5.4. Оборудование асинхронного объединения цифровых потоков

Запоминающее устройство. В запоминающем устройстве (рис. 5.7) информационные символы через ячейки И записываются в ячейки памяти Я\—Яь Процессом записи управляет распредели­тель записи, работающий с частотой f₃, равной тактовой частоте поступающих информационных сигналов. Считывание осуществ­ляется импульсными последовательностями с соответствующих вы­ходов распределителя считывания, который управляется сигналом от ГОпер аппаратуры объединения цифровых потоков. Информация,

Рис. 5.7. Структурная схема запоминающего устройства

считанная с ячеек Я\—Яь объединяется логическим элементом ИЛИ.

Число ячеек памяти выбирается таким, чтобы момент считыва­ния всегда отставал от момента записи. Минимальное число ячеек памяти зависит от нескольких факторов. Рассмотрим некоторые из них.

Число ячеек памяти зависит от количества следующих подряд служебных символов в цикле передачи, относящихся к одному цифровому потоку. Служебные символы передаются на импульс­ных позициях временных сдвигов, которые, в свою очередь, органи­зуются путем запрета считывания информации в соответствующие моменты времени. Однако информационные символы продолжают поступать на вход ЗУ, поэтому должно быть предусмотрено соот­ветствующее число дополнительных ячеек памяти. Для уменьше­ния числа ячеек памяти ЗУ желательно, чтобы служебные символы были равномерно рассредоточены в цикле передачи. Но в неко­торых случаях, например при передаче синхросигнала, целесооб­разно формировать сосредоточенные служебные символы. Так, во вторичной ЦСП сосредоточиваются восемь служебных символов подряд — по два на каждый цифровой поток, а в третичной и чет­веричной ЦСП— 12 служебных символов (по три на каждый циф­ровой поток).

Так как согласование скоростей можно производить а строго определенный момент времени, определяемый импульсными пози­циями КСС в цикле объединенного цифрового потока, необходимо учитывать относительное время ожидания. Последнее зависит так­же и от длительности самого цикла (числа символов в цикле). Это требует соответствующего увеличения объема памяти.

Дополнительный объем памяти определяется значением времен­ных колебаний, изменений частоты записи и считывания, вносимых как оборудованием асинхронного объединения/разделения цифро­вых потоков, так и оборудованием ЦСП объединяемых цифровых потоков. Обычно в зависимости от особенности построения цикла передачи, главным образом структуры и распределения символов синхросигнала, минимально необходимое число ячеек памяти со­ставляет от пяти до восьми.

К одноименным выходам распределителей записи и считывания (на рис. 5.7 используются выходы L) подключается ВД. Номер вы­ходов распределителей и общее число выходов, используемых в работе ВД, определяются числом ячеек памяти ЗУ и схемой ра­боты ВД.

Временной детектор. Временные интервалы между моментами записи и считывания контролируются ВД. В оборудовании времен­ного группообразования используются цифровой и аналоговый временные детекторы. Цифровой детектор применяется в переда­ющей части для определения момента возникновения неоднород­ности. В системах с двусторонним согласованием скоростей ВД должен не только обнаруживать моменты возникновения неодно­родности, но и определять ее знак. В цифровом детекторе (рис. 5.8) одноименные выходы распределителей записи и считы­вания подключены к раздельным выходам триггера DD_b Выходы триггера соединены с логическими элементами DD₂ и DD₃, на дру­гие входы которых подаются контрольные импульсные, последова­тельности с распределителя записи. Временное положение конт­рольных последовательностей выбирается таким образом, чтобы при нормальном режиме работы ЗУ на схемах И импульсы с триг­гера не совпадали по времени с контрольными импульсами. Если временной интервал между импульсами записи и считывания до­стиг величины, при которой необходимо согласование скоростей, на выходе соответствующей ячейки И появится импульс, который поступит в передатчик КСС.

На рис. 5.9 показаны временные диаграммы, иллюстрирующие работу цифрового ВД. При рассмотрении работы ВД примем число ячеек памяти в ЗУ равным четырем, тогда на вход S триггера будет подаваться сигнал с 4-го выхода распределителя считыва­ния, на вход R— сигнал с 4-го выхода распределителя записи, на схему DD₂ — сигнал с 3-го выхода распределителя записи, на схе­му DD3 — сигнал с 1-го выхода распределителя записи.

Рис. 5.8. Цифровой временной детектор

Рис. 5.9. Диаграммы работы цифрового временного детектора:

а — при отсутствии согласования скоростей; б — при отрицательном согласовании скоро­стей; в — при положительном согласовании скоростей

При отсутствии согласования скоростей (рис. 5.9, а) сигналы на выходах DD₂ и DD₃ отсутствуют. При отрицательном согласо­вании скоростей (рис. 5.9, б) импульсная последовательность с 3-го выхода распределителя записи совпадает с единичным состо­янием выхода триггера Q, в результате чего формируется сигнал на выходе логического элемента И_ь При положительном согласо­вании скоростей (рис. 5.9, в) импульсная последовательность с 1-го выхода распределителя записи совпадает с единичным состоянием выхода Q триггера и формируется сигнал на выходе логического элемента И₂.

Аналоговый детектор используется в приемной части для опре­деления текущего значения временного интервала между момен­тами записи и считывания. В аналоговом детекторе (рис. 5.10, а), как и в цифровом, импульсные последовательности с одноименных выходов распределителей записи и считывания подаются на раз­дельные входы R и S триггера, скважность сигнала на выходе ко­торого характеризует взаимное временное положение импульсов записи и считывания. Сигнал с выхода триггера подается на вход фильтра нижних частот ФНЧ, который выделит постоянную со­ставляющую напряжения сигнала. Величина этого напряжения (рис. 5.10, б) зависит от скважности сигнала. При нормальной ра­боте ЗУ импульсы записи и считывания сдвинуты относительно друг друга на половину периода их следования. В этом случае скважность сигнала на выходе триггера будет равна двум, а на­пряжение постоянной составляющей на выходе ФНЧ — среднему

Рис. 5.10. Структурная схема аналогового временного детектора (а) и диаграммы его работы (б)

Рис. 5.11. Структура двухкомандного сигнала при двустороннем согласовании скоростей

Передача команд согласования скоростей. Выше отмечалось, что команды согласования скоростей должны обладать практиче­ски такой же помехозащищенностью, как и цикловые синхросиг­налы. Это объясняется тем, что ошибка при опознавании КСС рав­носильна изменению на один такт длительности цикла передачи (в ту или иную сторону в зависимости от вида ошибки) и вызовет сбой цикловой синхронизации в соответствующем объединяемом потоке. Последнее, в свою очередь, может вызвать сбой цикловой синхронизации во всех системах более низкого порядка этого циф­рового потока. Однако между синхросигналами и КСС есть су­щественная разница, которая заключается в том, что первые обла­дают периодичностью, так как передаются в каждом цикле пере­дачи, тогда как вторые несут информацию об однократных изме­нениях этого состояния. Поэтому помехозащищенность синхросиг­нала достигается методом накопления, и ошибка в одном или даже нескольких синхросигналах не вызывает сбоя цикловой синхрони­зации, а помехозащищенность КСС обеспечивается кодами, ис­правляющими ошибки.

В системах с односторонним согласованием скоростей необхо­димо передавать информацию о двух состояниях передающего уст­ройства: отсутствии или наличии КСС. Для передачи этой инфор­мации достаточно одного двоичного разряда. Тогда для защиты от искажений одного символа КСС достаточно использовать трехраз­рядную кодовую группу, для защиты двух символов — пятиразряд­ную кодовую группу и т. д. Обычно в системах с односторонним согласованием скоростей для передачи соответствующих команд используются кодовые группы вида 00...О — для передачи инфор­мации об отсутствии согласования скоростей и 11...1 для передачи информации о наличии согласования скоростей. Число символов в кодовой группе выбирают нечетным. При этом правильное опозна­вание КСС осуществляется, если число искаженных символов не превышает половины общего числа символов в команде.

В системах с двусторонним согласованием скоростей необходи­мо передавать информацию о трех возможных состояниях переда­ющего устройства: отсутствии согласования скоростей, положи­тельном согласовании скоростей и отрицательном согласовании скоростей. Для передачи этой информации необходимо уже два двоичных разряда. Тогда для защиты от искажений одного сим­вола КСС необходимо использовать пятиразрядную кодовую ком­бинацию, для защиты от искажения двух символов — семиразряд­ную кодовую комбинацию и т. д. Увеличение числа КСС и числа разрядов в кодовой комбинации приводит к возрастанию объема передаваемой информации.

Таким образом, по объему передаваемой информации системы с двусторонним согласованием скоростей и передачей трех команд менее экономичны, чем системы с односторонним согласованием скоростей, так как требуют большего объема передаваемой инфор­мации.

Стремление реализовать достоинства систем с двусторонним согласованнием скоростей и вместе с тем обеспечить такую же по­мехозащищенность, как в системе с односторонним согласованием скоростей при одинаковом числе разрядов кодовых групп команд, привело к созданию системы с двусторонним согласованием ско­ростей с исключением передачи команды об отсутствии согласова­ния. Такие системы называются системами с двусторон­ним согласованием скоростей и двухкомандным управлением. По числу передаваемых команд подобные си­стемы идентичны системам с односторонним согласованием ско­ростей. Структура двухкомандного сигнала показана на рис. 5.11, а. При отсутствии согласования скоростей с передающей станции будет поступать чередование положительных и отрица­тельных команд согласования скоростей. Если временной интервал Л7" между моментами записи и считывания достигнет значения Гсч, то необходимо произвести согласование скоростей. В этом слу­чае передаются подряд две команды положительного или отрица­тельного согласования скоростей (рис. 5.11, а). Такая структура передачи КСС позволяет выявить одиночные ошибки в передавае­мых командах. Для рассмотрения возможности определения оши­бок интервал времени передачи чередующихся команд назовем пассивным, а интервал времени передачи команд положитель­ного или отрицательного согласования скоростей (две одинаковые команды подряд) —активным.

На рис. 5.11, б, в показаны ошибки в пассивном интервале пере­дачи команд. Эти ошибки легко обнаружить, так как подряд сле­дуют три одинаковые команды, что при нормальной работе невоз­можно. Сложнее выявить ошибки в активном интервале (рис.5.11,г,д), поскольку в данном случае положительная команда трансформируется в отрицательную и наоборот. С учетом возмож­ности коррекции ошибок в пассивном интервале или в обоих слу­чаях и строятся приемники команд согласования скоростей.

Приемник КСС с коррекцией ошибки в пассивном интервале показан на рис. 5.12. Он содержит три узла: опознаватель, анали­зирующее устройство, корректор ошибок. Опознаватель определяет знак согласования скоростей. Анализатор выявляет положитель­ную или отрицательную КСС. Он содержит триггер Тг, на один вход которого подаются импульсы команд положительного согла­сования скоростей, а на другой — отрицательные, и две схемы И.

Рис. 5.12. Приемник команд согласова­ния скоростей с коррекцией ошибок на пассивном интервале передачи КСС

При появлении подряд двух импульсов одинаковых команд второй импульс пройдет через свою схему И. Корректор оши­бок служит для выявления ошибки в пассивном интерва­ле времени. Он содержит два счетчика команд: положитель­ных и отрицательных. Емкость счетчиков — три единицы. Счетчики подключены к опоз-навателю знака так, что по­явление команды определенно­го знака записывается в свой счетчик, а для другого счетчи­ка он является сигналом сбро­са. Если в счетчик подряд по­ступило три команды, необхо­димо осуществить коррекцию. При коррекции производится вставка или изъятие из цифро­вого потока одного из времен­ного интервала в зависимости от прошедшей команды согла­сования скоростей. Такая коррекция не позволяет восстановить пе­редаваемую кодовую комбинацию потока, но дает возможность со­хранить длительность его цикла, что не повлечет за собой срыва цикловой синхронизации в этом потоке.

Для коррекции ошибок в активном интервале передачи команд с передающей станции поступает знак промежуточного значения изменения временного интервала между сигналами записи и счи­тывания. Необходимо учесть, что команды согласования скоростей будут передаваться довольно редко. Это определяется стабиль­ностью частоты задающего генератора, используемого при форми­ровании низовых потоков и в оборудовании временного группооб­разования. Рассмотрим это на примере системы передачи ИКМ-120. Как будет показано далее, расхождение частот может дости­гать 120 Гц, т. е. за 1 с максимальное число КСС равно 120, а число циклов за 1 с — 8000, т. е. в 67 раз больше. В каждом цикле имеются временные позиции для передачи информационных сим­волов при отрицательном согласовании скоростей. При отсутствии команд согласования скоростей эти временные позиции можно использовать для передачи знака промежуточного значения изме­нения временного интервала между сигналами записи и считыва­ния. Из этого видно, что информация о знаке промежуточного значения изменения временного интервала будет передаваться зна­чительно чаще, чем сами КСС. 138

При использовании такого способа коррекции каждая сдвоен­ная команда несет в себе информацию только о наличии согласо­вания скоростей, в то время как решение о знаке этого согласова­ния принимается на основе многократно передаваемой информации о знаке изменения временного интервала между сигналами записи и считывания. Как показано на рис. 5.11, г,д при одиночном иска­жении сдвоенных команд последовательности ( + + ) преобразуют­ся в последовательности (--), а последовательности (--) (на

рисунке не показаны)—в последовательности (+ + ); при этом момент передачи сдвоенных команд сдвигается на один времен­ной интервал передачи КСС. Это и используется в приемнике со­гласования скоростей для коррекции ошибок.

В схему приемника команд согласования скоростей добавляют­ся узлы определения знака промежуточного состояния скоростей и устройство сравнения, определяющее несоответствие информации о знаке согласования скоростей виду сдвоенной команды.

Устройство фазовой автоподстройки частоты. Схема устройства ФАПЧ приведена на рис. 5.5. В состав ее входят временной детек­тор ВД, схема управления СУ и генератор, управляемый напря­жением, ГУН. Работа аналогового ВД была рассмотрена ранее. Схема управления, содержащая ФНЧ, выделяет из сигнала с вы­хода ВД постоянную составляющую напряжения. Для идеального восстановления первоначальной скорости цифрового потока ФНЧ должен иметь бесконечно малую полосу пропускания. Это позволит значительно уменьшить временные флуктуации импульсов пере­даваемого цифрового потока, вносимые оборудованием временного группообразования. Однако при этом не обеспечивается необходи­мая полоса захвата устройства ФАПЧ, которая не может быть меньше максимального расхождения частот записи в передающем устройстве fs.nep и считывания в приемном устройстве /сч.пр. Сле­довательно,

где AFфнч — полоса пропускания ФНЧ; б —относительная не­стабильность частоты f. Так, при объединении цифровых потоков, сформированных аппаратурой ИКМ-30, f₃=f_c4 = 2048 кГц, 6f₃ = = fi_fC4 =3.10Л Д^фнч = 120 Гц.

На вход ГУН будут проходить все составляющие сигнала с вы­хода ВД, попадающие в полосу Д/^фнч, что приводит к времен­ным флуктуациям передаваемого цифрового потока. Для уменьше­ния этих флуктуации в схемах ФАПЧ применяются специальные устройства.