Тактовая синхронизация

Совокупность устройств, обеспечивающих синхронную работу ГО приемной и передающей станций ЦСП, а также качественное функциони­рование станционных и линейных регенераторов, называется устройст­вами тактовой синхронизации (У ТС). Реализация У ТС во многом зависит от способов формирования синхросигнала и его использования для син­хронизации ГО оконечных станций. Для этого можно использовать:

1. Передачу сигнала тактовой синхронизации (или периодической по­
следовательности импульсов, следующих с тактовой частотой) по специ­
альной паре жил кабеля или по отдельному каналу. Очевидно, что этот
способ неэкономичен и, кроме того, сопряжен со значительными трудно­
стями точной коррекции фазовых соотношений с целью получения оди­
накового группового времени прохождения (ГВП) для частотных состав­
ляющих, несущих рабочую и хронирующую информацию.

2. Выделение хронирующего сигнала из группового ИКМ сигнала на
станции приема. Возможность фильтрации или выделения тактовой час­
тоты из группового ИКМ сигнала основана на том, что в спектре случай­
ной однополярной последовательности импульсов (рис. 5.1,а), длитель­
ность которых Ти меньше длительности периода их следования Г, содер­
жится регулярная (периодическая) составляющая - тактовая частота.

Действительно, случайную однополярную последовательность со
скважностью _ (рис. 5.1,а) можно представить в виде двух состав-

Рис. 5.1. Разложение случайной однополярной последовательности импульсов (а)

на регулярную (б) и случайную (в) составляющие; г - выделенная регулярная

составляющая - тактовая частота

Рис. 5.3. Получение тактовой частоты из последовательности импульсов «затяну­тых на тактовый интервал»

Рис. 5.2. Разделение последователь­ности импульсов «затянутых на так­товый интервал», на периодическую и случайную составляющие

ляющих: регулярной (рис. 5.1,6) и случайной (рис. 5.1,в). Причем в спектре регулярной составляющей содержится первая гармоника часто­ты следования импульсов , в спектре случайной, среднее значение амплитуды импульсов которой равно нулю, - тактовая частота и ее гар­моники отсутствуют. Амплитуда импульсов регулярной составляющей равна среднему значению амплитуды импульсов однополярной последо­вательности, а частота следования совпадает с тактовой частотой. Часть УТС, обеспечивающая фильтрацию тактовой частоты, называется выделителем тактовой частоты (ВТЧ).

Если групповой ИКМ сигнал представляет случайную последователь­ность импульсов со скважностью q = 1 (рис. 5.2,а), так называемой после­довательности импульсов, затянутых на тактовый интервал, то его энерге­тический спектр вообще не содержит дискретной части (тактовой частоты и ее гармоник) и, следовательно, выделение тактовой частоты составляет определенные трудности. Возможен вариант разделения этой последова­тельности на регулярную составляющую (рис. 5.2,6) и дискретную (рис. 5.2,в), путем преобразования исходной последовательности импульсов в двухполярную последовательность, из которой можно выделить такто­вую частоту.

Для выделения тактовой частоты из однополярной последовательно­сти импульсов с q = 1 можно использовать принцип выделения фронтов сигнала. С этой целью формируется вспомогательная последовательность (рис. 5.3,6), полученная из исходной последовательности (рис. 5.3,а) сдвигом на половину тактового интервала. Вычитание из исходной после­довательности (рис. 5,3,а) последовательности (рис. 5.3,6) приводит к получению двухполярной последовательности (рис. 5.3,в) со скважностью q = 2 и тактовой частотой, равной, как следует из рисунка, тактовой час­тоте исходной последовательности. В результате выпрямления двухпо­лярной последовательности (рис. 5.3,в) формируется однополярный сиг­нал с тактовой частотой, равной тактовой частоте случайной исходной последовательности импульсов, и скважностью, равной q = 2 (рис. 5.3,г). В спектре этой последовательности содержится дискретная составляющая с частотой/_т.

Один из вариантов структурной схемы УТС, состоящей из выделителя тактовой частоты и формирователя из нее синхросигнала, приведен на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Структурная схема устройства тактовой синхронизации

Групповой ИКМ сигнал поступает на узкополосный фильтр тактовой частоты УПФТЧ, выделяющий из регулярной составляющей группового ИКМ сигнала тактовую частоту. В простейшем случае УПФТЧ представ­ляет собой параллельный резонансный контур. Под воздействием импуль­сов ИКМ сигнала на выходе контура возникают затухающие гармониче­ские колебания с тактовой частотой. Далее эти гармонические колебания усиливаются и ограничиваются по амплитуде в усилителе-ограничителе У О. На выходе У О имеем ограниченный по амплитуде (или клиппирован-ный) гармонический сигнал. После прохождения клипированного сигнала через дифференцирующую цепь ДЦ получаем двухполярную последова­тельность стробирующих импульсов, которая преобразуется в последова­тельность однополярных импульсов, следующих с тактовой частотой &. Далее эта последовательность поступает на формирователь периодиче­ской последовательности прямоугольных импульсов ФППИ, заданной амплитуды и следующих с тактовой частотой /_т. ФППИ, в простейшем случае, представляет собой ждущий мультивибратор, формирующий импульсы заданной формы, длительности и амплитуды, частота которых определяется частотой возбуждающего сигнала.

Для подстройки фаз тактовой частоты синхросигнала и тактовой час­тоты синхронизируемого ГО используется регулируемая линия задерж­ки РЛЗ.

Рассмотренная схема УТС использует так называемый резонансный метод выделения тактовой частоты, достоинством которого является простота реализации и, как следствие, улучшение экономических показа­телей системы, что важно для систем передачи местных или зоновых пер­вичных сетей. Недостатки УТС резонансного типа: быстрое пропадание тактовой частоты при перерывах связи (нет импульсов, возбуждающих резонансный контур -УПФТЧ) или при появлении в принимаемом груп­повом ИКМ сигнале длинных серий нулей; зависимость стабильности выделенной тактовой частоты (а следовательно, и точности фазирования) от длины серии нулей (характера кодовых комбинаций или структуры линейного цифрового сигнала) и стабильности параметров УПФТЧ, а также от скорости передачи группового ИКМ сигнала, ограниченной параметрами переходного процесса на выходе УПФТЧ. В основе по­строения рассмотренного УТС лежит так называемый метод пассивной фильтрации.

Более совершенным, но и более сложным, является УТС с использова­нием фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) генерато­ров тактовой частоты приемного оборудования или УТС. Эти УТС полу­чили большое распространение в ЦСП различного вида и различной ие­рархии благодаря своим достоинствам и простоте реализации на основе современной элементной базы. Устройства ФАПЧ могут быть с непосред­ственным воздействием на задающий генератор (ЗГ) тактовой частоты пункта приема и с воздействием на промежуточный преобразователь (ПП) тактовой последовательности импульсов.

Структурные схемы УТС с активной фильтрацией представлены на рис. 5.5.

В схеме с непосредственным воздействием на ЗГ(рис. 5.5,а) с выхода ВТЧ периодическая последовательность импульсов с частотой следования поступает на один из входов фазового дискриминатора ФД, на второй вход которого поступает периодическая последовательность с частотой от ЗГ приемной станции. Если сигналы /_т и совпадают по фазе, то управ­ляющее напряжение на выходе ФД и ЗГ генерирует частоту , ко­торая и поступает далее на соответствующие устройства формирования ИКМ сигнала. Если частоты. не равны (расходятся по фазе), то управ­ляющее напряжение на выходе ФД не равно нулю, его значение и знак

Рис. 5.5. Структурные схемы УТС с фазовой автоматической подстройкой частоты

зависят от разности фаз сигналов Так как напряжение на выходе ФД имеет дискретный характер, непрерывное регулирование частоты ЗГ можно осуществить, пропуская напряжение i через интегратор -фильтр нижних частот ФНЧ, знак и амплитуда постоянной составляющей на выходе, которого определяется разностью фаз сигналов /_т. Далее этот сигнал усиливается усилителем постоянного тока УПТ и осуществляет подстройку частоты ЗГ под частоту поступающую от ВТЧ.

В схеме рис. 5.5,6 тактовая частота ЗГ изменяется за счет изменения числа импульсов, поступающих на вход делителя частоты (ДЧ) через схе­му управления СУ. Управление осуществляется сигналом с выхода ФД, прошедшим черезцифровой интегратор, выполненный на основе ревер­сивного счетчика PC. Один из вариантов построения устройства активной фильтрации (ФАПЧ) тактовой частоты с непосредственным воздействием на ЗГ приемной станции приведен на рис. 5.6. Схема работает следующим образом.

Последовательность входных импульсов от ВТЧ поступает на ФД, со­стоящий из двух триггеров D_b D₂ и соединенных с ними усилителей и Ус₂ На второй вход ФД поступают импульсы с выхода формирователя тактовых импульсов ФТИ генератора тактовой частоты (ГТЧ) приемной станции. При совпадении частот следования этих импульсных последова­тельностей интервал времени между их фронтами равен четверти пе­риода Г_т. Фронтом импульсов ФТИ устанавливается триггер D₂ и сбрасы­вается триггер D\, фронтом импульсов от ВТЧ состояние триггеров меня­ется на противоположное. При этом на выходах триггеров формируются импульсы длительностью Поступая на входы и Ус₂, эти импуль­сы формируют на выходах усилителей одинаковые по величине и проти­воположно направленные напряжения. При этом входное напряжение Ус₂ заряжает конденсатор С, выполняющий роль интегратора (конденсатор С совместно с резистором R образуют RC фильтр нижних частот). Выход­ное напряжение разряжает конденсатор С

Рис. 5.6. Функциональная схема (а) и временные диаграммы (б) устройства активной фильтрации тактовой частоты

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, следовательно, частоты ГТЧ.

Несовпадение частот следования импульсов от ВТЧ и импульсов от ФТИ вызывает изменение фазового сдвига между ними, что приводит к неравенству длительностей импульсов на выходах Di и D₂. Напряжение на конденсаторе изменяется, изменяя емкость варикапа VD и частоту ГТЧ. Происходящие при этом в схеме процессы поясняются временными диа­граммами (рис. 5.6,6).