7.1.2 Амплитудно-импульсный модулятор

Амплитудно-импульсный модулятор АИМ-1 состоит из двух нормально закрытых транзисторов, открывающихся под влиянием коротких импульсов, поступающих из генераторного оборудования системы передачи. Сопротивление ключа в закрытом состоянии превышает 1 МОм, в открытом состоянии оно не более 10 Ом.

Амплитудно-импульсный модулятор АИМ-2 увеличивает длительность импульсов группового АИМ сигнала для получения импульсов с плоской вершиной. Поступивший на его вход короткий импульс заряжает конденсатор С₀, который остается в заряженном состоянии до конца канального интервала. В конце интервала кратковременное замыкание ключа КЛ₀, управляемого от генераторного оборудования (ГО), обеспечивает быстрый разряд его, после чего конденсатор С₀ вновь готов к заряду от следующего импульса АИМ сигнала.

В системе передачи ИКМ-30 постоянная времени заряда конденсатора выбирается весьма малой, и он успевает перезарядиться от амплитуды следующего импульса до начала кодирования; поэтому надобность в ключе КЛ₀ отпадает.

17 Принципы построения регенератора, элементы аппаратуры

Регенераторы предназначены для устранения действия помех и линейных искажений в линейном тракте, которые изменяют амплитуду, длительность и форму импульсов линейного сигнала, а также величину временного интервала между соседними символами.

Возможность регенерации линейного сигнала относительно простыми техническими средствами является одним 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. Регенераторы устанавливаются в тракте приема оконечной станции (в этом случае они называются станционными регенераторами) и в промежуточных необслуживаемых регенерационных пунктах. НРП питаются дистанционно от оконечных станций. По сравнению с НУП аналоговых многоканальных систем передачи НРП более экономичны по потребляемой электроэнергии, проще по схемотехнике, не требуют точных коррекций линейных искажений передаваемого сигнала и более устойчивы к воздействию различного рода дестабилизирующих факторов. Восстановление (регенерация) сигнала в линейном тракте, содержащем большое число НРП, происходит практически без накопления помех.

Рисунок 7.6

Упрощенная структурная схема регенератора изображена на рисунке 7.6. На рисунке 7.7 приведены временные диаграммы напряжений в различных точках этой схемы: а) передаваемый ИКМ-сигнал после усилителя-корректора (УК); б) сигнал синхронизации (строб-импульсы); в) сигнал на выходе порогового устройства; г) сигнал на выходе регенератора.

Как видно из рисунков 9.6 и 9.7, пороговое устройство представляет собой схему сравнения, работающую в импульсном (стробируемом) режиме. Мгновенное значение передаваемого сигнала U_n(t) (рисунок 7.7, а) в момент прихода стробирующего импульса (рисунок 7.7, б) сравнивается в ПУ с некоторым, определенным образом выбранным пороговым напряжением U_nop.

Рисунок 7.7

Если U_П(t) > U_пор, то на выходе ПУ формируется импульс «1», если U_n(t) < U_nop — импульс «0» (рисунок 9.7, в). Импульсы с выхода ПУ запускают формирователь импульсов (Ф), на выходе которого образуется регенерированный сигнал (рисунок 7.7, г). В такой схеме можно отметить две закономерности:

1. форма и длительность импульса на выходе регенератора всегда стабильны и определяются работой формирователя импульсов;

2. временные интервалы между импульсами зависят только от правильной работы системы синхронизации и в идеальном случае кратны периоду тактовой частоты.

В практической схеме регенератора кроме преобразований, поясняемых на рисунках 7.6 и 7.7, необходимо дополнительно обеспечить выполнение следующих условий:

1. форма символов цифрового сигнала на входе ПУ должна быть такой, чтобы отсутствовали межсимвольные искажения первого рода;

2. при всех возможных колебаниях размаха сигнала А_П (рисунок 7.7, а) должно поддерживаться определенное отношение между А_П и U_пор, при котором обеспечивается наибольшая защищенность цифрового сигнала от флуктуационных помех (ниже будет показано, что оптимальным является U_nop = 0,5А_П).

Для устранения межсимвольных искажений первого рода необходимо использовать корректор кабеля, который с учетом разброса длин участков регенерации целесообразно выполнять в виде двух корректоров: первый – постоянный корректор (постоянный линейный выравниватель, если использовать терминологию аналоговых систем передачи), второй – переменный корректор (переменный линейный выравниватель). В аналоговых МСП для подстройки переменного корректора используется информация об уровне сигнала контрольной частоты (КЧ) и система автоматической регулировки уровня АРУ-КЧ. В регенераторах цифровой МСП для подстройки переменного корректора также можно использовать систему АРУ, которая в данном случае работает в зависимости от изменения максимального напряжения импульсов А_П (рисунок 7.7, а).

Типовая схема блока АРУ представлена на рисунок 7.8. Для выделения огибающей цифрового сигнала, которая отображает изменение его амплитуды, используется пиковый детектор (ПД) 1 и фильтр нижних частот 2. В схеме сравнения (СС) 3 постоянное напряжение, пропорциональное А_П, сравнивается с опорным напряжением U_оп. Далее сигнал ошибки с помощью преобразователя ошибки (ПО) 4 преобразуется в воздействие, которое меняет параметры регулирующего элемента (РЭ) 5 и тем самым изменяет усиление переменного амплитудного корректора (ПАК) 6, который и обеспечивает постоянство амплитуды цифрового сигнала на входе порогового устройства.

Рисунок 7.8

В качестве регулирующих элементов можно использовать и те, которые были отвергнуты в АСП из-за своей заметной нелинейности, например полупроводниковые диоды, транзисторы и варикапы. Динамическое сопротивление (емкость) этих элементов зависит от режима работы по постоянному току, который меняется в зависимости от напряжения ошибки (напряжения смещения). Поддержание равенства U_пор = 0,5A_П при действии дестабилизирующих факторов можно обеспечить с помощью автоматической регулировки U_nop или с помощью автоматической регулировки А_П. Как правило, применяется второй вариант, при этом система автоматической стабилизации (регулировки) величины А_П одновременно используется и для работы переменного корректора частотных искажений, т.е. одновременно изменяется как коэффициент усиления, так и ЧХ усилителя-корректора.

Полная структурная схема регенератора, используемого в ДСП на металлических кабелях (коаксиальных или симметричных) с линейным трехуровневым кодом типа ЧПИ или троичным, представлена на рисунке 7.9, а осциллограммы, поясняющие его работу, – на рисунке 7.10.

Рисунок 7.9

Входной сигнал с линии (рисунок 7.9, а) в квазитроичном коде проходит через входной линейный трансформатор 1, постоянный и переменный корректоры 2 и 3, усилитель 4 и поступает в блок 5. Последний представляет собой, например, многообмоточный трансформатор, в выходных обмотках I и II которого имеем откорректированный сигнал (рисунок 7.9, б, в). Размах сигнала А_п поддерживается постоянным за счет подключенной к выходной обмотке IV системы АРУ. Она состоит из пикового детектора 6 и блока АРУ 7, в котором постоянное напряжение, пропорциональное А_п, сравнивается с опорным напряжением U_on. Далее сигнал ошибки усиливается и поступает на вход управления переменного корректора 3.

С выходной обмотки III квазитроичный сигнал вида, показанного на рисунке 7.10, б, проходит через блок формирования строб-импульсов 8. После пороговых устройств 9₁ и 9₂ и формирователей импульсов 10₁ и 10₂ формируются стандартные импульсы «+1» (рисунок 7.10, г) и «-1» (рисунок 7.10, д). В выходной обмотке линейного трансформатора 11 образуется регенерированный сигнал в квазитроичном коде (рисунок 7.10, е), который поступает в линию. С помощью линейных трансформаторов 1 и 11, так же как и в НУП аналоговых СП, происходит выделение тока дистанционного питания I_Д.П., передаваемого по фантомной цепи. В блоке дистанционного питания 12 образуются все питающие напряжения, необходимые для нормальной работы регенератора.

Рисунок 7.10

Структурная схема регенератора, применяемого в современных волоконно-оптических ЦСП, отличается от вышеописанной схемы (рисунок 7.9) следующими основными признаками.

Во-первых, на входе и выходе электрической схемы регенератора устанавливают согласующие блоки: приемный оптический модуль (ПрОМ) и передающий оптический модуль (ПОМ). ПрОМ состоит из фотодиода (типа p-i-n или лавинного), который преобразует оптические импульсы в электрические, и предварительного усилителя; ПОМ содержит выходной импульсный усилитель и лазерный диод, который генерирует оптические импульсы во время передачи сигнала «1».

Во-вторых, электрический сигнал, на выходе ПрОМ является двоичным униполярным, поэтому используется только одно пороговое устройство и формирователь импульсов. Естественно, при этом отпадает необходимость также в линейных трансформаторах, поскольку ток ДП или передается по отдельным металлическим парам комбинированного волоконно-оптического кабеля (БОК), или не передается вообще. Это особенно характерно при использовании одномодового ВОК с длиной волны оптического излучения 1,3 и 1,55 мкм, поскольку при этом длина участка регенерации составляет 50 – 100 км и нетрудно выбрать место для регенерационного пункта, где есть местная электросеть. Остальные функции регенератора — коррекция формы импульса, выделение тактовой частоты, автоматическая регулировка уровня и т.д. – в волоконно-оптических ЦСП решаются практически так же, как и в ЦСП на металлических кабелях (рисунок 7.9).

В некоторых зарубежных ЦСП применяют более сложные по построению линейные регенераторы (РЛ) с так называемой решающей обратной связью (РОС). Они обладают большей помехозащищенностью, чем вышеописанные, и используются, как правило, на проводных симметричных линиях связи.

Структурная схема регенератора с РОС (рисунок 7.11) отличается от типовой (рисунок 7.9) добавлением новых блоков 6, 9 и 10. При этом устройство вычитания 6 и блок цифровой задержки 9 на время Δt = T_т = 1/f_т реализуют решающую обратную связь. Блок частотных предыскажений 10 увеличивает размах спектральных компонентов импульсного сигнала в области верхних частот (создает выбросы на переднем и заднем фронте импульса). За счет предыскажений можно ослабить коррекцию линейного сигнала: частотная характеристика корректора будет иметь меньший подъем в области ВЧ, тогда влияние помех будет слабее.

Рисунок 7.11

За счет РОС также можно допустить меньшую степень коррекции исходного ЛС (рисунок 7.12, а), который искажается при прохождении участка линии связи и устройств коррекции и предыскажений 3, 5 и 10 (рисунок 7.11). На входе блока 6 импульс ЛС принимает форму кривой 1 на рисунке 7.12, б (здесь для наглядности искажение символов +1 и -1 показано по отдельности). Чтобы уменьшить влияние предыдущего символа на последующий (например, как показано на рисунке 7.12, б, символа +1 на символ -1), в момент его приема t₂ на второй вход схемы вычитания 6 поступает регенерированный и задержанный на период Т_T предыдущий символ +1 (рисунок 7.12, в).

Рисунок 7.12

С помощью формирователя импульсов 8 его амплитуда и длительность подбираются так, чтобы практически полностью компенсировать остаток предыдущего символа в момент приема последующего (сплошная линия 2 на рисунке 7.12, б). Таким способом устраняются МСИ только между соседними импульсами. При этом предполагается, что фронт откорректированного импульса (с выхода блока 4) затягивается не более чем на два тактовых интервала. Дальнейшее расширение фронтов импульсов ведет к появлению пакетов ошибок. При отсутствии РОС форма откорректированного импульса соответствовала бы не кривой 1, а штрих-пунктирной кривой 3 на рисунке 7.12, б. Из сравнения этих кривых видно, что РОС позволяет существенно ослабить требования к устройствам линейной коррекции регенератора, что приводит к ослаблению мощности различного рода помех, попадающих на вход ПУ, и соответственно к повышению помехозащищенности регенератора.