Регистрация сигналов

Лекция № 8

Раздел 2. Системы передачи дискретных сообщений.

Тема лекции: Регистрация сигналов в системах ДЭС. Перспективы развития ДЭС

Цель: Изучить основные методы регистрации сигналов в системах ПДС. Ознакомиться с перспективами развития СДЭС.

Учебные вопросы:

1. Регистрация сигналов.

2. Перспективы развития СДЭС.

В системе ПДС иногда выделяют дискретный канал непрерывного времени. Если на выходе дискретного (или строго дискретного) канала имеем сигнал, являющийся дискретной функцией дискретного времени, то на выходе дискретного канала непрерывного времени сигнал является дискретной функцией непрерывного времени. Часто дискретный канал непрерывного времени называют каналом постоянного тока (КПТ), так как на его выходе сигналы имеют форму импульсов постоянного тока (ИПТ).

Пусть на вход канала постоянного тока поступает последовательность прямоугольных импульсов длительностью τо. Фиксируемое значение состояния представляющего параметра сигнала называется значащей позицией. Момент, в который происходит смена значащей позиции сигнала, называется значащим (ЗМ). Интервал времени между двумя соседними значащими моментами сигнала называется значащим (ЗИ).

Если на выходе канала все ЗМ смещены (задержаны) относительно исходных на одинаковое время, определяемое конечным временем распространения сигнала, то ЗМ совпадают с идеальными, а ЗИ — с идеальными ЗИ. При этом ЗИ сигналов на выходе канала равны соответствующим ЗИ сигналов, подаваемых на вход канала. Однако причиной смещения ЗМ относительно исходного положения может быть не только запаздывание, обусловленное конечным временем распространения сигнала, но и другие факторы. При этом элементы, передаваемые в канале, искажаются только по длительности. Возможны случаи, когда последовательности на выходе канала, смещаются на время и элементы не искажаются, и когда элементы изменили свою длительность — появились искажения, называемые краевыми.

Для характеристики смещения каждого из ЗМ сигнала относительно идеального ЗМ вводят понятие индивидуального краевого искажения. Для i-гo ЗМ это смещение равно. Индивидуальное краевое искажение, отнесенное к длительности единичного временного интервала, называют относительным.

Смещение ЗМ относительно идеального вправо принято считать положительным, а влево — отрицательным. Максимальный разброс смещений ЗМ на интервале анализа определяет степень изохронного искажения.

Различают три вида краевых искажений: преобладания, случайные и характеристические. Преобладания выражаются в том, что элементы одного знака удлиняются, а другого соответственно укорачиваются.

Случайные краевые искажения обусловлены действием в канале помех. При этом величина искажения имеет случайный характер.

Характеристические искажения — это искажения, определяемые характером передаваемой последовательности. Они воз­никают в том случае, если за время τо переходный процесс не успевает установиться. Так как передаваемая последовательность имеет случайный характер, то и характеристические искажения будут случайными по времени. При передаче последовательности чередующихся элементов (10101010 и т. д.) характеристические искажения отсутствуют.

Помимо краевых искажений возможны дробления передаваемой последовательности элементов. При этом один элемент длительности то превращается в несколько более коротких (дробится). Дробления характеризуются частотой их появления и плотностью распреде­ления длительности дроблений.

Знание характеристик краевых искажений и дроблений в КПТ позволяет оценить качество канала связи с точки зрения его при­годности для передачи дискретных сообщений. При этом немало­важен тот факт, что оценка величин краевых искажений и интенсивности дроблений возможна в процессе передачи информации по каналу связи.

Сигнал, поступающий с выхода КПТ, должен быть отождествлен с «0» или «1». Необходимо произвести также запоминание значащей позиции сигнала данных.

Процесс определения и запоминания значащей позиции сигнала данных называется регистрацией. Устройство регистрации сигналов, обеспечивающее минимальную вероятность неправильного приёма р_ош, называется оптимальным. Реализация оптимального устройства регистрации вызывает определенные трудности, и поэтому на практике применяют упрощенные методы регистрации, которые хотя и проигрывают в помехоустойчивости оптимальному, однако проще в реализации. К числу наиболее распространённых методов регистрации относятся метод стробирования и интегральный.

При регистрации методом стробирования вид принимаемого элемента («О» или «1») определяется на основании анализа знака импульса постоянного тока (сигнала на выходе КПТ) в середине единичного интервала. Любое смещение момента регистрации относительно середины единичного интервала приводит к увеличению вероятности неправильной регистрации сигнала.

Например, передается последовательность 10101. На выходе входного уст­ройства Вх.У импульсы постоянного тока имеют прямоугольную форму, но искажены по длительности. Ключи Кл1 и Кл2 открываются одновременно на время поступления строб импульса. Поступление импульсов стробирования в моменты, соответствующие серединам единичных интервалов, обеспечивается применением устройств поэлементной синхронизации. При этом сигнал появляется или на выходе Кл1 или Кл2. В зависимости от этого выходное устройство Вых.У фиксирует «1» или «0». Если смещение ЗМ относительно идеального положения не превышает О,5 τо, то элемент сигнала регистрируется правильно. Величина, на которую допускается смещение ЗМ, не вызывающее неправильный прием, определяет исправляющую способность приёмника (или телеграфного аппарата). В нашем случае исправляющая способность (теоретическая) равна 0,5 τо или 50%.

При интегральном методе регистрации решение о виде принятого элемента выносится на основе анализа сигнала с выхода интегратора. Этот сигнал является дискретной функцией непрерывного времени.

Интегрирование осуществляется на интервале, соответствующем неискажен­ному элементу.

Интегральный метод часто реализуется на основе многократного стробирования сигнала uBX(t) в N точках. Тактовые импульсы (стробоимпульсы) проходят на вход счётчика Сч. За время действия неискаженной токовой посылки (на интервале τ₀) появляется N тактовых импульсов. Если на выходе Кл на единичном интервале появится строб импульсов, то можно сделать вывод о том, что принята «1». В конце единичного интервала, определяемого с помощью устройства поэлементной синхронизации, показания счетчика считываются, и он обнуляется.

Сравним помехоустойчивость методов стробирования и интегрального при действии краевых искажений. Поскольку при регистрации методом стробирования посылка регистрируется в середине, то допускается смещение любого из ЗМ на величину, не превышающую 0,5τ0. При регистрации интегральным методом суммарное смещение границ не должно превышать О,5τо - очевидно, что последнее условие выполняется с меньшей вероятностью.

В последние годы ведется поиск простых в реализации, но достаточно эффективных (близких по помехоустойчивости к оптимальным) методов регистрации. Предложен ряд методов, среди которых рассматриваемые ниже много интервальный и интегрирования с весовой функцией.

Особенность много интервального метода заключается в отказе от обязательной обработки сигнала на единичном интервале т0. Интервал обработки, на котором осуществляется регистрация интегральным методом, выбирается в зависимости от характера искажения ИПТ. Алгоритм выбора интервала обработки заключается в следующем. Если поступает посылка, содержащая две границы (два ЗМ), причем каждая из границ смещена относительно идеального положения не больше, чем на заданное предельное значение, то посылка интегрируется в интервале времени, ограниченном этими двумя границами. Если же смещение границы (обеих границ) превышает предельное значение, то граница (границы) заменяются тактовым импульсом (импульсами), вырабатываемыми системой поэлементной синхронизации. В случае, когда в поступающем элементе сигнала (посылке) нет границы (границ), т. е. поступают подряд несколько одинаковых посылок, то по-прежнему отсутствующая граница заменяется тактовым импульсом. Когда в интервал времени, ограниченный предельными смещениями границ (интервал фиксации границ t<ф), попадает несколько границ (появляются ложные границы), то интегрирование сигнала начинается (кончается) при появлении первой поступившей границы.

Регистрация посылки обычным интегральным методом производится в интервале соответствующем случаю неискаженного приёма посылки, при этом захватываются предыдущий и последующий элементы. При много интервальном способе интегрирование осуществляется в интервале, что позволяет лучше использовать энергию сигнала.

Вероятность ошибки можно также уменьшить, применяя реги­страцию с весовой функцией. Если известен характер искажений различных участков на длительности единичного элемента, то отсчёт необходимо производить с различным весом: там, где искажения появляются реже, вес необходимо увеличить и наоборот. Описанные ранее методы регистрации — интегральный и стробирования — можно рассматривать как частный случай метода регистрации с весовой функцией. При интегральном методе вес берется одинаковым на всем интервале регистрации τo, а при стробировании средняя часть берётся с весом 1, а все остальные части с весом 0 (не учитываются).

Понятие «изохронное искажение» относится к изохронным сигналам. При рассмотрении стартстопных сигналов пользуются по­нятием стартстопных искажений. Для пояснения сущности этого понятия рассмотрим принцип регистрации стартстопных сигналов методом стробирования. Для регистрации посылок, входящих в состав стартстопного сигнала, необходимо обеспечить поступление стробимпульсов в моменты, соответствующие серединам единичных интервалов принимаемых посылок. Стартстопный сигнал относится к асинхронным сигналам с известной структурой. Момент его появления на приеме непредсказуем, поэтому необходимо осуществить привязку вырабатываемых в приёмнике стробимпульсов к стартстопному переходу. Очевидно, что смещение стартстопного перехода относительно его идеального положения в сторону отставания или опережения на величину t_c вызовет и смещение моментов регистрации относительно середины единичных интервалов регистрируемых посылок на ту же величину t_c. При этом ухудшаются условия регистрации посылок — уменьшается на величину смещения стробимпульсов исправляющая способность приёмника.

Помимо смещения относительно идеального положения старт-стопного перехода возможны смещения ЗМ регистрируемых посылок. Отсюда следует необходимость введения такого понятия иска­жений, которое бы позволило учесть влияние на качество приема как искажений стартстопного перехода, так и регистрируемых посылок. Величину искажений определяют путем сравнения принятой стартстопной последовательности с эталон­ной. При этом стопстартный переход эталонной последовательности во времени совместим со стопстартным переходом принятой последовательности. Смещение местоположения при­нятой последовательности относительно соответствующего ЗМ эталонной последовательности в долях (или процентах) от длительности единичного интервала называют индивидуальным стартстопным искажением.

Под идеальным будем понимать такое положение ЗМ, при котором последовательность принята без искажений.

При вычислении индивидуальных стартстопных искажений естественным образом учитывались смещения как стартстопного перехода, так и ЗМ, для которого вычисляются индивидуальные искажения и, следовательно, учитывается влияние на качество приема посылок искажения стартстопного перехода. Максимальное индивидуальное стартстопное искажение, полученное на заданном интервале измерений, называется стартстопным искажением.

Дата добавления: 2013-12-13