Тракт приема К другим каналам

Рис.10. Структурная схема цифровой системы передачи на основе ИКМ-ВРК

Первичный сигнал поступает на дифференциальную систему (ДС), предназначенную для разделения трактов передачи и приема. С выхода ДС первичный сигнал поступает на фильтр нижних частот (ФНЧ) тракта передачи, который ограничивает полосу частот первичного сигнала с целью выбора оптимального значения частоты дискретизации F_д. Такое ограничение необходимо для того, чтобы при принятой частоте дискретизации обеспечить возможность восстановления сигнала без искажений с помощью реального ФНЧ тракта приема. С выхода ФНЧтракта приема, ограниченный по спектру сигнал, поступает на канальный амплитудно-импульсный модулятор (КАИМ), на другой вход которого от генераторного оборудования передачи (ГО пер) поступают канальные импульсы, частота следования которых равна частоте дискретизации. В КАИМ осуществляется дискретизация непрерывного первичного сигнала, т.е. формирование АИМ-2 сигнала. Длительность импульсов сигнала АИМ-2 должна быть достаточно большой для того, чтобы за время их существования успел закончиться процесс кодирования. В противном случае могут возникнуть ошибки, связанные с тем, чтобы если моментам начала и окончания процесса квантования и кодирования соответствуют отличающиеся кодовые группы символов, то одна часть результирующей кодовой комбинации будет состоять из символов первой группы, а другая часть - из символов второй группы. Выходы КАИМ всех каналов запараллелены и, следовательно, на их выходах формируется групповой АИМ сигнал. Далее этот сигнал поступает в кодирующее устройство (КОДЕР), где осуществляется квантование по соответствующему закону и затем кодирование в выбранном типе кода. Процесс кодирования управляется периодической последовательностью импульсов, поступающих от ГО пер и следующих с определенной частотой, называемой тактовой f_т. На выходе кодера каждому квантованному значению соответствует кодовая комбинация. С выхода кодера уже цифровой сигнал поступает на формирующее устройство (ФУ), где происходит объединений цифрового многоканального сигнала с сигналами управления и взаимодействия автоматических телефонных станций (АТС) , поступающих от передатчика сигналов управления и вызова (Пер СУВ), и сигналов синхронизации. Таким образом, на выходе ФУ получается цикл передачи, состоящий из N_ки канальных интервалов (КИ) и нескольких дополнительных КИ, необходимых для передачи сигналов СУВ, синхросигнала, обеспечивающего синхронную работу канальных амплитудно-импульсных модуляторов на передаче и канальных селекторов на приеме, и других вспомогательных сигналов. Каждый канальный интервал представляет собой m-разрядную кодовую комбинацию, в разрядах Р_m, P_m-1 ...P₁ которой передаются двоичные символы (1 или 0).

Для обеспечения необходимого числа каналов передачи СУВ циклы цифровой системы передачи на основе ИКМ-ВРК объединяются в сверхциклы. В зависимости от общего числа КИ в цикле и числа разрядов в кодовой комбинации тактовая частота, т.е. частота следования импульсов ИКМ-сигнала на выходе ФУ будет равна

f_т = F_д m N_ки . ( 69 )

Сигнал на выходе ФУ представляет собой однополярные двоичные символы. При передаче по линии такой сигнал будет претерпевать значительные искажения. Для уменьшения искажений необходимо осуществить перекодирование сигнала для согласования спектральных характеристик сигнала с частотными характеристиками направляющей среды - линии. Эту операцию выполняет преобразователь кода передачи (ПК пер) на выходе которого получаем линейный цифровой сигнал - ЛЦС.

Линейный цифровой сигнал при прохождении по линии испытывает различного вида искажения, подвергается воздействию помех, испытывает затухание. Для устранения всех этих влияний в тракте приема оконечной станции стоит станционный регенератор (Ст.рег), восстанавливающий пришедший с линии цифровой сигнал по амплитуде, форме и временному положению. В преобразователе кода приема (ПК прм) этот восстановленный сигнал преобразуется в импульсы двоичного кода, аналогичные импульсам на выходе ФУ тракта передачи. В этом же устройстве осуществляется выделение тактовой частоты, управляющей работой генераторного оборудования приема (ГО прм). Декодер преобразует групповой ИКМ-сигнал в групповой АИМ-сигнал. Временные канальные селекторы (КС) распределяют этот сигнал по отдельным каналам. Импульсные последовательности от ГО прм поочередно открывают КС каждого канала, обеспечивая выделение отсчетов своего канала из группового АИМ -сигнала. С выхода КС канальный АИМ-сигнал поступает на вход фильтра нижних частот (ФНЧ), который из спектра АИМ сигнала выделяет полосу частот исходного первичного сигнала. Мощность первичного сигнала на выходе ФНЧ незначительна и для доведения ее до номинального значения используется усилитель низкой частоты.

Образование группового сигнала в ЦСП на основе ИКМ-ВРК приведено на рис. 11.

· · · · · · ·

С_икм

· · · · · ·

Рис.11. Образование группового ИКМ – сигнала

На рис.11а, б, в представлены первичные сигналы C₁(t)- первого, C₂(t) - второго и C_n(t) -N-го каналов и их дискретные сигналы, взятые через интервал времени Т_д (период дискретизации); на рис. 11г представлен групповой АИМ сигнал C _АИМ(t) и на рис.11д представлен цифровой ИКМ сигнал С_икм.

Определить необходимую полосу частот для передачи группового ИКМ сигнала можно следующим образом. Из рис. 11д следует

Т_ц = m·t_и ·N или 1/t_и = (1/Т_ц ) ·m ·N = F_д·m·N, ( 70 )

здесь t_и – длительность импульса кодовой комбинации. Для передачи одиночного импульса длительностью t_и вполне достаточно полосы частот Df_икм = 1/t_и и, с учетом (70), получим

Df_икм = F_д ·m ·N. ( 71 )

Полоса частот группового ИКМ сигнала соответствует скорости передачи соответствующего ему цифрового потока, т.е.

С_икм = F_д ·m·N. ( 72 )

Скорость передачи цифрового потока одного канала

С_к = F_д·m.

Виды синхронизации в цифровых системах передачи

Для систем передачи с ИКМ-ВРК необходимо обеспечить синхронную и синфазную работу канальных амплитудно-импульсных модуляторов и канальных селекторов, кодирующих и декодирующих устройств.

Синхронность реализуется системой тактовой синхронизации, а синфазность - системой цикловой синхронизации.

Синхронизация по тактовой частоте обеспечивает равенство скоростей обработки сигналов на передаче и приеме и выполняется выделением колебаний тактовой частоты из спектра линейного цифрового сигнала выделителем тактовой частоты (ВТЧ).

Тактовой частотой в системе передачи ИКМ-ВРК является частота следования импульсов группового цифрового сигнала на выходе ФУ (рис.10). В простейшем случае сигнал на выходе ФУ представляет однополярную случайную последовательность импульсов со скважностью равной двум. Энергетический

Рис.12. Энергетический спектр ИКМ сигнала

спектр такой последовательности G(w ) при одинаковых вероятностях появления “единиц” и “нулей”, а также при отсутствии флуктуаций длительности и моментов появления импульсов, содержит постоянную составляющую G(0), дискретную G_д (w) инепрерывную G_н (w ) составляющие, рис.12.

Дискретная составляющая представляет собой сумму гармоник тактовой частоты. Составляющая с тактовой частотой может быть выделена из группового ИКМ сигнала узкополосным фильтром, настроенным на эту частоту. В полосу

пропускания фильтра в данном случае попадает также часть непрерывного спектра G_н (w), которая играет роль помехи и приводит к флуктуациям тактовой частоты. Очевидно, что флуктуации тем меньше, чем меньше полоса пропускания.

Цикловая синхронизация определяет начало цикла передачи. Поскольку структура цикла всегда известна, цикловая синхронизация позволяет осуществить разделение каналов. Действие систем цикловой синхронизации основано на использовании избыточности группового ИКМ сигнала, которая специально вводится в групповой сигнал. С этой целью, как показано на рис.11д, кроме кодовых групп канальных сигналов, в состав цикла вводятся дополнительные кодовые группы или отдельные символы цикловой синхронизации, образующие синхросигнал.

Цикловая синхронизация может быть основана так же и на использовании статистических свойств передаваемого ИКМ сигнала (цикловая синхронизация с естественной информационной избыточностью).

В системах передачи с ИКМ-ВРК основное применение нашли устройства цикловой синхронизации с использованием синхросигнала. Очевидно, что какая бы группа символов не была бы выбрана в качестве синхросигнала, всегда существует определенная вероятность появления такого же сочетания информационных символов в групповом ИКМ сигнале. Если, например, синхросигнал представляет семиразрядную кодовую комбинацию, то при равной вероятности появления в цифровом сигнале символов “1” и “0” вероятность появления ложной синхрогруппы р_л = (0,5)⁷ = 0,0078125. Эта вероятность довольно велика. Поэтому структура синхросигнала является недостаточным признаком, и для осуществления надежной цикловой синхронизации необходимо дополнительно использовать еще одно важное свойство синхросигнала, а именно его периодичность. Периодичность истинного синхросигнала определяется тем, что он появляется всегда на одних и тех же позициях в пределах цикла передачи, а ложные синхрогруппы занимают случайное положение. Контролируя периодичность появления синхрогрупп, можно определить, являются ли они истинными или ложными. Вероятность ошибки при этом оказывается меньше, чем больше число циклов используется в процессе принятия решения.

Частота следования циклов всегда кратна тактовой частоте. Поэтому генераторное оборудование может автономно выработать сигнал цикловой синхронизации путем деления тактовой частоты на число, равное числу передаваемых в пределах цикла кодовых групп. Например, в системе типа ИКМ-30, где цикл состоит из 30 кодовых групп каналов, одной кодовой группы, предназначенной для передачи сигналов СУВ, и одной синхрогруппы, частота следования циклов может быть получена делением тактовой частоты на 32. Однако фаза синхроимпульсов, вырабатываемых автономно генераторным оборудованием, может быть произвольной, и задача системы цикловой синхронизации состоит в том, чтобы осуществить их фазирование с сигналами цикловой синхронизации, приходящих с линии.

Совокупность устройств, формирующих кодовую комбинацию синхросигнала, обеспечивающих ее ввод в групповой ИКМ сигнал на передачу и выделение ее из группового ИКМ сигнала на приеме образуют систему цикловой синхронизации (ЦС).

Система ЦС содержит передатчик и приемник синхросигнала, рис.13, где приняты следующие обозначения:

· · · · ·

Рис. 13. Структурная схема системы цикловой синхронизации

ГО_пер и ГО_пр - генераторное оборудование передающей и приемной станций соответственно; ФУ- формирующее устройство (см. Рис.10); ВТЧ - выделитель тактовой частоты, необходимый для обеспечения тактовой синхронизации; СС - синхросигнал; РУ - решающее устройство.

Система цикловой синхронизации работает следующим образом. Передатчик с помощью регистра сдвига и логического устройства преобразует периодическую последовательность импульсов поступающих от ГО_пер в кодовую комбинацию, соответствующую сигналу цикловой синхронизации, далее синхросигнал (СС) поступает на ФУ тракта передачи оконечной станции и вводится в групповой ИКМ сигнал. На приемной станции входной сигнал поступает на опознаватель СС приемника синхросигнала, предназначенный для определения кодовой комбинации, соответствующей СС. Опознаватель представляет регистр сдвига, к выходам которого непосредственно или через инверторы подключена схема совпадения. Если структура входной комбинации совпадает с СС, то на выходе опознавателя появляется импульс. Это импульс подается на один из входов анализатора; на другой его вход подается сигнала, вырабатываемый ГО_пр. Если система находится в состоянии циклового синхронизма, то сигналы на входах анализатора совпадают во времени. При отсутствии синхронизма сигналы от опознавателя и ГО_пр во времени не совпадают. Выход анализатора подключен к решающему устройств (РУ). Если в течение определенного числа циклов r_вх анализатор регистрирует совпадение во времени сигналов на его входах, то РУ принимает решение о наличии в системе синхронизма и никаких изменений в работе ГО_пр не производит. Величина r_вх называется коэффициентом накопления по входу в синхронизм и обычно он равен 3...4. При несовпадении импульсов на входах анализатора на вход РУ подается сигнал об отсутствии синхронизма. Если в течение определенного числа циклов r_вых, называемого коэффициентом накопления по выходу из синхронизма и обычно равным 4...6, синхронизм отсутствует, то РУ отмечает отсутствие синхронизма и формирует сигнал ошибки, вызывающий задержку (торможение) импульсов цикловой синхронизации, вырабатываемых ГО_пр, на один период тактовой частоты. Цикл оказывается увеличенным на время Т_т- период тактовой частоты, а расстояние между импульсами от ГО_пр и синхрогруппой на один такт уменьшается. Если и при этом они не совпадут, то РУ вновь вырабатывает сигнал ошибки, импульс от ГО_пр сдвигается еще на один такт и т.д. Это процесс будет повторяться до тех пор, пока импульсы цикловой синхронизации и импульсы ГО_пр не совпадут, после чего анализатор определит наличие синхронизма. Отметим, что РУ принимает решение о наличии или отсутствии синхронизма не на основании единичного испытания, а только при нескольких последовательных повторениях какого-либо события. Так обеспечивается необходимая защита от ложных синхрогрупп и действия помех.

При появлении в пределах одного цикла ложной синхрогруппы РУ не примет решения о необходимости “торможения” импульсов цикловой синхронизации, а вероятность появления ложных синхрогрупп на одних тех же позициях в течение r_вх циклов пренебрежимо мала. С другой стороны, одиночные искажения синхрогрупп помехами не могут вывести систему из состояния синхронизма, вероятность поражения помехами r_вых синхрогрупп подряд также крайне мала.

Сигнал тактовой синхронизации формируется в выделителе тактовой частоты (ВТЧ).

К системам цикловой синхронизации предъявляются следующие основные требования:

- время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма после нарушения связи должно быть минимальным;

- состояние синхронизма при работе оборудования ЦСП должно поддерживаться непрерывно и автоматически;

- объем синхрогруппы в цикле передачи при заданном времени восстановления синхронизма должен быть минимальным;

- приемник синхросигнала должен быть помехоустойчивым и среднее время между сбоями синхронизма должно быть по возможности большим.

Выполнение указанных выше требований должно сочетаться с простотой технической реализации, экономичностью и надежностью оборудования систем передачи.

Принципы регенерации цифровых сигналов.

Цифровой сигнал, проходя по линии связи, ослабляется, искажается и подвергается воздействию различных помех, что приводит к изменению формы и длительности импульсов, уменьшению их амплитуды и случайным временным сдвигам. Поэтому для восстановления параметров цифрового сигнала в линейном тракте СП с ИКМ через определенные расстояния устанавливаются регенераторы, т.е. устройства полностью восстанавливающие параметры линейного цифрового сигнала.

В процессе регенерации (восстановления) цифрового сигнала выполняются следующие основные операции:

- усиление восстанавливаемых импульсов, так как при прохождении по линии связи они испытали затухание;

- коррекцию формы импульсов, так как при прохождении цифрового сигнала по линии связи из-за неидеальности амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристики форма импульсов линейного сигнала искажается;

- сравнение усиленных и откорректированных импульсов с пороговым значением для определения наличия или отсутствия сигнала на фоне помех;

- стробирование импульсов, в результате которого создаются такие условия, при которых импульсы цифрового сигнала на выходе регенератора формируются в строго определенные моменты;

- формирование новых импульсов с заданными параметрами и в определенные моменты времени.

Структурная схема регенератора и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис. 14 и 15 соответственно, где приняты следующие обозначения:

Рис.14. Структурная схема регенератора

Вх. у-во - входное устройство, предназначенное для согласования входного сопротивления линии с входным сопротивлением регенератора;

Кор. у-ль - корректирующий усилитель, предназначенный для компенсации затухания регенерационного участка и коррекции амплитудно-частотных искажений, вносимых линией, и тем самым коррекции формы импульсов для полного или частичного устранения влияния одних импульсов на другие;

ПУ - пороговое устройство, предназначенное для определения превышения сигнала над помехами; если амплитуда импульса больше U_пор , то на выходе порогового устройства появляется импульс, если же амплитуда импульса меньше U_пор ,то на выходе порогового устройства импульс не появляется; импульсы с выхода ПУ подаются на решающее устройство (РУ);

Рис.15. Временные диаграммы работы регенератора

ВТЧ - выделитель тактовой частоты, предназначенный для формирования коротких стробирующих импульсов; стробирующие импульсы фазируются относительно входных символов таким образом, что в середине тактовых интервалов, где амплитуда входных импульсов максимальна; стробирующие импульсы подаются на второй вход решающего устройства;

РУ - решающее устройство, необходимое для опробывания (стробирования) в каждом такте поступающих символов; если в момент прихода на РУ стробирующего импульса с выхода ВТЧ поступает импульс с выхода ПУ, то на выходе РУ появляется импульс, т.е. фиксируется “1” информационного сигнала; если же в момент поступления стробирующих импульсов с выхода ВТЧ на вход РУ импульс не поступает, то на выходе РУ импульс не появляется, т.е. фиксируется “0” информационного сигнала;

ФВИ - формирователь выходных импульсов, т.е. формирование их амплитуды, длительности и взаимного временного соотношения между символами линейного цифрового сигнала, следующих с тактовой частотой;

Вых. ус-во - выходное устройство, предназначенное для согласованного подключения регенератора к линии связи.

Линейный цифровой сигнал (рис.15а) с выхода тракта передачи оконечного оконечной станции или предыдущего регенератора поступает в линию. При своем прохождении по линии сигнал испытывает затухание, искажения и воздействие помех. Сигнал на входе корректирующего усилителя регенератора или регенератора тракта приема оконечной станции имеет вид, показанный на рис.15б. Отметим, что регенераторы тракта приема оконечных станций называются станционными регенераторами, а регенераторы, устанавливаемы по линии связи, называются линейными регенераторами. Сигналы на выходе корректирующего усилителя показаны на рис.15в. Если на входе порогового устройства (ПУ) сигнал превышает пороговое значение U_пор , то на выходе ПУ появляется сигнал, условно показанный на рис.15г. С выхода ПУ сигналы поступают на один из входов решающего устройства (РУ), на другой вход которого поступают стробирующие импульсы с выхода выделителя тактовой частоты (ВТЧ). При совпадении символов “1” на входе РУ со стробирующими импульсами на выходе РУ появляются символы соответствующие “1”, рис.15е. Эти символы поступают на вход формирователя выходных импульсов (ФВИ), где восстанавливается первоначальные амплитуда и длительность импульсов линейного цифрового сигнала, рис.15ж.

Синхронизация работы ФВИ от ВТЧ обеспечивает устранение флуктуаций временного положения импульсов, возникающих в процессе их передачи. Эти флуктуации называются фазовыми дрожаниями.

Из описания принципа действия регенератора цифровых систем передачи, можно выделить основные особенности его технической реализации, которые обеспечивают минимум ошибок в работе:

- частотная характеристика усиления корректирующего усилителя должна соответствовать частотной характеристики затухания регенерационного участка;

- на выходе усилителя должно быть обеспечено максимальное отношение сигнал/шум;

- оптимальный выбор значения порогового напряжения U_пор ;

- кратковременность стробирования, осуществляемого в момент достижения импульсом на входе порогового устройства наибольшего значения. Таким образом, помехи, амплитуда которых не превысит U_пор, не вызовут ошибочного решения РУ, и помехи, превышающие U_пор , но не совпадают с моментами стробирования, также не приведут к ошибкам.

Основным показателем качества работы регенератора является вероятность ошибки р_ош . Ошибка в решении происходит тогда, когда напряжение шума превосходит значение порогового напряжения на входе ПУ и для случая белого гауссовского шума вероятность ошибки равна

,

где U_пор - пороговое напряжение, s ² - мощность шума на входе ПУ.

Мерой помехоустойчивости регенератора является отношение сигнал/шум на входе порогового устройства или защищенность

.

Здесь U_m - максимальное значение амплитуды импульса на входе порогового устройства.

Непосредственное определение вероятности ошибок основано на измерении коэффициента ошибок (КО), который определяется частотой их появления и служит оценкой вероятности ошибок.

Коэффициент ошибок определяется отношением числа элементов цифрового сигнала, принятых с ошибками к общему числу элементов, принятых в течение времени измерений:

К_ош = N_ош / N = N_ош / ВТ ,

где N_ош - число ошибочно принятых элементов (символов); N - общее число

принятых элементов; В-скорость передачи; Т - время измерения.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 1381; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!