3.3. Регенерация цифрового сигнала

В процессе прохождения по ЛТ цифровые сигналы подвергаются искажению и воздействию помех, а также ослабляются. Это приводит к изменению формы и длительности импульса, к уменьшению амплитуды, а также случайным образом изменяет временные позиции импульсов. Для восстановления ЦЛС в промежуточных точках ЛТ устанавливаются регенераторы линейные (РЛ). На ОРП и оконечных станциях устанавливаются регенераторы станционные (РС).

Задачи регенератора:

1. восстановление амплитуды импульса;

2. восстановление формы импульса;

3. восстановление τ_и.

КУ – корректирующее устройство (усилитель-корректор); РУ – решающее устройство; УТС – устройство тактовой синхронизации; ФУ – формирующее устройство.

Рис. Принцип регенерации цифрового сигнала

(Регенератор однополярного цифрового сигнала)

Искаженный ЦЛС подается на КУ, который обеспечивает частичную или полную коррекцию формы импульса. РУ построен в виде пороговой схемы, которая срабатывает, если уровень сигнала на его входе превышает пороговый уровень РУ, и не срабатывает, если уровень входного сигнала меньше уровня порога.

Рис. Принцип регенерации цифрового двоичного сигнала (временные диаграммы)

U_порога может вырабатываться в самом РУ, а может подаваться извне. При поступлении импульса «1» на выходе РУ вырабатывается управляющее U, которое поступает на формирующее устройство (ФУ). ФУ формирует импульс с принятыми в конкретной ЦСП стандартными параметрами. УТС вырабатывает стробирующие импульсы с частотой f_т в середине тактового интервала, на котором входящий сигнал РУ имеет максимальное значение и минимальные помехи. Это обеспечивает максимальную вероятность правильных решений.

Регенераторы современных ЦСП классифицируются:

1) по методам регистрации импульсов различают регенераторы с однократным и многократным стробированием импульса цифрового сигнала. Практическое применение благодаря простоте реализации узлов регистрации нашли регенераторы с однократным стробированием, в которых на протяжении одного символа цифрового сигнала берется один отсчет и с помощью РУ устанавливается наличие 1 или 0 на выходе регенератора.

2) по видам синхронизации различают регенераторы с внешней и внутренней синхронизациями.

При использовании внешней синхронизации цифровой сигнал в оконечном оборудовании линейного тракта объединяют с синхросигналом, получаемым от УТС. При внешней синхронизации возможна также передача сигналов тактовой синхронизации по отдельному тракту. Оба способа внешней синхронизации требуют значительного усложнения оборудования системы и неэкономичны.

На практике чаще всего используются регенераторы с внутренней синхронизацией, в которых тактовая синхронизирующая частота выделяется из цифрового сигнала. В зависимости от способа получения тактовой частоты регенераторы с внутренней синхронизацией подразделяются на регенераторы с пассивной и активной фильтрацией тактовой частоты.

Рассмотренная схема регенератора предназначена для восстановления однополярных цифровых сигналов. Для восстановления формы двухполярных сигналов регенератором должно быть предусмотрено два канала регистрации — отдельно для положительных и отрицательных импульсов. Разделение импульсов в соответствии с полярностью реализуется с помощью дифференциальных трансформаторов.

Рис. Регенератор двухполярного квазитроичного сигнала

КУ обеспечивает усиление и коррекцию двухполярного цифрового сигнала. Трансформатор Тр₁ имеет вторичную обмотку с заземленной средней точкой, благодаря этому положительные импульсы на входе регенератора создают положительный потенциал на входе РУ₁, а отрицательные — положительный потенциал на входе РУ₂. В моменты, определяемые стробирующими импульсами, поступающими от УТС, срабатывает то из двух РУ, на входе которого положительный потенциал превышает пороговое значение. Формирующие устройства ФУ₁ и ФУ₂ обеспечивают формирование импульсов с заданными параметрами. В первичной обмотке трансформатора Тр₂ токи с выходов ФУ₁ и ФУ₂ имеют противоположные направления, что позволяет формировать двухполярный сигнал на выходе регенератора.

Для исключения неверного опознавания значений символа можно изменить:

1. пороговый уровень РУ в зависимости от уровня сигнала на выходе КУ,

2. стабилизировать амплитуду импульса на выходе КУ за счет изменения его усиления.

В первом случае применяют схему автоматической регулировки порога (АРП). Во втором — схему автоматической регулировки усиления (АРУ). Применение АРП и АРУ упрощает строительство линий передачи, настройку и эксплуатацию ЛТ.

Параметры регенераторов:

1) коэффициент ошибок К_ош — отношение числа ошибочно регенерированных символов N_ош к общему числу символов N: К_ош= N_ош /N.

2) помехоустойчивость регенератора — это минимальное значение защищенности А_{з min} на входе регенератора, при которой обеспечивается заданный К_ош. Помехоустойчивость оценивается с учетом ухудшающих работу регенератора факторов — неточности коррекции, нестабильности тактовой частоты, наличия зоны неопределенного решения РУ.

Для оценки качества коррекции импульсов корректирующим устройством регенератора и возможности достоверной регистрации импульса цифрового сигна­ла используются так называемые глаз-диаграммы. Глаз-диаграмма — это график или картинка на экране осциллографа, состоящая из системы наложенных друг на друга всех возможных вариантов цифрового сигнала в интервале времени, равном двум тактовым интервалам.

На рисунке представлен вариант глаз-диаграммы. Точка Р графически фиксирует опознавание импульса в центре тактового интервала на уровне, равном половине его амплитуды. Разность ΔUp между уровнями регистрируемого импульса и соседнего, соз­дающего максимальную по величине межсимвольную помеху, на­зывается раскрывом глаз-диаграммы. Чем больше раскрыв, тем больше допустимый уровень аддитивной помехи, при которой бу­дет принято правильное решение. Следовательно, увеличение раскрыва снижает коэффициент ошибок регенератора, а его уменьше­ние приводит к росту Кош. Раскрыв уменьшается при смещении момента регистрации от центра импульса (точка Р сме­щается влево или вправо).