Синхронизация в ЦСП . Устройства тактовой и цикловой 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 правильную цифровую обработку сигналов. Следовательно, основная задача УТС - исключить расхождение частот ГО передачи и приема или, в крайнем случае, обеспечить небольшую величину этого расхождения.

В ЦСП к устройствам тактовой синхронизации предъявляются следующие требования:

1) высокая точность подстройки частоты и фазы управляющего сигнала ЗГ приемной части;
2) малое время вхождения в синхронизм;
3) 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 c 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 частотны 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 (ВТЧ). Структурная схема этого устройства приведена на рис. 57: ВС - входной сигнал, СИ – синхроимпульс, ФСИ – формирователь синхроимпульса.

 

Рис.57. Структурная схема выделителя тактовой частоты

 

СОДЕРЖАНИЕ

Цикловая синхронизация
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:

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

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

3) 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.

Рис. 58. Способы передачи циклового синхросигнала

 

Система цикловой синхронизации предоставляет, 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. 59, можно выделить следующие основные узлы: опознаватель, анализатор, решающее устройство.

 

Рис.59 Схема приемника синхросигнала

 

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.

Рис. 60. График алгоритма поиска синхросигнала

 

Алгоритм поиска синхросигнала при нарушении синхронизма показан на рис.60. 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.

 

Рис. 61. Схема приемника синхросигнала.

 

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 ГО_пр. Появление импульса на выходе схемы НЕТ означает отсутствие синхросигнала в момент появле­ния контрольного импульса от ГО_пр.

Решающее устройство содержит накопитель по выходу из син­хронизма, накопитель по входу в синхронизм, схему И₃. Накопители по входу и выходу из синхронизма выполнены по схеме счетчика со сбросом. Накопитель по выходу из синхронизма необходим для исключения ложного нарушения синхронизма, когда в линейном тракте произошло изменение структуры синхросигнала. Обычно накопитель по выходу из синхросигнала содержит четы­ре - шесть разрядов (на рис. 61 накопитель содержит четыре разряда). Это обеспечивает помехозащищенность приемника син­хросигнала от искажений синхрогруппы в линейном тракте пли по другим причинам.

Накопитель по входу в синхронизм обеспечивает защиту при­емника синхросигнала от ложного синхронизма в режиме поиска синхрогруппы, когда на вход опознавателя поступают случайные комбинации группового сигнала, совпадающие с синхросигналом. Обычно накопитель по входу в синхронизм содержит два - три раз­ряда (на рис. 61 накопитель содержит три разряда).

Управление работой ГО производится схемой И₃, которая в режиме поиска синхронизации при поступлении синхросигнала установит в начальное положение разрядный и канальный рас­пределители ГО, определяя тем самым начало их работы.

На выходе схемы И₄формируется контрольный импульс син­хронизма от ГО_пр. Появление этого импульса по времени должно произойти в определенный канальный интервал, определенный разрядный интервал этого канального интервала, в соответствии с тактовой частотой. Для этого используется схема И с тремя вхо­дами.

Рассмотрим работу схемы приемника синхросигнала. В режи­ме синхронизма накопитель по входу в синхронизм заполнен, а накопитель по выходу из синхронизма пустой. Синхросигнал и контрольный сигнал от ГО_пр одновременно поступающие на схему И₂ держат накопитель по входу в синхронизм заполненным. Случайные кодовые комбинации группового сигнала, аналогичные по структуре с синхрогруппой, не совпадают по времени с контрольным сигналом от ГО_пр, и не будут влиять на работу приемника синхросигнала в режиме синхронизма.

При отсутствии синхросигнала из-за воздействия помех или других причин контрольный сигнал от ГО_пр пройдет через схему НЕТ на вход накопителя по выходу из синхронизма. Если эти нарушения кратковременные (один - три цикла подряд для дан­ной схемы), то следующий синхросигнал, совпадающий с сигналом от ГО_пр, запишет 1 в накопитесь по входу в синхронизм. Так как накопитель по входу в синхронизм заполнен, это приведет к установке в нулевое состояние первых трех разрядов накопителя по выходу из синхронизма. Таким образом, кратковременные ис­кажения синхросигнала не нарушат работуГО.

При длительном нарушении синхронизма (синхросигнал отсут­ствует четыре цикла подряд) накопитель по выходу из синхронизмa будет заполнен, при этом на его выходе появится 1, что позволит начать поиск синхронизма. Теперь первый же импульс от опознавателя при появлении синхросигнала пройдет через схему И₃и установит 0 в последнем разряде накопителя по выходу из синхронизма, во всех разрядах накопителя по входу в синхро­низм, а также установит в начальное положение разрядный и ка­нальный распределители ГО_пр. Следующее опознавание синхро­сигнала будет произведено ровно через цикл. Если синхросигнал выделен верно, то через цикл произойдет совпадение очередного синхросигнала и контрольного сигнала от ГО_пр. В данном случае в накопитель по входу в синхронизм поступает 1. Когда это про­изойдет 3 раза подряд, накопитель по входу в синхронизм запол­нится и установит 0 в первых трех разрядах накопителя по выхо­ду из синхронизма (в четвертом разряде 0 уже установлен сиг­налом со схемы И₃). Трехкратное совпадение синхросигнала и контрольного сигнала от ГО_пр подтверждает установление син­хронного режима работы.

Возможно, но маловероятно, что в режиме поиска будет выде­лена опознавателем случайная кодовая комбинация, совпадающая с синхросигналом. В этом случае сигнал от опознавателя пройдет схему И₃ и также установит в начальное положение разрядный и канальный делители. Следующее опознавание синхросигнала произойдет через цикл. Так как кодовые комбинации группового сигнала носят случайный характер, то через цикл синхросигнал выделен не будет. В накопитель по выходу из синхронизма посту­пит 1, а он уже заполнен, и опять начнется поиск синхросигнала. Процесс будет повторяться, пока не будет выделен настоящий синхросигнал.

 

 

 

Рис. 62. Временные диаграммы возникновения сбоев синхронизации

 

Разберем причины вызывающие сбой цикловой синхрониза­ции. Основными из них являются выход из синхронизма по такто­вой частоте, что приводит к изменению длительности цикла, так как в цикле появятся или пропадут один или несколько тактовых интервалов, и искажение символов синхросигнала в резуль­тате воздействия помех. Главным источником этих сбоев является линейный тракт. На временных диаграммах рис. 62 показано возникновение сбоев синхронизации, вызванных различными причинами. На временной диаграмме 1 условно показан групповой сигнал, содержащий несколько циклов. Каждый цикл содержит 256 информационных символов. Синхросигнал имеет кодовую группу 111. На временных диаграммах 2 и 3 показаны импульсы от опознавателя и контрольные импульсы от ГО_пр.

Сбой синхронизма при искажении символа синхрогруппы по­казан на рис.62, а. Из временных диаграмм 2 и 3 видно, что цикловая синхронизация не нарушена и подстройку ГО_пр произ­водить не требуется. Сбой синхронизма при изменении длитель­ности цикла показан на рис. 62, б. В данном случае восстанов­ление синхронизма возможно только при подстройке ГО_пр.

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 ЦСП. Допустимое время восстановления синхронизма определя­ется свойствами передаваемой информации.

СОДЕРЖАНИЕ