Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский Государственный Университет им. Е.А. Букетова
Физический факультет
Кафедра Радиофизики и Электроники
Предмет: Технологии цифровой связи
Лабораторная работа №6
«Регенерация цифровых сигналов при приёме»
Караганда 2012
Лабораторная работа №6
«Регенерация цифровых сигналов при приёме»
Цель работы:
1. Изучение контура ударного возбуждения и формирователя тактовых импульсов.
2. Выделение тактовой частоты.
Краткие сведения из теории
Процесс регенерации цифрового сигнала состоит в опознавании наличия в принятом потоке импульсов и пробелов, восстановлении формы, амплитуды и временного положения импульсов и передаче регенерируемого сигнала на вход следующего регенерационного участка (либо на вход соответствующих устройств приемной аппаратуры оконечного или промежуточного обслуживаемого пункта).
Опознавание наличия импульсов в принятом потоке осуществляется методом стробирования (методом однократного отсчета, методом укороченного контакта). Сущность метода состоит в сравнении уровня регенерируемого сигнала с пороговым уровнем в момент опознавания, который выбирается в середине импульса. Если абсолютное значение уровня сигнала (
) превышает пороговое значение (
), то принимается решение о том, что принят импульс («1»), если не превышает – принят пробел («0»). На рис. 1,а приведена упрощенная структурная схема регенератора, а на рис. 1,б – временная диаграмма напряжений в различных точках этой схемы.
Рисунок 1
После усиления скорректированный сигнал 
поступает на один из входов порогового устройства, на второй вход которого поступают стробы 
. На выходе порогового устройства появляется импульс 
, если в моменты сравнения значение сигнала превышает величину порога . Моменты сравнения (моменты опознавания импульсов) определяются положениями тактовых импульсов (стробов), которые располагаются в средней части регенерируемых импульсов (в середине тактового интервала). Короткие импульсы с выхода порогового устройства поступают на формирователь импульсов, который формирует регенерируемый линейный сигнал необходимой формы, длительности и амплитуды.
В регенераторе должно обеспечиваться постоянное соотношение между максимальным уровнем (амплитудой) сигнала 
и величиной порога 
. Выбор величины порога влияет на защищенность сигнала от флюктуационных помех. Если значение порога велико, то повышается вероятность ошибочного приема «0» (передана «1», а регистрируется «0»), а при малой величине порога повышается вероятность ошибочного приема «1» (передан «0», а регистрируется «1»). Иначе говоря, в первом случае возрастает вероятность пропуска, а во втором – увеличивается вероятность ложной тревоги. На рис. 2 приведена зависимость между величиной порога (
) и защищенностью сигнала (
) от флюктуационных помех.
Оптимальным значением порога при 
дБ (что обычно обеспечивается) является величина 
.
Рисунок 2
Постоянство соотношения между возможными изменениями максимального уровня сигнала и величиной порога (
) можно обеспечить либо автоматической регулировкой порога, либо автоматической регулировкой уровня сигнала. Используется, как правило, второй способ – АРУ. В АСП система АРУ использует для подстройки сигнал контрольной частоты, а в ЦСП – принимаемый сигнал.
Типовая структурная схема регенератора линейного троичного сигнала приведена на рис. 3, а временные диаграммы, поясняющие его работу, на рис. 4.
Рисунок 3
Входной сигнал из линии связи через линейный трансформатор ТР1 поступает на вход корректирующего усилителя (рис. 4,а). После корректирования в усилителе сигнал поступает на первичную обмотку трансформатора Тр2 (рис. 4,б). С помощью этого трансформатора формируется два противофазных сигнала (рис. 4,в и рис. 4,г), которые поступают на входы двух одинаковых пороговых устройств ПУ-1 и ПУ-2. Работой пороговых устройств управляет последовательность коротких импульсов (стробов рис. 4,д). В результате на выходе ПУ-1 и ПУ-2 формируются две последовательности, одна из которых соответствует положительным, а другая – инвертированным (отрицательным) импульсам входного линейного квазитроичного сигнала (рис. 4,е и рис 4,ж). Формирование импульсов необходимой формы и длительности осуществляется формирователями Ф1 и Ф2, (рис. 4,з и рис 4,и). Чередование полярности импульсов на выходе регенератора (рис. 4,к) обеспечивается за счет встречных токов нагрузки в первичной обмотке выходного трансформатора ТР3.
Рисунок 4
Формирование стробирующих импульсов (стробов) осуществляется из составляющей тактовой частоты, выделенной из принятого сигнала. Структурная схема формирователя стробов приведена на рис. 5.
Рисунок 5
Т.к. спектр трехуровневого сигнала не содержит составляющей тактовой частоты, то его преобразуют в униполярный код RZ, спектр которого содержит эту составляющую. Иначе говоря, формирователь стробов представляет собой выделитель тактовой частоты (ВТЧ).
Временные диаграммы, поясняющие работу формирователя стробов, приведены на рис. 6.
Рисунок 6
Биполярный входной сигнал после двухполупериодного выпрямления (рис. 6,а) поступает на вход узкополосного фильтра (либо резонансного контура), резонансная частота которого равна тактовой. Выделенный сигнал тактовой частоты (рис. 6,б) после усиления и ограничения (рис. 6,в) дифференцируется (рис. 4.16,г) и после однополупериодного выпрямления (рис. 6,д), поступает на вход усилителя – формирователя коротких строб – импульсов. Моменты появления стробов (рис. 6,е) должны соответствовать максимальному значению сигнала на входах ПУ-1 и ПУ-2. Как правило, этому соответствует середина регенерируемых импульсов. Указанное временное расположение стробов обеспечивается с помощью линии задержки (ЛЗ).
Следует напомнить, что при воздействии на колебательный контур (узкополосный фильтр) одиночного импульса в контуре возникают собственные колебания тактовой частоты. Для устойчивого возбуждения этих колебаний импульсы на вход контура должны поступать достаточно часто, иначе из-за увеличения числа пробелов амплитуда этих колебаний может уменьшиться настолько, что формирование тактовых импульсов станет невозможным. Необходимое размещение стробов на середине тактовых интервалов должно быть стабильным. Нестабильность их размещения приводит к отклонению фронтов регенерируемых импульсов от номинального положения, в результате чего появляются фразовые дрожания (джиттер) регенерируемого сигнала. Фазовые дрожания приводят к нарушению регулярности появления АИМ-сигнала (дискрет) после декодирования и появлению по этой причине дополнительных помех. Одной из причин джиттера является расстройка контура, в результате чего его собственная частота отличается от тактовой. Вследствие этого моменты перехода колебания на выходе контура смещаются и, следовательно, смещаются формируемые стробы. Джиттер увеличивается при увеличении числа пробелов в регенерируемой последовательности линейного сигнала. Кроме того, фазовые дрожания возникают из-за погрешностей работы усилителя-формирователя импульсов (УС-ФИ), а так же из-за воздействия помех и межсимвольных искажений (МСИ), искажающих форму импульсов, которые поступают на колебательный контур (узкополосный фильтр – УФ).
Порядок выполнения работы: