Тактовая синхронизация регенератора

Лекция № 9 Регенераторы ЦСП

Общие сведения

Регенераторы предназначены для устранения действия помех и линейных искажений в линейном тракте, которые изменяют амплитуду, длительность и фор­му импульсов линейного сигнала, а также величину временного интервала между соседними символами.

Возможность регенерации линейного сигнала относительно простыми тех­ническими средствами является одним из главных достоинств импульсно-кодовых систем. Регенерация позволяет «очистить» от помех и искажений сигнал, прошедший через участок линии связи, и восстановить его в том виде, в каком он поступил на вход этого участка. Регенераторы устанавливаются в тракте приема оконечной станции (в этом случае они называются станционными реге­нераторами) и в промежуточных необслуживаемых регенерационных пунктах. НРП питаются дистанционно от оконечных станций.

По сравнению с НУП аналоговых многоканальных систем передачи НРП более экономичны по по­требляемой электроэнергии, проще по схемотехнике, не требуют точных кор­рекций линейных искажений передаваемого сигнала и более устойчивы к воз­действию различного рода дестабилизирующих факторов. Восстановление (регенерация) сигнала в линейном тракте, содержащем большое число НРП, происходит практически без накопления помех.

Упрощенная структурная схема регенератора изображена на рис. 15.23. На рис. 15.24 приведены временные диаграммы напряжений в различных точках этой схемы: а) передаваемый ИКМ-сигнал после УК; б) сигнал синхронизации (строб-импульсы); в) сигнал на выходе по­рогового устройства; г) сигнал на выходе регенератора.

 

Как видно из рис. 15.23 и 15.24, порого­вое устройство представляет собой схему срав­нения, работающую в импульсном, (стробируемом) режиме. Мгновен-ное значение передаваемого сигнала U_n(t) (рис. 15.24, а) в момент прихода стро-бирующего импульса (рис. 15.24, б) сравнивается в ПУ с некоторым, опреде-ленным образом выбранным пороговым напряжением U_noo. Если U_n(t)>U_пор то на выходе ПУ формируется импульс «1», если U_n(t)<U_пор - импульс «0» (рис. 15.24, в). Импульсы с выхода ПУ запуска­ют формирователь импульсов (Ф), на выходе которого образуется регенерированный сигнал (рис. 15.24, г).

В такой схеме можно отметить две закономерности:

1) форма и длительность импульса на выхо­де регенератора всегда стабильны и определя­ются работой формирователя импульсов;

2) временные интервалы между импульсами зависят только от правильной работы системы синхронизации и в идеальном случае кратны периоду тактовой частоты.

Лекция № 9 Регенераторы ЦСП

Общие сведения

Регенераторы предназначены для устранения действия помех и линейных искажений в линейном тракте, которые изменяют амплитуду, длительность и фор­му импульсов линейного сигнала, а также величину временного интервала между соседними символами.

Возможность регенерации линейного сигнала относительно простыми тех­ническими средствами является одним из главных достоинств импульсно-кодовых систем. Регенерация позволяет «очистить» от помех и искажений сигнал, прошедший через участок линии связи, и восстановить его в том виде, в каком он поступил на вход этого участка. Регенераторы устанавливаются в тракте приема оконечной станции (в этом случае они называются станционными реге­нераторами) и в промежуточных необслуживаемых регенерационных пунктах. НРП питаются дистанционно от оконечных станций.

По сравнению с НУП аналоговых многоканальных систем передачи НРП более экономичны по по­требляемой электроэнергии, проще по схемотехнике, не требуют точных кор­рекций линейных искажений передаваемого сигнала и более устойчивы к воз­действию различного рода дестабилизирующих факторов. Восстановление (регенерация) сигнала в линейном тракте, содержащем большое число НРП, происходит практически без накопления помех.

Упрощенная структурная схема регенератора изображена на рис. 15.23. На рис. 15.24 приведены временные диаграммы напряжений в различных точках этой схемы: а) передаваемый ИКМ-сигнал после УК; б) сигнал синхронизации (строб-импульсы); в) сигнал на выходе по­рогового устройства; г) сигнал на выходе регенератора.

 

Как видно из рис. 15.23 и 15.24, порого­вое устройство представляет собой схему срав­нения, работающую в импульсном, (стробируемом) режиме. Мгновен-ное значение передаваемого сигнала U_n(t) (рис. 15.24, а) в момент прихода стро-бирующего импульса (рис. 15.24, б) сравнивается в ПУ с некоторым, опреде-ленным образом выбранным пороговым напряжением U_noo. Если U_n(t)>U_пор то на выходе ПУ формируется импульс «1», если U_n(t)<U_пор - импульс «0» (рис. 15.24, в). Импульсы с выхода ПУ запуска­ют формирователь импульсов (Ф), на выходе которого образуется регенерированный сигнал (рис. 15.24, г).

В такой схеме можно отметить две закономерности:

1) форма и длительность импульса на выхо­де регенератора всегда стабильны и определя­ются работой формирователя импульсов;

2) временные интервалы между импульсами зависят только от правильной работы системы синхронизации и в идеальном случае кратны периоду тактовой частоты.

Тактовая синхронизация регенератора

Рассмотрим особенности формирования сигнала тактовой синхронизации. Различают два варианта формирования:

1) на основе внешнего сигнала синхронизации;

2) на основе выделения тактовой частоты из случайно изменяющегося цифрового сигнала, который приходит на вход регенератора (внутренняя син­хронизация).

Внешний сигнал синхронизации представляет собой синусоидальный или им­пульсный сигнал с частотой, равной гармонике (nf_Т) или субгармонике f_Т/n тактовой частоты f_Т. Он передается по отдельной линии связи, что в большин­стве случаев неприемлемо.

Если же цифровой сигнал передается в квазитро­ичном коде, то в его спектре отсутствует компо­нент тактовой частоты (см. рис. 15.9). В этом слу­чае необходимо предварительно преобразовать его из квазитроичного кода в двоичный, исполь­зуя, например, двухполупериодный безынерци­онный выпрями-тель.

Структурная схема блока формирования стробирующих импульсов тактовой частоты представлена на рис. 15.28, а ос­циллограммы, поясняющие работу отдельных блоков, — на рис. 15.29. Как по­казано на рис. 15.28, на вход блока 1 - двухполупериодного выпрямителя по­ступает цифровой сигнал в квазитроичном коде, на выходе блока 7 формирует­ся цифровой сигнал в двоич-ном коде (рис.15.29,а). После полосового фильтра 2 выделяется синусоидаль-ный сигнал тактовой частоты (рис.15.29,б), который усиливается и ограничивает-ся в блоках 3 и 4 (рис. 15.29, в), дифференцируется в блоке 5 (рис. 15.29, г).

После однополупериодного безынерционного выпря­мителя 6 выделяются импульсы одной полярности, например положитель­ной (рис. 15.29, д), которые поступают в блок формирования импульсов 7 (рис. 15.29, е) и далее через линию задержки 8 на вход управления порогового устройства (рис. 15.29, ж). Время задержки в блоке подбирается таким образом, чтобы появление строб-импуль­сов соответствовало максималь­ным значениям в передаваемом сигнале, который поступает на первый вход порогового устрой­ства (см. рис. 15.24).

 

Основным узлом схемы такто­вой синхронизации (см. рис. 15.28) является высокодобротный узко­полосной фильтр 2, выполняе­мый на основе кварцевых фильт­ров или фильтров на поверхност­ных акустических волнах.

Выбор очень узкой полосы связан с тем, что выходной сигнал фильтра «загрязнен» частотными компо­нентами случайной составляю­щей спектра цифрового сигнала, которые попадают в полосу пропускания этого фильтра.

Выбор очень узкой полосы связан с тем, что выходной сигнал фильтра «загрязнен» частотными компо­нентами случайной составляю­щей спектра цифрового сигнала, которые попадают в полосу пропускания этого фильтра.

В результате сиг­нал будет случайным образом модулирован по амплитуде и фазе. Паразитная амплитудная модуляция снимается с помощью ограничи-теля, но модуляция по фазе сохраняется, что приводит к случайному изменению временных положе­ний строб-импульсов относительно тактовых точек.

Соответственно изменя­ются и временные позиции регенерированного ифрового сигнала. Такое явле­ние называется джиттером (jitter).

 

Все большее распространение получают схемы выделения колебания так­товой частоты на основе системы фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ (рис. 15.30), где блоки 1—4 и 7,8 совпадают по назначению с одноименными блоками на рис. 15.28, а новыми являются блоки 9—12. Здесь сигнал такто­вой частоты с выхода ограничителя 4 поступает на фазовый детектор ФД 9, на второй вход которого подается импульсный (или синусоидальный) сигнал так­товой частоты от местного генератора тактовой частоты ГТЧ 10. ФД вырабаты­вает управляющее напряжение U_y, пропорциональное разности фаз сигналов на входах ФД.

Напряжение с выхода усилителя постоянного тока УПТ 12, огра­ниченное по частоте фильтром //, поступает да вход цепи управления ФАПЧ генератора 10.

 

Изменение параметров цепи ФАПЧ приводит к изменению час­тоты сигнала ГТЧ в соответствии с разностью фаз сигнала принимаемой цифровой последо-вательности и стробирующего сигнала ГТЧ. Процесс про­должается до тех пор, пока частоты сигналов на входах ФД не выравниваются, при этом U_y = 0. В качестве управляемого элемента в ГТЧ 70 обычно использу­ют варикап (см. параграф 7.2).

Применение ФАПЧ дает такой же эффект, как и использование гипотетического полосового фильтра 2 с полосой пропус­кания, равной удвоенной полосе частот ФНЧ 11, Поскольку эта полоса частот может быть сделана очень узкой (единицы и доли килогерц), тогда как полоса частот ПФ 2 значительно шире, то использование системы ФАПЧ обеспечива­ет более «чистый» сигнал синхронизации. Соответственно уменьшается и джиттер цифрового сигнала.