Реферат: Анализатор телефонных каналов

Омский государственный университет путей сообщений

Реферат на тему

Анализатор телефонных каналов

Омск  2001г.

Назначение и основные параметры анализатора телефонных каналов.............. 3

Затухание эхо-сигнала................................................................................................................................................................ 3

Нелинейные искажения............................................................................................................................................................... 3

Относительная амплитудно-частотная характеристика затухания.............................................................................. 3

Относительная характеристика группового времени прохождения.............................................................................. 3

Затухание продуктов паразитной модуляции сигнала..................................................................................................... 3

Структурная схема анализатора............................................................................................................................................. 4

Описание Процессора ADSP-21msp58................................................................................. 6

Системный интерфейс и интерфейс памяти........................................................................................................................... 7

Система команд............................................................................................................................................................................. 7

Эффективность сигнального процессора............................................................................................................................... 7

Вычислительные модули........................................................................................................................................................... 7

структурная схема процессора семейства ADSP-2100...................................................................................................... 7

Генераторы адресов данных и программа sequencer......................................................................................................... 8

Шины................................................................................................................................................................................................ 9

Внутренние переферийные устройства................................................................................................................................ 9

Последовательные порты........................................................................................................................................................... 9

Таймер............................................................................................................................................................................................ 10

Главный интерфейсный порт (HIP)....................................................................................................................................... 10

Аналоговый интерфейс............................................................................................................................................................. 10

Литература.................................................................................................................................... 11

Анализатор телефонных каналов предназначен для проведения измерений параметров каналов тональной частоты (ТЧ) первичных сетей связи, ведомственных телефонных сетей и коммутируемой телефонной сети общего пользования (ТфОП). Анализатор должен обеспечиваеть создание нормированных электрических испытательных сигналов для тестирования каналов связи, а также позволяеть определить количественные показатели состояния связи для тестируемых каналов в автоматическом и автоматизированном режимах.

Обработка, накопление, выдача и представление измерительной информации может обеспечивается внешним универсальным управляющим компьютером и специализированной управляющей компьютерной программой.

Каналы тональной частоты характеризуют следющие основные параметры

Затухание эхо-сигнала

Измерение затухания уровня эхо-сигнала относительно уровня передаваемого сигнала производится в диапазоне от 10 до 60 дБ

Нелинейные искажения

производятся измерения коэффициентов 2‑й и 3‑й гармоник для гармонического испытательного сигнала с частотой 1020 Гц и коэффициентов продуктов нелинейных искажений 2‑го и 3‑го порядков для четырехчастотного испытательного O.42‑сигнала

Относительная амплитудно-частотная характеристика затухания

Измерение относительной АЧХ производится в диапазоне от 100 до 3700 Гц при неравномерности относительной АЧХ не более 35 дБ и номинальном уровне мощности испытательного сигнала на входе анализатора -6 дБм.

Относительная характеристика группового времени прохождения

измерение относительной частотной характеристики группового времени прохождения (ГВП) при номинальном уровне мощности испытательного сигнала на входе измерителя ‑6 дБм в диапазонах:

по интервалу частот ГВП и опорной частоте - от 300 до 3400 Гц;

Затухание продуктов паразитной модуляции сигнала

измерение затухания продуктов паразитной модуляции испытательного сигнала с частотой 1020 Гц токами питания частотой 50 Гц и гармониками относительно уровня испытательного сигнала в линии связи.

Структурная схема анализатора.

Анализатор объединяет в себе измерительно-анализирующее устройство и генератор нормированных электрических испытательных воздействий. По характеру представления измерительной информации анализатор является регистрирующим измерительным прибором и показывающим измерительным прибором с представлением на экране компьютерного дисплея измерительной информации в цифровой и аналоговой (графической) форме.

Основными составными частями анализатора являются генераторный и измерительно‑анализирующий блоки.

Генераторный блок при анализе каналов связи задает волновую форму сигнала программным путем и обеспечивает следующие режимы генерации:

·    режим генерации постоянного по частоте гармонического сигнала с постоянным или изменяющимся по линейному закону уровнем мощности - для измерений амплитудных характеристик канала связи, затухания сигнала, отношения уровней сигнала и шума (Сигнал/Шум), в том числе по Рекомендации МСЭ‑Т О.132, коэффициентов нелинейных искажений, измерения частоты и изменения частоты в канале связи, дрожания фазы, дрожания амплитуды, затухания продуктов паразитной модуляции, подсчета числа перерывов связи, подсчета числа импульсных помех, подсчета числа скачков фазы и подсчета числа скачков амплитуды;

·    режим генерации гармонического сигнала с изменяющейся по линейному закону частотой - для почастотного измерения АЧХ;

·    режим генерации многочастотного сигнала  - МЧС‑генератор - для измерений относительного группового времени прохождения (ГВП), относительной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и импеданса канала связи;

·    режим генерации псевдослучайного сигнала для измерений соотношения уровней Сигнал/Шум (шумы квантования)

·    режим генерации четырехчастотного сигнала для измерений нелинейных искажений

·    режим генерации радиоимпульсов для измерения эхо-сигнала;

·    режим генерации двухчастотного сигнала измерительной и эталонной частот для определения амплитудно‑частотной характеристики и частотной характеристики группового времени прохождения.

В каждом режиме генерации номинальные уровни мощности испытательных сигналов и номинальные значения частот гармонических испытательных сигналов задаются дискретно.

Измерительно-анализирующий блок обеспечивает мониторинг (измерение и протоколирование) тестируемых каналов связи с использованием собственного или внешнего генератора испытательных сигналов. При этом в зависимости от автоматически определяемого вида входного сигнала анализатор автоматически включает измерение тех параметров, для измерения которых и предназначен соответствующий измерительный сигнал.

Измерительно-анализирующий блок как средство измерений с нормированными метрологическими характеристиками проводит определение следующих параметров и характеристик:

·    уровня мощности сигнала;

·    частоты гармонического сигнала;

·    уровня не взвешенного шума;

·    уровня псофометрического шума;

·    отношения уровней мощности псевдослучайного сигнала и не взвешенного шума;

·    соотношения уровней гармонического сигнала и псофометрически взвешенного шума, а также соотношения уровней гармонического сигнала и не взвешенного шума;

·    дрожания фазы гармонического сигнала;

·    дрожания амплитуды гармонического сигнала;

·    частотных характеристик ГВП и АЧХ;

·    уровня селективных помех, в том числе псофометрических;

·    продуктов нелинейных искажений 2‑го и 3‑го порядков для четырехчастотного сигнала;

·    коэффициентов гармоник для гармонического сигнала;

·    затухания продуктов паразитной модуляции сигнала;

·    затухания эхо-сигнала;

·    модуля полного сопротивления линии связи (в диапазоне от 300 до 3400 Гц);

·    электрической емкости линии связи;

·    изменения частот 1020 Гц и 2000 Гц в канале связи путем измерения отклонения частоты гармонического сигнала от значений 1020 и 2000 Гц.

Измерительно-анализирующий блок как средство определения количественных показателей состояния связи обеспечивает подсчет на заданном интервале времени фактов превышения устанавливаемых пороговых значений. Анализатор осуществляет счет:

·    импульсных помех,

·    перерывов связи,

·    скачков амплитуды и

·    скачков фазы.

С ненормируемыми метрологическими характеристиками производится тестирование каналов связи по параметрам, приведенным ниже:

·    соотношение Сигнал/Шум по сигналу МЧС-генератора;

·    соотношение Сигнал/Шум по сигналу О.42-генератора;

·    уровень поступающего на вход многочастотного, псевдослучайного, или четырехчастотного сигнала;

·    индуктивность линии связи;

·    среднеквадратическое отклонение уровня гармонического испытательного сигнала в линии связи (СКО уровня) от среднего значения;

·    максимальный из зафиксированных на интервале 1 с скачок фазы гармонического сигнала;

·    максимальный из зафиксированных на интервале 1 с скачок амплитуды гармонического сигнала;

·    максимальная на интервале 1 с мгновенная мощность измеряемого сигнала;

·    минимальная на интервале 1 с мгновенная мощность гармонического сигнала;

·    относительное время действия импульсных помех;

·    процентная доля секундных интервалов с импульсными помехами на измерительном интервале;

·    процентная доля секундных интервалов с перерывами связи на измерительном интервале;

·    процентная доля секундных интервалов с импульсными помехами и перерывами связи на временном измерительном интервале;

·    относительное время действия перерывов связи;

·    относительное время действия импульсных помех и перерывов связи;

·    построение эхограммы - зависимости затухания от задержки эхо‑сигнала.

Основную функциональную нагрузку в анализаторе выполняет Процессор ADSP-21msp58. На этом процессоре реализуются функции 16 разрядного ЦАП-АЦП, блока сигнальной обработки и последовательно интерфейса.

Процессор ADSP-21msp58 представляет собой совокупность программируемых микропроцессоров с общей структурой, оптимизированную для обработки аналогового сигнала в цифровой форме, а так же для других прикладных целей. Кроме того, процессор включают аналоговый интерфейс для преобразования сигнала звуковой частоты.

          Архитектура семейства ADSP-2100 приспособлена к выполнению задач с помощью цифрового сигнального процессора и построена таким образом, что  устройства за один такт могут выполнять следующие действия:

·            генерировать следующий адрес программы;

·            выбирать следующую команду;

·            выполнять один или два шага программы;

·            модифицировать один или два указателя адреса данных;

·            выполнять вычисление.

В этом же такте процессоры, которые имеют релевантные модули могут:

·            принимать и/или передавать данные через последовательный порт;

·            принимать и/или передавать данные через главный порт интерфейса;

·            принимать и/или передавать данные через DMA порты;

·            принимать и/или передавать данные через аналоговый интерфейс.

Системный интерфейс и интерфейс памяти

          В каждом процессоре семейства ADSP-2100 четыре внутренних шины соединяют внутреннюю память с другими функциональными модулями:

-               шина адреса;

-               шина данных;

-               шина памяти программ;

-               шина памяти данных.

          Внешние устройства могут получать контроль над шинами посредством сигналов предоставления (BR,BG). Процессоры ADSP-2100 могут работать в то время когда шины предоставлены другому устройству, пока не требуется операции с внешней памятью.

          Схема начальной загрузки дает возможность автоматической загрузки внутренней памяти после того как ее содержимое было стерто. Это можно осуществлять с помощью интерфейса памяти из EPROM, из главного компьютера, посредством главного порта интерфейса. Программы могут загружаться без применения каких-либо дополнительных аппаратных средств.

Система команд

          Процессоры семейства ADSP-2100 используют единую систему команд для совместимости с устройствами с более высокой интеграцией. Система команд позволяет выполнять мультифункциональные команды за один такт  процессора, с другой стороны каждая команда может быть выполнена отдельно в своем такте. Ассемблер имеет алгебраический синтаксис, для повышения удобочитаемости легкости кодирования.

Эффективность сигнального процессора

          Сигнальный процессор должен быть не только очень быстродействующим, но удовлетворять некоторым требованиям в следующих областях:

·           Быстрая и гибкая арифметика – архитектура процессоров ADSP позволяет  производить такие операции, как умножение, умножение с накоплением, произвольное смещение, а так же ряд стандартных арифметических и логических операций в одном цикле процессора.

·           Расширенный динамический диапазон – 40-разрядный аккумулятор имеет восемь резервных бит защиты от переполнения при последовательном суммировании, которые гарантируют, что потери данных быть не может.

·           Выборка двух операндов за один цикл – при расширенном суммировании на каждом цикле процессора необходимо два операнда

·           Аппаратные циклические буферы – большой класс алгоритмов обработки цифро-аналоговых сигналов, включая цифровые фильтры требуют наличия циклических буферов.

Переход по нулю – повторяющиеся алгоритмы наиболее логично выражать через циклы. Программа Sequenser ADSP-2100 поддерживает работу с циклическим кодом с нулем на верху, в объединении со структурой clearest это  повышает эффективность системы. Также нет препятствий для работы с условными переходами.

  Вычислительные модули

структурная схема процессора семейства ADSP-2100

Как уже говорилось выше каждый процессор  содержит три независимых вычислительных модуля:

-               арифметико-логический (ALU);

-               умножение с накоплением (MAC);

-               расширитель (shiffter).

Эти устройства работают с 16-разрядными данными и обеспечивают аппаратную поддержку мультиточности.

          ALU выполняет ряд стандартных арифметических и логических команд в дополнение к примитивам деления. MAC выполняет одно-цикловые операции умножения, умножения/сложения, умножения/вычитания. Shiffter осуществляет логические и арифметические сдвиги, нормализацию, де нормализацию и операцию  получения порядка, атак же управление форматом данных, разрешая работу с плавающей точкой. Вычислительные модули размещаются последовательно друг за другом, таким образом чтобы выход одного мог стать входом другого в следующем цикле. Результаты работы модулей собираются на 16-разрядную R-шину.

          Все три модуля содержат входные и выходные регистры, которые доступны через 16-разрядную DMD-шину. Команда, выполняемые в модулях, берут в качестве операндов данные находящиеся в регистрах ввода  и после выполнения записывают результат в регистры вывода. Регистры являются как бы промежуточным хранилищем между памятью и вычислительной схемой. R-шина позволяет результату одного вычисления стать операндом к другой операции. Это позволяет сэкономить время обходясь без лишних пересылок модуль-память.

Генераторы адресов данных и программа sequencer

            Два специализированных генератора адресов данных (DAGs) и мощная программа sequencer гарантируют эффективное использование вычислительных модулей. DAGs обеспечивают адреса памяти, когда необходимо поместить данные из памяти в регистры ввода вычислительных модулей, либо сохранить в результат из выхоных регистров. Каждый DAG отвечает за четыре указателя адреса. Если указатель используется для косвенной адресации то измениятся значение некоторого регистра. С двумя генераторами процессор может выдавать два адреса одновременно для выборки из памяти двух операндов.

   Для автоматической адресации модуля  круговых буферов значение длины операнда может быть связано с каждым указателем.  (Круговая буферная особенность также используется последовательными портами для автоматической передачи данных).

   DAG1 обеспечивает адреса только для данных, DAG2 – для данных и программ. Когда в регистре состояния (MSTAT) установлен соответствующий бит режима, адрес вывода DAG1 прежде чем попасть на шину адреса инвертируется. Эта особенность облегчает работу в двоичной системе.

            Программа Sequenсer обеспечивает последовательность команд и адресацию памяти программы. Sequencer управляется регистром команд, который указывает на команду, которая в данный момент выполняется. Выбранные команды записываются в регистр команд за один такт процессора и выполняются в течении следующего. Чтобы уменьшить количество циклов, sequencer поддерживает работу с условными переходами.

Шины

          Процессоры семейства имеют пять внутренних шин. Шины адреса программы (PMA) и адреса данных (DMA) связаны с адресами памяти данных и программы. Шина данных программы (PMD) и шина данных (DMD) используются для передачи информации связанной с областями памяти. Шины мультиплексированы в одну внешнюю шину адреса и одну внешнюю шину данных. R-шина предназначена для передачи промежуточных результатов непосредственно между вычислительными модулями.

          Адресная шина PMA шириной 14 бит обеспечивает достум к 16Кбайтам смешанной системы команд  и данных. 24-разрядная шина PMD предназначена для работы с 24-битными командами.

            Адресная шина DMA шириной 14 бит, обеспечивает прямой доступ к 16Кбайтам области данных. 16-разрядная шина DMD предназначена для внутренних пересылок между любыми регистрами процессора  и регистров с памятью в одиночном цикле. Адрес памяти данных исходит из двух источников: абсолютное значение, определенное в системе команд (прямая адресация) или вывод данных адресует генератор (косвенная адресация). Воспользоваться  данными из области команд можно лишь с помощью косвенной адресации.

          Шина данных памяти программы (PMD) предназначена для передачи данных  в вычислительные модули и считывания результата вычислений через PMD-DMD модуль обмена. Этот модуль позволяет передавать данные от одной шины к другой. Он имеет аппаратные средства для перехода от 8-разрядной шины к другой.

Внутренние переферийные устройства

            Этот раздел описывает дополнительные функциональные модули, которые включены в различные процессоры ADSP-2100 семейства.

Последовательные порты

          Процессор имеет  два последовательных двунаправленных порта. Порты – синхронные и используют кадровые сигналы для контроля за приемом-передачей данных. Каждый порт имеет внутренний генератор частоты, но в то же время может использовать внешний генератор. Сигналы синхронизации могут вырабатываться как самим портом, так и внешним устройством. Длина кадра обмена может меняться от трех до шести бит. Последовательный порт SPRT0 имеет многоканальные возможности и пзволяет обмен данными произвольной длины от 24 до 32 байт. Второй порт SPORT1 может быть сконфигурирован с помощью внешних прерываний IRQ0 и IRQ1.

Таймер

          Регистр счета (16-разрядов) определяет время генерации прерываний, прерывание вырабатывается когда значение регистра равно нулю.

Главный интерфейсный порт (HIP)

          Главный интерфейсный порт – параллельный порт ввода-вывода осуществляет прямое соединение с процессором. Через него производится обмен между ADSP  и памятью главной ЭВМ. HIP состоит из регистров, через которые ADSP-2100 и главный процессор обмениваются информацией о состоянии и данными. HIP может быть сконфигурирован следующим образом:

-               8-разрядная или 16-разрядная шина;

-               мультиплексная шина данных/шина адреса или отдельно шина данных и шина адреса;

-               чтение  стробирующих сигналов READ/WRITE.

Аналоговый интерфейс

          Входной аналоговый интерфейс состоит из входных усилителей и 16-разрядного аналогоцифрового преобразователя (ADC). Аналогично на выходе находится цифроаналоговый преобразователь и выходной дифференциальный усилитель.