книги из ГПНТБ / Гуревич В.Э. Импульсно-кодовая модуляция в многоканальной телефонной связи

Вероятность появления неодинаковых символов в первом и вто­ ром разрядах каждой кодовой группы при этом рі 2 =0,88, а в лю­ бых двух других соседних разрядах не превышает 0,525. Эта ап­ риорная информация и может быть использована для усовершен­ ствования системы цикловой синхронизации [14].

В этой системе, в отличие от рассмотренных ранее, поиск со­ стояния синхронизма производится последов ательно в три этапа: 1) достижение синхронизма по тактовой частоте (обычными мето­ дами); 2) достижение синхронизма по кодовым группам с исполь­ зованием априорных сведений о статистической структуре груп­ пового сигнала; 3) достижение циклового синхронизма путем поис­ ка синхросигнала, включаемого в каждый цикл передачи.

Далее будет показано, что путем последовательного контроля группы импульсных позиций в цикле передачи можно выявить корреляционные связи символов и достигнуть состояния синхро­ низма по кодовым группам. Бели моменты времени, соответствую­ щие моменту начала кодовых групп определены, то, зная, на каком расстоянии от начала кодовой группы расположен синхросигнал, при поиске последнего достаточно ограничиться контролем только тех символов, которые находятся на той же импульсной позиции, что и синхросигнал. Число контролируемых позиций при этом со­ кратится, а следовательно, будет достигнут выигрыш по времени вхождения в синхронизм.

Вариант структурной схемы приемника синхросигнала, в ко­ тором поиск состояния синхронизма проводится в соответствии с

Рис. 8.11. Структурная схема приеМлЧика синхросигнала с ис­ пользованием избыточности группового сигнала

260

рассматриваемым 'способом, приведен на ,рис. 8.11. Эта схема мо­ жет быть использована в системах ВД-ИКМ с односимвольным синхросигналом.

Импульсный сигнал, поступающий с линии, подается на вход регистра; каждый отвод регистра соответствует задержке на вре­ мя, равное периоду тактовой частоты. Вследствие этого моменты поступления первого и второго импульсов кодовой группы на со­ ответствующие (первый и второй) отводы совпадают с моментом поступления девятого импульса (синхросигнал отстоит от начала кодовой группы на 8 импульсных позиций) на соответствующий (девятый) отвод регистра.

С первого отвод-а регистра импульсный сигнал поступает па­ раллельно на вход декодера и выделителя колебаний тактовой частоты ВТЧ, включающего формирователь импульсов. Выходной сигнал ВТЧ через элемент запрета НЕТі поступает на делитель

го устройства, выходной сигнал которого через элемент И подается на вход решающего устройства (РУ) анализатора.

РУ, совместно с анализаторам, элементом И и делителем ча­ стоты в ІѴІ раз, проводит анализ Ni пар соседних между собой сим­ волов; пары разделены между собой промежутками времени, рав­ ными периоду следования кодовых групп. Результат анализа считывается на выходе РУ с частотой fNi=fmfN\. Если после анализа Л'і пар символов число единиц на выходе анализирующего устрой­

с выхода делителя частоты через открытую ячейку запрета НЕТ2 и элемент ИЛИ поступает на запрещающий вход НЕТ4 . Происходит запрет одного из импульсов тактовой частоты, и начинается ана­ лиз следующих по номеру импульсных позиций в кодовой группе. Очевидно, что максимальное число контролируемых пар импульс­ ных позиций, предшествующих обнаружению первых двух симво­ лов, определяется числам разрядов в кодовой группе.

Появление импульса на выходе РУ свидетельствует об обна­ ружении системой первых двух символов (начала) произвольной кодовой группы, одновременно являясь .командой для прекращения поразрядного сдвига и перехода к следующему этапу поиска —

4 поиску ікодовой группы, содержащей синхросигнал.

Блок поиска синхросигнала БПС, на вход / которого подается сигнал с девятого отвода регистра, на вход 2 — местный синхро-

V 261

ше. Особенность его работы состоит в том, что при поиске синхро­ сигнала производится опробование только тех символов линейного сигнала, которые отстоят от начала кодовой группы на 8 импульс­ ных позиций (т. е. позиций синхросигнала), а не всех символов цикла подряд. При необнаружении синхросигнала на каком-либо этапе контроля БПС вырабатывает сигнал ошибки, который через элемент ИЛ И поступает на ячейку НЕТь После «торможения» генераторного оборудования контрольные испытания повторяются и так до тех пор, пока не будет зафиксирован синхронизм.

Рассмотрим некоторые соотношения, необходимые для выбора параметров ці и Ni описанной схемы, а также для расчета средне­ го времени вхождения в синхронизм. При анализе будем предпо­ лагать, что система находится в состоянии синхронизма по так­ товой частоте, т. е. первый этап поиска состояния синхронизма закончен.

На втором этапе схема синхронизации производит некоторое количество серий испытаний (опробований) пар соседних симво­ лов линейного сигнала на неравнозначность; при этом каждая се­ рия состоит из Ni испытаний, а опробуемые пары отстоят друг от друга на m импульсных позиций. Поскольку кодовые группы раз­

что опробуется любая другая пара соседних символов. Серии из испытаний проводятся до тех пор, пока в одной из серий не осуще­ ствится (хі «успехов» (за «успех» принято несовпадение двух со­ седних символов линейного сигнала), после чего синхронизация по

ческой статистики — общей теорией интервальных оценок и таб­ лицами доверительных пределов для биномиального распределения [15, табл. 5.2], задавшись коэффициентом доверия Л д .

Решение неоднозначно: на рис. 8.12 представлены графики для коэффициентов доверия, равных 0,95; 0,975; 0,995. Области допу­ стимых значений щ и Ni ограничены снизу соответствующей кри­ вой m=f(Ni), сверху прямой ці—Ni. При этом, естественно, ui и; JVI могут принимать только целые значения.

262

В табл. 8.1 представлена зависимостьвероятности осуществле­

от некоторых значений (xi и Ni при p i 2 = 0,88.

Как уже отмечалось, серии из Ni испытаний проводятся одна за другой до тех пор, пока ровно в M сериях (в нашем случае

м,

20

18

16

14

12

10

пам. В этом случае производится новая группа серий испытаний. Учитывая, что на каждую такую группу в худшем случае зат­ рачивается время, равное длительности mN0 = m2Ni тактовых ин­ тервалов, можно показать, что длительность Т2 этапа поиска на­ чала любой кодовой группы с вероятностью Я не превышает ве­

личины

263

дет, конечно, еще меньше. Найдем среднее время Т2 вхождения в синхронизм по кодовым группам.

коэффициентам корреляции пар соседних символов импульсно-ко- довой последовательности. В среднем до правильного подключе­

вершения поиска состояния синхронизма понадобится еще одна

поиска состояния синхронизма в системе, использующей избыточ­ ность линейного сигнала. Длительность третьего этапа поиска в

Тогда выигрыш во времени вхождения в синхронизм при u,i=il7 и

систем синхронизации скользящего поиска, рассмотрение которых проводится в следующем ір аз деле.

264

8.5. Приемники синхросигнала со скользящим поиском и одноразрядным сдвигом

Общие положения

В отличие от приемников с задержкой контроля, в прием­ никах со скользящим поиском задержка на цикл при каждом конт­ рольном испытании со сдвигом отсутствует, что создает предпо­ сылки для существенного ускорения процесса восстановления син­ хронизма. Алгоритм поиска состояния синхронизма для приемни­ ка с одноразрядным сдвигом иллюстрируется рис. 8.13. Разверну­ тая структурная схема приемника со скользящим поиском приве­ дена на рис. 8.14.

Сигнал, поступающий с линии, после регенерации подается на выделитель колебаний тактовой частоты ВТЧ, обеспечивающий нормальный режим работы генераторов (делителей-распределите-

Синхросигнал

Решающее . устрои.ст6о\

Запрет

Рис. 8.14. Структурная схема приемника со скользящим поиском

265

лей) разрядных и канальных импульсов ГРИ и ГКИ. Кроме того, линейный сигнал подается на вход опознавателя синхрогрупп и декодер.

хросигнала С ГКИ в интервале времени, отведенном для синхроканала. Анализатор имеет два выхода: на первом из них форми­ руется импульс при одновременном поступлении сигналов с вы­ ходов опознавателя и элемента И, т. е. в режиме синхронизма; на втором формируется сигнал ошибки также в интервале времени синхроканал-а, однако при отсутствии сигнала с анализатора или элемента И. Выходы анализатора подключены к двум входам ре­ шающего устройства. В режиме синхронизма выходной сигнал анализатора, соответствующий правильному приему синхросигна­ ла, устанавливает решающее устройство в такое состояние, кото­ рое обеспечивает нормальную работу ГРИ, ГКИ и декодера. При этом декодированный АИМ сигнал распределяется по соответст­ вующим абонентским трактам. Последовательное открывание ка­ нальных ключей абонентских трактов обеспечивает ГКИ. Ложные синхрогруппы, формируемые в режиме нормальной работы аппа­ ратуры, на решающее устройство не воздействуют, так как анали­ затор срабатывает только в интервале времени действия синхроканала.

Теперь рассмотрим случай, когда на выходе опознавателя в интервале времени действия синхроканала синхрогруппы не фик­ сируются (нарушение синхронизма). В этом случае на выходе анализатора в каждом цикле формируется сигнал ошибки. Если число импульсов ошибки превысит определенный порог, решающее устройство вырабатывает сигнал запрета работы ГРИ и ГКИ. Де­ кодирование и распределение сигнала прекращается, система пе­ реходит в режим поиска синхронизма. При этом последняя ячейка ГРИ и ячейка С ГКИ включаются, благодаря чему на выходе элемента И формируется импульсный сигнал тактовой частоты.

В режиме поиска поразрядная запись группового сигнала в ре­ гистр опознавателя продолжается. Поэтому при поступлении син­ хрогруппы на опознаватель срабатывает анализатор по выходу «синхронизм», восстанавливает нормальную работу решающее устройство, снимаются запрещающие сигналы с ГРИ и ГКИ, со­ стояние синхронизма восстанавливается. В некоторых случаях син­ хронизм фиксируется при приеме нескольких синхрогрупп подряд.

Изменение алгоритма поиска по сравнению с приемниками с задержкой контроля приводит к необходимости учета структуры кодовых групп при анализе процесса восстановления. В отличие от устройств с задержкой контроля, где выбор структуры кодовой группы не принципиален, так как на каждом этапе контроля про­ веряется г независимых символов разных циклов передачи, здесь

266

на каждом этапе контроля проверяется г—1 символов, участвую­ щих в предыдущем испытании, и один дополнительный символ. Таким образом, результат последующего испытания зависит от •предыдущего, а время восстановления синхронизма в значитель­ ной мере определяется выбором структуры кодовых групп.

Критерии выбора структуры кодовых синхрогрупп

В процессе поиска состояния синхронизма возможно опоз­ нание ложных синхрогрупп, образованных случайными сочетания­ ми импульсов и пробелов передаваемой информации. Так как каж­ дая регистрация ложной синхрогруппы приводит к увеличению времени поиска, желательно выбирать структуру синхрогруппы таким образом, чтобы средний интервал времени между двумя ложными синхрогруппами был максимальным (кодовые группы с максимальным периодом формирования).

На этапе восстановления состояния синхронизма приемник производит контрольные испытания групп символов в зоне случай­ ного сигнала и в зоне перекрытия (рис. 8.15). В зоне случайного

Рис. 8.15. Контролируемые участки циклов .передачи

сигнала контролю подвергаются только случайные информацион­ ные символы, в зоне перекрытия — группа случайных информа­ ционных символов и группа символов синхросигнала с детерми­ нированной структурой. Общее число контролируемых символов равно числу символов в синхрогруппе.

Наличие зоны перекрытия должно учитываться при выборе структуры кодовых синхрогрупп, так как кодовые группы с мак­ симальным периодом формирования в зоне случайного сигнала оказываются неоптимальными в зоне перекрытия. Роль структу­ ры кодовых групп в зоне перекрытия особенно возрастает при ма­ лых длительностях циклов передачи и в случае воздействия помех на линейный сигнал. Очевидно, что при равной длине синхрогрупп те из них предпочтительней, которые минимизируют вероятность ложной синхронизации в зоне перекрытия при воздействии помех.

Ниже рассматривается методика выбора структуры кодовых синхрогрупп по критерию максимального периода формирования и по критерию минимизации вероятности ложной синхронизации в зоне перекрытия. На основе этого выбора определяются статисти­ ческие характеристики времени вхождения в синхронизм для не­ которых конкретных случаев построения циклов передачи и ис­ пользования систем связи с ИКМ.

267

ляются информационные импульсы и пробелы, вероятности появ­ ления которых на любой импульсной позиции равны р и q соот­ ветственно. Допустим, что отдельные символы не коррелированы между собой. Определим среднее время Т (среднее число импульс­ ных позиций Е) до первого формирования кодовых групп из г символов произвольно выбранной структуры, а затем из кодовых групп длины \г выберем такую (такие), среднее время до первого формирования которой (которых) максимально.

Предлагаемый ниже метод решения основан на теории рекур­ рентных событий {16] и выявления особого рода симметрии кодо­ вых групп (так называемых критических точек кодовых групп). Использование этого метода позволило выявить общие структур­ ные свойства кодовых групп произвольной конфигурации и на этой основе систематизировать кодовые группы по числу критиче­ ских точек, содержащихся в них. Это позволяет значительно упро­ стить процедуру вычислений для определения структуры синхро­ групп по сравнению с предложенной в [17—19].

По определению {16], последовательность п символов единиц и

же структуры. В последовательности испытаний кодовая группа длины г формируется при п-и испытании, если в результате п-то испытания прибавляется новая кодовая группа в последовательно­ сти. Таким образом, после окончания каждой кодовой группы испы­ тания начинаются заново, а для анализа этих задач применима теория рекуррентных событий.

Среднее число испытаний до первого формирования кодовой группы произвольной структуры в случайном импульсном потоке можно найти с помощью аппарата производящих функций і[16].

Пусть в первом частном случае рекуррентное событие £ озна­ чает формирование кодовой группы длиной г, состоящей из «еди­ ниц», в последовательности испытаний Бернулли с вероятностями появления «единицы» и «нуля», равными р и q соответственно.

268

(п—о)-м испытании (ѵ = 0, 1, ..., т—1) и что последующие ѵ испы­ таний приведут к появлению единиц, равна ип-ѵрѵ. Такие г воз­ можностей взаимно исключают друг друга. Используя правило сложения вероятностей, получаем следующее рекуррентное соот­ ношение:

и рассмотрим левую и правую части этого равенства отдельно.

00

В силу равенств (8.15) и іУ(У)=2 "nS", где U(s) — произво­ л а

дящая функция, соответствующая вероятности ип, получим слева

из трех испытаний, а именно испытаний с номерами п—5, п—4 и п. Вероятность того, что £ произойдет при (п—5)-м испытании и что

269