TRANSZMULTIPLEXEREK TERVEZÉSI PROBLÉMÁI

Átírás

1 TRANSZMULTPLEXEREK TERVEZÉS PROBLÉMÁ DR. ELEKES JÓZSEF Távközlés Kutató ntézet ÖSSZEFOGLALÁS Az FDM és PCM rendszerek csatornának drekt (hangfrekvencás demodulácó nélkül) összekapcsolása dgtáls transzmultplexerrel korszerűen megoldható. A transzmultplexer spektrumtranszformácót megvalósító áramköre a dgtáls jelfeldolgozás távközlés alkalmazásának Jellegzetes példá. A ckk a berendezés rendszertechnka felépítésének változatat, a változatok közt választás szempontjat tárgyalja és összefoglalja a legfontosabb áramkörök specfkálásához szükséges tudnvalókat. DR. ELEKES JÓZSEF Vllamosmérnök és átvteltechnka szakmérnök oklevelét 1961-ben, ül ban szerezte a BME Vllamosmérnök Karán től a Távközlés Kutató ntézet munkatársa; jelenleg az Analóg Jelfeldolgozás Osztály vezetője. Szakterülete: FDM rendszerés berendezéstechnka; analóg jelek feldolgozása dgtáls eszközökkel ben a BME-n műszak doktor címet szerzett a transzmultplexerekről írt értekezésével. 1.Bevezetés A vegyes analóg-dgtáls távközlés hálózatokban a két fajta rendszer összekapcsolásának egyk lehetséges módja az, hogy a konverzót a multplex herarcha valamely szabványos szntjén hajtjuk végre. E konverzót megvalósító berendezést transzmultplexernek nevezzük. Az utóbb években számos vezető átvteltehnka cég fejlesztett k transzmultplexert. E berendezések a prmer PCM jelfolyam és az FDM csoport vagy főcsoport csatorná közt összekapcsolást valósítják meg. A CCTT1980. év közgyűlése jóváhagyta a 60- csatornás transzmultplexerre vonatkozó ajánlásokat. (Rec. G. 791,792,793) A javasolt két alaptípus sémáját az 1. ábrán láthatjuk. A P-típusú" berendezés öt FDM alapcsoport és két prmer PCM jelfolyam, míg az S-típusú" egy FDM alapfőcsoport és két prmer PCM jelfolyam összekapcsolásának eszköze. A berendezés gyártók a transzmultplexer fejlesztése során két alapvetően eltérő utat követnek. -o -o -o -o- FDM/TDM átalakítás TDM/FDM átalakítás 2,048 Mbt/s 2,048 Mbt/s N (V n l l -Ol -o- FDM/TDM átalakítás TDM/FDM átalakítás 2,048 Mbt/s 2,048 Mbt/s c 2 TMUX-P 5 c o y 3 < S TMUX-S 3 á H ábra. A CCTT által szabványosított transzmultplexer típusok Beérkezett: (Q 46 Híradástechnka, XL. évfolyam, szám

2 Az első módszer lényege az, hogy egy berendezésben összevonják és optmalzáltan újra tervezk az FDM csatorna modem és a prmer PCM berendezés áramköret, khasználva az így adódó egyszerűsítés lehetőségeket. Mvel a transzmultplexernek nemcsak a hangfrekvencás csatornákat, hanem a jelzéscsatornákat s össze kell kapcsolna, az alkalmazott jelzésrendszerektől függően a berendezésnek egy jelzéstranszlátort s tartalmazna kell. Az így kalakított ún. analóg transzmultplexerben az FDM nyaláb képzését és bontását továbbra s analóg áramkörök végzk. Vázlatos felépítését a 2.a. ábra szemléltet. A másk út a tsztán dgtáls megoldás útja, amkor s mnd a hangfrekvencás, mnd a jelzőcsatornák összekapcsolását drekt spektrumtranszformácót megvalósító dgtáls jelfeldolgozó áramkörök hajtják végre. A dgtáls transzmultplexer sémáját a 2.b. ábrán látjuk. A két megvalósítás módszer közt választást döntően a technológa háttér ll. gazdaság tényezők befolyásolják. E ckk a továbbakban a dgtáls transzmultplexer rövdítve: DTM tervezés problémával foglalkozk. 2. A dgtáls transzmultplexer felépítése A tsztán dgtáls berendezés felépítés kétségtelen előnye az egységes ós korszerű áramkörtechnka, az egységes gyártástechnológa, a nagy megbízhatóság és a ks helygény A 3. ábrán egy S-típusú" DTM tömbvázlata látható. PCM FDMránybana vonalszakasz llesztőegységben megtörténk a vonal jelsorozatok dekódolása, majd a demultplexer különválasztja a jelzés dőrés és a keret sznkron dőrés (TS16 ll. TSO) jelét a beszéd-dőrésekétől. Ezt követően az A7LN átkódoló a CCTT A" karaktersztka szernt kompandált PCM mntákat lneárs kódszavakká alakítja át. A berendezés kulcsfontosságú eleme a PCM-»- FDM (ellenkező rányban FDM-*PCM) processzor, melynek feladata a PCM csatorna spektrumok átalakítása SSB-FDM csatornanyaláb spektrumává. A processzor bemenetén a csatornák spektrumát határoln kell, a jelzés- és plot frekvencák zavarmentességének bztosítása érdekében. - 2 Mbt/s ro C O <* O > - 2 Mbt/s o «- PCM nterface és jel elosztó D/A A/D 3 Q ro ' -JC (V c l_ o ro / L-l FDM modem khz ro c o > Jelzésátvtel llesztő berendezés PCM elzo csatornák Analóg transzmuttplexer Jelzó vezetékek ("E","M" 2 2 Mbt/s c- '2 Mbt/s PCM nterface Dgtáls jelfeldolgozó egység Analóg nterface -o _ khz o > o Dgtáls transzmultplexer H-U ábra. A transzmultplexer megvalósítás módja Híradástechnka, XL. évfolyam, szám 47

3 PCM ^-AVLNUdemux Előszűrő TSO 1TS16 gen J.Z. S -*PCM-*FDM "* Pl. G. -*~o M CM X N M SNC. TSO ÖRA GEN. bt. J l > s! fel >'.8 H -Zl*-,TS16 3.V6VO v.sz. P Pl. sz. PH.v. t 'NOO, PCM LN/"A" P^; m u x. PCM*-F0M *- A / D W Sí X H-U ábra. DTM berendezés tömbvázlata A sávhatárolást az előszűrő készlet dgtáls szűrő bztosítják. A PCM/FDM processzor kmenetén előáll az FDM nyalábot dgtálsan reprezentáló jelsorozat. Dgtál/analóg átalakítás és jelvsszaállító analóg szűrés után a 60-csatornás FDM jel a processzor felépítésétől függő frekvencatartománybanjelenk meg. Ez a tartomány nem feltétlenül azonos a szabványos alapf őcsoport sávval", lyenkor egy analóg modulátor fokozat (az ábrán szaggatottan rajzolva) végz el a spektrum áthelyezését khz közé. FDM-PCM rányban az egyes fokozatok a fordítottfeladatokat látják el. Az utószűrő készletre a beszódcsatornák jelzés- és plotmaradékok ellen védelméhez van szükség. A vonal jelzésátvtel útja analóg R2 rendszert feltételezve PCM-FDM rányban a következő. A PCM demultplexer a jelzés dőrés (TS16) jelét kválasztja mndkét bejövő jelfolyamból, ós a jelzésdetektorra kapcsolja. A detektált jelzés hatására a jelzésgenerátor előállítja az FDM csatorna-jelzőfrekvencának megfelelő dgtáls jelsorozatot, mely szűrés után egyesül a megfelelő beszédcsatornával. A PCM/FDM processzor bemenetére így a beszód- ós jelzőcsatornák egyesített jelfolyama kerül. Ellenkező rányban az FDM/PCM processzor kmenetén a jelzósvétel szűrőkószlet különválasztja a jelzést a beszédcsatornák spektrumától. A szűrőkészlet kmenetéhez kapcsolódó jelzósvevő detektálja a jelzőcsatornák állapotát, majd a jelzés bt adó ennek megfelelően beállítja a 16. dőrések btjet. Ha a PCM oldalon a dgtáls R2 jelzésrendszert használják, akkor a DTM-be egy jelzésátvtel processzort s be kell építen. Az FDM oldal plotokat a plot generátor dgtálsan állítja elő. A plot jelek hasonlóan a jelzésekhez a beszédcsatornákkal egyesítve kerülnek a PCM-FDM processzor bemenetére. Az FDM oldalról beérkező főcsoport plotot az FDM-PCM proceszszor kmenetére kapcsolt plot szűrő kszűr, majd a plot vevő előállítja az analóg vétel erősítő szabályzó jelét. A DTM óragenerátorának sznkronzálása vagy egy megfelelő pontosságú (10" 7 ) bejövő PCM jelfolyamról, vagy egy külső jelforrásról történhet. (A pontos PCM jelfolyam dgtáls központokban rendelkezésre áll.) Az FDM oldal analóg modulácóra az A/D konverter mntavétel frekvencájának (f s ) csökkentése érdekében lehet szükség. A vszonyokat a 4. ábra szemléltet. Az alapfőcsoport közvetlen mntavételezéséhez a mntavétel frekvenca 552 khz és 624 khz között lehet. Ha f s =576 khz akkor az egyes spektrumkomponensek közt távolság azonos; 48 khz. A mntavétel frekvenca csökkentéséhez az alapfőcsoportot az A/D konverzó előtt alacsony frekvencatartományba kell áthelyezn. f MOD=560 khz ós f s=512 khz választásával a dgtáls FDM spektrum egyes komponense közt távolság azonos lesz. (16 khz) 48 Híradástechnka, XL. évfolyam, szám

4 FOM alapfócsoport spektruma 4. Transzformácós módszerek 48kHz a) Közvetlenül Dgtáls FDM spektruma f s «S76kHz fhgg-sóoklz f(khz] f[khz] f[khz] smeretes, hogy a PCM/FDM spektrumtranszformácóra gyakorlatlag s alkalmas módszerek nagy többsége olyan dgtáls szűrőbankokra épül, melyeknél a művelet sebessóggónyt megfelelő algortmusok alkalmazásával skerül vszonylag ks értékre redukáln. A bank" egy olyan sávszűrő készlet melyben a szűrők sávközép frekvencája egymáshoz képest elcsúsztatott. A bank egyes szűrő csatorná egy modulátor ós egy nterpoláló alapszűrő lánckapcsolásával modellezhetők, az 5. ábra szernt. Az Analóg spektrum az A/D bemenetén 16kHz Dgtáls FDM spektruma 4 f0chz] PCM-FOM rány b) Analóg modulácó után fftthzl f s >S12kHz X,(m)- nterpolátor alapszurő y k m) 4. ábra. FDM alapfőcsoport mntavételezése 3. Rendszertechnka alapproblémák A 3. ábra szernt berendezés felépítésének az eddg kfejlesztett DTM típusok többsége lényegében megfelel. Eltérés csupán a jelzésátvtel út felépítésében fordul elő. Az ábra egy közös processzoros berendezést mutat, ahol s a PCM/FDM transzformácót egyetlen a beszéd, a jelzés, és a plot számára közös processzorral hajtják végre. Egyes esetekben előnyös lehet a beszéd- és jelzés utak szeparált kezelése. lyenkor a jelzés ós plot adás ll. vétel a dgtáls FDM" pontokon történk, ós e jelek PCM/FDM transzformálására a beszédcsatornáktól független processzort használnak. A DTM berendezés áramkörenek tervezése előtt három rendszertechnka alapkérdést feltétlenül tsztázn kell. Ezek a következők: a spektrumtranszformácó mlyen algortmusra épüljön, analóg frekvencasáv áthelyezést alkalmazzunk-e, a jelzés ós plot processzálás a beszédcsatornákkal közösen, vagy külön jelzósprocesszorral történjék. E ckkben kísérletet teszünk a fent problémák eldöntéséhez szükséges smeretek összefoglalására. Mnt látn fogjuk a másodk kérdés az A/D konverterek mnőségével, az első ós harmadk pedg a spektrumtranszformácó módszerének megválasztásával függ össze. b) c) d) o-jr Mntavétel dőköz: T r\(n) 5. ábra. A szűrőbank egy csatornájának modellje Vlós alapszűrő UmX- H Konpax otapsnrő 1 K A modulátorok ms- CMtorna kontat A Modulátorok vvofrokvtncüja K=U2H frtkvmdja 6. ábra. DFT- bankok csatornakosztása, M = 4 esetén Híradástechnka, XL. évfolyam, szám 49

5 nterpolácó mértékét a transzformálandó rendszer csatornaszáma szabja meg. Mnd az alapszűrő mnd a modulátor lehet valós vagy komplex. Komplex modulátorokat és polfázsú nterpoláló szűrőket alkalmazó bankok matematkalag DFT algortmusokkal írhatók le. [1., 2., 3.,] (FDM-PCM rányban az nterpolátor helyett decmátorra van szükség, továbbá a szűrés ós a modulácó sorrendje fordított.) A 6. ábra a DFT bankok lehetséges csatorna kosztását szemléltet. A csatornák sávközép frekvencáját az tartomány egységkörön cok, az alapszűrőhöz vszonyított elcsúsztatás mórtókét azaz az 5. ábra modulátorának vvőfrekvencáját pedg ó jelöl. (,k = 0,1...K-1 ós K a bank csatornának száma.) A transzformálandó valós ll. komplex alapszűrő áteresztő tartományának elhelyezkedését érzékeltet, az w dgtáls frekvenca tartományban, míg a b., c, ós d. ábrákon a csatorna kosztás változatat látjuk. Ez utóbbaknál az egységkör a megnövelt mntavétel sebességnek megfelelő <a' dgtáls frekvencához tartozk. Látható, hogy a 6.b és c. ábra szernt elrendezésnél a bank komplex csatornának száma kétszerese a transzformálandó csatornákénak: K=2M. Ezeknél egy valós kmenet jele két komplex csatorna jelének összegezésével áll elő. A 6.b. ábra esetén a k. ós a (K-k)., míg a 6.c.-nél a k. és a (K-1 -k). komplex csatornákat kell összegezn. A 6.d. ábrának megfelelő csatornakosztás esetén a bank és a transzformálandó rendszer csatornaszáma megegyező: K = M. A valós kmenet jelek a komplex csatornakmenetek valós részéből képezhetők. A 2M csatornás bankoknál komplex bemenet jeleket kell előállítan. Ez a PCM csatorna jeleken végrehajtott előprocesszálást kvadratúra jelpárok képzését gényl. A 7. ábrán felrajzoltuk a PCM-FDM spektrumátalakítás általános tömbvázlatát, bejelölve az egyes fokozatoknál megkívánt mntavétel dőközöket. A PCM csatornáknál T = 125 u.s és a dgtáls FDM kmeneteken T = T/M. T" és T" értéke a bank típustól függ. Az ábrán matematka transzformácó"-kónt szereplő tömb a dszkrét Fourer transzformácót (DFT), vagy ennek általánosított formáját (GDFT) jelent, míg a szűrés" tömbön belül az alapszűrő polfázsú ága jelennek meg. A GDFT művelet defnícója: k-1 (k + ko) (p + P0) GDFT {S p } = {S k } = 1 S p W«...(1). p=0 míg az nverz műveletet az k-1 1 r (k + k0) (p + po) GDFT {S k } = {S p } =. L Sk W k... (2). K K=0 egyenlet írja le. Az(1.)és(2.)-ben J 2 3 L W k = e k...(3). és K a transzformálandó sorozat elemenek száma, a transzformácó pontszáma. Az {S D }. {Sk} sorozatok eleme általában komplex jel-mnták. Ha ko = po = = 0, akkor (1.) ós (2.) a klasszkus DFT defnícót adja. (PCM -» FDM rányban az GDT, ellenkező rányban a GDFT műveletet kell elvégezn.) A 6. ábrán vázolt csatorna kosztásokhoz tartozó matematka transzformácó típusokat az 1. táblázat foglalja össze. : j Alapszűrő Csatorna kosztás 1. táblázat 6.b. ábra 6.c. ábra 6.d. ábra! szernt szernt szernt, Valós 2M-pontos DFT 2M-pontos GDFT M-pontos GDFT k 0=t/2 k 0=U4 Komplex! 2M-pontos GDFT 2M-pontos DFT M-pomos DFT : k 0=-1/2 Elípracnzszlás «t T" M*r««utfta transzforn. ' 1 1 T" Szűrés T- Mutt- y T* H-U»-T 7. ábra. A PCM-FDM transzformácó általános tömbvázlata A 2M-pontos bankoknál a kmenet jelsorozat valós, ós így a 7. ábra szűrés" tömbjében 2M darab valós szűrőágat találunk, míg az M-pontos bankok komplex kmenet mntát M darab komplex ágszűrővel kell szűrn. Mvel az utóbb esetben csak a jelsorozat valós részére van szükség, egy komplex ágszűrő két valós szűrővel realzálható. Megállapíthatjuk tehát, hogy valamenny bank 2M darab ágszűrőt tartalmaz. A mntavétel sebessógvszonyok a következőképp alakulnak. 2M-pontos esetben a matematka transzformácót és a szűrést 1/2T, míg M-pontos bankoknál 1/T sebességgel kell végrehajtan. A PCM-FDM transzformácó számítástechnka komplextása első közelítésben a rendszer egy csatornájára jutó másodpercenként szorzásszámmal jellemezhető. Ebből a szempontból a 2M- 50 Híradástechnka, XL. évfolyam, szám

6 pontos bankok előnyösebbek, mvel a műveletvégzés sebességük fele az M-pontos bankokénak; és az ebből adódó megtakarítás nagyobb mnt az előprocesszálás műveletgénye. AGDFT operácó szorzás génye a pontszámtól függően 5 10%-kal haladja meg a DFT-ét. A GDFT bankok mégs kemelt szerephez jutottak a transzmultplexerek megvalósításában. A matematka analízs [1 ]-[4] ugyans megmutatta, hogy az M-pontos (ko=1/4 értékkel jellemzett) GDFT banknál az ágszűrők mpulzusválaszában mnden másodk elem 0; továbbá, hogy a 2M-pontos (ko=1/2 értékkel jellemzett) GDFT a po=1/2 értékű eltolás felvétele esetén egy M/2-pontos komplex DFT-re redukálható. (Az eljárást a szakrodalom double odd DFT"- nek, rövdítve O DFT-nek hívja.) Fent okok matt bank típusok számítástechnka komplextása ksebb a többnél! A számszerű vszonyok llusztrálására a PCM-FDM transzformácó szorzás gényét, M = 64 esetén, a 2. táblázat foglalja össze. A polfázsú DFT algortmusok számítástechnka előnyét jól érzékelhetjük, ha tudjuk, hogy a 60-csatornás FDM nyaláb mntavétel sebességével működő sávszűrőkószletet az úgynevezett drekt módszert használva a PCM-FDM átalakítás csatornánként szorzás génye mntegy 18 mlló másodpercenként. Banktípus szorzás csat. sec DFT 2M G D F TM D F T 2M 2. táblázat 0 2 DFT A transzformácó típusának kválasztásához a számítástechnka komplextás csak egy tényezőt jelent. A hardware megvalósítás problémá jelentős mértékben függnek a vezérlés bonyolultságától s. Általánosságban elmondható, hogy a számítás gény csökkenése együtt jár a vezérlés bonyolultságának növekedésével. A PCM-FDM spektrumtranszformácót végrehajtó szűrőbank típusának kválasztása a 3. táblázatban összefoglalt jellemzők mérlegelése alapján történhet. A fejlesztő cég adottságanak alkatrósz bázsának, esetleg már meglévő áramkör készletének (FFT processzor!) smeretében lehet eldönten, hogy egy bank típus valamely tulajdonsága döntő előnyt, vagy épp kzáró okot jelent-e. D F T M DFT 2M 3. táblázat GDFT M GDFT 2M 0 2 DFT! Számítás komplextás nagy közepes kcs közepes mnmáls ElöVutóprocesszálás mnmáls nagy kcs nagy közepes j hardware génye Vezérlés bonyolultsága mérsékelt mérsékelt közepes mérsékelt nagy : Matematka transzf. 1/T 1/2T 1/T 1/2T 1/T \ sebessége Ágszűrők sebessége 1/T 1/2T 1/T 1/2T 1/2T 5. A rendszerspecfkácó és az áramkör paraméterek összefüggése A 60-csatornás transzmultplexer berendezésektől megkívánt rendszer paramétereket a CCTT G.792 és G.793 számú ajánlása tartalmazzák. A DTM áramkör specfkácót lényegesen befolyásoló előírásokat a 4. táblázat foglalja össze. Paraméter 1 PCM csatorna csúcsszíntje 2 Csllapítástorzítás 800 Hz-es jel színtjére vonatkoztatva Előírás 4. táblázat 3.14 dbmo Á a max = ± - 6 d B H z k 6 z * * ' A'max '-(-0.6MB, 400 Hz és 3000 Hz közt j Aa max = 1.7-(-0,6)dB. 300 Hz és 400 Hz közt j A'max 2,4-(-0.6)dB, 3000 és 3400 Hz közt 3 A csoportfutás dő mnmuma < 3 ms j 4 Össztorzítás, a kvantálás -55 dbmo sznttel mérve a jel/zajvszony: j torzítással együtt mn. 10 db ; 5 Terhelt zaj -62,5 dbmop 6 Érthető áthallás -65 dbmo 7 Nem érthető áthallás -60 dbmop 1 8 Főcsoport túlvezérlés sznt +20,8 dbmo 5.1. Zajmérleg A rendszer paraméterekből kndulva meg kell határozn a transzmultplexer áramkörenek legfontosabb jellemzőt. Ehhez először s meg kell tervezn a berendezés zajmórlegót. alapfocsoport" ^ ^ \ ^, > SH AD DGTÁLS JELFELD0LG, LN/"A" PCM MUX khz 2x2,048Mbt/s " M FDM Q_ alapfőcsoport X DA DGTÁLS JELFELD0LG. "A'VLN PCM DEMUX H-U ábra. A hurokba kapcsolt DTM jelút Híradástechnka, XL. évfolyam, szám 51

7 Az alapzaj tekntetében knduló adatunk a kvantálás torzításra vonatkozó CCTT előírás. Eszernt -55 dbmo terhelés esetén 10 db jelzaj vszonyt kell bztosítan. így az egy távbeszélő csatornára jutó zajteljesítmény max. -65 dbmo, pszofométerrel mérve -67,5 dbmop, azaz 180 pwo p lehet. E teljesítmény osztható szót a DTM beszédcsatorna két rányának sorbakapcsolásával előálló jelút áramköre közt. A jelút tömbvázlatát a 8. ábrán látjuk. (A dgtáls jelfeldolgozás" tömbök a 3. ábra hangfrekvencás előszűrőjét ós PCM-FDM processzorát ll. utószűrőjót és FDM-PCM processzorát együttesen tartalmazzák.) Az alapzaj összetevő: az A/D és D/A konverterek kvantálás zaja, a dgtáls jelfeldolgozás kerekítés zaja, az analóg áramkörök termkus zaja. Az deáls b btes konverter kmenetén, egy telefoncsatornában pszofométerrel mérhető jel/zaj vszony a következő kfejezésből számítható [5]: 10 lg ( ) = 6,02 b + 1,76 - P m a x lg + 2,5 [dbl...(4). 2 3,1 ahol So a mérőjel, P'QD az egy telefoncsatornára jutó kvantálás zaj, PMAX az FDM jel túlvezórlés teljesítmény szntje, f s pedg a mntavétel frekvenca. Esetünkben a 4. ábra alapján a mntavétel frekvenca 512 vagy 576 khz lehet, az FDM-bemenet túlvezórlés sznt pedg 22,8 dbmo. Az FDM kmenet túlvezórlés szntnél tekntetbe kell venn, hogy a PCM csatornák csúcsszntje csak 3,14 dbmo, szemben az FDM rendszerekben szokásos 8 dbmo értékkel. Ezért szmulácós eredmények alapján az FDM kmenet ponton 17,2 dbmo túlvezórlés sznttel számolhatunk. [6] A (4) kfejezés az deáls konverter zaját adja. A gyakorlat megvalósítás hbá mntegy 3 db jel/zaj vszony romlást okoznak. A kerekítés zaj a jelfeldolgozás egyes fokozatanak adatszó hosszától függ. Alsó korlátját a feldolgozás végén végrehajtandó kerekítés adja. (A dgtáls processzálás során a D/A konverter, ll. a LN/A átkódoló bt-számánál jóval hosszabb adatokkal dolgozunk.) A kerekítés zaj a kvantálás zajjal azonosan (4)- ből számítható. A D/A konverter bemenetén végrehajtott kerekítésből pontosan anny zaj származk mnt egy deáls konverterrel végrehajtott D/A átalakításból. A LN/A átkódolónál PMAX a PCM csatorna túlvezórlés sznt, a lneárs kódszavak hossza 12 bt, a mntavétel frekvenca pedg 8 khz. Ezekkel az adatokkal számolva a kerekítés zaja: 35,5 pwop. A dgtáls processzálásra és az analóg áramkörökre megengedhető alapzaj hozzájárulás most már meghatározható. Az 5. táblázatban a 60 csatornás DTM négy különböző megvalósításában adtuk meg az alapzaj lehetséges kosztásat. 5. táblázat f, = 512 khz f s = 576 khz Zajforrások PW] 13-btes 12-btes 13-btes 12-btes A/D A/D A/D A/D 13-btes 14-btes 13-btes 14-btes D/A D/A D/A D/A A/D konverter D/A konverter 7 1,8 6,5 1.6 Kerekítés D/A 3,5 0,9 3 0,8 előtt Kerekítés ,5 35, LN/A-nál Analóg áramkörök Dgtáls jelfeldolgozás Összes zaj , pwop Tartalék 38-1, PWOp A táblázatot szemlélve nylvánvaló, hogy 13-btes A/D konverterre van szükség. Analóg előmodulácó esetén (lyenkor: f s = 513 khz) a konvertert mntegy 10%-kal ksebb sebességű áramkörökből kell megépíten, ós ugyanlyen arányban csökken a teljes dgtáls jelfeldolgozás sebesség génye s. Az előmodulácó alkalmazása, vagy elhagyása, tehát az áramkör fejlesztéséhez rendelkezésre álló alkatrósz bázson múlk. A csatorna terhelt zajszntje a CCTT előírás szernt max. -62,5 dbmop lehet, amnek 562 pwop teljesítmény felel meg. Ebből az alapzaj megengedett értékét levonva azt kapjuk, hogy a lneárs ós nemlneárs áthallásokból a rendszer konvenconáls terhelése mellett -382 pwop zaj keletkezhet egy csatornában. Ha a dgtáls jelfeldolgozás egyes fokozatanál gondoskodunk a kellő túlvezórlés tartalékokról, akkor a nemlneárs zajok elhanyagolható sznten tarthatók. A 382 pwop így lényegében a szűrőbank csatorná közt fellépő, érthető ós nem érthető áthallások megengedhető mórtókót írja elő; konkrétan az nterpoláló/decmáló szűrők zárótartomány előírását, ll. az FFT szorzók szükséges együttható-szóhosszát szabja meg. A dgtáls processzálásra kosztott alapzaj hányad (50 pwop) ugyancsak a szűrőkön ll. az FFT processzoron belül végrehajtott kerekítések hatását vesz fgyelembe. 52 Híradástechnka, XL. évfolyam, szám

8 5.2. Szűrő specfkácók A dgtáls szűrők hardware komplextását a működés sebesség, a fokszám, az együtthatók szóhoszsza és az adatszavak hossza együttesen határozzák meg. A 3. ábra szernt felépített DTM berendezés jelút szűrő közül az elő- ós utószűrők 8 khz mntavétel sebességű R szűrők. Feladatuk ós így felépítésük s független a spektrumtranszformácó algortmusától. Ellenben a szűrőbank alapszűrőjével, és így a polfázsú ágszűrőkkel szemben támasztott követelmények a transzformőácós módszertől s függenek. A következőkben összevetjük az egyes banktípusok alapszűrőnek paraméteret. A DTM berendezés több szűrőjével tt terjedelm okokból nem foglalkozunk. Az ezekkel kapcsolatos megfontolások [3]-ban megtalálhatók. Kndulásul a CCTT csllapítástorzítás, érthető- és nem érthető áthalláscsllapítás előírása szolgálnak. A 4. táblázat adata a berendezés két rányára együttesen vonatkoznak. így a megengedett csllapítástorzítás felosztandó az elő- és utószűrők, az nterpoláló- és decmáló szűrők, valamnt az analóg áramkörök közt. A tűrésmezőnek legalább felét célszerű az nterpoláló/decmáló szűrők részére fenntartan, mvel ezek a berendezés legkomplkáltabb áramköre. így a transzformácó egyk rányban a bank egy csatornájának a 9. ábrán adott csllapítástorzítás követelményt kell kelégíten. / / / / / áthallást a k ± 1, k ± 3... ndexű csatornák, érthető áthallást pedg a k ± 2, k ± 4... ndexűek okoznak. Hasonló áthallások lépnek fel az FDM-PCM transzformácó során s. 10. ábra. A PCM-FDM transzformácó áthallás mechanzmusa Az ábra és a CCTT előírása alapján azonban csak a drekt módszer szűrőnek ós nem a DFT bank alapszűrőjének zárótartomány előírása adható meg! Könnyen bzonyítható vszont, hogy az M-pontos GDFT bank valós alapszűrőjót és az M-pontos DFT bank komplex alapszűrőjónek valós ll. képzetes részét a drekt szűrőkkel azonosan lehet specfkáln, míg 2M-pontos bankoknál a zárótartomány előírást 6 db-lel szgorítan kell [3], [6]. Fgyelembe véve, hogy a két rány áthallása feszültségben ösz - szegeződhet, továbbá, hogy a főcsoportban két csatorna szntje közt 2 db eltérés még megengedett, a nem érthető áthalláscsllapítás követelményből kndulva a zárótartomány előírások a következők: 3000^ pfjta] azf > f 0 + 2,6kHzésaz f < f 0-2,3kHz tartományban, M-pontos bankoknál:. ábra. A szűrőbank egy rányára vonatkozó cslllapítástorzítás tűrésmező 77Í H-U6-9 az > P(F) = 68 - P(f) míg 2M-pontosaknál az > 76 - P(F) db db Az nterpoláló/decmáló szűrők véges zárótartomány csllapítása a szűrőbank csatorná közt áthallásokat okoz. A PCM-FDM átalakítás áthallás mechanzmusa a 10. ábra alapján könnyen megérthető. Az ábrán a PCM rendszer három csatornájának valós sávszűrőkkel szűrt perodkus spektrumát látjuk. Az FDM csoport e spektrumok összegzésével áll elő. Látható, hogy a k. csatornában nem érthető (fo-val az alapszűrő névleges áteresztő tartományának számtan közepót jelöljük, míg P(f) a fordított spektrumú beszédjelre vonatkozó pszofometrkus súlytényező.) Az értehető áthallásra vonatkozó CCTT követelményből adódó zárótartomány csllapítás az f > fo + 6,3 khz ós azf < fo-6,6 khz tartományokban M-pontos bankoknál az2 > = =73 db, míg 2M-pontos esetben az2 s 79 db. Híradástechnka, XL. évfolyam, szám 53

9 -6.3 khz a [db] ^1»Z2 2.3 khz y-rr f ahol hr és h a komplex-analtkus szűrő mpulzusválaszának valós ós képzetes része h(n) pedg a komplex szűrővel azonos sávszélességű valós aluláteresztő mpulzusválasza. Az (5)-ből következk, hogy a valós rész csllapításkaraktersztkája meg kell, hogy egyezzék a valós aluláteresztőével, így fokszáma és együttható hossza s azonos. A képzetes rész átvtel függvénye a valós résztől eltérő, de fokszáma ós együttható szóhossza azzal megegyező. Ezek után a bankok szűrőnek fokszáma ós együttható hossza a Bellanger formulákból [8] számítható. A 60-csatornás berendezésre vonatkozó eredményeket a 6. táblázat foglalja össze. A számítások során feltételeztük, hogy a bankok alapszűrője mnmálfázsú FR struktúra, mvel többen kmutatták, hogy lneárs fázsmenettel a csoportfutás dő mnmumára vonatkozó CCTT előírás nem teljesíthető, [2]. A tsztán FR struktúrájú alapszűrő feltételezése önkényes, mvel vegyes FR/R struktúrákkal a számítás gény csökkenthető de jó alap a transzformácós módszerek hatásának érzékeltetésekor. 6. táblázat -6.Í t -3 '-2-2,3 í»z1 f " r 1 2 *3 2.6»6,3 f 5 *6 [khz] H-U6-11 Transzformácós GDFT M F TM algortmus Pontszám Együttható hossz. Mattzó hossz. Beszéddel közös jelzéstranszformácó Külön jelzésátvtel processzor 11. ábra. Az alapszűrő zárótartomány specfkácója Valós alapszűrőnól f 0 = 0, komplex esetben f 0 = 2 khz. A zárótartomány tűrésmezőt a 11. ábrán látjuk. Mvel valós hálózatoknál az ampltúdó karaktersztka a 0 Hz-re szmmetrkus, a valós alapszűrőnek az ábrán eredményvonallal korrgált tűrésmezőt kell kelégíten. A komplex alapszűrőnek negatív frekvencákon csak záró tartománya van. Felmerül még a kérdés, hogy egy komplex alapszűrő valós ll. képzetes részét realzáló hálózatok átvtel függvényet hogyan kell specfkáln. dealzált átvtel karaktersztka esetén egyszerűen belátható [7], hogy és hr(n) = j; h(n) h ( n ) _ 1-V 1-f«n-h(n)T 2 ír...(5). (6). Az adatszó-hosszak számításakor a megengedhető kerekítés zaj hozzájárulásból kell knduln. A dgtáls processzálásra fenntartott zajteljesítménynekjelentős részét célszerű az nterpoláló/decmáló szűrőkre ll. ezek polfázsúágszűrőre kosztan, így az 5. táblázatban szereplő 52 pwo p értékéből 30 pwop-t hagyjunk ezekre a szűrőkre. FR struktúra esetén a szűrők kerekítés zaja a kvantálás zaj (4) kfejezéséhez hasonlóan számítható. Fgyelembe kell azonban venn egyrészt, hogy egy L-pontos, M-szeres nterpolátor (decmátor) kmenet mntának számításakor L/M számú szorzást kell elvégezn; másrészt, hogy a termelt zaj megengedhető értéke függ az áramkörön áthaladó jel névleges szntjétől, mvel az előírás a 0-szntű pontra vonatkozk. A jel/kerekítés zaj vszonyt a 10 lg( j^-) = 6,02 b +1,76+2, lg U 2 3,1 + S-10 lg M.(7). kfejezés adja, ahol P'R a kerekítés zajteljesítmény nek egy távbeszélő csatornába eső része, bj a szűrő belső adatszóhosszát, S pedg a névleges szntet jelöl. Az FDM-PCM rányú spektrumtranszformácó decmáló szűrőjére P'R=10 pwop, S=-23 dbm ós f s =512 khz feltételezése mellett (7)-ből b,=16 adódk, függetlenül a transzformácós módszertől. A 6. táblázat adataból látható, hogy ha a spektrumtranszformácót DFT-bankkal kívánjuk megoldan, úgy ennek komplex nterpoláló/decmáló szűrőjót érdemes csak a beszédsáv átvtelére tervezn és a jelzés átalakítást külön processzorral megoldan. Valós alapszűrőjű bankok esetén nkább a beszéd és jelzés együttes kezelése látszk célszerűnek. Ugyans mvel az alapszűrő csllapításkaraktersztkája a 0 Hz-re szmmetrkus a 300 Hz-es jel ks csllapítású átvtelének gényéből következően a csatorna áteresztő tartomány felső határa 3700 Hznél alacsonyabban nem lehet. 54 Híradástechnka, XL. évfolyam, szám

10 5.3. A DFTprocesszor specfkácója A DFT műveletet végző hardware összeadónak túlcsordulása nemlneárs zajokat termel, a szorzások eredményenek kötött bt-számú ábrázolása kerekítés zaj termeléssel jár együtt; a szorzó együtthatók véges hossza pedg csatornák közt áthallást okoz. A kerekítés zaj termelés és a túlcsordulást meggátló skálázás összefüggő kérdések. Ha fokozatonként 1/2 értékkel skálázunk mely esetben a túlcsordulást bztosan elkerüljük akkor egy M- pontos radx 2-es FFT kmenetén a szorzásoknál végrehajtott kerekítésekből adódó hbát a kfejezés adja (B+1 -btes számábrázolás esetén).[9] Huzalozott skálázásnál a kmenet hbát a btvesztések megnövelk. Ha a skálázást nem huzalozottan, hanem az FFT szorzó együtthatók megfelelő módosításával hajtjuk végre, akkor a kmenet jel/zaj vszony (8)-ból kndulva számolható. A végeredmény S k ( M* > S b. 2 - ( 9 ) ahol Sbe a bemenet, Sk a kmenet névleges teljesítménysznt. UFS a rendszer adott pontján túlcsordulás nélkül még feldolgozható feszültség ( full scale") sznt.[3] Egy 60-csatornás transzmultplexernél a bemenet jelszntet -22,8 dbm-re felvéve, és 20 pwo p csatornánként zajt megengedve, (9)-ből B+1 =18,5 adódk. A követelmény tehát 19-btes adatszavakkal teljesíthető. A szorzóegyütthatók véges szóhosszából eredő pontatlanság matt a kmenet spektrumban nem kívánt komponensek s megjelennek, am a berendezés csatorná közt áthallást okoz. E zavart a csatornaszűrők véges zárótartomány csllapítása matt fellépő áthalláshoz képest elhanyagolható értéken kell tartan. Fgyelembe véve a vonatkozó CCTT ajánlást, a véges együttható-hosszból származó áthallás legfeljebb -85 dbmo szntű lehet. Az előírásnak megfelelő bt-szám meghatározása számítógépes szmulácót gényel. rodalm adatok szernt a követelmény 16-btes együtthatókkal teljesíthető.[10] E ckkben áttekntettük a dgtáls transzmultplexer rendszertechnka tervezésének legfontosabb kérdéset és néhány támpontot adtunk az alternatívák közt választáshoz. Rámutattunk arra, hogy a transzformácós algortmus kválasztásakor a számítás kompaxtás mnmalzálása mellett a döntést egyéb szempontok így a vezérlés bonyolultság foka, ll. a rendelkezésre álló alkatrész, vagy áramkörkészlet s nagymértékben befolyásolhatják. smertettük az analóg előmodulácó valamnt a külön jelzésátvtel transzformácó révén elérhető lehetséges előnyöket, végül megadtuk a szűrőbank alapszűrőjének és az FFT processzornak alapvető specfkácós adatat. RODALOM [1] Crochere-Rabner: Multrate Dgtal Sgnal Processng; Prentce Hall, 1984 [2] Scheuermann-Göckler: A comprehensve survey of dgtal transmultplexng methods. Proceedngs ofthe EEE, nov oldal. [3] Elekes: Transzmultplexerek rendszertechnkája. Egyetem doktor értekezés oldal. [4] Bonnerot-Bellanger: Odd-tme odd-frequency DFT of Symmetrc real-valued seres. Proceedngs of the EEE, márc oldal. [5] Bellanger-Bonnerot-Canqut: Specfcaton of A/D and D/A converters for FDM telephon sgnals. E EE Trans. on Crcuts and Systems, júl oldal. [6] Rosté: The mpact of somé CCTT recommendatons on transmultplexer desgn. EEE Trans. on Communcatons júlus oldal. [7] Dr. Smony Ernő: Dgtáls szűrők. Műszak Könyvkadó, oldal. [8] Bellanger: On computatonal complexty n dgtal transmultplexer flter. EEE Trans. on Communcatons; júlus oldal. [9] Peled-Lu: Dgtal Sgnal Processng: J.Wley, oldal. [10] Versvk: Desgn of dgtal transmultplexer usng standard LS TTL logc. EEE Trans. on Communcatons júlus oldal. 6. összegezés Híradástechnka, XL. évfolyam, szám 55