3. Розробка структури часових циклів первинного цифрового сигналу і розрахунок тактової частоти агрегатного цифрового сигналу

Розробити структуру часових циклів первинного цифрового сигналу. Вибрати значення коефіцієнта накопичення, обґрунтувати вибір. Розрахувати тактову частоту агрегатного цифрового сигналу.

При розробці структури часових циклів приймаю за основу стандартний цикл системи передачі ІКМ-30(мал.5).

Синхронізація приймальної та передавальної станції по циклах забезпечує правильне декодування кодових груп і розподіл групового АІМ сигналу по відповідних приймачах каналів.

Система циклової синхронізації

• на передавальній станції : пристрій формування та введення синхрогрупи в груповий цифровий сигнал.

• на прийомній станції : приймач синхросигналу, який забезпечує встановлення синхронізму після включення апаратури в роботу, контроль за станом синхронізму в робочому режимі, а також виявлення збою синхронізму та його відновлення.

Розпізнавач синхросигналу (СС) призначений для виділення з групового сигналу кодових комбінацій, що співпадають за структурою із СС. Будується як регістр зсуву і схема І₁ з багатьма входами.

Аналізатор визначає відповідність моменту часу приходу синхрогрупи і контрольного сигналу з ГО.

Схема приймача синхросигналу

мал.6

Поява імпульсу на виході І₂ означає збіг за часом СС і контрольного імпульсу від ГО.

Поява імпульсу на виході схеми Ні означає відсутність СС в момент появи контрольпого імпульсу від ГО.

Вирішувальний пристрій визначає стан синхронізму, момент виходу із синхронізму та керування роботою відповідних вузлів ГО в режимі пошуку синхронізму.Вирішувальний пристрій містить накопичувач по виходу із синхронізму (НВихС) та накопичувач по входу в синхронізм (НВхС). НвихС містить 4 – 6 розрядів, а НВхС – 2 – 3.

Керування роботою ГО виконується схемою І₃, що у режимі пошуку синронізації при надходженні СС встановить у початкове положення розрядний та канальний розподільники ГО, визначаючи початок їх роботи.

На виході схеми І₄ формується імпульс синхронізму від ГО. Поява цього імпульсу в часі повинна відбутися у визначений канальний інтервал та визначений розряд цього канального інтервалу відповідно до тактової частоти. У режимі синхронізму НВхС заповнений, а НВихС порожній.

СС і контрольний сигнал від ГО, що одночасно надходить на схему І₂

тримають НВхС заповненим. При відсутності СС контрольний сигнал від ГО пройде через схему Ні на вхід НВихС. Якщо ці порушення короткочасні (1 – 3 цикли підряд), то наступний СС, що збігається із сигналом від ГО запише “1” в НВхС. Так як НВхС заповнений – це призведе до встановлення в “0”-ий стан перших 3-х розрядів НвихС. Короткочасні спотворення СС не порушать роботу ГО. При тривалому порушенні синхронізму – СС відсутній 4 цикли підряд, НвихС буду заповнений, при цьому на йього виході з’явиться “1”, що дозволить почати пошук синхронізму. Перший імпульс від розпізнавача, з появою СС, пройде через схему І₃ і встановить “0” в останньому розряді НвихС та у всіх розрядах НВхС, а також встановить у початкове положення розрядний і канальний розподільники ГО.

Вибіраємо значення коефіцієнтів накопичення приймача циклового синхросигналу. В неадаптивному приймачі з послідовно працюючими ланцюгами пошуку і утримання синхронізму середній час його відновлення визначається виразом:

Т_в=t_нвих+t_п+t_нвх (7)

де t_нвих,t_нвх - відповідно час накопичення по входу і виходу до синхронізму; t_п - середній час пошуку синхросигналу.Оцінити середній час пошуку можна таким чином:

(8)

де к - кількість інформаційних позицій, обмежених двома сусідніми синхрословами; m_с – кількість символів в синхрослові; Т_о – часовий інтервал між двома сусідніми синхрословами.

В стандартному АЦО прийнято m=8, а кількість канальних інтервалів дорівнює 32. В нульовому канальному інтервалі кожного парного циклу передається синхросигнал, який складається з семи розрядів (m_c=m–1=8-1=7).

Так як синхрослово передається через цикл, Т_о=2Т_ц=0,25 мс. В кожному парному циклі розміщено 31х8=248 інформаційних позицій, а в кожному непарному – 32х8=256. Загальна кількість інформаційних позицій між двома сусідніми синхрословами К=248+256=504. Звідси:

Із принципу дії приймача синхросигналу слідує, що t_нвих=Т_о ּr_вих, а t_нвх=Т_о ּr_вх, де r_вих і r_вх - відповідно коефіцієнти накопичення по виходу із синхронізму і входу в синхронізм. r_вих не рекомендується вибирати менше чотирьох, а r_вх - меншим двох. Перевіряємо щоб значення Т_в розраховане , не виявилося більше заданого:

Т_в= мс  Т_вр< Т_вз.

Тактову частоту первинного (компонентного) потоку розраховують за формулою:

F_т=32ּf_д ּm, кГц; (9)

F_т=32ּ8 ּ8 = 2048 кГц.

Задача другого ступеню цифрового групоутворення полягає в об’єднанні кількох компонентних цифрових сигналів в агрегатний сигнал з відповідно більшою швидкістю передачі. Відомі два методи групоутворення: синхронне і асинхронне. В розроблюваній ЦСП рекомендується використовувати синхронне об’єднання, реалізація якого здійснюється більш простими технічними засобами. Тактову частоту агрегатного цифрового сигналу визначають по формулі:

f_т=f_т1 ּМּ(1+r) (10)

де М – кількість об’єднаних компонентних сигналів; r – відношення кількості додаткових символів в циклі агрегатного сигналу до загальної кількості символів в циклі (r=0,01…0,02).

f_т= МГц.

4. ПОБУДОВА СИГНАЛУ НА ВИХОДІ РЕГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЗАДАНОЇ ПОСЛІДОВНОСТІ СИМВОЛІВ. РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ЧАСОВОЇ ДІАГРАМИ СИГНАЛУ НА ВИХОДІ КОРЕГУЮЧОГО ПІДСИЛЮВАЧА РЕГЕНЕРАТОРА

Зобразити задану в умові двійкову послідовність символів в кодах з ЧПІ(АМІ) і КВЩ-3(HDB-3).

мал.7

В ЦСП з ІКМ широке розповсюдження отримали квазітрійкові коди з AMI та HDB-3. В коді з АМІ символи “1” двійкової послідовності передаються по черзі імпульсами позитивної і негативної полярності. Алгоритм формування HDB-3 більш складніший. До тих пір, поки не з’явиться більше трьох підряд нульових символів, цей код формується так само як і код з AMI. Якщо в війковому коді з’являються чотири або більше «нуля», то кожна комбінація з чотирьох послідовностей “нулів” заміщається однією з комбінацій приведених в таблиці 2.

Таблиця 2

Полярність останнього імпульсу перед заміною	Вид заміщуваної комбінації для кількості імпульсів після останньої заміни
	Непарного	Парного (включаючи нуль)
-	(000-)	(+00+)
+	(000+)	(-00-)

При використанні такого алгоритму відбувається систематична зміна полярності імпульсів, яка порушує правило чергування знаків, прийняте в коді з AMІ. Це веде до вирівнювання кількості позитивних і негативних імпульсів у сигналі, який передається, що забезпечує відсутність в його спектрі частот постійної складової і зменшення рівня низькочастотних складових. На приймальній стороні заміна розпізнається по порушенню правил чергування полярності і в свою чергу заміщаються комбінаціями (0000).

Перші три символи формуються так само, як і в коді з АМІ. Далі послідовність з чотирьох, слідуючих один за одним “нулів“ замінюється комбінацією (000+), так як полярність останнього імпульсу позитивна. Далі передається 9,10-й символи як у АМІ, а комбінація з 4-х нулів замінюється на (000-) тому що полярність останнього імпульсу перед заміною негативна і кількість імпульсів після останньої заміни - непарна. 14,15,16-символи записуємо без змін.

Важлива перевага ЦСП перед аналоговими СП полягає у можливості регенерації цифрового сигналу. Задачею регенерації є відновлення початкової форми, амплітуди і часового положення імпульсів.

Причинами спотворень прямокутної форми імпульсів на виході фізичного кола є лінійні (частотні і фазові) спотворення, що вносяться колом. Через них спотворений імпульс значно збільшує свою тривалість. Тому на кожний символ сигналу в лінії, який поступає на вхід регенератора після проходження ділянки кола діє безліч сусідніх символів цифрового коду. Такий сильний вплив між символами, який називається міжсимвольними спотвореннями, приводить до неможливості правильної регенерації цифрового сигналу.

Для зменшення міжсимвольних спотворень сигнал до регенерації корегують. Одночасно здійснюють його підсилення. Ці операції виконуються коректувальним підсилювачем (КП) , включеним на вході регенератора (мал.8 ).

Рішення про переданий символ (0 або1 для двійкового коду, -1, 0, +1 для трійкового коду) виносить вирішальний пристрій (ВУ). Вхід ВП будемо називати точкою рішення регенератора (ТРР).

мал.8

Часова діаграма сигналу на виході коректувального підсилювача регенератора в (ТРР), що відповідає заданій послідовності символів в коді HDB-3.

Раціональний вибір тривалості і форми імпульсного відгуку в ТРР на один прямокутний імпульс, що подається на вхід ділянки регенерації, є одним з важливих питань, що виникають при проектуванні цифрових лінійних трактів. Пояснимо, чому питання настільки важливе. Для цього розглянемо діаграми, показані на мал.9.

Н

Т_Т

а діаграмі а), а зображений цифровий сигнал на вході ділянки регенерації; Т_т=1/f_т – тактовий інтервал. На діаграмі б), суцільними кривими зображені сигнали в ТРР при тривалості відгуку на самотній імпульс 2Т_т (по основі імпульсу). Пунктирними кривими показані відгуки на кожний окремий кодовий імпульс. Суцільний сигнал знаходять сумуванням цих відгуків. Для зручності максимум кожного відгуку поєднаний з серединою прямокутного імпульсу.

a)

t

мал.9

В дійсності імпульси на виході КП з’являються з деякою затримкою в часі, яка не має значення для подальших розмірковувань і тому не враховується. Сигнал з виходу КП поступає на ВП регенератора, на другий вхід якого подаються синхроімпульси, сформовані у виділювачі тактового синхросигналу. (ВТС) (діаграмі в). На виході ВП в кожний тактовий момент часу з’являється “одиниця”, якщо напруга сигналу на його вході по абсолютній величині більше порогового значення U_пор. В іншому випадку формується “нуль” (пробіл). Величину U_пор вибирають рівною половині амплітуди імпульсу на виході КП.

Розглянемо сигнал, зображений на діаграмі б). Сигнал, отриманий сумуванням відгуків з подвійною тривалістю може бути регенерований без помилок, не дивлячись на те, що міжсимвольні спотворення мають тут місце. Чи означає це, що для зменшення вірогідності помилки при регенерації необхідно повністю позбавитись від міжсимвольних спотворень? Ні, не означає. Справа в тому, що приведений вище якісний аналіз не враховує наявності завад в лінійному тракті. Щоб зменшити тривалість відгуку, необхідно збільшити ширину смуги частот, в якій використовується кабельне коло (нагадуємо, що чим вужче імпульс, тим ширше його спектр частот). Це в любому випадку приведе до зменшення захищеності від власної завади в ТРР і збільшенню вірогідності помилки регенерації за рахунок цієї завади. Тому вибір форми і тривалості відгуку в ТРР є результатом компромісу між величиною міжсимвольних спотворень і рівнем завад.

В курсовому проекті рекомендується використовувати відгук, який описується виразом (11)

(11)

Його ефективна тривалість (по основі) дорівнює 2Т_т.

Для зручності виконання подальших розрахунків відгук нормується відносно свого максимального значення: g_о(0)=1. Вид відгуку показаний на рис.11 , з якого видно, що відгук (11) має малий рівень бокових пелюсток (при >Т_т). Практично можна вважати, що при t більше 2Т_т, g_о=0. Тому міжсимвольні спотворення розповсюджуються тут не більше ніж на 4 сусідні символи. Крім того, імпульс (11) має доволі вузький спектр частот, зосереджений переважно в низькочастотній області частотного діапазону: від 0 до fт, де загасання кабельного кола невелике. Ці властивості відгуку і його спектру частот дозволяють в певній мірі забезпечити допустимий компроміс між завадами і міжсимвольними спотвореннями.

Щоб побудувати часову діаграму сигналу на виході КП, необхідно в першу чергу визначити значення відгуку (11) у фіксовані моменти часу. Рекомендується вибрати крок зміни аргументу t/Т_т=0,2, а потім по формулі (11) знайти значення відгуку в моменти часу t₁=0,2Т_т, t₂=0,4Т_т і т.д. Результати розрахунку зводимо в табл. 3.

мал.10

Таблиця 3

t/Тт	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0
go (t/Тт)	1	0.9	0.65	0.35	0.12	0	-0.0265	-0.01	0.006	0.007	0

Так, як функція (11) парна, то g_о(t)=g_о(-t).

-2

мал.11