Скалин Цифровые системы передач

постоянной составляющей и НЧ составляющих спектра выше, чем у ВЧ составляющих. Ширина первого лепестка спектра велика — 2/т.

Проходя через тракт с большим числом линейных трансформаторов,

подавляющие самые мощные составляющие спектра, сигнал сильно искажается и его регенерация становится затруднительной. Следовательно,

такой сигнал не удовлетворяет первому требованию, предъявляемому к цифровому линейному сигналу. Не удовлетворяет он и третьему требованию.

Наличие fT в спектре сигнала не может служить основанием для его применения, так как не выполняется первое требование, являющееся самым важным.

В линейных трактах сельских цифровых систем передачи ИКМ-12М и ИКМ-15 используются двоичные сигналы со скважностью импульсов q=\,

так называемые сигналы с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал»

(рис. 4.3, в). Энергетический спектр такого сигнала (рис. 4.3, г) не содержит дискретных составляющих, его непрерывная составляющая концентрируется в области низких частот, имеется мощная постоянная составляющая. Этот сигнал не удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к форме и составу спектра линейного цифрового сигнала. В то же время меньшая ширина спектра, чем у сигнала с q = 2, в сочетании со специальным методом регенерации (см. § 7.3) позволяют добиться помехоустойчивости регенераторов, сравнимой с помехоустойчивостью при использовании квазитроичных сигналов, которые будут рассмотрены ниже. При этом регенератор двоичного сигнала с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал», будет проще и экономичнее регенератора квазитроичного сигнала.

Постоянная составляющая в энергетическом спектре однополярной случайной импульсной последовательности определяется энергией импульсов, поступивших на вход приемного устройства за определенный отрезок времени. .Если вместо однополярной последовательности импульсов использовать последовательность импульсов чередующейся полярности, то

за определенный промежуток времени суммарная энергия положительных и отрицательных импульсов на накопителе приемного устройства будет равна нулю. Эта идея была использована при формировании основного вида линейного цифрового сигнала, получившего название сигнала с чередованием полярности импульсов ЧПИ

Рис. 4.4. Квазитроичный цифровой код с чередованием полярности импульсов ЧПИ и его энергетический спектр

На рис. 4.4, а представлена двоичная кодовая комбинация, а на рис. 4.4

б полученная из нее комбинация в коде ЧПИ. Видно, что символы,

используемые в комбинации кода ЧПИ, могут иметь три уровня: —1; 0; +1. В

то же время количество информации в кодовой комбинации ЧПИ такое же,

как и в двоичном коде, так как она получена из двоичной комбинации.

Количество информации в кодовой комбинации, состоящей из элементов трех уровней, больше, чем в двоичной. Избыточность информации при использовании кода ЧПИ позволяет контролировать наличие ошибок в линейном тракте.

Энергетический спектр случайной импульсной последовательности

(рис. 4.4, в) концентрируется в узкой области вблизи частоты 0,5fT,

называемой полутактовой. В спектре сигнала отсутствует составляющая с частотой fT, что затрудняет построение систем тактовой синхронизации. Тем не менее отсутствие постоянной составляющей и концентрация спектра в области частот ниже fT позволяют при одинаковых значениях тактовой

частоты получить для сигнала с ЧПИ меньшие, чем для двоичного, величины межсимвольных искажений и переходной помехи. Это и определило широкое использование сигнала с ЧПИ в низкоскоростных и средне-

скоростных ЦСП.

Сигнал с ЧПИ обладает одним существенным недостатком — при отсутствии передачи по части каналов в сигнале появляются длинные серии пробелов (нулей). В данном случае возможен сбой системы тактовой синхронизации. Чтобы этого не происходило, следует ограничить в коде ЧПИ число подряд следующих нулей. Эта задача была решена созданием кодов с высокой плотностью единиц (КВП). Наибольшее распространение получил кодКВП-3,в комбинациях которого допускается не более трех нулей между двумя соседними единицами. Этот код еще называют модифици-

рованным квазитроичным кодом МЧПИ.

Код МЧПИ может быть получен из двоичного по определенному алгоритму, предусматривающему чередование полярности импульсов В двоичного кода, разделенных не более чем тремя нулями. Если число нулей между двумя импульсами В двоичного кода четыре и более, то каждые четыре нуля заменяются комбинацией, выбранной по закону, указанному в табл. 4.1. Временные диаграммы и энергетический спектр кода МЧПИ приведены на рис. 4.5, а—в.

Рис. 4.5. Модифицированный квазитроичный цифровой код с повышенной плотностью единиц МЧПИ (КВП-3) и пятиричный балансный цифровой код БК-45: а — двоичный цифровой поток на входе преобразователя кода МЧПИ (КВП-3); б — цифровой поток на выходе преобразователя кода МЧПИ (КВП-3); в — энергетический спектр кода МЧПИ (КВП-3) в сравнении со спектром кода ЧПИ; г — пятиричный цифровой код БК-45

Из таблицы видно, что в коде МЧПИ каждые четыре нуля заменяются комбинацией 000V, где через V обозначен символ, полярность которого повторяет полярность предыдущего символа В, либо комбинацией BOOV,

где В —символ, формируемый по алгоритму чередования полярности, а V —

символ, повторяющий полярность символа В. Двойная подстановка дает возможность сбалансировать число +1 и —1 в коде МЧПИ и тем самым исключить появление постоянной составляющей линейного сигнала.

Код МЧПИ позволяет упростить требования к устройствам тактовой синхронизации, в то же время он в значительной степени усложняет преобразователи кодов на приеме и передаче. К тому же транскодер приема должен отмечать нарушение чередования полярности единиц, одновременно определяя число нулей, предшествующих возникновению нарушений

(необходимость в этом диктуется задачей отыскания подстановок типа 000V

или B00V), и только затем принимать решения по преобразованию символов

кода МЧПИ в символы двоичного кода; при этом процесс преобразования кода должен происходить с некоторой задержкой.

Код МЧПИ, как и код ЧПИ, позволяет обнаружить ошибки. В коде ЧПИ ошибка обнаруживается при выявлении нарушения чередования полярности импульсов, а в МЧПИ — вставок. Помеха, приводящая к трансформации символа кодовой последовательности, вызывает нарушение чередования полярности импульсов ЧПИ либо вставок МЧПИ. Следует отметить, что энергетический спектр кода незначительно отличается от спектра кода ЧПИ.

В высокоскоростных ЦСП тактовая частота достаточна велика,

соответственно увеличивается затухание регенерационного участка, поэтому для обеспечения требуемой помехозащищенности необходимо укорачивать регенерационный участок. Но при этом цифровые системы передачи в экономическом отношении уступают аналоговым. Например, система ИКМ-

1920 при использовании в качестве линейного кода МЧПИ имеет длину регенерационного участка /Р.у = 3 км, тогда как аналоговая система К-3600 с

числом каналов почти в 2 раза большим, имеет такой же по длине усили-

тельный участок. Увеличение пропускной способности линейного тракта (а

следовательно, и числа каналов) без увеличения тактовой частоты возможно при использовании кодов с числом уровней символов больше трех.

С увеличением числа уровней символов кода помехозащищенность снижается. Было установлено, что достаточно большая помехоустойчивость регенератора ЦЛТ может быть получена при числе уровней в коде, равном пяти, при этом длина регенерационного участка остается такой же, как и при использовании кода МЧПИ.

На рис. 4.5, г показана реализация двоичного кода и полученная из нее реализация пятиричного балансного кода БК-45, разработанного советскими учеными. Символы двоичного кода 0; 1 преобразуются по определенному закону в символы пятиричного +2; 4-1; 0; —1; —2. При длине регенерационного участка 3 км использование кода БК-45 позволило

реализовать систему ИКМ-1920 X2 с числом каналов в 2 раза большим, чем в ИКМ-1920, с регенерационным участком такой же длины.

В некоторых случаях достаточно большая помехозащищенность может быть реализована при изменении статистической структуры двоичного цифрового сигнала с помощью операции, называемой скремблированием.

Скремблирование — это преобразование информационного двоичного сигнала в сигнал, близкий к случайному, имеющий биномиальное распределение вероятностей появления комбинаций символов при равновероятном появлении символов 1 и 0. В отличие от информационного сигнала, в котором вероятность появления определенной группы символов произвольна в скремблированном сигнале, эта вероятность определяется законом скремблирования. Поэтому в скремблированном сигнале появление любых комбинаций, в том числе длинных серий нулей, предсказуемо и поддается расчету.

При подборе соответствующего алгоритма скремблера, позволяющего получить определенную вероятность формирования определенной группы символов (например, длинной серии нулей или комбинаций, похожих на цикловой синхросигнал), имеется возможность улучшить статистические свойства сигнала таким образом, чтобы в целом повысить помехозащищенность ЦСП. Скремблирование сигнала широко используется в среднескоростных и высокоскоростных ЦСП, улучшая и упрощая работу устройств тактовой синхронизации.

Устройства формирования кодов цифровой линии передачи — преобразователи кодов. Как уже отмечалось, в некоторых ЦСП в качестве линейного кода используется двоичный код с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал». Формируется такой сигнал из двоичного цифрового сигнала с защитными интервалами между импульсами. Скважность преобразуемого цифрового сигнала, как правило, q = 2.

Преобразование можно осуществить с помощью счетного триггера.

Реализация преобразователей кода ПК передачи и временные диаграммы

работы устройства представлены на рис. 4.6, а. Триггер Тг, управляемый то входу С, изменяет свое состояние по фронту каждого информационного импульса, благодаря чему длительность импульса затягивается на весь тактовый интервал Т. Преобразователь кода приема для такого сигнала представлен на рис. 4.6, б. Входной сигнал UBX поступает на вычитающее устройство ВУ и на линию задержки ЛЗ, задерживающую входной сигнал на полтакта Г/2. Сигнал на выходе ВУ, равный разности UBX— —^л-з, будет двухполярным. Выпрямленный сигнал ивых в точности соответствует сигналу на передаче.

Рис. 4.6. Преобразователи кода приема и передачи цифровых двоичных сигналов с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал»:

а — функциональная схема и диаграммы работы ПК передачи; б —

функциональная схема и диаграммы работы ПК приема

Преобразователь двоичного кода в ЧПИ (рис. 4.7, а) в простейшем случае должен содержать схему, формирующую отдельные каналы передачи для четных и нечетных импульсов. Такая схема также реализуется на основе счетного триггера. Двоичный цифровой сигнал поступает на счетный вход триггера Di. Триггер изменяет свое состояние по фронту каждого импульса на входе С. Причем 1 появляется на основном выходе триггера при поступлении импульсов с нечетными номерами, а на инверсном выходе — с

четными.

а — функциональная схема и диаграмма работы ПК передачи; б —

функциональная схема и диаграмма работы ПК приема

В кабельных ЦСП линейный сигнал чаще всего передается в виде комбинаций импульсов постоянного тока и пробелов, что упрощает реализацию регенераторов. В то же время регенераторы кабельных систем являются наиболее распространенным элементом современных цифровых сетей. Исходя из сказанного выше рассмотрим регенерацию цифрового сигнала, представляющего собой комбинацию импульсов и пробелов (единиц и нулей). Структура регенератора представлена на рис. 4.8, а.

Рис. 4.8. Принцип регенерации цифрового двоичного сигнала

Искаженный цифровой сигнал из кабельной цепи поступает на усилитель-корректор УК, обеспечивающий частичную или полную коррекцию формы импульсов, и регистрируется решающим устройством РУ.

Решающее устройство представляет собой пороговую схему, которая срабатывает, если уровень сигнала на его входе превышает пороговый уровень РУ, и не срабатывает, если уровень входного сигнала меньше уровня порога. Пороговое напряжение может подаваться извне или вырабатываться в схеме РУ. При поступлении импульса на выходе РУ появляется управляющий сигнал, а в случае 0 (пробела) состояние РУ не изменяется.

Формирующее устройство ФУ обеспечивает формирование по сигналам РУ импульсов с принятыми для конкретной системы стандартными параметрами.

В приведенной выше схеме, характерной для современных регенераторов, регистрация входящего сигнала и принятие решения о его значении осуществляются по каждому символу в отдельности (возможно принятие решений по всей кодовой комбинации или по циклу, так называемый «прием в целом»), что значительно упрощает реализацию схемы регенератора. Однако при этом требуется введение устройства тактовой синхронизации УТС, которое должно обеспечить принятие решений на определенных временных интервалах. Эти интервалы выбираются в пределах участков тактового интервала, на которых принимаемый импульс имеет минимальные искажения, так как выбор момента регистрации в менее искаженной части импульса гарантирует верность принятия решения РУ.

Верность принимаемых РУ решений зависит, в первую очередь, от способа обнаружения двоичного сигнала и качества работы УТС. При безошибочной работе РУ каждому входному импульсу соответствует выходной, а каждому «пробелу» на входе — «пробел» на выходе. Однако из-

за присутствия на входе РУ различных помех, несовершенства устройства тактовой синхронизации и других причин в процессе регенерации возможны ошибки, выражающиеся в преобразовании 1 на входе регенератора в 0 на выходе и наоборот входного 0 в выходную 1.

Рассмотрим временные диаграммы, поясняющие принцип регенерации цифрового сигнала (рис. 4.8).

Входной сигнал, пройдя регенерационный участок (рис. 4.8, б),

искажается, форма его изменяется и на входе УК (рис. 4.8, в) она уже сильно отличается от исходной. Усилитель-корректор, устраняя амплитудно-

частотные искажения цепи, корректирует форму импульсов, обеспечивая более крутые фронты, что облегчает процесс принятия решения в РУ. Форма сигнала на входе РУ представлена на рис. 4.8, г, здесь же штриховой линией,