лекции / Лекция 4 ИСиС-2-1

Может возникнуть мысль отказаться от генератора на приемной станции, поскольку тактовые импульсы получены из цифрового потока. Однако это не разумно. Если по каким-либо причинам система синхронизации даст сбой и тактовые импульсы на какое-то время пропадут, то связь по всем каналам немедленно нарушится, что недопустимо. Наличие же генератора на приемной станции дает гарантию, что нарушения связи не произойдет: пройдет достаточно много времени, прежде чем генератор выйдет из синхронизма, а за это время тактовые импульсы могут вновь появиться.

Сбой в синхронизации может произойти по многим причинам. Вот одна из них. Глубокой ночью, когда большинство абонентов спит и, естественно, не пользуется услугами связи, в подавляющем большинстве каналов информация не передается, и в цифровом потоке появляются очень длинные последовательности нулей. Не исключено появление длинных последовательностей нулей в цифровом потоке и в любые другие часы.

Устранить эти «белые пятна» в цифровом потоке можно с помощью следующего приема. К двоичным символам цифрового потока прибавляется по правилам двоичной арифметики некоторая двоичная последовательность:

* Цифровой поток 01110000000000000000011

+Скремблер 10101010101010101010101

+Поток в линии 11011010101010101010110.

В цифровом потоке исчезли длинные последовательности нулей. Теперь из него снова можно выделить тактовые импульсы. А чтобы вернуться к исходному потоку, перед тем как подать его в приемник, нужно снова сложить его по законам двоичной арифметики с той же двоичной последовательностью.

Подобная операция получила у специалистов название «скремблирование» (от английского слова scramble— перемешивать). Выполняется она довольно просто с помощью микросхем, «умеющих» складывать двоичные цифры по нужным правилам. Это так называемые «сумматоры по модулю 2», они выпускаются промышленностью.

Цифровой поток, перед тем как отправить его в линию, подают на один из входов этого сумматора, на второй его вход поступает двоичная последовательность выбранной структуры. Результат суммирования — «скремблированный» цифровой поток — направляется в линию связи. Он уже не содержит длинных последовательностей нулей.

Точно такой же сумматор есть и на приемной станции. Через него «пропускаются» выходящий из линии цифровой поток и та же последовательность, что и на передаче. Происходит «дескремблирование», и восстановленный в первоначальном виде поток обрабатывается приемником. Естественно, что для выделения тактовых импульсов используют цифровой поток, еще не подвергшийся процедуре восстановления.

Итак, синхронизация цифровой системы передачи на каждом такте ее работы осуществлена. Но этого недостаточно. Хотя теперь на приемной станции подключение линии к каналам и происходит в такт с передающей станцией, нужно еще знать, к какому конкретному каналу следует в данный момент подключить линию связи. Другими словами, речь идет о том, что мультиплексор и демультиплексор должны начинать свое «вращение» с одного и того же положения, например с первого канала.

Синхросигнал нужно как-то отличать от других принятых комбинаций. Для этого ему присваивают вполне определенную комбинацию 0 и 1. Например, в первичной цифровой системе передачи ИКМ-30 для синхросигнала принята следующая комбинация: 0011011, которая повторяется через цикл, т.е. каждые 250 мкс. Но где гарантия, что подобная комбинация импульсов не встретится и в цифровом потоке какого-либо канала? Конечно, такое может произойти, но только не так часто. Вероятность данного события чрезвычайно мала. А вот синхросигнал такой структуры встречается с завидной регулярностью — через каждые 250 мкс. Это его свойство — повторяемость — используется для «узнавания». Необходимо каждую принятую кодовую комбинацию сравнивать с комбинацией синхросигнала, которая на приеме известна и хранится в ячейке памяти. Специальное устройство следит за тем, регулярно ли появляется такая комбинация. Если через каждые 250 мкс, то все в порядке — мы имеем дело с синхросигналом. Решение принимается обычно после нескольких его повторений.

При включении аппаратуры в работу цикловой синхронизм устанавливается не сразу, а через определенный промежуток времени, который называется временем вхождения в синхронизм. Это время должно быть достаточно малым (не более нескольких миллисекунд). В противном случае при случайной потере синхронизма может произойти разъединение абонентов приборами АТС.

Поиск состояния синхронизма осуществляется последовательным контролем и сравнением кодовых групп группового сигнала с эталоном синхросигнала, который вырабатывается генераторным оборудованием (ГО) приемной станции. Если кодовая группа не соответствует эталону, приемник синхросигнала осуществляет сдвиг («торможение») последовательности управляющих импульсов, вырабатываемых ГО приема, на один период тактовой частоты. Такое «торможение» приемного ГО по отношению к передающему продолжается до тех пор, пока между сравниваемой кодовой группой и эталоном синхросигнала не установится однозначное соответствие, фиксирующее состояние синхронизма в системе.

Все кодовые комбинации в объединяемых цифровых потоках имеют по восемь разрядов, а синхросигнал — только семь. Значит, комбинацию синхросигнала можно дополнять до «стандартного» числа разрядов, т.е. до восьми, передавая в «пустом» промежутке времени биты, например, от персональных компьютеров. Скорость передачи таких данных достигает при этом 8 кбит/с.

Получается, что с вводом сигнала синхронизации в цифровой системе передачи, по сути, организован еще один «стандартный» канал, в котором скорость передачи битов (вместе с битом компьютерных данных) оказывается равной 64 кбит/с и который, следовательно, ничем не отличается от основных, или информационных, каналов. Он не относится к информационным каналам, а является служебным и создан для обслуживания самой системы передачи.

Цифра же 30 в названии системы передачи указывает на количество только информационных каналов. Существует еще один служебный канал, 32-й (по счету, но не по расположению его среди других), который тоже является стандартным, со скоростью 64 кбит/с. Правда, предназначен он уже не для обслуживания цифровой системы передачи. По нему передают различные служебные сигналы, без которых невозможно установление связи, например: импульсы от номеронабирателя, сигнал о том, что абонент занят (короткие гудки), и многие другие, используемые на телефонных станциях для управления ее приборами.

Если поступивший из линии сигнал превышает установленный пороговый уровень — передана 1, ниже порогового уровня — передан 0. Это правило очень простое и легко реализуется с помощью микросхем (их назвали компараторами), сравнивающих два сигнала, один из которых поступает из линии, а другой является эталоном, или опорным, и играет роль порога. При превышении порога на выходе компаратора появляется импульс, свидетельствующий о том, что принято решение: передана 1. В противном случае на его выходе ничего нет — молчаливое свидетельство того, что передан 0.

Вот только какой «высоты» этот порог устанавливать? Если небольшой, то компаратор будет уверенно обнаруживать каждый переданный импульс, даже очень сильно «изъеденный» помехой (при условии, конечно, что он не исчез совсем). Но зато при этом нет никакой гарантии, что из-за частого превышения шумом невысокого порога не будут пропущены те моменты, когда передавались нули, и, следовательно, импульсы в линии отсутствовали. Наоборот, если пороговую «планку» поднять очень высоко, то компаратор не пропустит почти ни одного 0 (кроме тех редких случаев, когда шум будет очень большим).

Компаратор принимает решение о том, какой символ был передан, путем сравнивания амплитуды входного сигнала с эталонным значением — порогом. Все то время, в течение которого сигнал по высоте превышает порог, на выходе компаратора существует импульс, сигнализирующий об этом превышении. Проводить такое сравнение непрерывно не нужно. Через равные промежутки времени — тактовые интервалы — система синхронизации подаёт на компаратор команду «произвести сравнение!» при помощи тактовых импульсов.

Восстановление длительности импульсов осуществляется мультивибратором. Описанная процедура восстановления цифровых сигналов называется регенерацией, а устройство, выполняющее эти функции, — регенератором. Регенератор включает в себя схемы: принятия решения, формирования импульсов, выделение тактовой частоты. Регенераторами снабжаются все цифровые системы передачи, работающие по электрическим и оптическим кабелям, радиорелейным и спутниковым стволам.

Как часто следует включать в телефонный кабель регенераторы? Это зависит от того, какую вероятность ошибки можно допустить при приеме цифровой информации. Например: ошибки, допущенные при восстановлении цифрового сигнала, весьма своеобразно сказываются на телефонном разговоре: абонент слышит неприятные щелчки в телефоне. По существующим международным нормам удовлетворительным признается такое качество передачи речевого сигнала, когда абонентом прослушивается не более одного щелчка в минуту. Но далеко не каждая ошибка при приеме символов цифрового потока приводит к щелчкам.