Формирование линейных цифровых сигналов.

Искажения импульсных групповых АИМ сигналов при прохождении их через цепи с неравномерными АЧХ возникают и при прохождении группового цифрового сигнала, предоставляющего собой однополярную последовательность импульсов, следующих с тактовой частотой, через линию передачи. Различие заключается в том, что в групповом АИМ сигнале из-за нелинейных искажений возникает переходная помеха между каналами, а в групповом цифровом сигнале влияют друг на друга импульсы, принадлежащие к одной или различным соседним кодовым группам. Такие взаимные влияния в цифровом сигнале и называются межсимвольными искажениями.

 

 

 

Рисунок 3.16. Влияние ограничения полосы частот на форму двоичного цифрового сигнала в линейном тракте.

 

Ослабление верхних частот спектра цифрового сигнала вызывает межсимвольные искажения первого рода. Они возникают из-за того, что затухание линии возрастает с увеличением частоты, при этом как видно из рисунка 3.16а, возникает плавание середины амплитуды импульса, и поэтому при больших межсимвольных искажениях может возникнуть ошибка при принятии решения о наличии «нуля» или «единицы».

Межсимвольные искажения второго рода возникают из-за ослабления нижних частот спектра сигнала. Ослабления нижних частот объясняется тем, что в линии связи имеются трансформаторы, служащие для перехода от несимметричных относительно земли выходов аппаратуры к симметричным кабельным парам, организация фантомных цепей, согласования сопротивлений. Трансформаторы не пропускают постоянную составляющую, и ослабляют низкочастотные составляющие спектра импульсного сигнала. При этом, как видно на рисунке 3.16б, также возникают плавание базовой линии, которое может привести к ошибке при принятии решения о наличии «единицы» или «нуля».

Для ослабления межсимвольных искажений линейного цифрового сигнала, к нему необходимо предъявлять следующие требования:

1. Он не должен содержать постоянной составляющей.

2. Энергетический спектр сигнала должен концентрироваться в относительно узкой полосе частот, что позволяет уменьшить межсимвольные искажения из-за ограничения полосы сверху.

3. Уменьшение при необходимости тактовой частоты передаваемого сигнала по сравнению с исходным сигналом, что позволяет уменьшить затухание, вносимое линией или увеличить длину участка регенерации.

4. Должна обеспечиваться возможность выделения тактовой частоты, что достигается необходимой плотностью тактовых импульсов.

Квазитроичный код не исключает возможности появления подряд большого количества нулей в линейном сигнале. Для устранения этого недостатка могут применяться другие виды трехуровневых кодов.

 

Устройства формирования кодов цифровой линии передачи – преобразователи кодов. Как уже отмечалось, в некоторых ЦСП в качестве линейного кода используется двоичный код с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал». Формируется такой сигнал из двоичного цифрового сигнала с защитными интервалами между импульсами. Скважность преобразуемого цифрового сигнала, как правило, q=2.

Преобразование можно осуществить с помощью счетного триггера. Реализация преобразователей кода ПК передачи и временные диаграммы работы устройства представлены на рис.3.17. Триггер Тг, управляемый по входу С, изменяет свое состояние по фронту каждого информационного импульса, благодаря чему длительность импульса затягивается на весь тактовый интервал Т.

 

 

 

Рис. 3.17. Преобразователи кода передачи цифровых двоичных сигналов с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал». Функциональная схема и диаграммы работы ПК передачи.

 

 

Преобразователь двоичного кода в ЧПИ (рис.3.18) в простейшем случае должен содержать схему, формирующую отдельные каналы передачи для четных и нечетных импульсов. Такая схема также реализуется на основе счетного триггера. Двоичный цифровой сигнал поступает на счетный вход триггера D₁. Триггер изменяет свое состояние по фронту каждого импульса на входе C. Причем 1 появляется на основном выходе триггера при поступлении импульсов с нечетными номерами, а на инверсном выходе – с четными.

 

 

Рис. 3.18 Преобразователи кода передачи цифрового квазитроичного кода ЧПИ. Функциональная схема и диаграмма работы ПК передачи.

Квазитроичный код не исключает возможности появления подряд большого количества нулей в линейном сигнале. Для устранения этого недостатка могут применяться другие виды трехуровневых кодов.

 

Устройства формирования кодов цифровой линии передачи – преобразователи кодов. Как уже отмечалось, в некоторых ЦСП в качестве линейного кода используется двоичный код с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал». Формируется такой сигнал из двоичного цифрового сигнала с защитными интервалами между импульсами. Скважность преобразуемого цифрового сигнала, как правило, q=2.

 

Преобразователь кода приема для такого сигнала представлен на рис. 3.19. Входной сигнал U_вх поступает на вычитающее устройство ВУ и на линию задержки ЛЗ, задерживающую входной сигнал на полтакта Т/2. Сигнал на выходе ВУ, равный разности U_вх – U_л-з, будет двухполярным. Выпрямленный сигнал U_вых в точности соответствует сигналу на передаче.

 

 

 

 

 

Рис. 3.19. Преобразователи кода приема цифровых двоичных сигналов с импульсами, «затянутыми на тактовый интервал». Функциональная схема и диаграммы работы ПК приема.

 

Разрешающие сигналы D₁ попеременно включают схемы совпадения D₂ и D₃, при этом нечетные импульсы поступают на вход усилителя А₁, четные – на вход А₂. Средняя точка трансформатора Тр₁ обуславливает противонаправленность токов на выходах усилителей А₁ и А₂, чем и обеспечивается инверсия полярности четных импульсов относительно полярности нечетных импульсов.

На приеме для преобразования кода ЧПИ в двоичный используются выпрямитель и устройство восстановления формы импульсов (рис. 3.20).

 

 

 

Рис. 3.20 Преобразователь кода передачи цифрового квазитроичного кода ЧПИ. Функциональная схема и диаграмма работы ПК приёма.

 

По ЦЛТ должны передаваться сигналы, обеспечивающие минимальные уровни помех внутри сигнала и переходных помех между соседними трактами. Уровень и мешающие действие указанных помех зависят в общем случае как от ширины и формы энергетического спектра сигнала, так и от ширины и формы АЧХ тракта.

Следовательно, вопрос выбора цифрового сигнала, обеспечивающего необходимую помехозащищённость, сводится к подбору сигнала, спектра которого удовлетворяет определённым требованиям:

• энергетический спектр сигнала должен ограничиваться снизу и сверху, быть достаточно узким, располагаться на сравнительно низких частотах и не содержать постоянной составляющей, что позволяет обеспечить наибольшую длину регенерационного участка;
• в составе спектра передаваемого сигнала должна быть FT (тактовая частота), что позволяет выделить эту частоту из линейного сигнала;
• сигнал должен быть представлен в коде, содержащем информационную избыточность, что обеспечивает возможность обнаружения ошибок в линейном сигнале.

Рассмотрим достоинства и недостатки линейных кодов (Таблица 2), принцип построения рис 3.21 (таблица 2 дана к принципу построения кода КВП-3).

 

Рис. 3.21. Принцип построения линейных кодов.

Таблица№2

Код системы	Достоинства	Недостатки
BH с Q=2 (на выходе)	1.Самая простая схема регенератора. 2.В спектре линейного сигнала есть тактовая частота fт, поэтому схема УТС самая простая.	1.В спектре есть постоянный ток и мощные НЧ составляющие, поэтому велики МСИ-2. 2.Мощные ВЧ составляющие, поэтому велики МСИ-1 и переходные помехи. 3.Возможен сбой УТС из-за большой серии нулей. 4.В коде нет избыточности, поэтому нельзя контролировать ошибки.
МБВН; ИКМ-15	1.Спектр линейного сигнала смещен в НЧ область, поэтому малы МСИ-1 и переходные помехи. 2.Схема регенератора проще, чем у ЧПИ.	1.В спектре есть постоянный ток и мощные НЧ составляющие, поэтому велики МСИ-2. 2.Возможен сбой УТС из-за большой серии нулей. 3.В коде нет избыточности, поэтому нельзя контролировать ошибки. 4.В спектре нет fт, поэтому схема УТС сложнее, чем у ВН.
ЧПИ; ИКМ-30	1.Нет постоянного тока и мала мощность НЧ составляющих, поэтому малы МСИ-2. 2.Спектр линейного сигнала смещен а НЧ область, поэтому малы МСИ-1 и переходные помехи. 3.В коде есть избыточность, поэтому можно контролировать ошибки без перерыва связи.	1.В спектре линейного сигнала нет тактовой частоты fт, поэтому схема УТС сложнее, чем у ВН. 2.Возможен сбой УТС из-за большой серии нулей.
МЧПИ; ИКМ-120 ИКМ-30-4	1.Нет постоянного тока и мала мощность НЧ составляющих, поэтому малы МСИ-2. 2.Спектр линейного сигнала смещен а НЧ область, поэтому малы МСИ-1 и переходные помехи. 3.В коде есть избыточность, поэтому можно контролировать ошибки без перерыва связи. 4.Устойчивость УТС благодаря вставкам.	1.В спектре линейного сигнала нет тактовой частоты fт, поэтому схема УТС сложнее, чем у ВН. 2.Более сложная схема кодопреобразователей передачи и приема, чем у ЧПИ.

 

 

Таблица №3

Комбинация вставок	Условия выбора вставок
000V	Эта вставка применяется, если после предыдущей вставки было передано нечетное число информационных импульсов. Импульс вида V повторяет полярность предыдущего импульса (единицы).
B00V	Эта вставка применяется, если после предыдущей вставки было передано четное число информационных импульсов. Импульс вида B передается противоположной полярностью предыдущего импульса. Импульс вида V повторяет полярность предыдущего импульса.