Устройство тактовой синхронизации с пассивной фильтрацией. Структурная схема выделителя тактовой частоты. Принцип действия, временные диаграммы.
Сущность одного из наиболее распространенных методов выделения тактовой частоты состоит в том, что из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, содержащего высокодобротные резонансные контуры, фильтры-выделители или избирательные усилители, выделяется тактовая частота.
Рис. 1. Структурная схема тактовой синхронизации
Рис. 2. Принцип выделения тактовой частоты
Энергетический спектр случайной униполярной последовательности импульсов, т. е. спектр униполярного цифрового сигнала, содержит как непрерывную GH(f), так и дискретную GД(f) составляющую. На Рис. 2. приведен энергетический спектр униполярного цифрового сигнала при скважности следования импульсов, равной 2, и показано, что с помощью фильтра-выделителя можно выделить первую гармонику частоты следования импульсов, т. е. тактовую частоту Fт, являющуюся одной из составляющих дискретной части спектра.
Упрощенная схема ВТЧ показана на Рис. 3. (а), которая содержит полосовой фильтр, усилитель-ограничитель, схему формирования тактовых импульсов.
Рис. 3. Структурная схема ВТЧ и временные диаграммы формирования тактовых импульсов
Временные диаграммы формирования тактовых импульсов показаны на Рис. 3. (б).
Такой способ выделения тактовой частоты называется способом пассивной фильтрации (или резонансным). Этот способ характеризуется простотой реализации ВТЧ, но имеет существенный недостаток: стабильность выделения тактовой частоты зависит от стабильности параметров фильтра-выделителя и структуры цифрового сигнала (при появлении длинных серий нулей или кратко временных перерывах связи затрудняется процесс выделения тактовой частоты).
Устройство тактовой синхронизации с активной фильтрацией. Структурные схемы, принцип действия.
Перспективным для высокоскоростных ЦСП, но более сложным, является способ тактовой синхронизации с применением устройств авто подстройки частоты генератора тактовой частоты приемного оборудования (способ активной фильтрации). Структурные схемы устройств тактовой-синхронизации с активной фильтрацией тактовой частоты представлены на Рис. 4.
Рис. 4. Структурные схемы УТС с активной фильтрацией тактовой частоты
УТС с активной фильтрацией тактовой частоты подразделяются на две группы: 1) С непосредственным воздействием на местный ЗГ тактовой частоты. 2) С воздействием на промежуточный преобразователь тактовой последовательности. В схеме с непосредственным воздействием на ЗГ (Рис. 4.а) подстройка тактовой частоты под частоту принимаемых импульсов осуществляется по управляющему напряжению UРФ, снимаемому с фазового дискриминатора ФД, значение и знак которого зависят от значений и знака разности фаз входных сигналов ФД. Так как напряжение UРФ на выходе ФД имеет дискретный характер, непрерывное регулирование частоты ЗГ можно осуществить, пропуская напряжение UРФчерез интегратор (сглаживающую цепочку). Во втором случае (Рис. 4.б) изменение тактовой частоты осуществляется изменением числа импульсов, поступающих на вход делителя частоты ДЧ через схему управления СУ. Управление осуществляется от сигнала с выхода ФД, пропущенного через цифровой интегратор на основе реверсивного счетчика PC.
Рассмотрим принципы построения узлов УТС с активной фильтрацией тактовой частоты и непосредственным воздействием на генератор тактовой частоты ГТЧ. На Рис. 5. (а) представлена функциональная схема УТС такого типа. Последовательность входных импульсов поступает на ФД, состоящий из двух триггеров D1 и D2 соединенных с ними усилителей Ус1 и Ус2. На второй вход ФД поступают импульсы с выхода формирователя тактовых импульсов ФТИ. При совпадении частот следования этих импульсов интервал времени между их фронтами равен четверти периода. Фронтом импульсов ФТИ устанавливается триггер D2 и сбрасывается триггер D1, фронтом входных импульсов состояние триггеров меняется на противоположное. При этом на выходах триггеров формируются импульсы длительностью Т/4, следующие до и после фронта ФТИ. Поступая на входы Ус1 и Ус2, эти импульсы формируют на выходах усилителей одинаковые по величине и противоположно направленные напряжения. При этом исходное напряжение Ус2 заряжает конденсатор С, выполняющий роль интегратора, а выходное напряжение Ус1 разряжает его.
При совпадении частоты ГТЧ с тактовой интервалы времени заряда и разряда конденсатора одинаковы, при этом напряжение на конденсаторе сохраняется неизменным. Снимаемое с конденсатора напряжение обеспечивает смещение варикапа VD, устанавливая определенные значения его емкости и частоты кварцевого ГТЧ. Несовпадение частот следования входных импульсов и импульсов ФТИ вызывает изменение фазового сдвига между ними, что приводит i неравенству длительностей импульсов на выходах D1 и D2. Напряжение на конденсаторе изменяется, изменяя емкость варикапа VD и частоту ГТЧ. Происходящие при этом в схеме процессы поясняет Рис. 5. б.
Рис. 5. Функциональная схема устройств активной фильтрации тактовой частоты
Вывод: тактовая синхронизация в ЦСП выполняется по рабочим импульсам группового цифрового сигнала, т.к. применение специальных синхроимпульсов снижает пропускную способность системы.
В ЦСП к устройствам тактовой синхронизации предъявляются следующие требования:
Высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала ЗГ приемной части.
Малое время вхождения в синхронизм.
Сохранение состояния синхронизма при кратковременных перерывах связи.
Цикловая (сверхцикловая) синхронизация. Назначение, классификация, принципы организации систем цикловой синхронизации, алгоритм поиска синхросигнала.
Синхронизация по циклам обеспечивает правильное разделение каналов, т.е. поступление декодированных АИМ сигналов определенных каналов в приемные устройства этих каналов. Кроме цикловой синхронизации в системах ИКМ осуществляется сверхцикловая синхронизация, обеспечивающая правильное распределение сигналов управления и взаимодействия (СУВ) между АТС.
Устройства цикловой и сверхцикловой синхронизации содержат формирователи синхросигналов на передающей станции и приемники синхросигналов на приемной станции. При включении аппаратуры в работу синхронизм устанавливается через определенный промежуток времени, который называется временем вхождения в синхронизм. При нарушении синхронизма система переходит в режим поиска. Поиск состояния синхронизма осуществляется в два этапа: сначала устанавливается состояние циклового, а затем сверхциклового синхронизма.
Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом: На передающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла передачи (обычно в КИ0) вводится цикловой синхросигнал, а на приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПСС), который выделяет цикловой синхросигнал из группового цифрового сигнала и тем самым определяет начало цикла передачи. Очевидно, что цикловой синхросигнал должен обладать определенными отличительными признаками в качестве которых используется заранее определенная и неизменная структура синхросигнала (например, 0011011 в ЦСП ИКМ-30), а также периодичность следования синхросигнала на определенных позициях цикла (например, в КИ0 через цикл в ЦСП ИКМ-30). Групповой цифровой сигнал в силу случайного характера информационных сигналов таким свойствами не обладает.
Принцип организации сверхцикловой синхронизации аналогичен цикловой и основан на передаче в групповом сигнале синхрогруппы в одном из циклов передачи (например 0000 в Ц0, ЦСП ИКМ-30).
К системе цикловой синхронизации предъявляется ряд требований, в частности:
- время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимально возможным;
- приемник синхросигнала должен обладать высокой помехоустойчивостью;
- число символов синхросигнала и частота повторения должны быть минимально возможными.
Поиски циклового синхросигнала производятся в зоне, равной двум циклам передачи, (что соответствует периоду следования синхросигнала) путем последовательного анализа кодовых групп на соответствие синхронизирующей. Алгоритм поиска 7-разрядного синхросигнала при нарушении синхронизма показан на Рис. 2.
Рис. 2. График алгоритма поиска синхросигнала.
Если анализируемая кодовая группа отличается от синхронизирующей, то осуществляется сдвиг на одну позицию и следующей анализируется 7-разрядная кодовая группа, содержащая 6 символов предыдущей кодовой группы. Такой анализ продолжается до тех пор, пока анализируемая комбинация не окажется аналогичной синхронизирующей. Следующей будит анализироваться комбинация, расположенная на тех же позициях цикла передачи, но со сдвигом на период следования синхросигнала.