Скалин Цифровые системы передач

показан пороговый уровень РУ. Ца рис. 4.8, д показаны сигналы тактовой синхронизации. Из рисунка видно, что сигналы УТС размещаются в центрах тактовых интервалов, на которых входные сигналы РУ имеют максимальное значение и наименее искаженную форму, т. е. обеспечивается максимальное превышение сигнала над помехой, а следовательно, и верность регистрации.

Из рисунка также ясно, что смещение синхросигнала может привести к ошибке регенерации. Не исключается ошибочное решение и при правильном расположении тактовых синхроимпульсов. Такой случай возможен, если полярность помехи противоположна полярности импульса, а ее абсолютная величина больше порогового значения. Тогда уровень импульса,

искаженного помехой, будет ниже порогового уровня, что при регенерации приведет к ошибке. Если при отсутствии импульса уровень помехи окажется выше порогового, это также приведет к ошибке.

Построение регенераторов. Регенераторы современных ЦСП классифицируются по методу регистрации импульсов, виду тактовой синхронизации, методам получения колебания тактовой частоты и использования синхросигнала в процессе регенерации импульсов.

По методам регистрации импульсов различают регенераторы с однократным и многократным стробированием импульса цифрового сигнала.

Практическое применение благодаря достаточной простоте реализации узлов регистрации нашли регенераторы с однократным стробированием, в которых на протяжении одного символа цифрового сигнала берется один отсчет и с помощью РУ устанавливается наличие 1 или 0 на входе регенератора.

По видам синхронизации различают регенераторы с внешней и внутренней синхронизациями.

При использовании внешней синхронизации цифровой сигнал в оконечном оборудовании линейного тракта объединяют с синхросигналом,

получаемым от специальных УТС. При внешней синхронизации возможна также передача сигналов тактовой синхронизации по отдельному тракту. Оба способа внешней синхронизации требуют значительного усложнения

оборудования системы и неэкономичны. Передача синхросигнала по отдельному тракту связана с необходимостью выравнивания группового времени распространения для информационных и синхротрактов.

Совместная передача цифрового и синхросигналов кроме усложнения оборудования передачи приводит к усложнению схем регенераторов из-за необходимости осуществления процессов выделения тактовой частоты,

подавления на входе регенератора составляющих цифрового сигнала,

близких к тактовой частоте, объединения на выходе регенератора цифрового сигнала и сигнала тактовой синхронизации.

Исходя из этого на практике чаще всего используются регенераторы с внутренней синхронизацией, в которых тактовая синхронизирующая частота выделяется из цифрового сигнала. В зависимости от способа получения тактовой частоты регенераторы с внутренней синхронизацией подразделяются на регенераторы с пассивной и активной фильтрацией тактовой частоты.

Рис. 4.9. Структурные схемы устройств тактовой синхронизации регенераторов

При активной фильтрации для формирования колебания тактовой частоты используются генераторы с фазовой автоподстройкой либо генераторы, синхронизируемые входящим цифровым сигналом. При пассивной фильтрации для выделения колебания тактовой частоты используются избирательные цепи типа резонансных контуров,

многоконтурных схем, фильтров.

В связи с тем, что устойчивость регенератора обратного действия ниже устойчивости регенератора прямого действия из-за наличия контура обратной связи, на практике чаще используют регенераторы прямого действия.

Известны три способа использования сигналов тактовой синхронизации в процессе регенерации импульсов цифрового сигнала:

перемножение регенерируемого сигнала с сигналом синхронизации с помощью схем логического умножения;

сложение регенерируемого сигнала с сигналом синхронизации;

перемножение сигналов с последующим сложением полученного результата с сигналом синхронизации или линейным сигналом.

Наибольшее распространение получили регенераторы с РУ,

осуществляющими перемножение регенерируемого сигнала с сигналом тактовой синхронизации (рис. 4.11). В таких регенераторах РУ осуществляет стробирование сигнала на его входе в моменты времени, определяемые УТС,

в этом случае схема регистрации позволяет полностью восстановить временные интервалы между символами цифрового сигнала, так как они полностью определены моментами появления стробирующих импульсов на выходах УТС. Длительность стробирующего импульса обычно во много раз меньше длительности регистрируемого символа цифрового сигнала.

В высокоскоростных ЦСП выработка стробирующих импульсов в регенераторах сильно затруднена, так как их длительность оказывается значительно меньше длительности очень коротких элементарных символов цифрового сигнала. В данном случае применяют регистрацию с частичным восстановлением временных соотношений цифрового сигнала. При этом в РУ осуществляется сложение входящего цифрового сигнала с сигналом тактовой частоты, вырабатываемым УТС. В дальнейшем из напряжения суммарного сигнала вычитается пороговое напряжение, что позволяет определить значение регенерируемого символа. В некоторых случаях возможно применение комбинации двух рассмотренных выше методов.

Рис. 4.11. Регенератор со стробироРис. 4.12. Регенератор квазитроичных

Рис. 4.13. Система АРУ и АРП

Рассмотренные выше структуры регенераторов предназначены для восстановления однополярных цифровых сигналов. Для восстановления формы двухполярных сигналов регенератором должно быть предусмотрено два канала регенерации — отдельно для положительных и отрицательных импульсов. Разделение импульсов в соответствии с полярностью наиболее просто реализуется с помощью дифференциальных трансформаторов.

Функциональная схема регенератора двухполярного квазитроичного сигнала представлена на рис. 4.12. В этой схеме усилитель-корректор УК обеспечивает усиление и коррекцию двухполярного цифрового сигнала.

Трансформатор Tpi имеет вторичную обмотку с заземленной средней точкой,

благодаря чему положительные импульсы на входе регенератора создают положительный потенциал на входе РУь а отрицательные — положительный потенциал на входе РУ2. В моменты, определяемые стробирующими импульсами, поступающими от УТС, срабатывает то из двух РУ, на входе которого положительный потенциал превышает пороговое значение.

Формирующие устройства ФУ] и ФУ2 обеспечивают формирование импульсов с заданными параметрами. В первичной обмотке трансформатора

Тр2 токи с выходов ФУ, и ФУ2 имеют противоположные направления, что позволяет формировать двухполярный сигнал на выходе регенератора.

Температурные изменения затухания регенерационного участка, а

также изменения затухания, вызванные отклонением длин регенерационных участков от номинального значения, приводят к изменению уровней сигналов на входе УК, а следовательно, и на входе РУ. Это может вызвать неверное опознавание значения символа. Исключить данное явление можно либо изменением порогового уровня РУ в зависимости от уровня сигнала на выходе УК, либо стабилизацией амплитуды скорректированного импульса на выходе УК за счет изменения его усиления при изменении затухания регенерационного участка. В первом случае применяют схему автоматической регулировки порогового уровня (АРП) решающего устройства, во втором — схему автоматической регулировки усиления (АРУ)

в УК. В некоторых регенераторах используют обе схемы (рис. 4.13).

При использовании схемы АРУ регуляторы усиления могут быть размещены как на входе УК (Peri), так и в цепи ООС—УК (Регг). Чаще реализуется первый вариант, обеспечивающий большой диапазон регулировки. Поскольку уровень цифрового сигнала на входе регенератора всецело определяется затуханием регенерационного участка (в аналоговых системах уровень сигнала на входе НУП зависит от его уровня на выходе оконечного пункта передачи, тогда как в ЦСП этот уровень не меняется), из экономических соображений целесообразно использовать наиболее про-

стую— электрическую систему АРУ по уровню входящего сигнала. Блок АРУ в регенераторах в зависимости от уровня сигнала на выходе УК вырабатывает сигнал управления регенератором Упр. рег. В блоке АРП определяется уровень входного сигнала и вырабатывается соответствующее пороговое напряжение для РУ.

Применение АРУ и АРП позволяет варьировать длины регенерационных участков в больших пределах, упрощая строительство

линии передачи, настройку и эксплуатацию линейного тракта (в частности,

отпадает необходимость в использовании искусственных линий).

Параметры регенераторов. Основным параметром регенератора является коэффициент ошибок Кош, определяемый как отношение числа ошибочно регенерированных символов Л/ош к общему числу символов N0:

Kom = NOn/N0. (4.1)

Вкаждой конкретной системе передачи для номинальной длины регенерационного участка задается минимально допустимое значение Кош-

Внекоторых случаях в качестве основного параметра используется значение помехоустойчивости. Под помехоустойчивостью регенератора понимают то минимальное значение защищенности Л37Ш„ на входе регенератора, при которой обеспечивается заданный Кош-

Помехоустойчивость оценивается с учетом ухудшающих работу регенератора факторов—неточности коррекции, нестабильности тактовой частоты, наличия зоны неопределенного решения РУ.

Для оценки качества коррекции импульсов УК регенератора и возможности достоверной регистрации импульса цифрового сигнала используются так называемые глаз-диаграммы. Глаз-диаграмма — это график или картинка на экране осциллографа, состоящая из системы наложенных друг на друга всех возможных вариантов цифрового сигнала в интервале времени, равном двум тактовым интервалам.

Рис. 4.14. Характеристика для оценки помехоустойчивости регенераторов (глаз-диаграмма)

На рис. 4.14 представлен вариант глаз-диаграммы. Точка Р графически фиксирует опознавание импульса в центре тактового интервала на уровне,

равном половине его амплитуды. Разность ДС/р между уровнями регистрируемого импульса и соседнего, создающего максимальную по величине межсимвольную помеху, называется раскрывом глаз-диаграммы.

Чем больше раскрыв, тем больше допустимый уровень аддитивной помехи,

при которой будет принято правильное решение. Следовательно, увеличение рас-крыва снижает коэффициент ошибок регенератора, а его уменьшение приводит к росту Кош- Отметим, что раскрыв уменьшается при смещении момента регистрации от центра импульса (точка Р смещается влево или вправо).

4.3 НАКОПЛЕНИЕ ПОМЕХ В ЦИФРОВОМ ЛИНЕЙНОМ

ТРАКТЕ

Нормирование помех в ЦЛТ. Неверная регенерация символов в регенераторе приводит к появлению ошибки в линейном цифровом сигнале,

в результате чего искажается форма сигнала на выходе ФНЧ приемника канала цифровой системы. На выходе декодера ошибка искажает закон изменения амплитуд импульсов сигнала АИМ-2, что вызывает появление на выходе ФНЧ выбросов тока, воспринимаемых в виде щелчков в канале ТЧ.

Экспериментальные исследования показали, что щелчки наиболее заметны при ошибочной регенерации одного из двух символов старших разрядов кодовой комбинации, так как в этом случае разница между уровнями АИМ сигналов на выходе декодера для верной и ошибочной кодовых комбинаций велика и вызывает на выходе ФНЧ достаточно большой по величине выброс тока. По существующим нормам удовлетворительное качество канала обеспечивается при наличии не более одного щелчка в минуту.

При частоте дискретизации /д=8 кГц, что соответствует передаче по каждому каналу 8-103-60 = 4,8-105 кодовых комбинаций/ мин, допустим ошибочный прием одного из 2-4,8-105 символов/мин. При равной вероятности ошибочного приема любого разряда кодовой комбинации вероятность ошибочного приема разряда для всего линейного тракта должна удовлетворять условию

рош < 1/(9,6 • 105)« Ю-6.

При передаче телевизионных сигналов по линейному тракту ЦСП ошибка при регенерации двух-трех старших разрядов кодовой комбинации приводит к искажениям принимаемого сигнала, воспринимаемых в виде мерцающих светлых и темных точек на экране.

Достаточное качество изображения обеспечивается при появлении точек не чаще 1 раза в секунду. При принятой в СССР скорости передачи сигнала изображения 103104 кбит/с и числе разрядов в кодовой комбинации

т = 8 вероятность ошибки не должна превышать рош= (8/103104-106) «3,9-

Ю-8.

Таким образом, для передачи телевизионных сигналов требуется более высокая верность в линейном тракте, чем для передачи телефонных сигналов. Поэтому в ЦЛТ, предназначенных для передачи сигналов телевидения, применяют способы защиты от ошибок, позволяющие уменьшить заметность возникающих искажений (например,

скремблирование).

Ошибочная регенерация символов линейного сигнала при наличии в составе сигнала цифровых потоков, сформированных из стандартных частотных групп (ИКМ и ЧРК), приводит к искажению сигналов в каждом из входящих в группу каналов. На выходе каналов ТЧ группы эти искажения воспринимаются в виде шума с практически равномерным энергетическим спектром.

При вероятности ошибки в линейном тракте р0ш=Ю_6 мощность помех в канале ТЧ не превышает 300 пВт псоф. Следовательно, при обеспечении норм на вероятность ошибки в линейном тракте ЦСП с большим запасом выполняются нормы на мощность шумов в каналах ТЧ, входящих в состав стандартных частотных групп.

Кроме ошибок регенераторы вносят в цифровой линейный сигнал фазовые флуктуации, представляющие собой неверно восстановленное временные положения символов кодовых комбинаций. Неправильное восстановление временных соотношений в цифровом сигнале на выходе регенератора связано с непостоянством временного положения импульсов тактовой синхронизации, называемым фазовым дрожанием. Фазовые дрожания импульсов тактовой синхронизации вызывают фазовые дрожания символов цифрового сигнала.