Поэлементная синхронизация с добавлением и вычитанием импульсов (принцип действия)

 

В системах синхронизации без непосредственного воздействия на генератор фаза подстраивается в промежуточном преобразователе ПП, через который проходит местное тактовое колебание (генерируемая последовательность тактовых импульсов). В качестве ПП чаще всего используется делитель частоты следования импульсов. Устройства синхронизации с делителем частоты возможно реализовать целиком на дискретных элементах, что упрощает их изготовление, настройку и эксплуатацию. Часто такие устройства называют устройствами с дискретным управлением (или дискретными устройствами синхронизации). Принцип изменения фазы в процессе деления частоты можно пояснить, пользуясь рис. 9.

 

 

Генератор вырабатывает колебание высокой частоты, в m раз больше тактовой частоты: f_ВЧ=mf_Т, где m - коэффициент деления делителя. Формирователь превращает синусоидальное колебание в последовательность импульсов с частотой следования f_ВЧ. Далее частота этой последовательности делится на определенное число m, например, делителем в виде цепочки из двоичных счетчиков. Процесс деления иллюстрируется временной диаграммой, представленной на рис.9б. На рисунке изображены исходная

последовательность импульсов с частотой f_ВЧ и получаемая на выходе тактовая последовательность с частотой f_Т. Коэффициент деления m=8. В этом случае на выход выдается каждый восьмой импульс входной последовательности импульсов.

 

 

Если на вход делителя подать дополнительный импульс через СДИИ, то фаза выходных импульсов (рис.9в) сместится в сторону опережения на величину, равную периоду колебаний генератора: Dt=f_ВЧ. Дополнительные импульсы не должны совпадать во времени с импульсами высокочастотного генератора. Если один из импульсов, подаваемых на делитель, исключить, то фаза выходных импульсов стремится на ту же величину Dt в сторону отставания (рис.9г). Таким образом, добавлением и исключением импульсов легко изменять фазу тактовой последовательности в нужную сторону.

 

Параметры системы синхронизации с добавлением и вычитанием

Импульсов

 

Рассмотрим основные параметры систем синхронизации:

1. Шаг коррекции j_К – выражение в долях единичного элемента смещение фазы тактовых импульсов на выходе делителя при добавлении или исключении одного импульса:

 

(2.1)

 

2. Минимальный период корректирования t_min – наименьшее время, в течении которого корректирование не производится. Это время зависит от длительности единичного элемента то и времени усреднения в инерционном элементе (емкости реверсивного счетчика S). При получении информационной последовательности типа 1:1 сигнал на выходе реверсивного счетчика PC появится после получения S импульсов одного и того же знака с выхода ФД. Поэтому:

 

(2.2)

 

где В – скорость модуляции, Бод.

3. Погрешность (точность) синхронизации e - величина, характеризующая наибольшее отклонение фазы синхросигналов (ТИ) от их оптимального положения, которое с заданной вероятностью может произойти при работе СС. Погрешность синхронизации рассматривается как сумма двух погрешностей - статической и динамической:

 

(2.3)

 

Статическая погрешность e_ст – выраженное в долях единичного элемента t₀ фазовое отклонение ТИ при приеме неискаженной информационной последовательности элементов. Величина e_ст определяется параметрами СС:

 

(2.4)

 

где j_к – шаг коррекции; j_г – относительное смещение фазы тактовых сигналов из-за нестабильности генераторов передачи и приема за время между сигналами управления. Очевидно, что при передаче комбинации 1:1 промежуток времени между сигналами управления составил t=t₀•S, что соответствует t_min. При передаче единичных элементов одного и того же знака промежуток времени между сигналами управления бесконечен. Выражение для e_ст можно представить в виде:

 

e_ст=1/m+6×к×S (2.5)

 

Динамическая погрешность e_дин – выраженное в долях единичного элемента t₀ фазовое смещение ТИ, вызванное искажениями элементов информационного сигнала (смещениями ЗМ). Искажения длительности принимаемых элементов могут вызвать появления ложных сигналов управления на выходе ФД, а, следовательно, и на выходе инерционного элемента. Эти сигналы могут осуществить ложное корректирование СС в сторону рассогласования фаз. При нормальном распределении смещений ЗМ входящей последовательности со средним значением, равным нулю, и среднеквадратическим отклонением s₀ случайная величина e_дин. Также распределена по нормальному закону с дисперсией:

(2.6)   (2.7)

4. Время синхронизации t_c – время, необходимое для корректирования первоначального расхождения фаз Dj между ТИ (синхроимпульсами) и входящей последовательностью информационных сигналов. Первоначальное расхождение фаз случайно и может быть лежать в пределах от 0 до ±П (от 0 до ±t₀/2). Рассмотрим граничный случай, когда Dj максимален и равен t₀/2. При приеме информационной последовательности типа 1:1 и y=1: t_cmax=S×m×t₀/2. При приеме текста (у=0.5) время синхронизации: t_cmax=S×m×t₀.

5. Время поддержания синфазности t_п.c – время, в течении которого фаза синхросигнала не выйдет за допустимые пределы рассогласования e_доп при прекращении работы СС по подстройке фазы. Подстройка может прекратиться по причине обрыва канала связи или резкого ухудшения его качества, а также в случае долговременного поступления на вход приемника информационных элементов одного и того же знака. Следовательно, время t_п.c определяет допустимое время обрыва в канале связи, при котором ранее установленная синфазность сохраняется. Время t_п.c может быть определено по формуле:

 

t_п.c=e_доп /2×к×В. (2.8)

 

Величина e_доп определяется исправляющей способностью приемника m (способностью приемника правильно регистрировать единичные элементы при наличии искажений). Тогда:

 

t_п.c=(m-e)/2×к×В. (2.9)

 

Увеличение t_п.c при заданной скорости модуляции может быть достигнуто уменьшением коэффициента нестабильности задающих генераторов (т.к. величина m определяется схемой аппаратуры ПДИ и способом регистрации элементов и заранее известна).

 

6. Вероятность срыва синхронизации Р_сс – вероятность того, что фаза синхросигналов под действием помех сдвинется на величину, большую |t₀/2|. Подобный переход фазы ТИ в соседний элемент полностью нарушает работу синхронной системы связи, т.к. распределители передачи и приема «разойдутся» на элемент, что приведет к нарушению фазирования по циклам. Уменьшить величину Р_сс можно увеличением времени усреднения сигналов, поступающих с ФД, т.е. уменьшением емкости реверсивного счетчика S. Это в свою очередь приводит к увеличению времени синхронизации t_c и снижению периода корректирования. Поэтому задача снижения Р_сс и выбора периода усреднения (емкости S) является вариационной. В результате ее решения необходимо определить оптимальную характеристику того параметра, который наиболее важен в данных условиях.