Построение временных диаграмм цифровых сигналов

В рамках этого задания необходимо построить 6 временных диаграмм сигналов в четырех различных точках цифрового линейного тракта:

на входе участка регенерации;

на выходе корректирующего усилителя регенератора (тракта “кабель+корректор”) для двух значений длительности откорректированного отклика;

на выходе выделителя тактовых импульсов;

на выходе регенератора.

Последовательность кодовых символов:

10000100000100001111

На первой диаграмме изображают сигнал КВП-3 (МЧПИ,HDB-3) соответствующей заданной двоичной последовательности кодовых импульсов. Скважность сигнала полагают =2.

КВП-3 (код высокой плотности следования единиц n=3)

МЧПИ (модифицированный код с чередующейся последовательностью импульсов).

Код с чередующейся полярностью импульсов (ЧПИ). Этот код получил в настоящее время широкое распространение. Алгоритм перехода от двоичного сигнала к коду ЧПИ (рис.9 ) состоит в том, что символу 0 в обоих случаях соответствует пауза. а символу 1 в коде ЧПИ соответствуют импульсы положительной или отрицательной полярности. Строгое чередование полярности импульсов позволяет резко уменьшить линейные искажения второго рода и частично ослабить линейные искажения первого рода.

Рис.9 Код ЧПИ

Модифицированный код ЧПИ (МЧПИ).Существенным недостатком кода ЧПИ является трудность реализации УВТЧ. Как видно из рис.10 , на входе УВТЧ действует импульсный цифровой сигнал, или в рассматриваемом случае —код ЧПИ.

Рис.10. Схема регенератора

Если в двоичном сигнале появляется подряд множество символов 0, то на входе УВТЧ будет действовать длительная пауза, что может привести к срыву его работы. Суть модификации кода ЧПИ состоит в том, что в паузу, длина которой превышает n нулей, помещают балластные сигналы. Они препятствуют ухудшению работы УВТЧ, но в то же время легко могут быть обнаружены и изъяты на приеме. В качестве примера рассмотрим получивший широкое распространение код высокой плотности следования единиц (КВП-3), у которого n=3. В качестве балластных используются два типа сигналов (рис. ), имеющих условное обозначение O00V и BO0V.

Рис.11 Балластные сигналы в коде МЧПИ.

При выборе конкретного вида балластного сигнала исходят из следующих условий:

полярность импульса В всегда противоположна полярности предшествующего импульса,

полярность импульса V всегда совпадает с полярностью предшествующего импульса;

если между двумя соседними паузами в двоичном сигнале с числом нулей n1 4 и n2 4 четное число единиц, то заполнение второй паузы начинается с балластного сигнала B0OV,

если число единиц между двумя вышеупомянутыми паузами нечетное, то заполнение второй паузы начинается с балластного сигнала 000V.

На второй диаграмме изображают форму сигнала на выходе корректирующего усилителя регенератора для случая, когда длительность отклика тракта “кабель+корректор” на одиночный импульс составляет два тактовых интервала по его основанию.

В процессе построения пунктиром изображают отклики на каждый импульс сигнала КВП-3, а затем сплошной линией – результат суперпозиций откликов. На диаграмме указывают положение порогов решения.

С увеличением длины линии уменьшается высота импульса и возрастает его длительность. Такие искажения формы импульсов называются линейными искажениями первого рода. Так как затухание линии возрастает с увеличением частоты, можно считать, что линейные искажения первого рода связаны с подавлением высокочастотных компонент импульсных сигналов.

Характерная особенность искажения формы импульса состоит в том, что возникает длительное последействие, причем длительность входного сигнало много меньше постоянной времени. Такие искажения носят название линейных искажений второго рода. Они связаны с подавлением низкочастотных компонент импульсного сигнала.

Рассмотрим принцип работы регенератора.

Рис.12 Возникновение ошибок в работе регенератора из-за линейных искажений первого рода

На временных диаграммах (рис.12 6 и в) показаны идеальный и искаженный двоичные сигналы, причем последний действует на входе регенератора. С помощью корректирующего усилителя (КУС) происходят усиление и частичное восстановление формы импульсного сигнала. Устройство выделения тактовой частоты (УВТЧ) вырабатывает последовательность стробируюших импульсов, следующих с частотой f_т =1/T (рис. г).

Рис.13 К анализу работы регенератора

В моменты действия этих импульсов замыкается ключ (Кл) и отсчеты сигнала U 1, U 2, U 3,… проходят в решающее устройство (РУ). Здесь происходит сравнение напряжений Ui с пороговым напряжением U _п . Если Ui >> U _п , то на выходе РУ появляется стандартный импульс, в противном случае на выходе РУ формируется пауза (рис.13 д). Таким образом , регенератор восстанавливает форму исходного цифрового импульсного сигнала. (отличие заключается в небольшом временном запаздывании, что несущественно.)

Рис.14 К анализу влияния линейных искажений на код ЧПИ

На рис.14 ,6 изображен код ЧПИ, искаженный за счет линейных искажений второго рода. Видно, что длительные переходные процессы, связанные с искажениями этого типа, взаимно компенсируются и расположение импульсов относительно оси абсцисс не изменяется. На рис. в изображен код ЧПИ, подверженный влиянию линейных искажений первого рода. Около паузы, действующей на любых тактовых интервалах, всегда располагаются импульсы разной полярности (например, на рис.,9 пауза имеет место на третьем тактовом интервале). В результате происходит взаимная компенсация фронта и спада этих импульсов, там что в коде ЧПИ паузу легче обнаружить, чем в двоичном сигнале. Работа РУ регенератора кода ЧПИ состоит в сравнении напряжений U 1, U 2, U 3,… с двумя пороговыми напряжениями ± U_n , после чего вырабатываются импульсы соответствующей полярности или паузы в зависимости от результата сравнения величин Ui с пороговыми значениями.

На третьей диаграмме изображают форму сигнала в той же точке при длительности отклика три тактовых интервала.

Форма откликов, которые рекомендуется использовать при построении временных диаграмм показана на рисунке, а их значения для некоторых моментов времени приведены в таблице.

Значение аргумента	0
Нормированные значения откликов	1	0,85	0,5	0,17	0	0
	1	0,93	0,74	0,5	0,27	0

На четвертой диаграмме изображают тактовый синхросигнал, представляющий собой короткий по сравнению с периодом их следования и соответствующим образом сфазированные импульсы.

На пятой и шестой диаграммах изображают сигналы на выходе регенератора, которые должны соответствовать сигналам на диаграммах 2,3 и 4.

После построения всех диаграмм делают выводы о возможности правильной регенерации сигналов при наличии межсимвольных искажений.

Рис.15. Структурная схема регенератора МЧПИ.

На схеме (рис.15) УР (устройство разделения) разделяет положительные и отрицательные компоненты. В моменты стробирования в устройствах РУ1 и РУ2 компоненты входных сигналов сравниваются с пороговым уровнем, и в зависимости от результата РУ вырабатывают сигналы управления ключами Кл1 и Кл2. С помощью вычитающего устройства формируется регенерированный сигнал МЧПИ.

Рис. 16 . Временные диаграммы цифровых сигналов.

На первой диаграмме изображен сигнал 1000V1000V0V000V1111 кода КВП-3 (с добавлением балластного сигнала).

На второй диаграмме изображен сигнал на выходе корректирующего усилителя регенератора для случая, когда длительность отклика тракта «кабель + корректор» на одиночный импульс составляет два тактовых интервала по его основанию.

На третьей диаграмме изображен сигнал на выходе корректирующего усилителя регенератора для случая, когда длительность отклика тракта «кабель + корректор» на одиночный импульс составляет три тактовых интервала по его основанию.

На четвертой диаграмме изображен тактовый синхросигнал, стробирующие импульсы с выхода выделителя тактовой частоты (ВТЧ).

На пятой и шестой диаграммах изображены сигналы на выходе регенератора, которые представляют собой сравнение сигнала на выходе корректирующего регенератора и синхросигнала с выхода ВТЧ.

Из диаграммы пять следует, что сигнал с длительностью отклика тракта «кабель + корректор» равной два тактовых интервала на входе формирователя выходных импульсов будет распознан без ошибок, т.к. происходит совпадение символов «1» на выходе РУ со стробирующими импульсами ВТЧ.

Из диаграммы шесть следует, что сигнал с длительностью отклика тракта «кабель + корректор» равной три тактовых интервала на входе формирователя выходных импульсов будет распознан с ошибками, т.к. не происходит совпадение символов «1» на выходе РУ со стробирующими импульсами ВТЧ.

Вывод: Из построенных диаграмм видно, что в случае, когда длительность отклика составляет два такта интервала, регенерация сигнала происходит без ошибок, а в случае, когда длительность отклика составляет три такта интервала, регенерация сигнала происходит с появлением ошибок. Это связано с увеличением межсимвольной помехи.