Система циклової синхронізації

 

Система циклової синхронізації

Для правильної обробки сигналу у приймальній апаратурі цифрових систем передачі (ЦСП) (регенерації, декодування кодових комбінацій, розподілу сигналів по окремих каналах і ін.) необхідно забезпечити синхронну роботу генераторного обладнання приймальної апаратури (ГОпм) з генераторним обладнанням передавальної апаратури (ГОпд).

Розрізнюють тактову і циклову синхронізацію. Тактова синхронізація забезпечує рівність частоти тактових імпульсів ГОпм з частотою тактових імпульсів ГОпд, що є необхідною умовою для правильної реєстрації імпульсів, що надходять. У систему тактової синхронізації входять задаючий генератор (ЗГ) ГОпд і виділювач тактової частоти (ВТЧ) ГОпм. Виділення тактової частоти із спектра групового цифрового сигналу здійснюється резонансним контуром (вузькополосним фільтром). Після відповідної обробки отриманої складової тактової частоти формуються необхідні імпульсні послідовності ГОпм (тактові, розрядні, канальні, циклові).

Циклова синхронізація забезпечує правильне визначення початку циклу передачі, що є необхідною умовою для правильного поканального розподілу сигналу, що приймається, після його декодування.

Правильний розподіл сигналів управління і взаємодії (СУВ) забезпечується зверхцикловою синхронізацією. Порушення циклової синхронізації призводить до неправильного розподілу канальних сигналів і СУВ, тобто призводить до втрати зв'язку по всіх каналах. Для забезпечення циклової синхронізації достатньо визначити часове розміщення будь-якого одного з канальних сигналів (каналів), а вже відносно нього досить легко визначити часове розміщення усіх інших каналів. Для реалізацій вказаного принципу циклової 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 приймачем синхросигналу із складу групового ІКМ сигналу, що дає можливість визначити початок циклу передачі. Період циклової синхронізації дорівнює (або є кратним) періоду дискретизації, тобто  (або ). У ЦСП ІКМ-30 , а період зверхциклової синхронізації .

Пошук стану синхронізму відбувається шляхом послідовного за тактовим аналізом кодових комбінацій вхідного групового ІКМ сигналу на відповідність їх структурі синхрогрупи. Після досягнення стану синхронізму для його утримання від переходу до режиму пошуку циклового синхронізму під впливом перекручувань символів синхросигналу (синхрогрупи), що виникають досить рідко, вводиться накопичувач по виходу з циклового синхронізму. Перехід до пошуку синхронізму відбувається тільки після того, як буде зафіксовано підряд декілька разів (4...6) перекручень синхросигналу (вірогідність чого достатньо мала).

Наявність циклового синхронізму фіксує накопичувач по входу у синхронізм. Він спрацьовує після виявлення синхрогрупи на одних і тих самих позиціях циклів передачі 2...3 рази підряд. Вірогідність хибного спрацьовування накопичувача по входу в синхронізм у процесі пошуку синхронізму достатньо мала.

До систем синхронізації висуваються такі вимоги:

– стан синхронізму має бути безперервним й підтримуватися автоматично;

– невеликий час входження у синхронізм під час включення апаратури і під час відновлення синхронізму при його порушенні;

– зменшення пропускної здатності, що виникає за рахунок введення синхросигналів у повідомлення (службової інформації), має бути мінімальним;

– пристрій синхронізації має бути простим;

– час утримання синхронізму має бути максимально великим;

– завадостійкість системи синхронізації має бути достатньо високою. Вказані вимоги досить суперечні, тому знаходять компромісні рішення.

До основних параметрів системи циклової синхронізації відносяться час входження у синхронізм після збою синхронізму () і час утримання циклового синхронізму (). Ці параметри залежать від структури синхрогрупи, алгоритму роботи приймача синхросигналу, від імовірності перекручувань символів цифрового сигналу у каналі зв'язку.

Як вже було зазначено, втрата синхронізму призводить до втрати зв'язку. Тому час входження у синхронізм (відновлення синхронізму) під час виникання збоїв мають перевищувати час спрацьовування АТС, що можуть прийняти перерву, яка виникає за рахунок збою синхронізації, за ознаку закінчення розмови. Цей час дорівнює декільком мілісекундам, тому за звичай забезпечують .

Процес входження у цикловий синхронізм (відновлення циклового синхронізму) містить 3 етапи, що виконуються послідовно: виявлення відсутності синхронізму (вихід із синхронізму), пошук синхронізму і підтвердження нового стану синхронізму. Відповідний час входження у цикловий синхронізм визначається співвідношенням:

,

де  – середній час пошуку синхрогрупи;

,  – середній час заповнення накопичувача по виходу із синхронізму і накопичувача по входу в синхронізм відповідно.

Середній час пошуку синхрогрупи  значною мірою залежить від її структури. Кодові m-розрядні кодові групи (комбінації) можна класифікувати за кількістю критичних точок, які вони мають. Під кількістю критичних точок розуміють кількість повторного виявлення кодової комбінації початкової структури протягом m-порозрядних циклічних зсувів цієї комбінації. Наприклад, у 8-розрядних кодових комбінаціях 11111111, 10101010, 10010110 кількість критичних точок дорівнює восьми, чотирьом і одиниці. Відповідно кодові синхрогрупи з однією критичною точкою забезпечують менший час пошуку синхронізму, ніж кодові групи з більшою кількістю критичних точок. Тому в апаратурі ЦСП використовуються кодові групи з однією критичною точкою.

Середній час пошуку синхрогрупи визначається співвідношенням:

,

де  – кількість розрядів (тактових інтервалів) між сусідніми синхрогрупами;

 – розрядність синхрогрупи;

 – цикл синхрогрупи.

Наприклад, у ЦСП ІКМ-30 значення ,  і , тому відповідно з наведеного співвідношення .

Середній час заповнення накопичувачів по виходу із синхронізму () і входу () у синхронізм залежить від їх ємностей –  і  відповідно.

Зі збільшенням  зростає час входу у синхронізм і одночасно зменшується імовірність виходу із синхронізму (втрати циклового синхронізму). Зі зменшенням  час входу у синхронізм зменшується, але зростає імовірність втрати циклового синхронізму. Компромісне рішення забезпечує .

Співвідношення, що визначає середній час заповнення накопичувача по виходу із синхронізму, має вигляд:

цикловий синхронізація сигнал приймач

.

Так, у ЦСП ІКМ-30 , , , розрахована величина .

Зі збільшенням КНВХ зростає час входу в синхронізм (що негативно), але зменшується імовірність хибного синхронізму (що позитивно), зменшення  призводить до протилежних наслідків. Тобто і в даному випадку приймається компромісне рішення – значення . Співвідношення, що визначає , має вигляд:

,

де  – імовірність прийому з помилкою синхрогрупи, що у свою чергу пов'язане з вірогідністю побітової помилки  співвідношенням:

.

Для  у відповідності з наведеним співвідношенням .

Таким чином, у наведеному прикладі , що відповідає припустимим значенням середнього часу входу у цикловий синхронізм.

Середній час утримання циклового синхронізму () визначається співвідношенням:

.

Якщо  (),  величина , тобто час утримання циклового синхронізму достатньо великий.

Нагадаємо, що для виділення синхросигналу (синхрогрупи) із складу групового ІКМ сигналу використовують статистичну відмінність синхрогрупи від інформаційних кодових груп, що проявляється у періодичному повторенні синхрогрупи на одних і тих самих позиціях. На відміну від синхрогрупи повторна поява інформаційних кодових комбінацій на одних і тих самих позиціях маловірогідна. Необхідний час утримання циклового синхронізму (середній час між збоями синхронізму) забезпечується за рахунок того, що рішення про втрату синхронізму приймається за результатами аналізу ситуації протягом деякого часу, тобто за результатами систематичного виявлення порушення циклового синхронізму. Середній час утримання синхронізму (середній час між збоями синхронізму) залежить від завадостійкості приймача синхросигналу, тобто захищеності його від установлення неправильного синхронізму, так і від неправильного виходу із стану синхронізму.

Згідно з вищевикладеним приймач синхросигналу має виконувати такі функції: установку синхронізму після включення апаратури ЦСП у роботу; контроль за станом синхронізму в процесі роботи; виявлення збою синхронізму; відновлення стану синхронізму після кожного збою. Для виконання вказаних функцій у склад приймача синхросигналу, структурна схема якого наведена на рис. 1, входять розпізнавач, аналізатор і вирішуючий пристрій. Додатково на схемі наведено ГОпм, індивідуальне обладнання, які взаємодіють у процесі роботи з приймачем синхросигналу.

Рисунок 1

Розпізнавач забезпечує виявлення наявності синхросигналу (синхрогрупи) і формування імпульсного сигналу за наявності синхросигналу у складі вхідного групового ІКМ сигналу. Розпізнавач складається з регістра зсуву, розрядність якого співпадає з розрядністю синхрогрупи, і дешифратора, настроєного на структуру синхрогрупи. За наявності у регістрі кодової комбінації зі структурою, що співпадає зі структурою синхрогрупи, на виході розпізнавача з'являється імпульс (А).

Аналізатор забезпечує перевірку наявності циклового синхронізму шляхом перевірки наявності збігу вихідного імпульсу розпізнавача (А) з контрольним імпульсом (В), що формується в ГОпм. Під час збігу за часом імпульсів А і В спрацьовує схема збігу  (на її виході з'являється імпульс), а за відсутності збігу цих імпульсів спрацьовує схема заборони (на її виході з'являється імпульс).

Вирішуючий пристрій оцінює вихідні сигнали аналізатора і приймає рішення про наявність або відсутність циклового синхронізму і забезпечує управління роботою ГОпм у процесі входження у синхронізм. Оцінка наявності циклового синхронізму забезпечується за регулярністю збігу імпульсу (А) з виходу розпізнавача і контрольного імпульсу (В) з ГОпм, а оцінка відсутності синхронізму забезпечується за регулярністю відсутності збігу цих імпульсів (А і В). Для забезпечення цих оцінок у склад вирішуючого пристрою входять накопичувач по входу і накопичувач по виходу, що являють собою двійкові лічильники зі скидом.

Накопичувач по входу у синхронізм, на вхід якого надходять вихідні сигнали схеми збігу , забезпечує захист приймача синхросигналу від помилкового входження у синхронізм, коли на вхід розпізнавача надходять випадкові комбінації групового ІКМ сигналу, структура яких співпадає зі структурою синхрогрупи. Ємність накопичувача по входу у синхронізм зазвичай дорівнює 2...3 розрядам.

Накопичувач по виходу із синхронізму, на вхід якого надходять вихідні сигнали схеми заборони, забезпечує захист приймача синхросигналу від помилкового виходу зі стану синхронізму, коли перешкоди у лінійному тракті призводять до коротких за часом змін структури синхрогрупи. Зазвичай ємність накопичувача по виходу із синхронізму дорівнює 4...6 розрядам.

Розглянемо роботу приймача синхросигналу. Якщо ГОпм синхронізовано з роботою ГОпд, то імпульси А і В співпадають за часом, на виході схеми збігу  регулярно з'являються імпульси, що підтримують накопичувач по входу у синхронізм у зарядженому стані. Накопичувач по виходу із синхронізму повністю скинуто. Імпульси на виході розпізнавача (А), що відповідають випадковим кодовим комбінаціям зі структурою синхрогрупи, не впливають на роботу приймача синхросигналу, тому що вони не співпадають за часом з контрольними імпульсами (В) від ГОпм.

Якщо ж виникають короткочасові збої, наприклад, в результаті помилок в одному з циклів, синхросигнал буде перекрученим, то імпульс А на виході розпізнавача не з'явиться, тому контрольний імпульс В через схему заборони надходить у накопичувач по виходу із синхронізму. Але стан синхронізму не буде порушеним, система підтримуватиме стан синхронізму до того часу, поки накопичувач по виходу із синхронізму буде заповнено частково, а накопичувач по входу заповниться раніше накопичувача по виходу із синхронізму. В результаті відбудеться скид накопичувача по виходу із синхронізму і стан синхронізму не буде порушеним.

Якщо ж виникають довгочасові збої (а також при включенні апаратури), то імпульси А і В не співпадають, тому імпульс В регулярно проходить через схему заборони і заряджає накопичувач по виходу із синхронізму за кількість циклів, що дорівнює ємності цього накопичувача (4 ... 6 розрядів). Імпульси А діють на забороняючому вході схеми заборони, тому у процесі накопичення участі не приймають. Заряджений накопичувач по виходу з синхронізму відкриває по одному з входів схеми збігу . В результаті імпульс А з виходу розпізнавача, що надходить на другий вхід схеми , проходить через цю схему і встановлює ГОпм у положення, що збігається з положенням ГОпд (якщо імпульс А відповідає істинній синхрогрупі), або в інше положення (якщо імпульс А сформовано з хибної синхрогрупи). Крім установки ГОпм імпульс з виходу схеми  скидає повністю накопичувач по входу у синхронізм і зменшує вміст накопичувача по виходу із синхронізму на одиницю.

Якщо установка ГОпм здійснювалася імпульсом А, що відповідає істинній синхрогрупі, то у чергових циклах імпульс В збігатиметься з імпульсом А, тому на виході схеми збігу  регулярно з'являтиметься імпульс, що забезпечує заряд накопичувача по входу в синхронізм. Заряджений накопичувач по входу скидає до нуля накопичувач по виходу із синхронізму. Після входження у синхронізм і відсутності збоїв підтримується стан ГОпм, однаковий зі станом ГОпд. У стані синхронізації накопичувач по входу повністю заряджений, накопичувач по виходу із синхронізму повністю скинутий, тому схема  зачинена, що захищає від надходження на вхід ГОпм будь-яких синхросигналів А (як істинних, так і хибних).

Якщо ж установка ГОпм здійснювалася хибним синхросигналом, то вже у черговому циклі повністю заряджається накопичувач по виходу із синхронізму, відчиняється схема  і черговий імпульс А із розпізнавача знову установлює ГОпм і накопичувачі в раніше зазначений стан. Процес продовжується до досягнення циклового синхронізму.

Розглянутий спосіб побудови приймача синхросигналу має суттєві недоліки. Перший з них полягає в тому, що процес пошуку синхросигналу починається після заповнення накопичувача по виходу із синхронізму, що призводить до збільшення часу входження у цикловий синхронізм.

Другим недоліком є фіксовані ємності накопичувачів по входу в синхронізм і виходу з синхронізму, що не дозволяє оптимізувати співвідношення між часом входження у синхронізм і завадостійкістю. Дійсно, зі збільшенням імовірності помилок у лінійному тракті, порівняно з розрахованим значенням, час утримання стану синхронізму стає меншим за той, що вимагається, і навпаки – зі зменшенням імовірності помилок виникає необґрунтований запас часу утримання стану синхронізму.

Перший недолік усувається шляхом об'єднання за часом процесів накопичення по виходу із синхронізму і пошуку синхронізму. Приймач синхросигналу, що має окрему схему пошуку і схему утримання синхронізму, забезпечує зменшення середнього часу входження у синхронізм і збільшення середнього часу управління синхронізму.

Другий недолік може бути усунений шляхом використання накопичувачів, ємність яких може змінюватися відповідно до зміни ймовірності помилки у лінійному тракті: зі зменшенням ймовірності помилки зменшується ємність накопичувача по виходу із синхронізму, а зі збільшенням ймовірності помилок зменшується ємність накопичувача по входу в синхронізм. Такі приймачі синхросигналу є адаптивними і широко використовуються в ЦСП.