ЦифрлыҚ сигналдыҢ регенерациясы

Дәріс 13

Желілік цифрлық сигнал (ЖЦС), байланыс желісімен өткенде әр түрлі бөгеуілдер мен бұрмалануларға ұшырайды, бұл өз кезегінде импульстердің формаларының деформациясына және ұзақтықтарының өзгеруіне, амплитудаларының кішіреюіне, кездейсоқ уақыттық жылжуларға және синалдың бөгелуіне әкеледі.

Символ аралық бұрмалануларды төмендету мақсатында ЖЦС импульсінің формасының алдыңғы және артқы фронттары баяу болады, бұл желілі тракттың жиілік жолағын шектеуден пайда болатын, өтімді процесстердің минималды болуын қамтамасыз етеді.

ЖЦС аталған деформацияларын азайту немесе жою үшін желілі трактта белгілі бір аралық сайын желілі регенераторлар (ЖР) орналастырылады, олардың мақсаты: сигналдарды күшейту; тұрақты және айнымалы амплитудалы – жиіліктік бұрмаланулардың коррекциясы; ЖЦС импульстарының амплитудасын, формасын және ұзақтығын және көрші символдар арасындағы уақыттық қатынасын қалпына келтіреді. Бұл процесс цифрлық сигналдың регенерациясы деп аталады және байланыс желісінің телімімен – регенерациялық телім РТ өткен сигналды бұрмаланулардан және бөгеуілдерден. ЖЦС регенерация процессі бұрмаланулар фонында берілген символдарды анықтауда, анықталған символдарға сәйкес импульстардың және пробелдердің формасын, амплитудасын және уақыттық орналасуын қалпына келтіруде және оларды келесі регенерациялық телім кірісіне беруде негізделеді. ЖЦС символдарын анықтау бір еселі санау әдісімен іске асады, бұл әдіс регенерациялынатын сигнал амплитудасын анықтау мезетіндегі эталондық табалдырықтық деңгеймен салыстыруда негізделеді, анықтау мезеті априорлы түрде дәл анықтаудың ең үлкен ықтималдығына сәйкес келеді. Егер анықтау мезетінде сигнал деңгейі анықтау табалдырығынан асса, онда регенератор кірісіне импульс (бір) түсуі туралы шешім қабылданады, егер аспаса, пробел (ноль) шешім қабылданады. Оң полярлықты символды анықтау процессінде регенерацияланатын сигнал оң табалдыырықтық кернеумен (тоқпен) салыстыралады, ал теріс полярлықты сигнал – теріс полярлықты кернеумен (тоқпен) салыстырылады.

РТ саны желілі трактта ондаған болуы мүмкін (жүз де болуы мүмкін). Әр ЖР шығысындағы сигнал-бөгеуіл қатынасы бірдей болады, яғни сигналға тәуелсіз сыртқы аддитивті бөгеуілдер мен шулар бір РТ шегінде толығымен дерлік басылады және барлық ЦБЖ желілі тракт бойында жиналмайды. Бұл ЦБЖ аналогты беру жүйелерімен салыстырғандағы негізгі айырмашылығы анықтайды, аналогты беру жүйелерінде шулар және бөгеуілдер пайдалы сигналмен бірге күшейтіледі, бұл шуларға желілі күшейткіштердің өзіндік шулары қосылады да күшейткіштен күшейткішке беріледі. Бөгеуілдер мен шулардың жиналуы болады, бұның нәтижесінде сигнал-бөгеуіл қатынасы азаяды.

АУБ ИКМ ЦБЖ қолданылатын видеоимпульстар регенераторларын келесі белгілері бойынша бөлуге болады:

- тактылы жиілік бойынша синхрондау әдісі бойынша немесе хрондаушы ақпаратты қабылдау әдісі бойынша;

- регенерация процессінде хрондаушы ақпаратты қолдану әдісі бойынша;

- табалдырықтық және шешуші құрылғылардың түрі бойынша.

Хрондаушы ақпаратты қабылдау әдісі бойынша ЖР өзін өзі хрондаушы регенераторлар (немесе ішкі синхрондаулы); уақыттық интервалдарды толық қалпына келтіретін регенераторлар және сырттан хрондалатын регенераторлар (немесе сыртқы синхрондалатын).

Өзін өзі хрондаушы регенераторларда стробтаушы импульстардың кезектілігін құруға қажетті, тактылы жиілік тербелістері тікелей кіріс ЖЦС спектрінен бөлінеді. Хрондаушы сигналды ЖЦС спектрінен бөлу үшін тактылы жиілікті бөлу құрылғылары (ТЖБҚ) қолданылады. Ішкі хрондаушы регенераторларын қолданғанда цифрлық сигналға синусоидалы хрондаушы сигнал қосылады. Бұл сигнал тағы жеке тізбекпен берілуі мүмкін.

Хрондаушы сигналды жеке кабель жұбымен беру үнемсіз. Бұдан басқа бұл әр РТ хрондаушы және жұмыс жұбтарының фазалық сипаттамаларының дәл коррекциялау қажеттілігінен туындайтын қиындықтармен ұласады. егер арнайы хрондаушы сигнал жұмыс жұбымен берілсе, онда әр ЖР келесі операцияларды іске асыру қажет: бұл сигналды тар жолақты фильтрмен бөлу; ЖР шығысында тактылы жиілікке жақын құраушыларды басу; желілі сигналға қайтадан хрондаушы тербелістерді арластыру. Бұндай құрылғылар күрделі болады, бірақ соңғы уақытта тактылы желілі синхрондау проблемаларына байланысты, қолданыс табуда. Сондықтан ТЖБҚ әр түрлі құрылу сұлбасын қолданатын өзін өзі хрондаушы ЖР кең қолданыс тапты.

Хрондаушы ақпарат кіріс ЖЦС (тікелей әрекет ететін регенераторлар) және оның шығыс сигналынан (кері әрекет ететін регенераторлар) алынуы мүмкін. Кері әрекет ететін регенератордың кемшілігі кері байланыс тізбегінің болуы, бұл регенератордың тұрақтылығын азайтады және оның түйіндерінің жұмысының дәлдігін және тұрақтылығын талап етеді.

ЖР жұмысын басқару үшін хрондаушы сигналды қолдану әдісі бойынша уақыттық қатынасты толық және жартылай қалпына келтіретін регенераторларды ажыратады. Уақыттық қатынастарды толық қалпына келтіретін регенераторларда шығысында ЖР жұмысын басқаратын стробтаушы импульстардың кезектілігі құрылатын, тактылы жиілікті бөлуші құрылғысы қолданылады. Уақыттық қатынастарды жартылай қалпына келтіруде тактылы жиілікті бөлу үшін тек қана тар жолақты фильтр қолданылады, оның шығысындағы кернеу оның оң жартылай пеиодтары ЖР табалдырықтық құрылғысының шығысынан түсетін, регенерацияланатын импульстерімен сәйкес келетіндей етіп фазаланады.

Негізінен уақыттық қатынастарды толық қалпына келтіретін тікелей әрекет ететін регенераторлар кең қолданысқа ие болды. Бұл типті регенератордың типтік жалпы құрылымдық сұлбасы 13.1 көрестелген, ал оның жұмыс принципін түсіндіретін, уақыттық диаграмма 13.2 суретте көрсетілген.

Сурет 13.1 – Типтік регенератордың құрылымдық сұлбасы

ЖЦС регенерация процессінде келесі негізгі операциялар қолданылады:

- регенерацияланатын импульстарды күшейту және олардың формасының коррекциясы (регенерациялық телімдердің өшулігінің жиіліктік сипаттамасымен және цифрлық желілі тракттың жиілік жолағын шектеуден пайда болатын, амплитудалы - жиіліктік бұрмаланулар коррекциясы);

- коррекцияланған импульстар амплитудаларының мағыналарын табалдырықтық (эталондық) мағынамен салыстыру;

- коррекцияланған импульстарды стробтау, нәтижесінде регенератор шығысындағы импульстар уақыттың қатаң анықталған мезеттерінде ғана құрылатын, жағдай құрылады;

- берілген параметрлері және уақыттық қатынасы бойынша жаңа импульстар құру.

Регенерациялық телім кірісінде, яғни алдыңғы регенератордың шығысында цифрлық сигналды іске асырудың бір түрі 13.2, а суретінде келтірілген түрге ие болады. Регенерациялық телімді өткеннен кейін ЖР кірісіне бұрмаланған және бірнеше уақытқа бөгелген сигнал беріледі (сурет 13.2, б). Желілі трансформатор (ЖТр₁) арқылы бұл сигнал күшейткіш-корректор кірісіне түседі, оның құрамына: амплитудалы – жиіліктік бұрмаланулардың айнымалыларының коррекциясын іске асыратын, реттелетін жасанды желі РЖЖ; коррекциялайтын күшейткіш ККүш, ол регенерациялық телім өшулігінің компенсациясын және тұрақты жиіліктік бұрмаланулардың коррекциясын іске асырады; РЖЖ параметрлерін регнерациялық телімнің өшулігінің өзгеруіне сәйкес өзгерту үшін қажет күшейтудің автоматты реттелу сұлбасы КАР кіреді.

Импульс энергиясының тактылы интервалдарда Т шоғырлануынан бір импульсты жіберулердің басқа импульсты жіберулерге әсері болуы мүмкін, осы кері әсерді азайту үшін импульс формасының коррекциясы іске асады. Бұл символдарлың қате регенерациялану ықтималдғын азайтуға мүмкіндік береді. Күшейткіш – корректор шығысында құрылатын сигналдың түрі 13.2,в суретінде көрсетілген.

Сурет 13.2 – Желілі регенератордың жұмысының уақыттық диаграммасы

Күшейткіш – корректор шығысына трансформатор Тр арқылы тактылы жиілікті бөлу құрылғысы ТЖБҚ қосылған, оның шығысында қысқа стробтаушы импульстар кезектілігі құрылады. Бұл импульстар кіріс симолдарына қатысты тактылы интервалдың ортасында орналасатындай етіп фазаланады, бұл жерде кіріс символдардың амплитудасы максималды болады. Бұл тағы да регенерация процессінде қателіктер ықтмалдығының азаюына әсерін тигізеді. Стробтаушы импульстар (сурет 13.2, г) ЖЦС оң және теріс символдарының сәйкесінше регенерация арнасының шешуші құрылғыларына ШҚ₁ жәнне ШҚ₂ беріледі. Бұдан басқа шешуші құрылғыға ШҚ трансформатордан Тр табалдырықты құрушы ТҚ құрылғысымен өндірілетін, табалдырықтық кернеуге жылжыған, коррекцияланған және күшейтілген импульстар беріледі (сурет 13.2,д,е). Табалдырықты құрушы құрылғысының құрамына инерциялық жүктемеге жұмыс істейтін, түзеткіш кіреді және ол күшейтікш – корректордың шығыс импульсының амплитудасының жартысына тең, тұрақты кернеу өндіреді.

КАР күшейткіш – корректор шығысындағы импульс амплитудаларының тұрақтығын қамтамасыз ететіндіктен, шешу табалдырығы өзгеріссіз қалады деуге болады. ЖР кейбір сұлбаларында КАР жүйесі күшейткіш – корректор параметрлеріне емес, табалдырықтық кернеу шамасына әсер етеді, бірақ бұл шешім тиімсіз.

ШҚ түсетін символдардағы әр тактыға стробтау жүреді. Егер стробтаушы импульстардың ШҚ келу мезетінде кіоіс сигнал оң полярлыққа ие болса (яғни күшейткіш- корректор шығысынадғы сигнал мен табалдырықтық кернеу арасындағы айырма оң), ШҚ шығысында шығыс импульстерін құрушысының ШИҚ (сурет 13.2,ж,з) сәйкес кірісіне түсетін, импульс құрылады. Егер аталған айырма теріс болса, онда ШҚ шығысында импульс құрылмайды.

ШИҚ күтуші мультивибратор ретінде іске асуы мүмкін, оған ШҚ шығысынан импульстар келіп түскенде, ол сәйкес формалы, амплитудалы және ұзақтықты, тактылы жиілікпен жүретін импульстер құрады. ШИҚ₁ және ШИҚ₂ желіге дифференциалды трансформатор арқылы қосылғандықтан, ЖТр₂ шығысында импульстердің полярлығы әр түрлі болады (сурет 13.2,и).

Регнератордың жұмыс істеу принципінен белгілі болғандай, бөгеуіл шамасы табалдырықтық кернеуден үлкен болғанда регенерация қателігі орын алады. Мысал ретінде 13.2 суретте бір символды беру кезіндегі қателіктің пайда болу процессі көрсетілген (бұл символ * белгіленген).

Қызмет көрсетілмейтін регенерациялық пункттардың ҚКМРП электроқоректенуі қызмет көрсетілетін регенерациялық пункттардан ҚКРП дистанциялық тұрақты тоқпен іске асады. ЦБЖ ЖР симметриялық кабель бойынша қоректендіру ЖЦС берілетін, жұп бойынша ұйымдастырылатын фантомды тізбекпен іске асады (сурет 13.2). Коаксиалды кабель қолданғанда, электроқоректендіру коаксиалды жұбтың ішкі өткізгіштерімен іске асады.

Бірқатар ҚКМРП электроқоректендіру құрылғылары дистанциялық қоректендіру ДҚ тізбегіне кезекпен қосылады, бұл тізбек бір немесе бірнеше жүйелер үшін құрылады. ДҚ құрылғысының қоректендіру Қор блогында жартылай өткізгішті стабилитрондар қолданылады, олар қоректендіру кернеуінің тұрақтығын қамтамасыз етеді, және клеммалар болады, олар соңғы дистанциялық қоректендірілетін ҚКМРП шлейф құру үшін, ДҚ тізбегін шунттауға мүмкіндік береді. Бұдан басқа аралық регенерациялық пункттарда регенераторлардың және ДҚ тізбегінің ақаулығын дистанциялық анықтайтын құрылғы болады.

Цифрлық желілі тракттағы бөгеуілдердің негізгі түрлері: символ аралық; өтімді; және регенерациялық телімдерде келіспеушіліктен туындаған, бөгеуілдер; өзіндік шулар, коммутация құрылғыларынан пайда болатын бөгеуілдер және индустриалды. Бөгеуілдердің қуаты көбінесе бағыттаушы ортаның (байланыс желісі) параметрлерімен, пайдалану жағдайларымен және екі жақты байланыс ұйымдастыру сұлбаларымен анықталады.

Жоғарыда айтылғандай, символ аралық бөгеуілдер ЖЦТ өткізу жолағын шектеуден пайда болады, оларды беруге тиімді энергетикалық спектрі бар ЖЦС кодасын таңдаумен азайтуға болады, және желілі регенератордың түйіндерінің параметрлерін таңдаумен азайтуға болады (күшейткіш-корректордың, трансформатордың және т.б.).

Өтімді бөгеуілдер кабель жұптарының арасында өзара электромагнитті әсер болуынан пайда болады (сурет 13.3), оған қоса ЦЖТ бір кадельді жүйе бойынша ұйымдастырғанда жақын соңындағы әсерлер елеулі болады, ал екі кабельді жүйелерде –алыс соңдағы әсерлер елеулі болады.

ЦБЖ үшін ең қауіпті қателіктердің бірі импульсті бөгеуілдер, олар өз бастауларын АТС немесе энерготорапта электр сигналдарының коммутация процессінен алады. АТС шу цифрлық трактқа әр түрлі жрлдармен түсуі мүмкін, бірақ негізінен кабельдің төменгі жиілікті жұптарының және ЦБЖ жұмысына арналған жұптарының арасындағы байланыстан туындайды. Осы кезде пайда болатын бөгеуілдердің қуаты көбінесе АТС арқылы өтетін, және кабельде орналасқан коммутацияланатын ТЖ жұптар санымен анықталады, олардың жұптары ЦБЖ үшін қолданылады. Бірақ бұл бөгеуілдер тек қана АТС ең жақын орналасқан регенераторға ғана елеулі әсерін тигізеді, өйткені спеткрі кең болғандықтан, кабельдің ТЖ жұбымен таратылғанда тез өшеді.

Сурет 13.3 – ЦБЖ тракттарының арасында әсер пайда болуының сұлбасы

Регенерация процессінде ЖЦС оның желілі тракт бойынша берілу салдарынан және оған бөгеуілдер әсер еткендіктен қателіктер пайда болады. Бір регенерациялық телімдегі қателіктер коэффици­енті, барлық беру желісі ұзақтығында өателіктер коэффициенті рұқсат етілген мағыналардан аспайтындай болу керек.

Цифрлық сигналды беру кезінде қателіктердің пайда болу себебі, желілі регенераторда сигналды қалпына келтіру кезінде шешім қабылдау мезетінде олардың лездік мағыналары рұқсат етілген мағынадан асса жоғарыда айтылған бөгеуілдер болады. Осы кезде цифрлық сигналдың регенерация процессінде қате шешім қабылдау нәтижесінде 1 символы 0 символы ретінде, ал 0 символы – 1 символы ретінде қалпына келуі мүмкін, яғни берілетін символдардың түрленуі болады.

Іс жүзіндегі көп жағдайларда ЦЖТ әрекет ететін бөгеуілдер нольдік орташа мағынамен қалыпты (гаусстық) таратылады деп есептеуге болады, яғни:

, (13.1)

мұндағы - бөгеуіл кернеуінің сәйкесінше лездік және орташа квадраттық мағынасы.