Устройство тактовой синхронизации (УТС). Требования к УТС. Классификация методов использования синхросигналов. Схемы выделения тактовой частоты

Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов (кодирование, декодирование отсчетов, объединение и разделение цифровых потоков) на передающей и приемной станциях. Для этого генераторное оборудование оконечной приемной станции синхронизируется тактовой частотой передающей станции.

Устройства тактовой синхронизации – это совокупность устройств, обеспечивающих синхронную работу генераторного оборудования (ГО) приемной и передающей станций ЦСП и качественное функционирование станционных и линейных регенераторов.

Требования к УТС:

- высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала задающего генератора (ЗГ) приемной части

- малое время вхождения в синхронизм

- сохранение состояния синхронизма при кратковременных перерывах связи.

Система тактовой синхронизации включает в себя (Рис. 1.) задающий генератор (ЗГ), входящий в состав ГО передающего оборудования оконечной станции (Пер) и вырабатывающий импульсную последовательность с тактовой частотой Fт, И устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ), устанавливаемые в том оборудовании, где осуществляется обработка сигнала с частотой Fт: в линейных регенераторах (ЛР), приемном оборудовании (Пр) оконечной станции и др.

Рис. 1. Структурная схема тактовой синхронизации

Методы использования синхросигналов:

1) Синхронизация по специальному синхросигналу. Этот метод усложняет построение линейного тракта ЦСП и генераторного оборудования.

2) Метод подстройки фазы управляющих импульсов под основной принимаемый сигнал. Такую подстройку можно осуществить по спец синхроимпульсам или рабочим импульсам. Применение спец импульсов снижает пропускную способность системы, поэтому на практике применяют метод тактовой синхронизации по рабочим импульсам.

Способы выделения тактовой частоты:

1) Способ пассивной фильтрации ТЧ (резонансный) - из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, содержащего высокодобротные резонансные контуры, фильтры-выделители или избирательные усилители, выделяется тактовая частота.

Упрощенная схема выделителя тактовой частоты (ВТЧ) содержит полосовой фильтр, усилитель-ограничитель, схему формирования тактовых импульсов.

Этот способ характеризуется простотой реализации ВТЧ, но имеет 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).

2) Способ активной фильтрации ТЧ (автоподстройка частоты генераторов тактовой частоты приемного оборудования)

Структурные схемы УТС с активной фильтрацией тактовой частоты

а) С непосредственным воздействием на местный ЗГ тактовой частоты. Подстройка тактовой частоты под частоту принимаемых импульсов осуществляется по управляющему напряжению U_РФ, снимаемому с фазового дискриминатора ФД, значение и знак которого зависят от значений и знака разности фаз входных сигналов ФД. Так как напряжение U_РФ на выходе ФД имеет дискретный характер, непрерывное регулирование частоты ЗГ можно осуществить, пропуская напряжение U_РФ через интегратор (сглаживающую цепочку).

б) С воздействием на промежуточный преобразователь тактовой последовательности. Фазовый дискриминатор (ФД) определяет величину расхождения импульсов между принимаемым сигналом и ЗГ. При синфазности, на выходе ФД импульсов нет. Если частота ЗГ больше, то ФД формирует сигнал вычитания, делитель частоты (ДЧ) убирает один импульс. Если частота ЗГ меньше, то импульс добавляется. Реверсивный счетчик уменьшает краевые искажения реальных элементов.

16. Принцип формирования ИКМ сигналов. Методы двоичного кодирования, ошибки квантования. Способы уменьшения ошибки квантования.

Теорема Котельникова: непрерывный сигнал, у которого спектр ограничен частотой F_MAX, может быть полностью и однозначно восстановлен по его дискретным отсчетам, взятым с частотой f_д = 2F, т.е. через интервалы времени t_д= 1/2F.

Непрерывный сигнал можно ограничить конечным множеством «разрешенных» амплитудных значений – уровней квантования, т.е. получить амплитудно-импульсную модуляцию. Уровни можно пронумеровать и передавать уже не сами значения уровней, а их номера, например, в двоичной системе счисления, т.е. осуществить цифровую передачу сигналов.

Для осуществления ИКМ необходимо произвести:

1) дискретизацию сигналов по времени (получим сигнал ИКМ)

2) квантование полученных импульсов по амплитуде

3) кодирование квантованных по амплитуде импульсов.

Полученный групповой АИМ сигнал подвергается квантованию по уровню. Этот процесс аналогичен процедуре округления чисел. Разность между двумя разрешенными уровнями наз-ся шагом квантования ∆. Если амплитуда сигнала в пределах 2-х соседних разрешенных значений больше половины шага квантования ∆/2, ее значение увеличивается в большую сторону, если – меньше ∆/2, то – в меньшую сторону.

Разность между истинным значением сигнала и его квантованным значением наз-ся ошибкой или шумом квантования.

Производим нумерацию уровней квантования 1,2 и т.д., можно передавать их значения в двоичном коде: 001, 010 и т.д.

Квантование равномерно - если шаг квантования ∆ = const.

При равномерном квантовании относительная ошибка квантования (отношение сигнал- ошибка) зависит от величины отсчета входного сигнала. Недостаток равн-го квантования – значение ошибки велико для слабых сигналов и уменьшается с увеличением уровня квантования.

Способы уменьшения ошибки квантования:

- автоматическая регулировка уровня средней мощности сигналов в каждом из каналов с целью сведения к минимуму их разброса

- неравномерное квантование.

При неравномерном квантовании шаг сигнала возрастает с увеличением сигнала. Абсолютное значение ошибки квантования возрастает с увеличением уровня сигнала, но е относительное значение не изменяется.

Нелинейное квантование может быть реализовано:

-сжатием динамического диапазона входных сигналов перед кодированием с помощью компрессоров и последующим его расширением после декодирования экспандерами цифровым компандированием, нелинейным кодированием и декодированием.

17. Квантование отсчетов непрерывных сигналов. Средняя мощность шумов квантования. Определение необходимого числа шагов для линейной шкалы квантования.

С целью уменьшения эффекта накапливания помех в СП данных широко использ метод регенерации сигналов, искаженных шумом. Указанный способ устранения шумов работоспособен только при перед цифров сигналов, т.е сигн с конечным числом состояний. Воспользуемся данным методом для перед отсчетов непрерыв первич сигналов. В этом вся область допуст мгновенных значений отсчетов а( t)делится на М разреш или квантованных уровней (рис 1(а)) и каждый раз при перед очередн отсчета его значение округл до ближайшего разреш уровня. При этом, возникает ошибка округления(квантовния), (рис 1 (б))

кв( t)-а( t)-акв( t)

разность м/д двумя соседн уровн квантования назыв шагом квантов. Поскольку на приеме наблюд не истенные значения, а квантованные

акв( t)= а( t)- кв( t), то на вых ФНЧ приема вместе с полезным сигналом а(t) будет присутствовать шум квантования кв. введение квантованных сигналов порождает уже на передаче шум, эффективная мощн которого не должна превышать допустимого значения для стандартных каналов ТЧ.

Средн мощн шумов квантов.

В предположении идеальной передачи квантованного сигнала помехозащищенность Аз кв будет опред только шумами квантования, т.е

Аз кв=10lg(Pc/Pкв),

Где Рс - средняя мощн. сигн., Ркв-средн мощн шума квантов.

Квантование по уровню — представление величины отсчётов цифровыми сигналами. Для квантования в двоичном коде диапазон напряжения сигнала от до делится на интервалов. Величина получившегося интервала (шага квантования):