Омский государственный университет путей сообщений
Реферат на тему
Анализатор телефонных каналов
Омск 2001г.
TOC \o "1-3" Назначение и основные параметры анализатора телефонных каналов. PAGEREF _Toc510758622 \h 3
Затухание эхо-сигнала PAGEREF _Toc510758623 \h 3
Нелинейные искажения PAGEREF _Toc510758624 \h 3
Относительная амплитудно-частотная характеристика затухания PAGEREF _Toc510758625 \h 3
Относительная характеристика группового времени прохождения PAGEREF _Toc510758626 \h 3
Затухание продуктов паразитной модуляции сигнала PAGEREF _Toc510758627 \h 3
Структурная схема анализатора. PAGEREF _Toc510758628 \h 4
Описание Процессора ADSP-21msp58. PAGEREF _Toc510758629 \h 6
Системный интерфейс и интерфейс памяти PAGEREF _Toc510758630 \h 7
Система команд PAGEREF _Toc510758631 \h 7
Эффективность сигнального процессора PAGEREF _Toc510758632 \h 7
Вычислительные модули PAGEREF _Toc510758633 \h 7
структурная схема процессора семейства ADSP-2100 PAGEREF _Toc510758634 \h 7
Генераторы адресов данных и программа sequencer PAGEREF _Toc510758635 \h 8
Шины PAGEREF _Toc510758636 \h 9
Внутренние переферийные устройства PAGEREF _Toc510758637 \h 9
Последовательные порты PAGEREF _Toc510758638 \h 9
Таймер PAGEREF _Toc510758639 \h 10
Главный интерфейсный порт (HIP) PAGEREF _Toc510758640 \h 10
Аналоговый интерфейс PAGEREF _Toc510758641 \h 10
Литература. PAGEREF _Toc510758642 \h 11
Назначение и основные параметры анализатора телефонных каналов.
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.
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.
Описание Процессора ADSP-21msp58.
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
Рис.2 Основная 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.
Литература.
