Тема 4.3 Синхронізація в ЦСП

ТАКТОВАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ. ВЫДЕЛЕНИЕ ТАКТОВОЙ ЧАСТОТЫ

Принципы построения систем тактовой синхронизации. Устрой­ства тактовой синхронизации УТС обеспечивают синхронную ра­боту ГО приемной и передающей частей ЦСП. Только в этом случае ГО приемной части будет вырабатывать управляющие сигналы, совпадающие по частоте и времени с импульсными по­следовательностями, поступающими в приемное оборудование ЦСП из линейного тракта, обеспечивая тем самым правильное распределение принимаемых импульсов по канальным интервалам и циклам и соответственно правильное декодирование кодовых комбинаций. Следовательно, основная задача УТС — исключить расхождение частот ГО передачи и приема или, в крайнем случае, обеспечить небольшую величину этого расхождения. Как извест­но, в аналоговых системах передачи для этих целей применяют, в основном, технические решения, обеспечивающие стабилизацию частоты задающих генераторов приемного и передающего обору­дования (например, кварцевую стабилизацию). Рассмотрим, до­статочно ли применения принципа стабилизации частоты ЗГ для цифровых систем передачи.

Предположим, что частота ЗГ первичной ЦСП f _зг = f _т = = 2,048 МГц. Определим максимально допустимую относительную нестабильность частоты ЗГ: k = f _згmax/ f _{зг н}, где f _{зг н} — номи­нальное значение f _зг, а f _згmах—максимальное отклонение час­тоты ЗГ от номинального значения. Очевидно, что в предельном случае управляющий распределительный импульс может не сов­падать по временному положению с регистрируемым на величи­ну, равную длительности одного символа, т, е. половину тактово­го интервала Т/2 (в этом случае говорят о несинхронное пере­дающего и приемного оборудования по символам). В наихудшем случае при отклонении частот ЗГ в разные стороны от f _{зп н} на величину f _{зп mах} взаимное положение регистрируемого и управляющего импульсов должно отличаться на t<T/2= l/(2 f _TН). При этом период f _т не должен изменяться больше чем на Т/4.

Предположим, что в момент включения системы частоты ЗГ передающей и приемных частей первичной ЦСП одинаковы и в дальнейшем расходятся. Определим, за какой промежуток време­ни t_пс при относительной нестабильности k частот ЗГ будет до­стигнуто положение не синхронности по символам. Так как

t_пс = T/(4k) = 1/(4 f _тk), то, следовательно, k= l/(4 f _Tt_пc) 1/(8*10^-6 f _пc). Если принять, что система будет выходить из состояния синхро­низма каждый час (а это будет очень плохая система, так как выход из состояния синхронизма по символам приводит к прекра­щению связи), то требуемая в этом случае относительная неста­бильность частоты ЗГ составит k= 1/(8*10⁶• 3,6• ¹⁰³) 3,7*10^-11, что недостижимо по техническим и экономическим соображениям.

Вывод, следующий из вышеприведенных расчетов: реализация современных ЦСП без устройств тактовой синхронизации (фази­рования по посылкам) невозможна.

В ЦСП к устройствам тактовой синхронизации предъявляются следующие требования:

высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала ЗГ приемной части; малое время вхождения в синхронизм; сохранение состояния синхронизма при кратковременных пере­рывах связи.

Различают две группы УТС, отличающиеся методом использо­вания синхросигналов. К первой группе относятся устройства с синхронизацией по специальному синхросигналу. Этот метод ус­ложняет построение линейного тракта ЦСП и генераторного обо­рудования, к тому же точность установки фазы управляющих сигналов в большой степени связана с нелинейными искажениями и неравномерностью частотных характеристик линейного тракта. Ко второй группе относятся методы подстройки фазы управляю­щих импульсов под основной принимаемый сигнал. Такую под­стройку можно осуществить либо по специальным синхроимпуль­сам, либо по рабочим импульсам (элементам кодовых комбина­ций цикла). Применение специальных синхроимпульсов снижает пропускную способность системы, поэтому на практике нашел применение метод тактовой синхронизации по рабочим импуль­сам. Эту группу УТС можно разделить на две подгруппы, отли­чающиеся способом выделения тактовой частоты.

Основное применение в ЦСП с невысокой скоростью передачи нашли УТС с резонансной системой для выделения тактовой час­тоты. Достоинства таких систем — простота реализации и, как следствие, улучшение экономических показателей системы, явля­ются определяющими при реализации ЦСП местных и зоновых сетей. Недостатки УТС такого типа: быстрое пропадание тактовой частоты при перерывах связи или при появлении в принимаемом сигнале длинных серий пробелов (нулей); зависимость стабильно­сти выделенной тактовой частоты (а следовательно, и точности фазирования) от длины серии нулей (характера кодовых комби­наций) и стабильности параметров фильтра, выделителя тактовой частоты, а также от скорости передачи.

Более сложным является метод синхронизации с применением устройств автоподстройки частоты генераторов тактовой частоты приемного оборудования, лишенный недостатков первого метода. Иногда эти два метода называют соответственно методами пас­сивной и активной фильтрации частоты. Устройства тактовой син­хронизации с активной фильтрацией получают все большее рас­пространение в ЦСП в связи с их достоинствами и упрощением вопросов реализации на основе более совершенной элементной базы, обеспечиваемой развитием микроэлектроники.

Сущность метода пассивной фильтрации тактовой частоты состоит в том, что из входного цифрового сигнала с помощью по­лосовых фильтров, резонансных контуров или избирательных уси­лителей выделяется тактовая частота. Часть УТС, обеспечивающая выполнение этих функций, называется выделителем тактовой частоты. Структурная схема этого устройства приведена на рис. 3.23, а, а структура всего УТС — на рис. 3.23, б.

Рассмотрим сущность резонансного метода. Известно, что энергетический спектр случайной последовательности импульсов со скважностью q>1 содержит как непрерывную G_н(f), так и дис­кретную <G_д(f) составляющую (рис. 3.24, а). Дискретная часть энергетического спектра представляет собой сумму гармоник, кратных тактовой частоте (частоте следования импульсов). Этот вывод можно сделать, не применяя сложных математических вы­кладок, если представить случайный двоичный сигнал и в виде суммы регулярной однополярной последовательности импульсов и случайной двухполярной последовательности импульсов.

Как известно, регулярная последовательность импульсов с так­товой частотой f_т имеет дискретный (линейчатый) спектр G_Д(f), в составе которого в качестве первой гармоники выступает состав­ляющая с частотой, равной тактовой. Попутно отметим, что слу­чайная двухполярная последовательность импульсов, как видно из рисунка, не может быть в свою очередь получена как сумма случайной и регулярной составляющих и, следовательно, спектр такой последовательности не содержит дискретных составляющих. Очевидно, что превращение двухполярной последовательности в однополярную (например, применением выпрямительных уст­ройств) позволяет восстановить дискретную часть спектра. Сле­дует обратить внимание на то, что если линейный сигнал пред­ставляет собой случайную последовательность импульсов с часто­той f_т и

q= 1, то энергетический спектр такого сигнала вообще не содержит дискретной части спектра. Сказанное можно проследить по рис. 3.25, а, на котором показано, что, если q>1, то регулярная последовательность импульсов «сливается» в постоянную состав­ляющую.

ЦИКЛОВАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ

Принципы организации цикловой синхронизации. Синхрониза­ция приемной и передающей станции по циклам обеспечивает правильное декодирование кодовых групп и распределение груп­пового АИМ сигнала по соответствующим приемникам каналов. Для обеспечения этой синхронизации в начале каждого цикла в состав группового цифрового сигнала вводится специальный син­хросигнал, который представляет собой отдельный импульс или группу импульсов определенной комбинации.

К системам цикловой синхронизации предъявляются следую­щие основные требования:

- время вхождения в синхронизм при первоначальном включе­нии аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимально возможным;

- число разрядов синхросигнала в цикле передачи при заданном времени восстановления синхронизма должно быть минимальным;

- приемник синхросигнала должен быть помехоустойчивым, что обеспечивает большее среднее время между сбоями синхронизма.

При реализации этих требований приходится решать противо­речивые задачи. Ввод синхросигнала в групповой сигнал допол­нительно к кодовым группам информации требует увеличения скорости передачи группового сигнала, а это увеличивает полосу частот, передаваемых по линии. Если скорость передачи оставить прежней, то синхросигнал надо вводить взамен части информа­ционных символов, а это уменьшает пропускную способность системы передачи. Аналогичные противоречия встречаются и при выборе числа разрядов в синхросигнале. Уменьшение разрядов в синхросигнале повышает пропускную способность ЦСП, но уве­личивает время восстановления синхронизма, так как возрастает вероятность появления аналогичных комбинаций в информационных символах.

Увеличение разрядов в синхросигнале улучшает работу цикловой синхронизации, но уменьшает пропускную спо­собность ЦСП.

Отметим основные отличительные признаки синхросигнала и способы ввода его в групповой сигнал. Основными отличительны­ми особенностями синхросигнала являются его периодичность, или повторяемость, на одних и тех же позициях в каждом цикле и постоянство кодовой комбинации. Эти свойства используются при выделении синхросигнала на приемной станции. Групповой цифровой сигнал каналов в силу случайного характера абонент­ских сигналов свойствами периодичности не обладает. По числу разрядов различают одноразрядные и многоразрядные синхросиг­налы. Многоразрядные синхросигналы различаются по распреде­лению разрядов в цикле передачи: сосредоточенные, рассредото­ченные. На рис. 3.32 показаны циклы, содержащие одноразряд­ный (рис. 3.32, а) и многоразрядные (с комбинацией 101) сосре­доточенный (рис. 3.32, б) и рассредоточенный (рис. 3.32, в) син­хросигналы. Наибольшее распространение в ЦСП получил способ передачи многоразрядного сосредоточенного синхросигнала. Кодо­вая комбинация синхросигнала должна выбираться такой, чтобы вероятность ее появления при передаче информационных симво­лов была наименьшей. Построению систем цикловой синхрониза­ции с использованием передачи сосредоточенного синхросигнала и будет уделено основное внимание.

Система цикловой синхро­низации представляет собой совокупность устройств, обес­печивающих синхронную рабо­ту соответствующих узлов (разрядных и канальных рас­пределителей) ГО приемной и передающей станций. На пере­дающей станции находится устройство формирования и ввода синхрогруппы в группо­вой цифровой сигнал. Это уст­ройство достаточно просто реализуется и рассматривается при разборе конкретных систем передачи. На приемной станции находится приемник синхросигна­ла, обеспечивающий установку синхронизма после включения ап­паратуры в работу, контроль за состоянием синхронизма в рабо­чем режиме, обнаружение сбоя синхронизма и его восстановление. Рассматривая принцип построения приемника синхросигнала, схе­ма которого показана на рис. 3.33, можно выделить следующие ос­новные узлы: опознаватель, анализатор, решающее устройство.

Опознаватель синхросигнала предназначен для выделения из группового ИКМ сигнала кодовых комбинаций, совпадающих по структуре с синхросигналом. Анализатор определяет соответствие момента времени прихода истинной синхрогруппы и контрольного сигнала с генераторного оборудования. Решающее устройство определяет состояние синхронизма, момент выхода из синхро­низма, управляет работой соответствующих узлов ГО в режиме поиска синхронизма.

Алгоритм поиска синхросигнала при нарушении синхронизма показан на рис. 3.34. Опознаватель, сдвигая каждый раз момент

регистрации на один такт, будет пробовать поступающие комби­нации группового сигнала на их соответствие синхрогруппе. Та­ким образом, если за период цикла будет отсутствовать комбина­ция, похожая на синхрогруппу, а это маловероятно, синхросигнал будет найден в течение одного цикла или быстрее. Для подтверж­дения правильности выделения синхросигнала следующая провер­ка наличия синхросигнала будет ровно через цикл. Приемник синхронизации с таким принципом работы называется приемни­ком со скользящим поиском и одноразрядным сдвигом. Разверну­тая структурная схема такого приемника синхросигнала показана на рис. 3.35. На схеме штриховой линией выделены опознаватель, анализатор, решающее устройство, генераторное оборудование приема.

Опознаватель синхросигнала может быть построен как регистр сдвига и дешифратор — многовходовая схема совпадения И1. Анализатор содержит элементы НЕТ и И2. Появление импульса на выходе И2 означает совпадение по времени синхросигнала и контрольного импульса от ГОпр. Появление импульса на выходе схемы НЕТ означает отсутствие синхросигнала в момент появле­ния контрольного импульса от ГОпр.

Решающее устройство содержит накопитель по выходу из син­хронизма, накопитель по входу в синхронизм, схему Из. Накопи­тели по входу и выходу из синхронизма выполнены по схеме счетчика со сбросом.

C6ой синхронизма при искажении символа синхрогруппы по­казан на рис. 3.36, а. Из временных диаграмм 2 и 3 видно, что цикловая синхронизация не нарушена и подстройку ГОпр произ­водить не требуется. Сбой синхронизма при изменении длитель­ности цикла показан на рис. 3.36, б, В данном случае восстанов­ление синхронизма возможно только при подстройке ГОпр.

Из приведенных выше примеров можно сделать вывод, что в первом случае защиту приемника синхронизации от сбоя обеспе­чивает накопитель по выходу из синхронизма, тогда как во втором

случае желательно начинать поиск синхросигнала по первому его пропаданию. В этом случае накопитель по выходу из синхронизма будет увеличивать время восстановления синхронизма. Время вос­становления синхронизма является одним из основных параметров ДСП. Допустимое время восстановления синхронизма определя­ется свойствами передаваемой информации.

Дата добавления: 2013-12-13