Вопрос 4. Виды синхронизации в цифровых системах передачи

Для систем передачи с ИКМ-ВРК необходимо обеспечить син­хронную и синфазную работу канальных амплитудно-импульсных модуляторов и канальных селекторов, кодирующих и декодирующих устройств.

Синхронность реализуется системой тактовой синхронизации, а синфазность - системой цикловой синхронизации.

Синхронизация по тактовой частоте обеспечивает равенство ско­ростей обработки сигналов на передаче и приеме и выполняется выделением колебаний тактовой частоты из спектра линейного цифрового сигнала выделителем тактовой частоты (ВТЧ).

Тактовой частотой в системе передачи ИКМ-ВРК является часто­та следования импульсов группового цифрового сигнала на выходе ФУ (см. рис. 10). В простейшем случае сигнал на выходе ФУ пред­ставляет однополярную случайную последовательность импульсов со скважностью, равной двум. Энергетический спектр такой после­довательности G(ω) при одинаковых вероятностях появления «еди­ниц» и «нулей», а также при отсутствии флуктуации длительности и моментов появления импульсов, содержит постоянную состав­ляющую G(0), дискретную G_д(ω) и непрерывную G_H(ω) составляю­щие (рис.12).

 

Рисунок 12 – Энергетический спектр ИКМ сигнала

 

Дискретная составляющая представляет собой сумму гармоник тактовой частоты. Составляющая с тактовой частотой может быть выделена из группового ИКМ сигнала узкополосным фильтром, настроенным на эту частоту. В полосу пропускания фильтра в дан­ном случае попадает также часть непрерывного спектра G_H(ω), которая играет роль помехи и приводит к флуктуациям тактовой частоты. Очевидно, что флуктуации тем меньше, чем меньше поло­са пропускания.

Цикловая синхронизация определяет начало цикла передачи. Поскольку структура цикла всегда известна, цикловая синхрониза­ция позволяет осуществить разделение каналов. Действие систем цикловой синхронизации основано на использовании избыточности группового ИКМ сигнала, которая специально вводится в групповой сигнал. С этой целью, как показано на рис. 11, д,кроме кодовых групп канальных сигналов в состав цикла вводятся дополнительные кодовые группы или отдельные символы цикловой синхронизации, образующие синхросигнал.

Цикловая синхронизация может быть основана также и на ис­пользовании статистических свойств передаваемого ИКМ сигнала (цикловая синхронизация с естественной информационной избы­точностью).

В системах передачи с ИКМ-ВРК основное применение нашли устройства цикловой синхронизации с использованием синхросиг­нала. Очевидно, что какая бы группа символов ни была выбрана в качестве синхросигнала, всегда существует определенная веро­ятность появления такого же сочетания информационных символов в групповом ИКМ сигнале. Если, например, синхросигнал представ­ляет семиразрядную кодовую комбинацию, то при равной вероятно­сти появления в цифровом сигнале символов «1» и «0» вероятность появления ложной синхрогруппы р_л = (0,5)⁷ = 0,0078125. Эта веро­ятность довольно велика. Поэтому структура синхросигнала является недостаточным признаком, и для осуществления надежной цикловой синхронизации необходимо дополнительно использовать еще одно важное свойство синхросигнала, а именно его периодич­ность. Периодичность истинного синхросигнала определяется тем, что он появляется всегда на одних и тех же позициях в пределах цикла передачи, а ложные синхрогруппы занимают случайное по­ложение. Контролируя периодичность появления синхрогрупп, можно определить, являются ли они истинными или ложными. Вероятность ошибки при этом оказывается тем меньше, чем боль­шее число циклов используется в процессе принятия решения.

Частота следования циклов всегда кратна тактовой частоте. По­этому генераторное оборудование может автономно выработать сигнал цикловой синхронизации путем деления тактовой частоты на число, равное числу передаваемых в пределах цикла кодовых групп. Например, в системе типа ИКМ-30, где цикл состоит из 30 кодовых групп каналов, одной кодовой группы, предназначенной для передачи сигналов СУВ, и одной синхрогруппы, частота следования циклов может быть получена делением тактовой частоты на 32. Однако фаза синхроимпульсов, вырабатываемых автономно генераторным обору­дованием, может быть произвольной, и задача системы цикловой синхронизации состоит в том,- чтобы осуществить их фазирование с сигналами цикловой синхронизации, приходящих с линии.

Совокупность устройств, формирующих кодовую комбинацию синхросигнала, обеспечивающих ее ввод в групповой ИКМ сигнал на передаче и выделение ее из группового ИКМ сигнала на приеме, образуют систему цикловой синхронизации (ЦС).

Система ЦС содержит передатчик и приемник синхросигнала, (рис.13), где приняты следующие обозначения:

ГО_пер и ГО_пр - генераторное оборудование передающей и прием­ной станций соответственно; ФУ - формирующее устройство (см. рис. 10); ВТЧ - выделитель тактовой частоты, необходимый для обеспечения тактовой синхронизации; СС - синхросигнал; РУ - решающее устройство.

Система цикловой синхронизации работает следующим образом. Передатчик с помощью регистра сдвига и логического устройства преобразует периодическую последовательность импульсов, посту­пающих от ГО_пер в кодовую комбинацию, соответствующую сигналу цикловой синхронизации, далее синхросигнал (СС) поступает на ФУ тракта передачи оконечной станции и вводится в групповой ИКМ сигнал. На приемной станции входной сигнал поступает на опознаватель СС приемника синхросигнала, предназначенный для опре­деления кодовой комбинации, соответствующей СС. Опознаватель представляет регистр сдвига, к выходам которого непосредственно или через инверторы подключена схема совпадения. Если структу­ра входной комбинации совпадает с СС, то на выходе опознавателя появляется импульс. Этот импульс подается на один из входов анализатора; на другой его вход подается сигнал, вырабатываемый ГО_пр. Если система находится в состоянии циклового синхронизма, то сигналы на входах анализатора совпадают во времени. При отсутствии синхронизма сигналы от опознавателя и ГО_пр во време­ни не совпадают. Выход анализатора подключен к решающему устройств (РУ). Если в течение определенного числа циклов r_вх анализатор регистрирует совпадение во времени сигналов на его входах, то РУ принимает решение о наличии в системе синхрониз­ма и никаких изменений в работе ГО_пр не производит. Величина r_вх называется коэффициентом накопления по входу в синхронизм и обычно он равен 3...4. При несовпадении импульсов на входах анализатора на вход РУ подается сигнал об отсутствии синхрониз­ма. Если в течение определенного числа циклов r_вых, называемого коэффициентом накопления по выходу из синхронизма и обычно равным 4...6,синхронизм отсутствует, то РУ отмечает отсутствие синхронизма и формирует сигнал ошибки, вызывающий задержку (торможение) импульсов цикловой синхронизации, вырабатывае­мых ГО_пр, на один период тактовой частоты. Цикл оказывается увеличенным на время Т_т - период тактовой частоты, а расстояние между импульсами от ГО_пр и синхрогруппой на один такт уменьша­ется. Если и при этом они не совпадут, то РУ вновь вырабатывает сигнал ошибки, импульс от ГО_пр сдвигается еще на один такт и т. д. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока импульсы цикло­вой синхронизации и импульсы ГОпр не совпадут, после чего анали­затор определит наличие синхронизма. Отметим, что РУ принимает решение о наличии или отсутствии синхронизма не на основании единичного испытания, а только при нескольких последовательных повторениях какого-либо события. Так обеспечивается необходимая защита от ложных синхрогрупп и действия помех.

При появлении в пределах одного цикла ложной синхрогруппы РУ не примет решения о необходимости «торможения» импульсов цик­ловой синхронизации, а вероятность появления ложных синхрогрупп на одних тех же позициях в течение r_вх циклов пренебрежимо мала. С другой стороны, одиночные искажения синхрогрупп помехами не могут вывести систему из состояния синхронизма, вероятность пора­жения помехами r_вых синхрогрупп подряд также крайне мала.

Рисунок 13 – Структурная схема системы цикловой синхронизации

 

Сигнал тактовой синхронизации формируется в выделителе тактовой частоты (ВТЧ).

К системам цикловой синхронизации предъявляются следующие основные требования:

время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма после нарушения связи должно быть минимальным;

состояние синхронизма при работе оборудования ЦСП должно поддерживаться непрерывно и автоматически;

объем синхрогруппы в цикле передачи при заданном времени восстановления синхронизма должен быть минимальным;

приемник синхросигнала должен быть помехоустойчивым и среднее время между сбоями синхронизма должно быть по воз­можности большим.

Выполнение указанных выше требований должно сочетаться с простотой технической реализации, экономичностью и надежностью оборудования систем передачи.