Принципы регенерации цифровых сигналов

Цифровой сигнал, проходя по линии связи, ослабляется, иска­жается и подвергается воздействию различных помех, что приводит к изменению формы и длительности импульсов, уменьшению их амплитуды и случайным временным сдвигам. Поэтому для восста­новления параметров цифрового сигнала в линейном тракте СП

с ИКМ через определенные расстояния устанавливаются регене­раторы, т.е. устройства, полностью восстанавливающие парамет­ры линейного цифрового сигнала.

В процессе регенерации (восстановления) цифрового сигнала выполняются следующие основные операции:

усиление восстанавливаемых импульсов, так как при прохожде­нии по линии связи они испытали затухание;

коррекция формы импульсов, так как при прохождении цифрово­го сигнала по линии связи из-за не идеальности амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик форма импульсов ли­нейного сигнала искажается;

сравнение усиленных и откорректированных импульсов с поро­говым значением для определения наличия или отсутствия сигнала на фоне помех;

стробирование импульсов, в результате которого создаются та­кие условия, при которых импульсы цифрового сигнала на выходе регенератора формируются в строго определенные моменты;

формирование новых импульсов с заданными параметрами и в определенные моменты времени.

Структурная схема регенератора и временные диаграммы, пояс­няющие его работу, приведены на рис. 14 и 15 соответственно, где приняты следующие обозначения:

ВУ - входное устройство, предназначенное для согласования входного сопротивления линии с входным сопротивлением регене­ратора; КУ - корректирующий усилитель, предназначенный для компенсации затухания регенерационного участка и коррекции амплитудно-частотных искажений, вносимых линией, и тем самым коррекции формы импульсов для полного или частичного устране­ния влияния одних импульсов на другие; ПУ - пороговое устройст­во, предназначенное для определения превышения сигнала над помехами; если амплитуда импульса больше U_nop, то на выходе порогового устройства появляется импульс, если же амплитуда импульса меньше U_nop , то на выходе порогового устройства импульс не появляется; импульсы с выхода ПУ подаются на решающее устройство (РУ); ВТЧ - выделитель тактовой частоты, предназна­ченный для формирования коротких стробирующих импульсов; стробирующие импульсы фазируются относительно входных сим­волов таким образом, что в середине тактовых интервалов, где амплитуда входных импульсов максимальна; стробирующие им­пульсы подаются на второй вход решающего устройства; РУ -

решающее устройство, необходимое для опробывания (стробирования) в каждом такте поступающих символов; если в момент при­хода на РУ стробирующего импульса с выхода ВТЧ поступает импульс с выхода ПУ, то на выходе РУ появляется импульс, т.е. фиксируется «1» информационного сигнала; если же в момент поступления стробирующих импульсов с выхода ВТЧ на вход РУ импульс не поступает, то на выходе РУ импульс не появляется, т.е. фиксируется «О» информационного сигнала; ФВИ - формирователь выходных импульсов, т.е. формирование их амплитуды, длительно­сти и взаимного временного соотношения между символами линей­ного цифрового сигнала, следующих с тактовой частотой; Вых. ус-во выходное устройство, предназначенное для согласованного под­ключения регенератора к линии связи.

Линейный цифровой сигнал (см. рис. 15, а) с выхода тракта пе­редачи оконечного оконечной станции или предыдущего регенера­тора поступает в линию. При своем прохождении по линии сигнал испытывает затухание, искажения и воздействие помех. Сигнал на входе корректирующего усилителя регенератора или регенератора тракта приема оконечной станции имеет вид, показанный на рис. 15, б. Отметим, что регенераторы тракта приема оконечных станций называются станционными регенераторами, а регенераторы, устанавливаемы по линии связи, называются линейными регене­раторами. Сигналы на выходе корректирующего усилителя показа­ны на рис. 15, в. Если на входе порогового устройства (ПУ) сигнал превышает пороговое значение U_nop, то на выходе ПУ появляется сигнал, условно показанный на рис. 15, г. С выхода ПУ сигналы поступают на один из входов решающего устройства (РУ), на другой вход которого поступают стробирующие импульсы с выхода выде­лителя тактовой частоты (ВТЧ). При совпадении символов «1» на входе РУ со стробирующими импульсами на выходе РУ появляются символы, соответствующие «1» (см. рис. 15, е). Эти символы посту­пают на вход формирователя выходных импульсов (ФВИ), где восстанавливаются первоначальные амплитуда и длительность импульсов линейного цифрового сигнала (см. рис. 15, ж).

Синхронизация работы ФВИ от ВТЧ обеспечивает устранение флуктуации временного положения импульсов, возникающих в процессе их передачи. Эти флуктуации называются фазовыми дрожаниями.

Из описания принципа действия регенератора цифровых систем передачи, можно выделить основные особенности его технической реализации, которые обеспечивают минимум ошибок в работе:

частотная характеристика усиления) корректирующего усилителя должна соответствовать частотной характеристике затухания регенерационного участка;

на выходе усилителя должно быть обеспечено максимальное отношение сигнал/шум;

оптимальный выбор значения порогового напряжения U_nop;

кратковременность стробирования, осуществляемого в момент достижения импульсом на входе порогового устройства наибольше­го значения. Таким образом, помехи, амплитуда которых не превы­сит l/пор, не вызовут ошибочного решения РУ, и помехи, превышающие U_nop, но не совпадающие с моментами стробирова­ния, также не приведут к ошибкам.

Основным показателем качества работы регенератора является вероятность ошибки р_ош. Ошибка в решении происходит тогда, когда напряжение шума превосходит значение порогового напряже­ния на входе ПУ и для случая белого гауссовского шума вероят­ность ошибки равна

где и_пор - пороговое напряжение; - мощность шума на входе ПУ. Мерой помехоустойчивости регенератора является отношение сигнал/шум на входе порогового устройства или защищенность

Здесь U_m - максимальное значение амплитуды импульса на входе порогового устройства.

Непосредственное определение вероятности ошибок основано на измерении коэффициента ошибок (КО), который определяется частотой их появления и служит оценкой вероятности ошибок.

Коэффициент ошибок определяется отношением числа элемен­тов цифрового сигнала, принятых с ошибками к общему числу элементов, принятых в течение времени измерений:

где - число ошибочно принятых элементов (символов); N -общее число принятых элементов; B - скорость передачи; Т - вре­мя измерения.