С синхронным дискретным каналом

Общие положения. В последние годы все большее распростра­нение получают системы ПДС с временным разделением каналов. При этом групповой канал является синхронным и возникает за­дача сопряжения источников дискретных сообщений с синхрон­ным каналом. Задачу сопряжения выполняют устройства согла­сования передачи и приема СУпер и СУпр (рис. 2.4). Канал, обра­зовавшийся в результате подключения к синхронному каналу согласующих устройств, назовем каналом ПДС.

Сигнал на выходе источника дискретных сообщений может быть изохронным или анизохронным. Изохронные дискретные сигналы отличаются от анизохронных тем, что для них на прие­ме заранее известна структура и, в частности, моменты переда­чи единичных элементов. Изохронные сигналы, поступающие от источника, имеют длительность, кратную t₀, и характеризуются скоростью телеграфирования B_и. Анизохронные сигналы могут иметь любую длительность, но не менее чем t_min. При этом мак­симальная скорость телеграфирования источника B_и=l/t_min<<B_с—скорости модуляции в синхронном канале.

Основными характеристиками источника дискретных сообще­ний с дискретным синхронным каналом являются: коэффициент использования синхронного канала h, который будем определять отношением В_и/В_с, и сложность аппаратурной реализации.

Согласование дискретных сигналов анизохронной структуры с синхронным каналом. Согласующее устройство на передаче обеспечивает преобразование исходного анизохронного сигнала в изохронный, на приеме осуществляется обратное преобразова­ние. Таким образом, создается асинхронный канал ПДС. За возможность передавать по дискретному синхронному каналу сиг­налы анизохронной структуры приходится расплачиваться умень­шением коэффициента использования синхронного канала или в многоканальных системах—уменьшением числа дискретных асинхронных каналов по сравнению с исходным числом син­хронных.

В технике ПДС нашли применение два метода согласования сообщений анизохронной структуры с синхронным каналом: ме­тод наложения и метод скользящего индекса с подтверждением.

Метод наложения — наиболее простой из известных методов согласования сообщений анизохронной структуры с синхронным каналом. При этом методе согласования используется импульсная несущая, которая модулируется передаваемым сигналом, т. е. осуществляется амплитудно-импульсная модуляция.

Каждая по­сылка (рис.2.5,б) как бы накладывается на импульсную несу­щую (рис. 2.5,а). В результате в канал либо поступает пачка им пульсов несущей (рис. 2.5,в), если на нее накладывается токовая посылка, либо импульсы несущей в канал не проходят, если на­кладывается бестоковая посылка. В качестве модулятора можно использовать ключ, который управляется (отпирается или запи­рается) поступающими от источника анизохронными сигналами.

Рис.2.4. Сопряжение источника и получателя дискретных сообщений с синхронным каналом.

На приемной стороне каждая пачка импульсов несущей пре­образуется в токовый элемент (посылку) соответствующей дли­тельности (рис. 2.5,г). При воспроизведении элементов на прие­ме возникают краевые искажения, обусловленные тем, что источ­ник сообщений и генератор импульсной несущей на передаче не синхронизированы. Эти искажения будут тем меньше, чем боль­ше частота следования импульсов несущей, т. е. чем больше раз­мещается импульсов несущей на интервале времени t_min. Оче­видно, что при одной и той же частоте следования импульсов не­сущей величина искажений будет зависеть от скорости телегра­фирования В_и. Величина искажений, %, определяется выраже­нием

, (2.9)

где Dt — интервал времени между двумя соседними импульсами несущей, определяющий скорость передачи импульсной последо­вательности В_с. Очевидно, что В_с=f_н, где f_н—частота импуль­сной последовательности.

Рис.2.5. Метод наложения.

Пример 5. Пусть скорость модуляций импульсной последовательности в синхронном канале Вс=5000 Бод или 5000 имп./с, а допустимые искажения d=1%. Требуется определить максимально возможную скорость телеграфирования в асинхронном канале и коэффициент использования канала. Из формулы (2.3) имеем B_и=B_cd/100=50 Бод. Коэффициент использования синхронного канала h=0.01

В многоканальных системах необходима цикловая синхрони­зация (фазирование). Обычно для передачи специальных сигна­лов, по которым производится цикловая синхронизация, выделя­ется специальный канал. При этом скорость телеграфирования в синхронном канале, обеспечивающем передачу сигналов от N источников анизохронных сигналов с искажениями не более d%, Bc=B_n(N+1) 100/d. Так, при организации 12 телеграфных ка­налов со коростью передачи до 200 Бод и искажениями до 4% скорость передачи в синхронном (групповом) канале должна составлять В_с=200(12+1) 100/4==65*10³ Бод. Такая скорость те­леграфирования принята в аппаратуре ТВУ-12.

При согласовании методом наложения токовому элементу сигнала соответствует n=t/Dt импульсов несущей, где t—дли­тельность посылки. При этом можно считать, что первый им­пульс несет информацию о передаче токового элемента, осталь­ные (п— 1) импульсов являются импульсами подтверждения. Необходимость их передачи диктуется соображениями помехо­устойчивости и желанием передать анизохронные сигналы с краевыми искажениями, не превышающими заданные. Коэффи­циент использования синхронного канала при методе наложения не превышает величины h =d/100.

Для организации прозрачных (кодонезависимых) каналов с лучшим использованием пропускной способности синхронного канала при искажениях, не превышающих заданное значение, можно использовать метод, основанный на следующих соображе­ниях. На приемный конец необходимо передать информацию о знаке посылки и местоположении ЗМ. При этом местоположе­ние ЗМ можно задать с определенной точностью, которая будет определяться допустимыми индивидуальными краевыми искаже­ниями. Если расстояние между импульсами несущей Dt, то при методе наложения, как известно, краевые искажения определя­ются формулой (9), т. е. зависят только от Dt и t_min. Если раз­бить интервал Dt на l зон и фиксировать попадание ЗМ в каждую из этих зон, то можно, передавая по каналу информацию о номе­ре зоны, уменьшить искажения в l раз, т. е.

(2.10)

Если передавать информацию о номере зоны двоичным кодом, то потребуется k=log₂l единичных элементов. Именно поэтому значение l выбирается кратным двум. Так, при l=2 на передачу ин­формации о номере зоны потребуется один элемент (импульс несущей), а при l=4—два. Если после передачи информации о знаке посылки и номере зоны, в которую попал ЗМ, знак пере­даваемой посылки не изменился, то далее передается элемент или несколько элементов подтверждения, совпадающих с первым (стартовым) элементом. Описанный выше метод получил назва­ние метода скользящего индекса с подтверждением (СИП). При методе СИП величина искажений

(2.11)

Сравнивая (9) и (11) при заданных Ви и Вс, видим, что при использовании метода СИП удается уменьшить искажения в 2^k раза при том же коэффициенте использования синхронного канала или при заданной величине искажений увеличить коэффи­циент использования синхронного канала в 2^k раз по сравнению с методом наложения. При заданной величине искажений можно вычислить отношение В_и/В_с. Так, при d=8,33% это отношение для l=4 составляет 1/3. Откуда следует, что при d=8,33% для получения одного асинхронного канала требуется объединение трех синхронных.

Недостатком метода СИП является размножение ошибок. Одиночная ошибка в синхронном тракте может вызвать несколь­ко ошибок на приеме. Метод СИП используется в аппаратуре ДАТА, ДУМКА, ДАТА-2-7 и в аппаратуре ТВР. При этом кодирование номера зоны в современной аппаратуре (ДУМКА, ТВР) осуществляется в соответствии с рекомендациями МККТТ (табл. 2.7).

Таблица 2.7

Стартовый элемент	Уточняющий элемент	Зона
	Sl S2
	Sl S2
Рис.2.6 Метод скользящего индекса с подтверждением.

На рис. 2.6 показан процесс передачи и приема посылок при применении метода СИП и кодировании в соответствии с табл. 2.8. Передаваемая последовательность содержит токовую и бестоковую посылки (рис.2.6, а). Импульсы тактовой последо­вательности (рис.2.6 ,6) расположены друг от друга на расстоя­нии Dt и этот промежуток времени разбит на четыре зоны с но­мерами 1... 4. Первый ЗМ попадает в зону 2, второй ЗМ попада ет в зону 3. Эти зоны на рис. 2.6,б заштрихованы. В синхронный канал посылается кодовая комбинация 110, в которой первый элемент является стартовым, а два последующих уточняют ме­стоположение 3M₁. Для ЗМ₂ в синхронный канал посылается комбинация 010 (рис. 2.6,а) и далее следуют импульсы подтверж­дения, совпадающие по знаку со стартовыми. На приеме (рис. 2.6,г) регистрируется посылка в соответствии с информаци­ей, поступающей из канала..

Согласование дискретных сигналов изохронной структуры с синхронным каналом. Для сигналов изохронной структуры зна­чащие моменты строго определены и необходима лишь привязка ЗМ сигналов, поступающих от источника, и ЗМ сигналов, переда­ваемых в синхронном канале. Для передачи изохронных сигна­лов по синхронному каналу необходимо, чтобы скорость поступ­ления единичных элементов была меньше частоты тактовых им­пульсов синхронного канала либо равна ей (В_и£В_с). В случае равенства В_и£В_с можно организовать только одноканальную пе­редачу. Для организации N каналов необходимо обеспечить В_и£(В_с /N).

Рассмотренные ранее методы согласования сообщений анизохронной структуры с синхронным каналом применимы и для со­гласования сигналов изохронной структуры с синхронным кана­лом. Однако, как было показано выше, они не позволяют эффек­тивно использовать синхронный канал. Поэтому получили распро­странение методы согласования, использующие информацию об известной структуре изохронного сигнала, характеризуемого оп­ределенной постоянной скоростью поступления единичных эле­ментовВ_и. Среди известных методов наибольшее практическое применение получил метод стаффинга (метод вставок). Различа­ют односторонний стаффинг, который в свою очередь может быть подразделен на «+стаффинг» и «—стаффинг»; двусторонний стаффинг (±стаффинг). Сущность этих методов проиллюстриро­вана на рис. 2.7 («+стаффинг»), где показаны последовательно­сти: передаваемая (рис. 2.7,а) и тактовая последовательность синхронного канала (рис. 2.7,б).

Рис.2.7. Метод стаффинга.

Пусть в некоторый момент t_о ЗМ передаваемого сигнала и тактовой последовательности совпадут. Вследствие того, что В_и<В_с, фазовое расхождение между последовательностями че­рез некоторое время достигает величины одного такта последова­тельности б). Если каждому элементу сообщения а) поставить в соответствие один элемент тактовой последовательности б), то за время Т в последней окажется один лишний элемент. Для обеспечения правильного приема считывание этого лишнего эле­мента на приеме запрещается специальной кодовой комбинаци­ей, передаваемой по специальному дополнительному каналу.

При Ви>Вс применяют «—стаффинг». В этом случае «лишний» элемент образуется в передаваемом сообщении, поэтому он в сопровождении специальных команд передается по дополни­тельному каналу. При выборе В_и=В_с вследствие нестабильности скоростей возникают ситуации, когда Ви<Вс или Ви>Вс, по­этому в зависимости от сложившихся условий передачи приме­няют как «+стаффинг», так и «—стаффинг». Отсюда название «двусторонний стаффинг».

Согласование источника стартстопных сигналов с синхронным каналом. Стартстопные сигналы относятся к сигналам известной структуры. Они занимают промежуточное положение между изо­хронным и анизохронными сигналами. Момент появления старт-стопного сигнала на приеме неизвестен, но после появления старт-стопного перехода нетрудно предсказать появление ЗМ внутри стартстопной кодовой комбинации. Знание структуры стартстопного сигнала упрощает задачу сопряжения источника стартстопных сигналов с синхронным каналом и позволяет существенно повысить коэффициент использования синхронного канала по сравнению со случаем, когда передаваемые сообщения имеют четко выраженную анизохронную структуру.

Передача стартстопных сигналов осуществляется следующим образом. Поступающий от ИС стартстопный сигнал регенерируется устройством, принцип действия которого аналогичен работе приемника телеграфного аппарата. Каждая стартовая посылка отмечает начало стартстопного цикла и по стартстопному переходу формируются импульсы стробирования, соответствующие серединам принимаемых информационных сигналов в данном телеграфном знаке. Например, при работе кодом МТК-2 со скоростью 50 Бод формируется семь импульсов стробирования, относящих друг от друга на 20 мс, первый из которых отстоит на 10 мс от стартстопного перехода. Регенерированный сигнал запоминается в промежуточных накопителях и затем считывается из них распеделителем. Таким образом формируется изохронный сигнал, который может быть передан по синхронному каналу.

Для передачи стартстопных сигналов со скоростью 50 Бод кодом МТК-2 достаточно иметь импульсную несущую последовательность, имеющую скорость 50…51 имп./с. Таким образом, в одном и том же синхронном канале кодозависимых каналов может быть организованно в 3 раза больше, чем кодонезависимых с d=8,33% и использованием метода СИП.

1. Синхронизация в синхронных и стартстопных системах передачи данных.