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

чтобы стробирующие импульсы, приходя на элемент И, в сред­ нем по возможности более точно совпадали во времени с макси­ мальными значениями входных импульсов регенератора. На вто­ рой вход элемента И поступает разность между напряжением вход­ ного сигнала и постоянным пороговым напряжением. При этом каждому импульсу входного сигнала, превышающему напряжение порога, будет соответствовать короткий импульс на выходе эле­ мента И, запускающий выходное устройство, а каждому пробелу— отсутствие такого импульса. Таким образом, моменты возникно­ вения выходных импульсов регенератора строго определяются мо­ ментами формирования стробирующих (хронирующих) импульсов и можно считать, что в регенераторе происходит полное восстанов­ ление временных интервалов (если не учитывать случайные девиа­ ции стробирующих импульсов).

При частичной регенерации (рис. 7 . 66) стробирующие импуль­ сы не формируются; на элемент И подается непосредственно хро­ нирующее напряжение с выхода фильтра, сфазированное таким образом, чтобы положительные (или отрицательные, в зависимо­ сти от типа элемента И) его полупериоды совпадали с приходя­ щими на второй вход логического элемента входными импульса­ ми, уменьшенными на величину порогового напряжения. Выход­ ные сигналы элемента И обостряются формирователем ФП пуско­ вых импульсов, запускающих выходное устройство регенератора Р. Здесь моменты генерации выходных импульсов, в отличие от предыдущей схемы, зависят от формы входных сигналов и вре­ менных соотношений между этими сигналами и хронирующим на­ пряжением, т. е. происходит лишь частичное восстановление вре­ менных интервалов.

Разновидностью частичного восстановления является и такой способ, при котором хронирующее напряжение просто складывает­ ся со входным сигналом и решающее устройство фиксирует пре­ вышение определенного порога суммарным напряжением.

Выбор того или иного способа использования хронирующего сигнала определяется, в первую очередь, возможностью реализа­ ции схемы при заданной длительности регенерирующих импульсов, Стробирующие импульсы должны быть, по крайней мере, в не­ сколько раз короче регенерируемых. Поэтому построение регене­ раторов с полным восстановлением при малой длительности им­ пульсных посылок связано со значительными трудностями. Одна­ ко в системах ВД-ИКМ, предназначенных для уплотнения кабель­ ных линий, эти трудности успешно преодолеваются [3 и др.].

Рассмотрим более подробно типовую структурную схему (рис. 7.7) регенератора прямого действия с полным восстановлением временных соотношений, применяемого на кабельных линиях. Как будет показано в 7.3, для передачи по этим линиям удобно исполь­ зовать так называемый квазитроичный код, сущность которого за­ ключается в том, что «единицы» передаются импульсами чередую­ щейся полярности, а «нули» соответствуют отсутствию сигнала..

190

Поэтому типовой регенератор содержит два канала регенерации— один для положительных, другой для отрицательных импульсов.

Входной квазитроичный (двуполярный) импульсно-кодовый сигнал, ослабленный и искаженный на участке линии связи и под­ лежащий регенерации, поступает вначале на предварительный усилитель, корректирующий частотную характеристику линейного участка. Усилитель также содержит, при необходимости, искусст-

да

Рис. 7.7. Структурная схема типового регенератора

венные линии ИЛ, дополняющие затухание участка (если длина последнего меньше принятой нормы) до номинальной величины.

К выходу усилителя через трансформатор Тр и двухтактный выпрямитель подключен полосовой фильтр, выделяющий колебания тактовой частоты (первой гармоники частоты следования импуль­ сов). Моменты перехода напряжения тактовой частоты через нуль фиксируются с помощью усилителя-ограничителя дифферен­ цирующей цепи ДЦ, диода Д и формирователя коротких стробирующих импульсов ФС. Задержанные стробирующие импульсы подаются на первые входы двух логических элементов И4 и И2 . Ве­ личина задержки устанавливается при наладке регенератора.

Детектор порога ПД, также подключенный к выходу предва­ рительного усилителя и содержащий выпрямитель, работающий на инерционную (интегрирующую) цепь, вырабатывает постоянное напряжение, величина которого приблизительно равна половине амплитуды выходных импульсов предусилителя. На вторые входы элементов -Иі и И 2 подается разность между выходным сигналом предварительного усилителя и пороговым напряжением. Если в момент прихода стробирующего импульса эта разность положи­ тельна, схема совпадения срабатывает и запускает ждущий бло- кинг-генератор — БГі или БГ2 . Один из них выдает в линию связи положительные импульсы стандартной формы, амплитуды и дли­ тельности, а другой — такие же импульсы, но отрицательные.

Дистанционное питание (ДП) регенератора осуществляется то­ ком, проходящим по фантомной цепи, образуемой на кабельных

191

парах прямого и обратного направления передачи. Узел ДП выра­ батывает напряжения, необходимые для питания каждого из ка­ скадов.

Величина порога в описанном регенераторе регулируется авто­ матически, она пропорциональна среднему значению амплитуды входных импульсов. Вместо автоматической регулировки порога может быть предусмотрена автоматическая регулировка коэффи­ циента усиления предварительного усилителя, а величина поро­ га установлена постоянной.

Регенератор однополярного импульсно-кодового сигнала отли­ чается от описанного тем, что в нем имеется лишь один канал ре­ генерации и отсутствует выпрямитель в канале выделения такто­ вой частоты. Кроме того, после предварительного усиления осуще­ ствляется, как правило, восстановление постоянной составляющей однополярного сигнала.

Длительность выходного импульса регенератора составляет обычно половину длительности тактового интервала. Малая скваж­ ность сигнала затрудняет реализацию выходных устройств, осо­ бенно в регенераторах однополярного сигнала. Поэтому применя­ ются специальные блокинг-генераторы с малым временем вос­ становления или с управляемой длительностью выходного им­ пульса. В последнем случае устройство тактовой синхронизации должно формировать в каждом тактовом интервале два коротких импульса. Один из них — стробирующий, как и прежде, запускает блокинг-генератор, а другой, отстоящий от первого на полпериода тактовой частоты, останавливает.

7.2. Анализ точности работы устройства

тактовой синхронизации

Описанное в 7.1 устройство относится к классу регенерато­ ров с самохронированием. Этим регенераторам присуща заведомо меньшая верность передачи информации, чем идеальным, что свя­ зано с принятым способом получения хронирующей информации.

Действительно, выходное напряжение фильтра-выделителя ко­ лебаний тактовой частоты не является идеальным синхронизирую­ щим сигналом. Как показано в 6.4 (см., например, рис. 6.11), энер­ гетический спектр однополярного1 ) импульсно-кодового сигнала состоит из двух составляющих: дискретной и непрерывной, что со­ ответствует разложению этого сигнала на регулярную и случай­ ную составляющие (рис. 7.4). Можно показать, что дискретная часть энергетического спектра есть не что иное, как энергетиче­ ский спектр регулярной составляющей, а непрерывная часть — энергетический спектр случайной составляющей. Регулярная сос­ тавляющая не переносит никакой информации, но полезна для

') Напомним, что сигнал на входе фильтра-выделителя тактовой частоты яв­ ляется однополярным независимо от вида сигнала на входе регенератора.

192

хронирования. Случайная составляющая переносит информацию, но является помехой для устройства хронирования. Из-за влияния частотных компонент случайной составляющей, а также помех, по­ падающих в полосу пропускания, выходной сигнал узкополосного фильтра, имея синусоидальную форму, подвержен случайным ам­ плитудным и фазовым отклонениям, т. е. является квазигармони­ ческим. Стробирующие импульсы, формируемые из квазигармони­ ческого сигнала, флуктуируют во времени (рис. 7.2д). Чем боль­ ше временной сдвиг стробирующего импульса относительно сере­ дины входного импульса решающего устройства, тем меньше от­ ношение сигнал/помеха в момент стробирования и больше вероят­ ность неправильного решения.

Таким образом, точность работы устройства тактовой синхро­ низации (точность хронирования) оказывает существенное влия­ ние на реальную помехоустойчивость приемной части регенератора. Точность хронирования полностью определяется статистическими характеристиками временных отклонений стробирующих импуль­ сов относительно входных. Эти характеристики и исследуются ниже.

Временные девиации стробирующих импульсов обусловлены двумя основными причинами: флуктуациями выделенных поло­ совым фильтром колебаний тактовой частоты и неточностью ра­ боты цепей формирования стробирующих импульсов (наличием у формирователя зоны нечувствительности к изменению входного си­ гнала). Рассмотрим эти основные причины подробнее.

Фазовые флуктуации выходного сигнала фильтра вызываются многими факторами, среди которых можно указать следующие [4]: влияние флуктуационных и импульсных помех на канал выделения колебаний тактовой частоты; расстройка фильтров-выделителей колебаний тактовой частоты; влияние случайной составляющей цифрового входного сигнала фильтра; влияние переходных помех от систем с ИКМ, работающих по другим парам того же кабеля.

'Как (показывают экспериментальные исследования, фазовые от­ клонения, вызываемые флуктуационными и импульсными помеха­ ми на городских кабельных линиях, незначительны (при узкой полосе пропускания фильтрующего устройства и его высокой сред­ ней частоте), и с ними можно не считаться. Влияние переходных помех, в свою очередь, в значительной степени можно ослабить путем рационального выбора типа линейного сигнала (применения квазитроичного кода, см. 7.3).

Таким образом, главными причинами фазовых флуктуации яв­ ляются расстройка фильтров-выделителей тактовой частоты и слу­ чайный характер импульсно-кодового сигнала.

Наличие у формирователя стробирующих импульсов зоны не­ чувствительности приводит к тому, что точность хронирования за­ висит не только от фазовых, но и от амплитудных флуктуации квазигармонического сигнала.

Для исследования статистических характеристик квазигармо­ нического сигнала используем временной метод анализа [5, 6, 7]. Будем полагать, что узкополосный фильтр-выделитель колебаний тактовой частоты представляет собой одиночный резонансный кон­ тур, настроенный на частоту следования импульсных посылок в линии связи. Такие устройства синхронизации в литературе обыч­ но называют резонансными или разомкнутыми {8]. В отличие от работ (5, 6], при анализе будем учитывать статистическую структу­ ру реального входного (импульсно-кодового) сигнала фильтра и, в частности, все корреляционные связи между отдельными импуль­

ной цепи действует импульсный случайный процесс, форма всех

ции процесса получается из функции /(т) умножением ее значений

194

в виде суммы двух квадратурных составляющих (время t отсчитывается относительно момента появления последнего им­ пульса, см. рис. 7.8):

со

S(pe )= j u ( t ) r f t ' ( i t

о

Установившийся отклик фильтра на /с-ю реализацию — беско­ нечную импульсную последовательность — также можно предста­ вить в івиде суммы двух квадратурных составляющих:

е<«> (t) = (о0 е - а '[si n а)о t Y е<к) £„s e" " * 7 +

+ cos coo * £ 8<к ) £ п с е - л а 7 j = ( 0 sin Ыт t + ф1 "' (0J,

где случайная амплитуда квазигармонического сигнала

а его случайная фаза

здесь «о='((ÖO—(ÛT)/CÙT — коэффициент расстройки контура относи­ тельно тактовой частоты шт — 2п/Т.

Рассмотрим задачу определения математического ожидания (мо) и дисперсии случайной амплитуды и случайной фазы выход­ ного сигнала фильтра. Для этого предварительно найдем мо ам­ плитуд квадратурных составляющих отклика фильтра, усреднив

их по всем реализациям:

ла фильтра воспользуемся методом линеаризации [10]; линеариза­

Погрешность, возникающая из-за линеаризации, определена в при­ ложении 2.

Математическое ожидание случайной фазы, вычисленное по ме­

где индекс «0» означает, что имеются в івиду значения частных производных при Х = }.с Y=ls; Dx и Dv — соответственно диспер­ сии величин X и У; Мху— корреляционный момент величин X и У.

Входящие в (7.10) частные производные

196

где

Коэффициенты А, В и С, зависящие от расстройки контура от­ носительно частоты следования импульсных посылок и от стати­ стических характеристик амплитуд импульсов, т. е. от структуры применяемого кода, можно назвать структурными коэффициента­ ми. Исследование этих коэффициентов, проведенное в приложении 2, показывает, что

197

периодически стационарного процесса второго порядка определя­ ются по формулам ' ) :

m — 1

2 а,е -- , - в - г [со8(і Ш о Г4 - Ѵрег) f=0

г m — 1

в соотношения (7.15), определены в приложении 2 для случая, когда корреляцией посылок, принадлежащих различным кодовым группам, можно пренебречь. Тогда

-Mo, г « — корреляционный момент амплитуд і-й и /с-й импульсных посылок одной и той же кодовой группы (см. 6.3).

') Предполагается, что количество кодовых групп, поступивших иа вход контура к моменту t=T (рис. 7.8), выражается целым числом.

1Ѳ8

и длительности входных импульсов. Углы -фрег, і|зс л , г|зк и величины Фсл, ^рег, ßper. входящие в (7.18), зависят от расстройки контура и статистических характеристик входного сигнала, а также в неко­ торой степени от коэффициента затухания контура.

199