Тема 4.2. Принципы синхронизации в ЦСП. Тактовая синхронизация управляющих устройств.

В ЦСП с ВРК правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования на передающей и приемной станциях (ГОпер и ГОпр). Учитывая принципы формирования цифрового группового сигнала, для нормальной работы ЦСП должны быть обеспечены следующие виды синхронизации: тактовая, цикловая и сверхцикловая.

Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных генераторах, кодеках и др. устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой Fт.

Цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры.

Сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение СУВ но соответствующим телефонным каналам.

Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП. Рассмотрим случаи нарушения цикловой и сверхцикловой синхронизации (при наличии тактовой).

При нарушении цикловой синхронизации границы циклов на приеме произвольно смещаются по отношению к границам циклов группового сигнала, поступающего на вход приемного оборудования. Это приводит к неправильному разделению канальных сигналов и СУВ, т. е. к потере связи по всем каналам. В частном случае (если временной сдвиг Т окажется кратным Тки) может произойти переадресация информации, при которой на выход i-гo канала будет поступать информация, относящаяся к некоторому j-му каналу. Очевидно, что нарушение цикловой синхронизации неизбежно приведет к нарушению сверхцикловой синхронизации.

При нарушении сверхцикловой синхронизации, но сохранении тактовой и цикловой границы циклов на приеме и передаче совпадают, но нарушается порядок счета циклов в сверхцикле, т. е. на приеме смещаются границы сверхцикла- Это приведет на приеме к неправильному распределению СУВ, передаваемых в определенном порядке в сверхцикле, между телефонными каналами. Поскольку СУВ представляет собой набор сигналов, управляющих работой приборов АТС (набор номера, ответ, отбой, разъединение и др.), нарушение сверхцикловой синхронизации также приведет к потере связи по всем каналам. В частных случаях могут быть установлены случайные соединения абонентов, разрушены ранее установленные связи и т. п.

Очевидно, что нарушение тактовой синхронизации сделает невозможным установление цикловой и сверхцикловой синхронизации, так как обработка символов цифрового группового сигнала с частотой, отличной от тактовой Fт, приведет к недопустимому возрастанию числа ошибок.

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.

Сущность одного из наиболее распространенных методов выделения тактовой частоты состоит в том, что из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, содержащего высокодобротные резонансные контуры, фильтры-выделители или избирательные усилители, выделяется тактовая частота.

Рис. 1. Структурная схема тактовой синхронизации

Рис. 2. Принцип выделения тактовой частоты

Энергетический спектр случайной униполярной последовательности импульсов, т. е. спектр униполярного цифрового сигнала, содержит как непрерывную G_H(f), так и дискретную G_Д(f) составляющую. На Рис. 2. приведен энергетический спектр униполярного цифрового сигнала при скважности следования импульсов, равной 2, и показано, что с помощью фильтра-выделителя можно выделить первую гармонику частоты следования импульсов, т. е. тактовую частоту Fт, являющуюся одной из составляющих дискретной части спектра.

Упрощенная схема ВТЧ показана на Рис. 3. (а), которая содержит полосовой фильтр, усилитель-ограничитель, схему формирования тактовых импульсов.

Рис. 3. Структурная схема ВТЧ и временные диаграммы формирования тактовых импульсов

Временные диаграммы формирования тактовых импульсов показаны на Рис. 3. (б).

Такой способ выделения тактовой частоты называется способом пассивной фильтрации (или резонансным). Этот способ характеризуется простотой реализации ВТЧ, но имеет существенный 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).

Более подробно схема и особенности работы ВТЧ рассматриваются в следующем разделе поскольку ВТЧ в принципе является одним из узлов регенератора и на Рис. 1. он вынесен из состава ЛР только для пояснения принципов организации тактовой синхронизации.

Перспективным для высокоскоростных ЦСП, но более сложным, является способ тактовой синхронизации с применением устройств авто подстройки частоты генератора тактовой частоты приемного оборудования (способ активной фильтрации). Структурные схемы устройств тактовой-синхронизации с активной фильтрацией тактовой частоты представлены на Рис. 4.

Рис. 4. Структурные схемы УТС с активной фильтрацией тактовой частоты

УТС с активной фильтрацией тактовой частоты подразделяются на две группы: 1) С непосредственным воздействием на местный ЗГ тактовой частоты. 2) С воздействием на промежуточный преобразователь тактовой последовательности. В схеме с непосредственным воздействием на ЗГ (Рис. 4.а) подстройка тактовой частоты под частоту принимаемых импульсов осуществляется по управляющему напряжению UРФ, снимаемому с фазового дискриминатора ФД, значение и знак которого зависят от значений и знака разности фаз входных сигналов ФД. Так как напряжение UРФ на выходе ФД имеет дискретный характер, непрерывное регулирование частоты ЗГ можно осуществить, пропуская напряжение UРФ через интегратор (сглаживающую цепочку). Во втором случае (Рис. 4.б) изменение тактовой частоты осуществляется изменением числа импульсов, поступающих на вход делителя частоты ДЧ через схему управления СУ. Управление осуществляется от сигнала с выхода ФД, пропущенного через цифровой интегратор на основе реверсивного счетчика PC.

Рассмотрим принципы построения узлов УТС с активной фильтрацией тактовой частоты и непосредственным воздействием на генератор тактовой частоты ГТЧ. На Рис. 5. (а) представлена функциональная схема УТС такого типа. Последовательность входных импульсов поступает на ФД, состоящий из двух триггеров D1 и D2 соединенных с ними усилителей Ус1 и Ус2. На второй вход ФД поступают импульсы с выхода формирователя тактовых импульсов ФТИ. При совпадении частот следования этих импульсов интервал времени между их фронтами равен четверти периода. Фронтом импульсов ФТИ устанавливается триггер D2 и сбрасывается триггер D1, фронтом входных импульсов состояние триггеров меняется на противоположное. При этом на выходах триггеров формируются импульсы длительностью Т/4, следующие до и после фронта ФТИ. Поступая на входы Ус1 и Ус2, эти импульсы формируют на выходах усилителей одинаковые по величине и противоположно направленные напряжения. При этом исходное напряжение Ус2 заряжает конденсатор С, выполняющий роль интегратора, а выходное напряжение Ус1 разряжает его.

При совпадении частоты ГТЧ с тактовой интервалы времени заряда и разряда конденсатора одинаковы, при этом напряжение на конденсаторе сохраняется неизменным. Снимаемое с конденсатора напряжение обеспечивает смещение варикапа VD, устанавливая определенные значения его емкости и частоты кварцевого ГТЧ. Несовпадение частот следования входных импульсов и импульсов ФТИ вызывает изменение фазового сдвига между ними, что приводит i неравенству длительностей импульсов на выходах D1 и D2. Напряжение на конденсаторе изменяется, изменяя емкость варикапа VD и частоту ГТЧ. Происходящие при этом в схеме процессы поясняет Рис. 5. б.

Рис. 5. Функциональная схема устройств активной фильтрации тактовой частоты

Вывод: тактовая синхронизация в ЦСП выполняется по рабочим импульсам группового цифрового сигнала, т.к. применение специальных синхроимпульсов снижает пропускную способность системы.

В ЦСП к устройствам тактовой синхронизации предъявляются следующие требования:

1. Высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала ЗГ приемной части.
2. Малое время вхождения в синхронизм.
3. Сохранение состояния синхронизма при кратковременных перерывах связи.