Системы тактовой синхронизации

В демодуляторах цифровых сигналов система ТС предназначена для формирования отсчетных тактовых импульсов, которые обеспечивают взятие отсчетов сигнала на выходе согласованного фильтра в моменты максимума отношения сигнал/шум.

В демодуляторе цифровых сигналов происходит согласованная фильтрация импульсов A(t – t) (рис. 16.1). Задержка импульса t является случайной (неизвестной) величиной. При таких условиях на выходе согласованного фильтра (СФ) наблюдается задержанный на время t импульс P(t ‑ t), максимум которого P(0) наблюдается в неизвестный момент t = t.

Система ТС содержит тактовый генератор, который на каждом тактовом интервале длительностью Т формирует импульс , который должен замкнуть ключ в момент t = t. Но импульс формируется в неизвестный произвольный момент . В результате отсчет импульса не будет максимальным, поскольку и . Кроме того, появляется межсимвольная интерференция, поскольку отсчеты берутся не в моменты времени, когда .

Система ТС должна обеспечить правильный выбор отсчетных моментов. В современных демодуляторах, реализованных на процессорах, эта задача решается путем подстройки тактового генератора сигналом ошибки, формируемой специальным детектором. Т.е., в основе построения системы ТС лежит система ФАПЧ, рассмотренная при обсуждении систем ВН.

Все принципы построения систем ТС основаны на использовании свойства цифрового сигнала изменять знак. Фрагмент сигнала на выходе СФ при передаче символов 1 и 0 приведен на рис. 16.2, из которого вытекает, что изменение знака сигнала происходит приблизительно посредине между моментами, где необходимо брать отсчеты.

На рис. 16.2, а показан случай, когда отсчетные импульсы установлены правильно – отсчеты взяты в моменты максимального значения сигнала. На этом рисунке четко видно, что цифровой сигнал равен нулю посредине между моментами взятия отсчетов. Детектор ошибки системы ТС можно построить по следующему принципу: на каждом тактовом интервале берется отсчет посреди тактового интервала . Если , то отсчеты, по которым будут выноситься решения, берутся в оптимальные моменты, в противном случае формируется сигнал ошибки системы ТС:

(16.1)

где – отсчет, по которому выносится решение на данном тактовом интервале;

– отсчет, по которому выносится решение на предыдущем тактовом интервале;

– функция определения знака.

Необходимость множителя в выражении формирования сигнала ошибки (16.1) вызвана следующим: если в цифровом сигнале не изменяется знак, то , даже если отсчеты и берутся в оптимальные отсчетные моменты. Поэтому в такой ситуации необходимо, чтобы сигнал не использовался для вычисления ошибки. Действительно, если знаки отсчетов и одинаковые, то их разность равна нулю и отсчет не используется.

Алгоритм вычисления ошибки (16.1) был полученный Гарднером. Ему соответствует система ТС, представленная рис. 16.3. На схеме ДО – детектор ошибки. В схеме учтено, что частота взятия отсчетов вдвое больше тактовой частоты.

Из рассмотрения работы схемы ТС видно, что подстройка генератора будет только при наличии в цифровом сигнале переходов от 1 к 0 и от 0 к 1. Поэтому при формировании передаваемого цифрового сигнала необходимо устранить длительные последовательности одинаковых символов. Для решения этой задачи переданный цифровой сигнал преобразуется специальным устройством – скремблером, в котором происходит преобразование цифрового сигнала к виду случайного цифрового сигнала.

Контрольные вопросы

1. Поясните назначение системы ТС демодулятора.

2. Как определяется сигнал ошибки в системе ТС?

3. Почему в цифровом передаваемом сигнале должны быть переходы от 1 к 0 и от 0 к 1?