книги из ГПНТБ / Гуревич В.Э. Импульсно-кодовая модуляция в многоканальной телефонной связи

ные составляющие энергетического спектра GH(co) в обоих случаях

Рис. 6.11. Энергетические спектры импульсно-ко­ дового сигнала в системе ЧД - ИКМ при исполь­ зовании натурального двоичного кода

кодовый сигнал системы ВД-ИКМ является периодически стацио­ нарным процессом третьего порядка ввиду присутствия в каждом

(см. гл. 8), можно считать такой сигнал периодически стационар­ ным процессом второго порядка и производить расчеты по ф-ле (6.21), если используется натуральный код.

Результаты такого расчета непрерывной части спектра для системы ВД-ИКМ приведены на рис. 6.12 (кривая / ) . Статистиче­ ские характеристики сигнала соответствуют данным табл. 6.1.

Кривая 2 на рис. 6.12 изображает непрерывную часть спект­ ра при использовании полуинверсного кода, рассчитанную по об-

180

Глава 7

РЕГЕНЕРАЦИЯ И ЦИФРОВОЙ ТРАКТ СИСТЕМ С ИКМ

7.1. Принципы построения и классификации регенераторов

Сигнал на выходе кодера системы связи с ИКМ представ­ ляет собой последовательность импульсных посылок, каждая из которых соответствует какой-либо цифре применяемого в системе кода. Такой сигнал можно назвать цифровым (импульсно-кодо- вым), а тракт, по которому он проходит, — цифровым трактом. Цифровой тракт включает в себя все устройства и среду распро­ странения сигнала, начиная с выхода кодера и кончая входом де­ кодера. Средой распространения может являться кабель, волно­ вод, радиорелейная линия и т. п. Для передачи по кабельным линиям обычно используются видеоимпульсы, а для передачи по волноводным и радиорелейным линиям — радиоимпульсы. Ниже рассматриваются цифровые тракты, включающие только кабель­ ные линии, и предполагается, что передача производится в видео­ спектре. Сведения о цифровых радиотрактах читатель может най­ ти в работах [ 1 , 2].

Проходя по линии связи, импульсно-кодовый сигнал ослабля­ ется, искажается и подвергается действию различных помех, что приводит к изменению формы и длительности импульсов, умень­ шению их амплитуды и случайным временным сдвигам, кроме то­ го, происходит задержка сигнала.

Для устранения или уменьшения указанных деформаций в циф­ ровом тракте на определенных расстояниях друг от друга устанав­ ливаются ретрансляторы. Поскольку число ѵс различных градаций импульсно-кодового сигнала ограничено и невелико (обычно ѵс = 2 или ѵс = 3), то ретранслятор может работать в импульсном (клю­ чевом) режиме, в отличие от ретрансляторов аналоговых систем уплотнения, работающих в усилительном режиме. Поэтому ре­ трансляция И'мпульсночкодовых сигналов осуществляется значи­ тельно более простыми средствами, чем ретрансляция аналоговых сигналов. Ретрансляторы имнульсно-кодовых сигналов обычно на­ зывают регенераторами. Задача регенератора состоит в том, чтобы восстановить амплитуду, форму, длительность каждого из импуль­ сов линейного сигнала, а также величину временного интервала между соседними кодовыми посылками.

183

Возможность регенерации линейного сигнала относительно про­ стыми техническими средствами — одно 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 (если не учитывать неизбежную постоянную задержку, ко­ торая обычно не имеет практического значения). Число участков, на которые разбивается кабельная линия (участков регенерации), может достигать нескольких десятков и иногда даже нескольких сотен. Отношение сигнал/помеха на выходе каждого из регенера­ торов при этом практически одинаково, г. е. аддитивные помехи и шумы, не зависящие от сигнала, подавляются в пределах участка и вдоль линии не накапливаются. Этим цифровые системы связи выгодно отличаются от аналоговых, где шумы и помехи усилива­ ются вместе с полезным сигналом и передаются от одного ретран­ слятора к другому, в результате чего отношение сигнал/помеха уменьшается вдоль линейного тракта.

Цифровые системы связи можно разделить на системы с ак­ тивной и пассивной паузой. В системах с пассивной паузой одной из передаваемых цифр, например нулю, соответствует отсутствие сигнала (пробел, бестоковая посылка). В системах с активной паузой всем возможным цифрам соответствуют ненулевые сигна­ лы (токовые посылки), различающиеся между собой значениями какого-либо параметра. На кабельных линиях обычно используют­ ся системы с пассивной паузой, обладающие некоторыми преиму­

Принцип действия регенератора в самых общих чертах пояс­ няется схемой, представленной на рис. 7.1. Решающее устройство

регенератор Р (ждущий импульсный генератор или ключевую схе­ му) на тех тактовых интервалах, в которых входная цифровая по­ следовательность содержит «единицы» (импульсы). В промежут­ ках времени, соответствующих «нулям» (пробелам), выходной сиг­ нал с РУ отсутствует. Решения о наличии или отсутствии импульса принимаются решающим устройством периодически, по каждому

184

тактовому интервалу в отдельности. Периодичность принятия ре­ шений обеспечивается с помощью устройства тактовой синхрониза­ ции, являющегося составной частью регенератора.

Таким образом, форма и длительность выходных импульсов идеального регенератора, а также расстояние между ними не за­ висят от соответствующих параметров входного сигнала, а ам­ плитуда принимает лишь два возможных значения — «единица» и «нуль». Поэтому выходная импульсная последовательность сво­ бодна от искажений и помех, воздействовавших на входной сигнал на предшествующем участке.

При безошибочной работе решающего устройства каждому входному импульсу соответствует выходной импульс, а каждому пробелу на входе — пробел на выходе. Однако из-за присутствия на входе РУ различных помех, из-за несовершенства устройства тактовой синхронизации и по другим причинам в процессе реге­ нерации возможны сбои (ошибки), выражающиеся в преобразо­ вании (трансформации) «единицы» на входе в «нуль» на выходе и наоборот.

Важнейшей характеристикой регенератора, как и всего цифро­

генераторе символов) за определенный, достаточно большой про­ межуток времени, к общему числу символов кода, переданных за это время. Если считать, что время измерения верности достаточ­

что соответствует SB = 64-10.

Верность решений, принимаемых решающим устройством, зависит в первую очередь от способа обнаружения двоичного сиг­ нала и от качества работы устройства тактовой синхронизации. Обычно применяется простейший способ обнаружения — по мето­ ду одного отсчета или стробирование входного сигнала коротки­ ми импульсами. Если мгновенное значение входного сигнала в мо­

в противном случае — решение о его отсутствии. Короткие стробирующие импульсы вырабатываются устройством тактовой син­ хронизации. Синхронизирующая информация может быть получе­ на различными способами, рассмотренными ниже (7.2).

Амплитудная характеристика идеального регенератора в мо­ мент подачи стробирующего импульса изображена на рис. 7.3. В промежутке между стробирующими импульсами регенератор «за­ крыт», т. е. не реагирует на входной сигнал, и напряжение на его выходе равно нулю. Наибольшая верность принятия решений бу­ дет обеспечена, если стробирование производится в те моменты.

185

времени, когда мгновенные значения входного сигнала (рис. 7.26) максимальны, т. е. максимально отношение сигнал/помеха на вхо­ де РУ. Ошибочные решения возможны, однако, и в этом случае. Помеха, имеющая одинаковую с сигналом полярность, может при­

ных в колодцах телефонной канализации), а питание их и обслу­ живание затруднено по сравнению с другими узлами системы, на­ ходящимися на оконечных станциях. Поэтому необходимы по воз-

186

можности простые и надежные устройства, которые, заведомо от­ личаясь от идеальных, обеспечивают в то же время достаточную экономичность при дистанционном питании, я также стабильность характеристик и высокую надежность в сравнительно тяжелых климатических условиях.

вать по различным признакам: по способу получения хронирую­ щей1 ) информации, по способу ее использования, по виду схемы решающего устройства и т. п.

По способу получения хронирующей информации регенераторы можно разделить на регенераторы с самохронированием (или с внутренней синхронизацией) и регенераторы с независимым хро­ нированием (или с внешней синхронизацией).

В регенераторах с самохронированием колебания тактовой ча­ стоты, необходимые для формирования последовательности стробирующих импульсов, выделяются непосредственно из спектра входного импульсно-кодового сигнала. Для выделения хронирую­ щего сигнала могут применяться линейные цепи, если спектр вход­ ного сигнала содержит дискретную составляющую тактовой час­ тоты, и нелинейные цепи в более общем случае. При использова­ нии же регенераторов с независимым хронированием к цифрово­ му сигналу «примешивается» синусоидальный хронирующий сиг­ нал; этот сигнал может также передаваться по отдельной кабель­ ной паре.

Передача хронирующего сигнала по специальной паре кабеля неэкономична. Кроме того, она сопряжена со значительными труд­ ностями из-за возникающей необходимости точной коррекции фа­ зовых характеристик хронирующей или рабочей пары на каждом участке с целью получения одинакового группового времени рас­ пространения для частотных составляющих, несущих рабочую и хронирующую информацию. Если специальный хронирующий сиг­ нал передается по рабочей паре, то в кажДом регенераторе не­ обходимо выполнить следующие операции: выделить этот сигнал узкополосными фильтрами; подавить (например, с помощью ре-

хронирующее колебание. Такие устройства получаются достаточно сложными. На практике чаще всего применяются регенераторы с самохронированием. Возможность фильтрации (выделения) хро­ нирующего напряжения основана на том, что в спектре однополярной последовательности импульсов (рис. 7.4а), длительность

') Здесь и в дальнейшем тѳрм;ияы «хронирование» и «синхронизация по тактовой частоте» равноправны.

187

Действительно, однополярную случайную последовательность (рис. 7.4а) можно представить в виде суммы двух составляющих регулярной (рис. 7.46) и случайной (рис. 7.4в), причем в спектре

.регулярной составляющей содержится первая гармоника частоты следования импульсов (рис. 7.4г), а в спектре случайной, среднее

Рис. 7.4. Разложение однаполярного импульаного сигнала (а) «а регулярную (б) и случайную (в) составляющие, г — регулярная составляющая тактовой частоты

значение амплитуды импульсов которой равно нулю,— дискретные линии тактовой частоты и ее гармоник отсутствуют. Амплитуда импульсов регулярной составляющей равна среднему значению амплитуды импульсов однополярной последовательности, а часто­ та следования совпадает с тактовой частотой. С помощью полосо­ вого фильтра можно выделить одну из гармоник тактовой частоты, например первую, и использовать ее для хронирования регенерато­ ра. Анализ спектра регулярной составляющей показывает, что амплитуда первой гармоники максимальна при Г/ти = 2, т. е. при условии, что длительность импульса составляет половину длитель­ ности тактового интервала.

Если для передачи по линии связи используется импульсная последовательность, отличающаяся от рассмотренной однополяр­ ной, то перед фильтрацией производится дополнительная обработ­ ка сигнала с целью приведения его к однополярному виду (напри­ мер, выпрямление сигнала переменной полярности).

Выделить хронирующее колебание из спектра линейного им- пульсно-кодового сигнала можно также с помощью активного фильтра — генератора колебаний тактовой частоты, синхронизи­ руемого приходящим импульсным сигналом. Несмотря на перспек­ тивность таких схем, они не нашли пока широкого применения изза своей относительной сложности.

188

Хронирующая информация может быть получена как из вход­ ной импульсной последовательности регенератора (регенераторы прямого действия, рис. 7.5а), так и из его выходного сигнала (ре­

генераторы обратного действия, рис. 7.56). Недостатком схем об­ ратного действия является наличие замкнутого контура задержан­ ной обратной связи, что приводит к снижению устойчивости всего устройства и повышению требований к стабильности и точности работы его узлов.

Рассмотрим теперь классификацию регенераторов с точки зре­ ния способов использования хронирующей информации. По спосо­ бу использования хронирующего напряжения для управления ра­

менты, когда скорость изменения квазигармонического сигнала на

ос/

Рис. 7.6. Регенераторы с полным (а) и частичным (б) восста­ новлением временных соотношений

ограничителя УО, дифференцирующей цепочки Д Ц и формирова­ теля стробирующих импульсов ФС формируются узкие импульсы,

189