Система циклової синхронізації
Для правильної обробки сигналу у приймальній апаратурі цифровихсистем передачі (ЦСП)(регенерації, декодування кодових комбінацій,розподілу сигналів по окремих каналах і ін.) необхідно забезпечити синхроннуроботу генераторного обладнання приймальної апаратури (ГОпм) з генераторнимобладнанням передавальної апаратури (ГОпд).
Розрізнюють тактову і циклову синхронізацію. Тактова синхронізаціязабезпечує рівність частоти тактових імпульсів ГОпм з частотою тактовихімпульсів ГОпд, що є необхідною умовою для правильної реєстрації імпульсів, щонадходять. У систему тактової синхронізації входять задаючий генератор (ЗГ)ГОпд і виділювач тактової частоти (ВТЧ) ГОпм. Виділення тактової частоти ізспектра групового цифрового сигналу здійснюється резонансним контуром(вузькополосним фільтром). Після відповідної обробки отриманої складовоїтактової частоти формуються необхідні імпульсні послідовності ГОпм (тактові,розрядні, канальні, циклові).
Циклова синхронізація забезпечує правильне визначення початкуциклу передачі, що є необхідною умовою для правильного поканального розподілусигналу, що приймається, після його декодування.
Правильний розподіл сигналів управління і взаємодії (СУВ)забезпечується зверхцикловою синхронізацією. Порушення циклової синхронізаціїпризводить до неправильного розподілу канальних сигналів і СУВ, тобтопризводить до втрати зв'язку по всіх каналах. Для забезпечення цикловоїсинхронізації достатньо визначити часове розміщення будь-якого одного зканальних сигналів (каналів), а вже відносно нього досить легко визначитичасове розміщення усіх інших каналів. Для реалізацій вказаного принципуциклової синхронізації у склад групового ІКМ сигналу на початку циклу передачі(як правило, у часовий канальний інтервал КІО) вводиться синхросигнал(синхрогрупа), а на приймальній стороні синхрогрупа виділяється приймачемсинхросигналу із складу групового ІКМ сигналу, що дає можливість визначитипочаток циклу передачі. Період циклової синхронізації дорівнює (або є кратним)періоду дискретизації, тобто /> (або />). У ЦСП ІКМ-30 />, а періодзверхциклової синхронізації />.
Пошук стану синхронізму відбувається шляхом послідовного затактовим аналізом кодових комбінацій вхідного групового ІКМ сигналу навідповідність їх структурі синхрогрупи. Після досягнення стану синхронізму дляйого утримання від переходу до режиму пошуку циклового синхронізму під впливомперекручувань символів/> синхросигналу(синхрогрупи), що виникають досить рідко, вводиться накопичувач по виходу зциклового синхронізму. Перехід до пошуку синхронізму відбувається тільки післятого, як буде зафіксовано підряд декілька разів (4...6) перекрученьсинхросигналу (вірогідність чого достатньо мала).
Наявність циклового синхронізму фіксує накопичувач по входу усинхронізм. Він спрацьовує після виявлення синхрогрупи на одних і тих самихпозиціях циклів передачі 2...3 рази підряд. Вірогідність хибного спрацьовуваннянакопичувача по входу в синхронізм у процесі пошуку синхронізму достатньо мала.
До систем синхронізації висуваються такі вимоги:
– стан синхронізму має бути безперервним й підтримуватисяавтоматично;
– невеликий час входження у синхронізм під час включення апаратуриі під час відновлення синхронізму при його порушенні;
– зменшення пропускної здатності, що виникає за рахунок введеннясинхросигналів у повідомлення (службової інформації), має бути мінімальним;
– пристрій синхронізації має бути простим;
– час утримання синхронізму має бути максимально великим;
– завадостійкість системи синхронізації має бути достатньовисокою. Вказані вимоги досить суперечні, тому знаходять компромісні рішення.
До основних параметрів системи циклової синхронізації відносятьсячас входження у синхронізм після збою синхронізму (/>)і час утримання цикловогосинхронізму (/>). Ціпараметри залежатьвід структури синхрогрупи, алгоритму роботи приймача синхросигналу, відімовірності перекручувань символів цифрового сигналу у каналі зв'язку.
Як вже було зазначено, втрата синхронізму призводить до втратизв'язку. Тому час входження у синхронізм (відновлення синхронізму) під часвиникання збоїв мають перевищувати час спрацьовування АТС, що можуть прийнятиперерву, яка виникає за рахунок збою синхронізації, за ознаку закінченнярозмови. Цей час дорівнює декільком мілісекундам, тому за звичай забезпечують />.
Процес входження у цикловий синхронізм (відновлення цикловогосинхронізму) містить 3 етапи, що виконуються послідовно: виявлення відсутностісинхронізму (вихід із синхронізму), пошук синхронізму і підтвердження новогостану синхронізму. Відповідний час входження у цикловий синхронізм визначаєтьсяспіввідношенням:
/>,
де /> – середній час пошукусинхрогрупи;
/>, /> – середній час заповненнянакопичувача по виходу із синхронізму і накопичувача по входу в синхронізмвідповідно.
Середній час пошуку синхрогрупи /> значною мірою залежить від їїструктури. Кодові m-розрядні кодові групи (комбінації) можна класифікувати закількістю критичних точок, які вони мають. Під кількістю критичних точокрозуміють кількість повторного виявлення кодової комбінації початковоїструктури протягом m-порозрядних циклічних зсувів цієї комбінації. Наприклад, у8-розрядних кодових комбінаціях 11111111, 10101010, 10010110 кількістькритичних точок дорівнює восьми, чотирьом і одиниці. Відповідно кодовісинхрогрупи з однією критичною точкою забезпечують менший час пошуку синхронізму,ніж кодові групи з більшою кількістю критичних точок. Тому в апаратурі ЦСПвикористовуються кодові групи з однією критичною точкою.
Середній час пошуку синхрогрупи визначається співвідношенням:
/>,
де /> – кількість розрядів (тактовихінтервалів) між сусідніми синхрогрупами;
/> –розрядність синхрогрупи;
/> – цикл синхрогрупи.
Наприклад, у ЦСП ІКМ-30 значення />, /> і/>, тому відповідно знаведеного співвідношення />.
Середній час заповнення накопичувачів по виходу із синхронізму (/>)івходу (/>) усинхронізм залежить від їх ємностей – /> і /> відповідно.
Зі збільшенням /> зростає час входу усинхронізм і одночасно зменшується імовірність виходу із синхронізму (втратициклового синхронізму). Зі зменшенням /> час входу у синхронізмзменшується, але зростає імовірність втрати циклового синхронізму. Компроміснерішення забезпечує />.
Співвідношення, що визначає середній час заповнення накопичувачапо виходу із синхронізму, має вигляд:
цикловий синхронізація сигнал приймач
/>.
Так, у ЦСП ІКМ-30 />,/>,/>, розрахована величина />.
Зі збільшенням КНВХ зростає час входу в синхронізм (щонегативно), але зменшується імовірність хибного синхронізму (що позитивно),зменшення /> призводитьдо протилежних наслідків. Тобто і в даному випадку приймається компроміснерішення – значення />. Співвідношення, що визначає />, має вигляд:
/>,
де /> – імовірність прийому з помилкоюсинхрогрупи, що у свою чергу пов'язане з вірогідністю побітової помилки /> співвідношенням:
/>.
Для/> у відповідності з наведенимспіввідношенням />.
Таким чином, у наведеному прикладі />, що відповідає припустимимзначенням середнього часу входу у цикловий синхронізм.
Середній час утримання циклового синхронізму (/>) визначаєтьсяспіввідношенням:
/>.
Якщо /> (/>), /> величина />, тобто час утриманняциклового синхронізму достатньо великий.
Нагадаємо, що для виділення синхросигналу (синхрогрупи) із складугрупового ІКМ сигналу використовують статистичну відмінність синхрогрупи відінформаційних кодових груп, що проявляється у періодичному повтореннісинхрогрупи на одних і тих самих позиціях. На відміну від синхрогрупи повторнапоява інформаційних кодових комбінацій на одних і тих самих позиціях маловірогідна.Необхідний час утримання циклового синхронізму (середній час між збоямисинхронізму) забезпечується за рахунок того, що рішення про втрату синхронізмуприймається за результатами аналізу ситуації протягом деякого часу, тобто зарезультатами систематичного виявлення порушення циклового синхронізму. Середнійчас утримання синхронізму (середній час між збоями синхронізму) залежить відзавадостійкості приймача синхросигналу, тобто захищеності його від установленнянеправильного синхронізму, так і від неправильного виходу із стану синхронізму.
Згідно з вищевикладеним приймач синхросигналу має виконувати такіфункції: установку синхронізму після включення апаратури ЦСП у роботу; контрольза станом синхронізму в процесі роботи; виявлення збою синхронізму; відновленнястану синхронізму після кожного збою. Для виконання вказаних функцій у складприймача синхросигналу, структурна схема якого наведена на рис. 1, входятьрозпізнавач, аналізатор і вирішуючий пристрій. Додатково на схемі наведено ГОпм,індивідуальне обладнання, які взаємодіють у процесі роботи з приймачемсинхросигналу.
/>/>/>/>/>/>
Рисунок 1
Розпізнавач забезпечує виявлення наявності синхросигналу(синхрогрупи) і формування імпульсного сигналу за наявності синхросигналу ускладі вхідного групового ІКМ сигналу. Розпізнавач складається з регістразсуву, розрядність якого співпадає з розрядністю синхрогрупи, і дешифратора,настроєного на структуру синхрогрупи. За наявності у регістрі кодовоїкомбінації зі структурою, що співпадає зі структурою синхрогрупи, на виходірозпізнавача з'являється імпульс (А).
Аналізатор забезпечує перевірку наявності циклового синхронізмушляхом перевірки наявності збігу вихідного імпульсу розпізнавача (А) з контрольнимімпульсом (В), що формується в ГОпм. Під час збігу за часомімпульсів Аі В спрацьовує схема збігу /> (на її виході з'являєтьсяімпульс), а за відсутності збігу цих імпульсів спрацьовує схема заборони (на їївиході з'являється імпульс).
Вирішуючий пристрій оцінює вихідні сигнали аналізатора і приймаєрішення про наявність або відсутність циклового синхронізму і забезпечуєуправління роботою ГОпм у процесі входження у синхронізм. Оцінка наявностіциклового синхронізму забезпечується за регулярністю збігу імпульсу (А) звиходу розпізнавача і контрольного імпульсу (В) з ГОпм, а оцінка відсутностісинхронізму забезпечується за регулярністю відсутності збігу цих імпульсів (А іВ). Для забезпечення цих оцінок у склад вирішуючого пристрою входятьнакопичувач по входу і накопичувач по виходу, що являють собою двійковілічильники зі скидом.
Накопичувач по входу у синхронізм, на вхід якого надходять вихіднісигнали схеми збігу />, забезпечує захист приймачасинхросигналу від помилкового входження у синхронізм, коли на вхід розпізнавачанадходять випадкові комбінації групового ІКМ сигналу, структура яких співпадаєзі структурою синхрогрупи. Ємність накопичувача по входу у синхронізм зазвичайдорівнює 2...3 розрядам.
Накопичувач по виходу із синхронізму, на вхід якого надходятьвихідні сигнали схеми заборони, забезпечує захист приймача синхросигналу відпомилкового виходу зі стану синхронізму, коли перешкоди у лінійному трактіпризводять до коротких за часом змін структури синхрогрупи. Зазвичай ємність накопичувачапо виходу із синхронізму дорівнює 4...6 розрядам.
Розглянемо роботу приймача синхросигналу. Якщо ГОпм синхронізованоз роботою ГОпд, то імпульси А і В співпадають за часом, на виході схеми збігу /> регулярноз'являються імпульси, що підтримують накопичувач по входу у синхронізм узарядженому стані. Накопичувач по виходу із синхронізму повністю скинуто.Імпульси на виході розпізнавача (А), що відповідають випадковим кодовимкомбінаціям зі структурою синхрогрупи, не впливають на роботу приймачасинхросигналу, тому що вони не співпадають за часом з контрольними імпульсами(В) від ГОпм.
Якщо ж виникають короткочасові збої, наприклад, в результатіпомилок в одному з циклів, синхросигнал буде перекрученим, то імпульс А навиході розпізнавача не з'явиться, тому контрольний імпульс В через схемузаборони надходить у накопичувач по виходу із синхронізму. Але стан синхронізмуне буде порушеним, система підтримуватиме стан синхронізму до того часу, покинакопичувач по виходу із синхронізму буде заповнено частково, а накопичувач повходу заповниться раніше накопичувача по виходу із синхронізму. В результатівідбудеться скид накопичувача по виходу із синхронізму і стан синхронізму небуде порушеним.
Якщо ж виникають довгочасові збої (а також при включенніапаратури), то імпульси А і В не співпадають, тому імпульс В регулярнопроходить через схему заборони і заряджає накопичувач по виходу із синхронізмуза кількість циклів, що дорівнює ємності цього накопичувача (4 … 6розрядів). Імпульси А діють на забороняючому вході схеми заборони, тому упроцесі накопичення участі не приймають. Заряджений накопичувач по виходу зсинхронізму відкриває по одному з входів схеми збігу />. В результаті імпульс А з виходурозпізнавача, що надходить на другий вхід схеми />, проходить через цю схему івстановлює ГОпм у положення, що збігається з положенням ГОпд (якщо імпульс Авідповідає істинній синхрогрупі), або в інше положення (якщо імпульс Асформовано з хибної синхрогрупи). Крім установки ГОпм імпульс з виходу схеми /> скидаєповністю накопичувач по входу у синхронізм і зменшує вміст накопичувача повиходу із синхронізму на одиницю.
Якщо установка ГОпм здійснювалася імпульсом А, що відповідаєістинній синхрогрупі, то у чергових циклах імпульс В збігатиметься з імпульсомА, тому на виході схеми збігу /> регулярно з'являтиметься імпульс,що забезпечує заряд накопичувача по входу в синхронізм. Заряджений накопичувачпо входу скидає до нуля накопичувач по виходу із синхронізму. Після входження усинхронізм і відсутності збоїв підтримується стан ГОпм, однаковий зі станомГОпд. У стані синхронізації накопичувач по входу повністю заряджений,накопичувач по виходу із синхронізму повністю скинутий, тому схема /> зачинена, щозахищає від надходження на вхід ГОпм будь-яких синхросигналів А (як істинних,так і хибних).
Якщо ж установка ГОпм здійснювалася хибним синхросигналом, то вжеу черговому циклі повністю заряджається накопичувач по виходу із синхронізму,відчиняється схема /> і черговий імпульс А ізрозпізнавача знову установлює ГОпм і накопичувачі в раніше зазначений стан.Процес продовжується до досягнення циклового синхронізму.
Розглянутий спосіб побудови приймача синхросигналу має суттєвінедоліки. Перший з них полягає в тому, що процес пошуку синхросигналупочинається після заповнення накопичувача по виходу із синхронізму, щопризводить до збільшення часу входження у цикловий синхронізм.
Другим недоліком є фіксовані ємності накопичувачів по входу всинхронізм і виходу з синхронізму, що не дозволяє оптимізувати співвідношенняміж часом входження у синхронізм і завадостійкістю. Дійсно, зі збільшеннямімовірності помилок у лінійному тракті, порівняно з розрахованим значенням, часутримання стану синхронізму стає меншим за той, що вимагається, і навпаки – зізменшенням імовірності помилок виникає необґрунтований запас часу утриманнястану синхронізму.
Перший недолік усувається шляхом об'єднання за часом процесівнакопичення по виходу із синхронізму і пошуку синхронізму. Приймачсинхросигналу, що має окрему схему пошуку і схему утримання синхронізму,забезпечує зменшення середнього часу входження у синхронізм і збільшеннясереднього часу управління синхронізму.
Другийнедолік може бути усунений шляхом використання накопичувачів, ємність яких можезмінюватися відповідно до зміни ймовірності помилки у лінійному тракті: зізменшенням ймовірності помилки зменшується ємність накопичувача по виходу ізсинхронізму, а зі збільшенням ймовірності помилок зменшується ємністьнакопичувача по входу в синхронізм. Такі приймачі синхросигналу є адаптивними ішироко використовуються в ЦСП.