5. Регенериране на сигнала
5.1. Цифрова регенерация на формата на вълната
Преминавайки през средата за разпространение, цифровият сигнал се отслабва и се подлага на изкривяване и смущения, което води до промяна във формата и продължителността на импулсите, произволна промяна във времевите интервали между импулсите и намаляване на амплитудата на импулсите. Задачата на регенератора е да възстанови амплитудата, формата, продължителността на всеки импулс от цифровия сигнал, както и размера на интервалите от време между съседни символи.
В кабелните DSP линейният сигнал най-често се предава като комбинация от DC импулси и пропуски, което опростява реализацията на регенераторите. В същото време регенераторите на кабелни системи са най-често срещаният елемент на съвременните цифрови мрежи. Въз основа на горното, разгледайте регенерирането на цифров сигнал, който е комбинация от импулси и интервали (единици и нули). Структурата на регенератора е показана на фигура 1.48. Изкривеният цифров сигнал от кабелната верига се подава към коректорния усилвател (UK), който осигурява частична или пълна корекция на формата на импулса, и се записва от устройството за решаване (RU). Устройството за вземане на решение е прагова верига, която се задейства, ако нивото на сигнала на неговия вход надвиши праговото ниво на RU и не се задейства, ако нивото на входния сигнал е по-ниско от праговото ниво.
Фигура 1.48. Принципът на регенериране на цифров сигнал
Праговото напрежение може да бъде подадено отвън или генерирано във веригата на разпределителната уредба. Когато на изхода на RC пристигне импулс, се появява управляващ сигнал и в случай на 0 (.интервал) състоянието на RC не се променя. Устройството за оформяне (FU) осигурява формирането на импулси със стандартните параметри, приети за конкретна система, въз основа на сигналите на RU.
В горнототипична за съвременните регенератори схема, регистрацията на входящия сигнал и решението за неговата стойност се извършват за всеки символ поотделно (възможно е да се вземат решения за цялата кодова комбинация или за цикъла, така нареченото "приемане като цяло"), което значително опростява изпълнението на веригата на регенератора. Това обаче налага въвеждането на устройство за синхронизация на часовника (TCD), което трябва да гарантира вземането на решения през определени интервали от време. Тези интервали се избират в рамките на интервалите на тактовия интервал, където полученият импулс има минимално изкривяване, тъй като изборът на момента на регистрация в по-малко изкривената част на импулса гарантира правилността на RC решението. Точността на решенията, взети от RO, зависи преди всичко от метода за откриване на двоичен сигнал и качеството на работата на TCB. При безпроблемна работа на разпределителната уредба, всеки входен импулс съответства на изходен импулс, а всяка „пролука“ на входа съответства на „пролука“ на изхода. Въпреки това, поради наличието на различни смущения на входа на комутационната уредба, несъвършенството на устройството за синхронизация на часовника и други причини, са възможни грешки в процеса на регенерация, изразяващи се в преобразуване на 1 на входа на регенератора в 0 на изхода и обратно, вход 0 в изход 1.
5.2. Изграждане на регенератори
Регенераторите на съвременните DSP се класифицират според метода за регистриране на импулси, вида на синхронизацията на часовника, методите за получаване на флуктуации на тактовата честота и използването на тактов сигнал в процеса на регенериране на импулса.
Според методите за запис на импулси се разграничават регенератори с единично и многократно стробиране на импулс на цифров сигнал. Практическо приложение поради достатъчната простота на изпълнението на регистрационните възли са намерени регенератори с един строб, в който за един символот цифровия сигнал се взема едно отброяване и с помощта на КРУ се установява наличието на 1 или 0 на входа на регенератора.
Според видовете синхронизация се разграничават регенератори с външна и вътрешна синхронизация.
Когато се използва външна синхронизация, цифровият сигнал в крайното оборудване на линейния път се комбинира с часовниковия сигнал, получен от специални TCB. При външна синхронизация също е възможно да се предават сигнали за синхронизиране на часовника по отделен път. И двата метода на външна синхронизация изискват значително усложняване на системното оборудване и са неикономични. Предаването на часовников сигнал по отделен път е свързано с необходимостта от изравняване на груповото време за разпространение на информацията и пътищата за синхронизация. Съвместното предаване на цифрови и часовникови сигнали, в допълнение към усложняването на предавателното оборудване, води до сложност на схемите на регенератора поради необходимостта от прилагане на процесите на избор на тактова честота, потискане на компоненти на цифровия сигнал, близки до тактовата честота на входа на регенератора, комбиниране на цифровия сигнал и сигнала за синхронизиране на часовника на изхода на регенератора.
Въз основа на това в практиката най-често се използват регенератори с вътрешна синхронизация, при които честотата на синхронизиране на часовника се извлича от цифровия сигнал. В зависимост от начина на получаване на тактовата честота, регенераторите с вътрешна синхронизация се делят на регенератори с пасивно и активно филтриране на тактовата честота.
При активно филтриране, фазово заключени осцилатори или осцилатори, синхронизирани от входящ цифров сигнал, се използват за генериране на трептене на тактова честота. С пасивно филтриране, селективни вериги от типа, резонансни вериги, многоконтурни вериги,филтри.
Типична структура на TCB на регенератор с вътрешна синхронизация и пасивно филтриране на тактова честота е показана на фигура 1.49.
Фигура 1.49. Структурна схема на TCB
Устройството за нелинейно преобразуване на входния сигнал (NP) дава възможност да се получи компонент с честота, равна на часовника ft в спектъра на преобразувания сигнал, който може да бъде разделен от часовниково филтриращо устройство (FCF) и изпратен до формовчика на стробиращ импулс (FSI). Устройството за формиране на импулси на стробоскоп генерира импулси с честота на повторение, равна на избрания ft, който определя интервалите от време на стробоскоп за RU и контролната операция на формовъчното устройство (FU).
При активно филтриране структурата на TCB е донякъде модифицирана (Фигура 1.50.). Токът на тактовата честота от PFC изхода отива към PD. на втория вход на който се подава тактов сигнал от локалния генератор на тактова честота GTS. Фазовият детектор генерира управляващо напрежение Uy, пропорционално на фазовата разлика на сигналите на входовете на PD, което се подава към входа на PLL с фазово синхронизирана верига. Промяната в параметрите на PLL веригата води до промяна в честотата на GTC сигнала, като същевременно се променя фазовата разлика на сигналите на входовете на PD и напрежението Uy. Процесът продължава, докато честотите на GTS и PTF сигналите се изравнят с Uy =0.
Фигура 1.50. Структурна схема на TCB
В регенераторите с вътрешно синхронизиране часовниковият сигнал може да бъде получен както от входната импулсна поредица на регенератора, така и от изходния сигнал на регенератора. В първия случай регенераторът се нарича регенератор с пряко действие (Фигура 1.51 а), във втория случай се нарича регенератор с обратно действие (Фигура 1.51 b).
Поради факта, че стабилността на регенератора с обратно действие е по-ниска от стабилността на регенератора с директно действие поради наличието на обратна връзка, на практика по-често се използват регенератори с директно действие.
Има три начина за използване на тактови сигнали в процеса на регенериране на цифрови сигнални импулси:
- умножаване на регенерирания сигнал със сигнала за синхронизиране с помощта на схеми за логическо умножение;
- добавяне на регенерирания сигнал със сигнала за синхронизация;
- умножение на сигнали с последващо добавяне на получения резултат със сигнал за синхронизация или линеен сигнал.
Най-разпространени са регенераторите с RU, които умножават регенерирания сигнал със сигнал за синхронизация на часовника. В такива регенератори разпределителната уредба извършва стробиране на сигнала на неговия вход в моменти, определени от TCB, в този случай схемата за регистрация ви позволява напълно да възстановите интервалите от време между символите на цифровия сигнал, тъй като те са напълно определени от моментите на появата на стробиращи импулси на изходите на TCB. Продължителността на строб импулса обикновено е многократно по-малка от продължителността на регистрирания символ на цифровия сигнал.
При високоскоростните DSP генерирането на стробиращи импулси в регенераторите е много трудно, тъй като тяхната продължителност се оказва много по-малка от продължителността на много къси елементарни символи на цифров сигнал. В този случай се използва регистрация с частично възстановяване на синхронизацията на цифровия сигнал. В този случай RU добавя входящия цифров сигнал към сигнала на тактовата честота, генериран от TCB. По-късно отнапрежението на сумарния сигнал, праговото напрежение се изважда, което дава възможност да се определи стойността на регенерирания символ. В някои случаи е възможно да се използва комбинация от двата метода, обсъдени по-горе.
Обсъдените по-горе регенераторни структури са проектирани да възстановяват еднополярни цифрови сигнали. За да възстанови формата на биполярните сигнали, регенераторът трябва да осигури два канала за регенерация - отделно за положителни и отрицателни импулси. Разделянето на импулсите според полярността се осъществява най-лесно с диференциални трансформатори.
5.3. Регенеративни параметри
Основният параметър на регенератора е процентът на грешка Kosh, дефиниран като съотношението на броя на погрешно регенерираните символи Nosh към общия брой символи No [3]:
(1,24)
Във всяка конкретна преносна система номиналната дължина на секцията за регенерация е зададена на минималната допустима стойност Kosh.
В някои случаи стойността на устойчивост на шум се използва като основен параметър. Шумоустойчивостта на регенератора се разбира като минималната стойност на защита Az min на входа на регенератора, при която се осигурява зададеният Kosh. Шумоустойчивостта се оценява, като се вземат предвид факторите, които влошават работата на регенератора - неточности на корекцията, нестабилност на тактовата честота, наличие на зона на неопределено решение на реакторната инсталация.
Така наречените очни диаграми се използват за оценка на качеството на корекция на импулсите на ултразвуковия регенератор и възможността за надеждно записване на импулс на цифров сигнал. Очната диаграма е графика или картина на екрана на осцилоскоп, състояща се от система от всички възможни опции за цифров сигнал, насложени една върху друга във времеви интервал, равен на два часовникови интервала.
НаФигура 1.52 показва вариант на очната диаграма. Точка P графично фиксира идентифицирането на импулса в центъра на тактовия интервал на ниво, равно на половината от неговата амплитуда. Разликата devUр между нивата на регистрирания импулс и съседния, която създава максимална междусимволна интерференция, се нарича отваряне на очната диаграма. Колкото по-голям е отворът, толкова по-голямо е допустимото ниво на адитивна интерференция, при което ще бъде взето правилното решение. Следователно, увеличаването на отвора намалява степента на грешка на регенератора, а намаляването му води до увеличаване на Kosh. Имайте предвид, че отварянето намалява, когато моментът на регистрация се измести от центъра на импулса (точка P се измества наляво или надясно).
Фигура 1.52. Характеристика за оценка на шумоустойчивостта на регенераторите (очна диаграма).