Лекции по «Основы передачи данных»

 

 

РС – реверсивный счетчик

ДЧ – делитель частоты

СДИИ – система добавления/ исклю-чения импульсов

 

Особенности устройства электронной синхронизации

1. Критерием синхронизма  по элементам являются границы специально передаваемых синхроимпульсов или информационных элементов.

2. Процесс синхронизации  по элементам осуществляется  непрерывно.

3. Максимальное расхождение  по фазе составляет 

Устройства поэлементной синхронизации необходимы для подачи синхроимпульсов в модемы и тактовые импульсы в декодеры помехоустойчивых кодов.

 

Лекция 12. Параметры устройств синхронизации

Основные параметры устройств синхронизации замкнутого типа

  Рассмотрим основные параметры устройств синхронизации замкнутого типа и порядок их расчета с учетом влияния помех в каналах связи. Из всех ранее рассмотренных устройств синхронизации практическое применение нашел способ поэлементной синхронизации без непосредственного воздействия на задающий генератор синхроимпульсов (см. рис. 12.1).

 

Рис.12.1. Структурная схема устройства синхронизации с добавлением и вычитанием импульсов на входе делителя частоты

 
К основным параметрам, характеризующим устройства такого типа, относятся: 
  погрешность синхронизации — величина, выраженная в долях единичного интервала и равная наибольшему отклонению синхросигналов от их оптимального (идеального) положения, которое с заданной вероятностью может произойти при работе устройства синхронизации; 
  время синхронизации tC — время, необходимое для корректирования первоначального отклонения синхроимпульсов относительно границ принимаемых элементов;  

 время поддержания синхронизма tПС— время, в течение которого отклонение синхроимпульсов от границ единичных элементов не выйдет за допустимый предел рассогласования при прекращении работы устройства синхронизации по подстройке фазы;

вероятность срыва синхронизма РС.С — вероятность того, что из-за действия помех отклонение синхроимпульсов от границ единичных элементов превысит половину единичного интервала. 

 Погрешность синхронизации  целесообразно рассматривать как  сумму двух погрешностей: 
  статической погрешности синхронизации , определяемой нестабильностью задающего генератора и шагом коррекции; 
  динамической погрешности , вызываемой краевыми искажениями единичных элементов:

 
  В свою очередь, статическая  погрешность синхронизации  складывается из двух составляющих: погрешности, обусловленной дискретным шагом синхронизации, и погрешности, обусловленной смещением тактового импульса за время между двумя подстройками:

где — шаг коррекции, т. е. смещение фазы тактовых импульсов в долях единичного интервала на выходе делителя частоты при добавлении или вычитании одного корректирующего импульса; RД — коэффициент деления делителя; 2R — суммарный коэффициент нестабильности задающих генераторов передатчика и приемника; S — емкость реверсивного счетчика; — среднее число принимаемых подряд элементов одного знака, определяющее период корректирования . 
  Промежуток времени между сигналами управления является случайной величиной и зависит от числа ЗМ в принимаемой информационной последовательности. Число ЗМ определяется статистической структурой сообщения. Минимальный период корректирования tKmin — это минимальное время между двумя подстройками, зависящее как от емкости реверсивного счетчика S, так и от длительности единичного элемента . При S=l, т. е. когда отсутствует реверсивный счетчик, корректирование будет происходить при приеме каждого ЗМ информационной последовательности, т. е. . В общем случае .

 
  Статическая погрешность  устройств синхронизации с реверсивным счетчиком тем меньше, чем больше коэффициент деления делителя Rд, чем меньше нестабильность генератора R и емкость реверсивного счетчика S. 
  Динамическая погрешность синхронизации , представляет собой случайную величину и подчиняется гауссовому закону с плотностью вероятности

 
  Среднеквадратическое значение можно рассчитывать по следующей формуле:

,

где — среднеквадратическое значение краевых искажений единичных элементов. 
  С вероятностью, близкой к единице, можно утверждать, что случайная величина не будет превышать своего утроенного среднеквадратического значения (известное правило «трех сигм»). Следовательно, для оценки значения можно воспользоваться выражением

 
  Общее выражение для оценки  погрешности синхронизации имеет вид:

 

,                             

 
  Определим время вхождения  в синхронизм. Это время будет  зависеть от первоначального  расхождения по фазе тактовой последовательности, вырабатываемой на приеме, и принимаемой последовательности ЗМ. Расхождение по фазе случайно и лежит в пределах от 0 до . Рассмотрим случай, когда сдвиг по фазе максимален и ТИ сдвинут относительно идеального положения на . (рис. 12.2).

 

 

Рис.12.2. К определению времени вхождения в синхронизм</CENTER 
 
      Подстройка производится шагами, при каждом шаге тактовые импульсы смещаются на время . Тогда число шагов, необходимое для подстройки, будет равно . Если подстройка осуществляется через интервал , то время, необходимое для вхождения в синхронизм, будет равно . Учитывая увеличение интервала между подстройками за счет реверсивного счетчика, получим окончательно

                                        

где

; .

 
      Время поддержания синфазности tП.С — время, в течение которого фаза синхроимпульсов не выйдет за допустимые пределы при прекращении работы устройства синхронизации, определяется формулой . В качестве обычно используют величину теоретической исправляющей способности приемника , уменьшенную на величину погрешности синхронизации, т. е. . Тогда

 

,                              

 Поскольку величина теоретической  исправляющей способности приемника  определяется способом регистрации и заранее известна, то увеличение tП.С при заданной скорости модуляции В может быть достигнуто лишь уменьшением коэффициента нестабильности задающих генераторов. 
  Вероятность срыва синхронизации по элементам РC.C - это вероятность того, что фаза синхроимпульсов под действием помех сместится на величину, большую . Такой сдвиг фазы нарушает работу устройств синхронизации и приводит к сбою групповой синхронизации. Уменьшить величину РC.C можно путем увеличения времени усреднения сигналов корректирования, т. е. уменьшения емкости реверсивного счетчика S. Однако время синхронизации будет также расти пропорционально S, а период корректирования уменьшаться. Следовательно, необходимо решать и другую оптимизационную задачу — выбора параметров с учетом конкретных условий передачи для обеспечения минимума. 
  При проектировании и расчете устройств синхронизации обычно задаются следующие параметры: погрешность синхронизации ; скорость передачи В; среднеквадратическое значение краевых искажений ; исправляющая способность приемника ; время синхронизации tС; время поддержания синхронизма tП.С. На основании заданных параметров рассчитываются: частота задающего генератора fЗ.Г; допустимый коэффициент нестабильности генератора R; емкость реверсивного счетчика S; коэффициент деления делителя RД. 
   Коэффициент нестабильности задающего генератора определяется из (12.4): . Емкость реверсивного счетчика S и коэффициент деления делителя определим из системы уравнений (12.2) и (12.3) относительно S и RД:

;                              

 
В выражении (12.5)

определено из (12.1). Частота задающего генератора fЗГ =RДВ.

 

 

1. Шаг коррекции

, - коэффициент делителя частоты

2. Минимальный период корректирования

S – емкость реверсивного счетчика

3. Максимальное расхождение по  фазе генератора

- относительная нестабильность  ЗГ

4. Погрешность синхронизации

Ес=Ест+Един

Ест - статичная

Един – динамичная

 

- среднеквадратичное отклонение  краевых искажений

5. Время синхронизации

6. Время поддержания синхронизма

7. Эффективная исправляющая способность

- величина краевых искажений  за счет преобладания

 

Лекция 13. Устройства цикловой синхронизации. Назначение, классификация и требования

 

Назначением цикловой синхронизации является определение (выделение) моментов начала и конца кодовой комбинации.

Требования, предъявляемые к устройствам цикловой синхронизации:

1. Обеспечение требуемой точности цикловой синхронизации

2. Малое время вхождения в  синхронизм как при первоначальном  включении, так и после кратковременного  перерыва связи.

3. Автоматическое вхождение в  синхронизм и поддержание синхронизма  в процессе сеанса связи.

4. Минимальные потери пропускной способности КС за счет введения синхронной информации в сообщение.

Особенности устройств цикловой синхронизации:

1) Критерий синхронизма по циклу, т.е. моменты начала и конца  кодовой комбинации в информационных  элементах отсутствуют.

2) Необходимость формирования и передачи в дискретный канал специального сигнала фазирования, структура которого может служить на приеме критерием цикловой синхронизации.

3) Процесс цикловой синхронизации  осуществляется только в моменты  нарушения цикловой синхронизации

4) Максимальное расхождение по  фазе составляет  , где - длительность единого элемента, который зависит от скорости модуляции, n- длина модуляции.

 

Классификация устройств цифровой модуляции

1. По способу пеердачи фазовой комбинации.

а) устройства циклической синхронизации (УЦС) с фазовыми колебаниями по специально выделенному каналу

б) УЦС с передачей фазовой комбинации по тому же каналу, по которому передается информация.

2. В зависимости от избыточности, вносимой передатчиком

а) УЦС с постоянной избыточностью. В этом случае фазовая комбинация постоянно передается в течение всего времени работы системы.

б) УЦС с переменной избыточностью. В этом случае фазовые колебания передаются периодически в нужные для циклической синхронизации отрезки времени.

3. В зависимости от режимов  работы передатчика и приемника.

а) УЦС с непрерывной работой передатчика и приемника (синхронные системы).

б) УЦС с одноразовым запуском передатчика и приемника (старт-стопные).

4. По способу выделения цикловой синхронизации на приеме.

а) УЦС с определением только рассогласования фазы.

б) УЦС с определением направления.

в) УЦС с определением направления и величины согласования фазы.

5. По степени помехозащищенности:

а) УЦС без защиты элементов фазовой комбинации от ошибок в КС.

б) УЦС с достаточной защитой элементов фазовой комбинации от ошибок в КС.

6. По степени автоматизации процессов  на:

а) УЦС с ручным запуском.

б) УЦС с полуавтоматической работой.

в) УЦС с автоматической работой.

 

Безмаркерный способ можно пояснить, пользуясь (рис. 13.1 ) , на котором показана синхронная система с распределителями P на m элементов. Для наглядности изображены механические распределители, но описываемые принципы применимы в равной степени и к электронным распределителям.

 

 

Рис.13.1. Безмаркёрный способ фазирования по циклам.

 

В начале работы или в режиме покоя, пока информация от передающего набора устройства НУ не поступает, в канал передается вполне определенная комбинация от датчика фазовой комбинации ДФК. На приеме элементы этой фазовой комбинации попадают в дешифратор фазовой комбинации ДШФК, который реагирует только на эту комбинацию. Если распределители не в фазе, то регистрируемая комбинация будет отличаться от фазовой, и дешифратор не срабатывает. Отсутствие срабатывания дешифратора фазовой комбинации в конце каждого цикла указывает на расхождение цикловой фазы. В этом случае от управляющей схемы УС подается импульс, который смещает фазу приемного распределителя. Такое смещение приемного распределителя в конце каждого цикла будет происходить до тех пор, пока не установится правильная фаза.