Методы и устройства синхронизации ЦСП
Для систем передачи с ИКМ-ВРК необходимо обеспечить синхронную и синфазную работу канальных амплитудно-импульсных модуляторов и канальных селекторов, кодирующих и декодирующих устройств.
Синхронность реализуется системой тактовой синхронизации, а синфазность – системой цикловой синхронизации.
Синхронизация по тактовой частоте обеспечивает равенство скоростей обработки сигналов на передаче и приеме и выполняется выделением колебаний тактовой частоты из спектра линейного цифрового сигнала выделителем тактовой частоты(ВТЧ).
Тактовой частотойв системе передачи ИКМ-ВРК является частота следования импульсов группового цифрового сигнала на выходе ФУ.
Рисунок - Передаваемая последовательность кодов ИКМ-30
В простейшем случае сигнал на выходе ФУ представляет однополярную случайную последовательность импульсов со скважностью, равной двум. Энергетический спектр такой последовательности G(ω) при одинаковых вероятностях появления «единиц» и «нулей», а также при отсутствиифлуктуации длительности и моментов появления импульсов, содержит постоянную составляющую G(0),дискретную G0(ω) и непрерывную Gн(ω) составляющие приведен ниже.
Рисунок - Энергетический спектр ИКМ-сигнала
Дискретная составляющая представлена гармониками ωт, 3ωт, … тактовой частоты. Поэтому тактовая частота ωт может быть выделена из спектра ИКМ- сигнала с помощью узкополосного фильтра (УПФ).
В полосу пропускания фильтра в данном случае попадает также часть непрерывного спектра GH(ω), которая играет роль помехи и приводит к флуктуациям тактовой частоты. Очевидно, что флуктуации тем меньше, чем меньше полоса пропускания.
Цикловая синхронизация определяет начало цикла передачи. Поскольку структура цикла всегда известна, цикловая синхронизация позволяет осуществить разделение каналов. Действие систем цикловой синхронизации основано на использовании избыточности группового ИКМ сигнала, которая специально вводится в групповой сигнал. С этой целью, как показано на структуре потока E1 (см. выше), кроме кодовых групп канальных сигналов в состав цикла вводятся дополнительные кодовые группы или отдельные символы цикловой синхронизации, образующие синхросигнал.
В системах передачи с ИКМ-ВРК основное применение нашли устройства цикловой синхронизации с использованием синхросигнала. Очевидно, что какая бы группа символов ни была выбрана в качестве синхросигнала, всегда существует определенная вероятность появления такого же сочетания информационных символов в групповом ИКМ сигнале. Если, например, синхросигнал представляет семиразрядную кодовую комбинацию, то при равной вероятности появления в цифровом сигнале символов «1» и «0» вероятность появления ложной синхрогруппы рп = (0,5)7 = 0,0078125. Эта вероятность довольно велика. Поэтому структура синхросигнала является недостаточным признаком, и для осуществления надежной цикловой синхронизации необходимо дополнительно использовать еще одно важное свойство синхросигнала, а именно его периодичность. Периодичность истинного синхросигнала определяется тем, что он появляется всегда на одних и тех же позициях в пределах цикла передачи, а ложные синхрогруппы занимают случайное положение. Контролируя периодичность появления синхрогрупп, можно определить, являются ли они истинными или ложными. Вероятность ошибки при этом оказывается тем меньше, чем большее число циклов используется в процессе принятия решения.
Совокупность устройств, формирующих кодовую комбинацию синхросигнала, обеспечивающих ее ввод в групповой ИКМ сигнал на передаче и выделение ее из группового ИКМ сигнала на приеме, образуют систему цикловой синхронизации (ЦС).
Система ЦС содержит передатчик и приемник синхросигнала, см. рисунок.
Рисунок – Структурная схема системы цикловой синхронизации
ГОпер и ГОпр – генераторное оборудование передающей и приемной станций;
ФУ – формирующее устройство;
ВТЧ – выделитель тактовой частоты, необходимый для обеспечения тактовой синхронизации;
СС – синхросигнал;
РУ – решающее устройство.
Система цикловой синхронизации работает следующим образом. Передатчик с помощью регистра сдвига и логического устройства преобразует периодическую последовательность импульсов, поступающих от ГОпер вкодовую комбинацию, соответствующую сигналу цикловой синхронизации, далее синхросигнал (СС) поступает на ФУ тракта передачи оконечной станции и вводится в групповой ИКМ сигнал. На приемной станции входной сигнал поступает на опознаватель СС приемника синхросигнала, предназначенный для определения кодовой комбинации, соответствующей СС. Опознаватель представляет регистр сдвига, к выходам которого непосредственно или через инверторы подключена схема совпадения. Если структура входной комбинации совпадает с СС, то на выходе опознавателя появляется импульс. Этот импульс подается на один из входов анализатора; на другой его вход подается сигнал, вырабатываемый ГОпр. Если система находится в состоянии циклового синхронизма, то сигналы на входах анализатора совпадают во времени. При отсутствии синхронизма сигналы от опознавателя и ГОпр во времени не совпадают. Выход анализатора подключен к решающему устройств (РУ). Если в течение определенного числа циклов rвх анализатор регистрирует совпадение во времени сигналов на его входах, то РУ принимает решение о наличии в системе синхронизма и никаких изменений в работе ГОпр не производит. Величина rвх называется коэффициентом накопления по входу в синхронизм и обычно он равен 3...4. При несовпадении импульсов на входах анализатора на вход РУ подается сигнал об отсутствии синхронизма. Если в течение определенного числа циклов rвых, называемого коэффициентом накопления по выходу из синхронизма и обычно равным 4...6, синхронизм отсутствует, то РУ отмечает отсутствие синхронизма и формирует сигнал ошибки, вызывающий задержку (торможение) импульсов цикловой синхронизации, вырабатываемых ГОпр, на один период тактовой частоты. Цикл оказывается увеличенным на время Тт - период тактовой частоты, а расстояние между импульсами от ГОпр и синхрогруппой на один такт уменьшается. Если и при этом они не совпадут, то РУ вновь вырабатывает сигнал ошибки, импульс от ГОпр сдвигается еще на один такт и т. д. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока импульсы цикловой синхронизации и импульсы ГОпр не совпадут, после чего анализатор определит наличие синхронизма. Отметим, что РУ принимает решение о наличии или отсутствии синхронизма не на основании единичного испытания, а только при нескольких последовательных повторениях какого-либо события. Так обеспечивается необходимая защита от ложных синхрогрупп и действия помех. При появлении в пределах одного цикла ложной синхрогруппы РУ не примет решения о необходимости «торможения» импульсов цикловой синхронизации, а вероятность появления ложных синхрогрупп на одних тех же позициях в течение rвхциклов пренебрежимо мала. С другой стороны, одиночные искажения синхрогрупп помехами не могут вывести систему из состояния синхронизма, вероятность поражения помехами rвых синхрогрупп подряд также крайне мала.
Сигнал тактовой синхронизации формируется в выделителе тактовой частоты (ВТЧ).
К системам цикловой синхронизации предъявляются следующие основные требования:
- время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма после нарушения связи должно быть минимальным;
- состояние синхронизма при работе оборудования ЦСП должно поддерживаться непрерывно и автоматически;
- объем синхрогруппы в цикле передачи при заданном времени восстановления синхронизма должен быть минимальным;
- приемник синхросигнала должен быть помехоустойчивым и среднее время между сбоями синхронизма должно быть по возможности большим.