się z szesnastu ramek. W ramce zerowej przesyłany jest w szesnastej szczelinie czasowej sygnał fazowania wieloramki ( pierwsze cztery bity są zerami ) umożliwiający numerację ramek i prawidłowe przyporządkowanie ciągów bitów sygnalizacyjnych w 16-tych szczelinach czasowych kolejnych ramek.

5.Omówić budowę krotnicy 2 Mbit/s (na bazie dowolnego schematu blokowego)

Europejski system nazywany jest najczęściej systemem 2Mbit/s od przepływności strumienia generowanego przez krotnicę. Uproszczony schemat krotnicy przedstawia rys.

Krotnica PCM 30/32 w kierunku nadawczym wykonuje zamianę 30 kanałów analogowych bądź 31 cyfrowych w strumień 2 Mbitowy cyfrowy. W kierunku odbiorczym sytuacja jest odwrotna: strumień 2 Mbitowy cyfrowy zostaje zamieniony w 30 kanałów analogowych
lub 31 cyfrowych.

Krotnica składa się z dwóch części: nadawczej i odbiorczej. Pracą części nadawczej steruje zegar krotnicy. Sygnał z zegara steruje generatorem impulsów bramkujących G1. Impulsy bramkujące o częstotliwości 8kHz wysyłane są do rozdzielacza impulsów kanałowych RIK. Załącza on kolejno układy dyskretyzacji poszczególnych kanałów z częstotliwością 32-krotnie większą, a więc tak, aby próbki pochodzące z jednego kanału pojawiały się z częstotliwością 8kHz. Kolejność załączania elementów jest następująca: ciąg ośmiu bitów z generatora impulsów synchronizujących, próbki kanałów 115, ciąg ośmiu bitów synchronizacyjno-sygnalizacyjnych i próbki kanałów 1630 po czym cykl się powtarza. Cykl taki nazywany jest ramką systemu. Próbki z kanałów telefonicznych podawane są na wejście przetwornika analogowo-cyfrowego, który generuje ośmiobitowe sekwencje kodowe PCM dla kolejnych kanałów. Na wyjściu krotnicy łączy się wszystkie sygnały cyfrowe w w/w kolejności w jeden strumień i podaje na koder zamieniający kod PCM na kod liniowy. Część odbiorcza krotnicy posiada na wejściu układ regenerujący sygnał liniowy i zamieniający go na kod PCM (nie pokazane na rysunku). Praca części odbiorczej krotnicy jest taktowana sygnałem zegarowym wydzielanym z sygnału liniowego. Rozpoznanie kolejności sygnałów kanałowych odbywa się przy pomocy układu wydzielania impulsów synchronizacyjnych (UWIS), który odpowiedzialny jest za detekcję sygnału synchronizacji ramki. Po sygnale synchronizacji ramki, rozdzielacz impulsów kanałowych uaktywnia kolejno odbiorcze układy dyskretyzacji kanałów i w ten sposób następuje odbiór i dekodowanie poszczególnych próbek w kanałach. Po odfiltrowaniu sygnałów kanałowych w filtrach dolnoprzepustowych, otrzymujemy w każdym kanale sygnał, który był wprowadzony na wejście krotnicy nadawczej (oczywiście z dokładnością do szumu kwantyzacji).

5. Kody liniowe w systemach PDH (właściwości, po co, jakie, omówić AMI i/lub HDB3)

Sygnał liniowy w systemach PDH jest kodowany za pomocą kodu liniowego AMI, HDB-3 albo CMI. Ich wprowadzenie ma na celu przede wszystkim lepsze dopasowanie widma sygnału do do widma kanału transmisyjnego. Reguły kodowania wykluczają, by w sygnale liniowym występowały pewne sekwencje impulsów. W szczególności , w przypadku kodu AMI kolejno występujące po dobie impulsy o wartości niezerowej powinny mieć przeciwną polaryzację. Jeżeli tak nie jest, to wystąpił błąd. W przypadku kodu HDB-3 ta reguła również obowiązuje, ale dodatkowo jest zabronione występowanie pod rząd więcej niż trzech kolejnych impulsów o zerowej wartości amplitudy. Każde odstępstwo od tych reguł również świadczy o błędach. Dla kodu CMI impuls o polaryzacji dodatniej albo ujemnej nie może trwać dłużej niż 1,5 okresu nadawania impulsów, a ponadto w środku szczeliny czasowej zmiana polaryzacji może być tylko z ujemnej na dodatnią. Jeśli tak nie jest to wystąpiły błędy binarne.

Kod liniowy musi spełniać 4 podstawowe warunki

• Eliminować składową stałą na WE regeneratorów i krotnic PCM

• być łatwym w wytwarzaniu

• Zawierać informacje niezbędne do odtworzenia częstotliwości i fazy zegara nadawczego

• Mieć strukturę zapewniającą łatwe wykrywanie błędów,
  które mogą powstawać podczas transmisji.

Warunek pierwszy można spełnić przez prostą zmianę polaryzacji kolejnych
impulsów odpowiadającym jedynkom, co realizuje kod liniowy AMI. Kod AMI spełnia także 3 pozostałe warunki.W transmisji danych zdarza się czasem, że występuje dość długi ciąg zer,
co może doprowadzić do nieodtworzenia sygnału zegarowego
i tym samym do zerwania łączności. Kodem liniowym nie posiadającym tej wady jest kod HDB3

6.Omówić dopełnienie dodatnie (kiedy stosujemy, po co, jak i gdzie jest realizowane)

Dopełnianiem impulsowym nazywa się metodę wyrównywania zmiennej przepływności zwielokrotnianego sygnału cyfrowego do pewnej przepływności odniesienia, którą w tym przypadku jest przepływność grupy wyższego rzędu w przeliczeniu na jeden sygnał cyfrowy niższego rzędu.

Przy dopełnianiu dodatnim zakłada się, iż maksymalne przepływności wszystkich sygnałów wejściowych podlegających zwielokrotnieniu są mniejsze od przepływności, jaka jest przewidziana do transmisji tych sygnałów w sygnale zbiorczym. Sygnały wejściowe przechodzą przez układy synchronizujące, które określają, o ile trzeba zwiększyć ich przepływność, ażeby stały się one synchroniczne z sygnałem grupy wyższego rzędu

Elastyczna pamięć wejściowa, znajdująca się w każdym układzie synchronizującym, pozwala na dopełnienie sygnału wejściowego o pewną liczbę bitów. Informacja o występowaniu bitów dopełniających przekazywana jest do stacji odbiorczej, w której bity te zostaną pominięte, jako zbędne, ponieważ nie niosą one informacji.

8.Budowa ramek 8, 34, 140 Mbit/s

System 8Mbit/s.

System zwielokrotnienia cyfrowego o przepływności 8448kbit/s przeznaczony jest do zwielokrotnienia czterech plezjochronicznych sygnałów cyfrowych o nominalnej przepływności 2048kbit/s.
Ramka składa się z 4 grup, z których każda zawiera 212 bitów. W ramce, składającej się z 848 bitów, 24 bity przeznacza się do celów fazowania ramki, dopełniania i sterowania procesem dopełniania. Do przesyłania informacji z grup pierwotnych przeznacza się 824 bity, to znaczy po 206 dla każdej z grup. Odpowiada to przepływności binarnej 2052,2kbit/s, czyli większej od 2048kbit/s z maksymalną dodatnią odchyłką. Ażeby w dłuższym czasie przesyłać średnio 2048kbit/s, należy w ramce grupy wtórnej przesyłać na przemian 206 bitów lub 205 bitów. Jeżeli przesyła się 205 bitów, wówczas jeden z 206 bitów będący do dyspozycji nie jest wykorzystany, zachodzi wówczas proces dopełniania. Rolę bitów dopełniających pełnią bity 5 w grupie IV. Informacja o tym, czy dopełnianie zachodzi czy nie, przesyłana jest za pomocą bitów Cij. Jeżeli dopełnianie zachodzi, wówczas przesyłana jest kombinacja 111, natomiast gdy dopełniania nie ma - kombinacja 000.

System 34Mbit/s.

System zwielokrotnienia cyfrowego o przepływności 34368kbit/s przeznaczony jest do zwielokrotnienia 4 plezjochronicznych sygnałów grupy wtórnej o przepływności 8448kbit/s.

Ramka grupy trójnej składa się z 4 grup po 384 bity każda. Sygnał kontroli dopełniania jest rozłożony w ramce podobnie jak w ramce systemu 2 rzędu a jego postać jest identyczna, podobnie jak sygnału fazowania ramki i bitów służbowych.

System 140Mbit/s.

System zwielokrotnienia cyfrowego o przepływności 139,264Mbit/s przeznaczony jest do zwielokrotnienia cyfrowego 4 grup trójnych o przepływności 34,368Mbit/s każda. Zasada działania systemu jest podobna jak krotnic rzędu 2 i 3.
Ramka składa się z 6 grup po 488 bitów każda. Sygnał fazowania ramki składa się z 12 bitów (1111 1010 0000) umieszczonych na początku grupy 1. Do celów kontroli dopełniania przewidziane są sekwencje pięciobitowe, które dają zabezpieczenie przed dwoma przekłamaniami. Do celów służbowych przeznaczone są cztery bity.

8.Wady i zalety systemów PDH

Wady:

- konieczność stosowania kaskady demultiplekserów i multiplekserów do wydzielenia jednego sygnału ze strumienia

- dopełnianie występuje nawet po zsynchronizowaniu wszystkich urządzeń sieci - praca zawsze w trybie plezjochronicznym

- brak wbudowanych w urządzeniach mechanizmów umożliwiających zarządzanie sieciami PDH

- brak możliwości tworzenia dodatkowych kanałów transmisyjnych na potrzeby operatora albo użytkownika

- sztywna struktura sieci, trudna jej rekonfiguracja

- brak jednolitego, spójnego standardu międzynarodowego

- zawodność i energochłonność urządzeń

- stosunkowo mała maksymalna przepływność binarna sygnału liniowego

Zalety:

8.Charakterystyka systemów synchronicznych

SDH jest to technologia sieci transportu informacji, charakteryzująca się tym, że wszystkie urządzenia działające w sieci SDH, pracujące w trybie bezawaryjnym, są zsynchronizowane zarówno do nadrzędnego zegara (PRC) jak i do siebie nawzajem (w odróżnieniu od takich technologii jak, np. ATM).
System SDH wprowadzono nie tylko z powodu ułatwienia współpracy dotychczasowych systemów plezjochronicznych, ale i z powodu możliwości wprowadzenia nowoczesnych oraz skutecznych metod utrzymania i zarządzania siecią transmisyjną, a także możliwości oferowania użytkownikowi wydzielonych kanałów. Systemy SDH umożliwiają ponadto realizację sieci szerokopasmowych B- ISDN z usługami wymagającymi dużych i zmiennych przepływności

Za wprowadzeniem transmisji synchronicznej przemawia szereg zalet. Są to w szczególności: • uproszczenie sieci - pojedyncza krotnica synchroniczna spełnia funkcje całej hierarchii urządzeń plezjochronicznych, co w efekcie powoduje zmniejszenie liczby urządzeń w sieci,
• duża żywotność sieci - funkcje zarządzania w sieci synchronicznej umożliwiają natychmiastową identyfikację uszkodzenia linii lub węzła, architektura pierścieniowa sieci umożliwia automatyczną rekonfigurację i przełączenie ruchu,
• sterowanie programowe w sieci - możliwe dzięki utworzeniu kanałów zarządzania wewnątrz modułu STM-N (wykonuje szereg nowych zadań),
• przepustowość na żądanie - istnieje możliwość dynamicznego przyporządkowania żądanej przepustowości połączenia, co w efekcie powoduje, że abonent dołączony do dowolnego węzła sieci ma możliwość skorzystania z każdej usługi dostępnej w sieci, niezależnie od tego jakiej ona wymaga przepustowości;
• standaryzacja - standaryzacja SDH oznacza, że urządzenia transmisyjne różnych producentów mogą współpracować ze sobą. Operatorzy sieciowi mogą więc wybierać urządzenia pochodzące od różnych producentów.

8.Budowa modułu synchronicznego

SYNCHRONICZNY MODUŁ TRANSPORTOWY STM-1

Ramką sygnału (pierwszego rzędu) w SDH jest synchroniczny moduł transportowy (STM -1) przedstawiony na rysunku

Ramkę STM-1 wygodnie jest rozpatrywać jako macierz o wymiarach 9 wierszy (9 bajtów) na 270 kolumn (270 bajtów), bowiem w ramce STM-1 informacja tego samego typu powtarzana jest co 270 bajtów. Z modułem transportowym STM-1 związana jest przepływność 155,520 Mbit/s. Czas trwania pojedynczej ramki wynosi 125 μs. Oznacza to przesłanie w czasie 125 μs - 9 x 270 = 2430 (bajtów), czyli 2430 x 8 = 19440 (bitów). Przestrzeń ładunkową modułu STM-1 wypełniają różne kombinacje kontenerów wirtualnych. Każdy z kontenerów wirtualnych związany jest z sygnałem plezjochronicznym o określonej przepływności. Synchroniczny moduł transportowy jest podstawową jednostką w technice SDH i zawiera część użytkową (utworzoną z przestrzeni ładunkowej i znacznika kontenera VC-4 zwaną jednostką administracyjną (AU)) oraz nagłówek sekcji SOH. Nagłówek sekcji dzieli się na dwie części: nagłówek sekcji regeneratora (Regenerator Section Overhead - RSOH) i nagłówek sekcji krotnicy (Multiplex Section Overhead - MSOH).

Nagłówek sekcji SOH usytuowany jest w pierwszych dziewięciu kolumnach w strukturze modułu. W czwartym wierszu znajduje się tzw. znacznik kontenera. Pozostałe 261 kolumn, to obszar przeznaczony dla informacji użytkowej. Obszar ten zajmują bajty kontenera wirtualnego VC-4.

8.Informacje przenoszone w nagłówku MSOH i RSOH

MSOH- nagłówek sekcji krotnicy -

RSOH- nagłówek sekcji regeneratora- zajmuje pierwsze trzy dziewięciobajtowe wiersze. Przeznaczony jest do obsługi odcinków między regeneratorami .

8.Informacje przenoszone w nagłówkach drogi kontenerów wirtualnych niższego i wyższego rzędu

Kontenery wirtualne VC-12, VC-3 i VC-4

Kontenery (C-n) służą do „ładowania” w nie informacji przenoszonych np. przez sygnały cyfrowe (w tym sygnały plezjochroniczne).
Każdy z kontenerów zawiera dodatkowo informację sterującą. Informacja ta nazywana jest nagłówkiem toru (POH - Path Over Head).

…………………………………….

6. Porównać odwzorowanie asynchroniczne, synchroniczne bitowe i bajtowe

7. Omówić strukturę zwielokrotnienia stosowaną w Polsce i poszczególne etapy zwielokrotnienia

8. Omówić urządzenia synchroniczne

9. Omówić funkcjonowanie pierścienia dwuwłóknowego jednokierunkowego i dwukierunkowego z zabezpieczenien na pozionie linii i ścieżki

10. Kod HDD3

11. W jaki sposób i dlaczego poprawia się stosunek sygnał - szum

Pytania, które mieli wojskowi:

1. Skąd się bierze szum kwantyzacji i od czego zależy

2. W jaki sposób i dlaczego poprawiamy S/N (dokładnie o kompandorowaniu)

3. Narysować i omówić strukturę ramki i wieloramki…

4. Dlaczego stosujemy dopełnienie dodatnie i jak się je realizuje

5. Kod HDD3 (podał jakiś ciąg…)

---