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

8.6. Приемники синхросигнала со скользящим поиском и многоразрядным сдвигом

В отличие от приемников синхросигнала с одноразрядным сдвигом, осуществляющих сравнение групп символов, в приемни­ ках с многоразрядным сдвигом производится п о с и м в о л ь н о е сравнение группового сигнала с синхросигналом, формируемым на приеме местным генератором. Генератор местного синхросигнала периодически вырабатывает кодовые группы, по числу символов и структуре аналогичные передаваемому синхросигналу. В анализа­

сигналов обнаружено на к-й позиции в кодовой синхрогруппе, то

Рис. 8.23. К пояснению алгоритма поиска состояния синхронизма в си­ стемах с многоразрядным сдвигом

Рисунок 8.23 иллюстрирует процесс поиска синхронизма в си­ стеме, где местный синхросигнал имеет структуру типа 10011, и в анализаторе производится его сравнение с групповым сигналом. Ка первом этапе контроля несовпадение сравниваемых символов (отмечено крестиком) зафиксировано на третьей позиции. Тогда в соответствии с алгоритмом работы приемника синхросигнала про­

Структурная схема приемника синхросигнала этого типа при­ ведена на рис. 8.24. Генераторное оборудование аппаратуры, уп­ равляемое выделителем колебаний тактовой частоты, подает уп­ равляющие сигналы на генератор местного синхросигнала ГСС и элемент И, предназначенный для выделения групп символов ли­ нейного сигнала, причем число символов в этих группах равно числу символов синхросигнала.

290

Отличительная особенность структурной схемы состоит в ис­ пользовании ГО и ГСС, начинающих новый цикл работы после

ГСС возвращаются в исходное состояние и процесс сравнивания начинается со следующей импульсной позиции.

Участие в процессе сравнения строго определенных символов передаваемого синхросигнала в зоне перекрытия может привести к «проскоку» синхронизма, и контрольные испытания начнутся пов­ торно, но уже в другом цикле передачи. Таким образом, процесс поиска синхронизма может охватывать импульсные позиции нес­ кольких циклов передачи, число которых случайно и зависит от структуры синхрогрупп.

Подробный математический анализ процесса восстановления синхронизма в такой системе проведен в работе [28]. Как показано

при контроле символов только одного цикла передачи, так как

291

параметрам времени восстановления синхронизма приемники од­ норазрядного сдвига со скользящим поиском и приемники с мно­

приемников с многоразрядным сдвигом можно использовать гра­ фики, представленные на рис. 8.17 и 8.18.

8.7. Помехоустойчивость систем цикловой синхронизации

Причины сбоев циклового синхронизма. Методы борьбы со сбоями

Одной из основных проблем, возникающих при разра­ ботке систем связи с ИКМ, является проблема обеспечения устой­

необходимость изучения механизма воздействия помех на устрой­ ства цикловой синхронизации, разработки устройств помехозащиты, а также количественной оценки помехоустойчивости систем цикловой синхронизации.

Основными причинами сбоев циклового синхронизма являются выход из синхронизма по тактовой частоте и искажение символов линейного синхросигнала в результате воздействия помех.

На кабельных линиях к выходу из синхронизма по тактовой частоте могут привести переходные влияния от других пар кабеля, по которым передаются низкочастотные импульсные сигналы Днапример, сигналы набора номера), а также наводки от линий силь­ ного тока и воздействие атмосферных разрядов. Экспериментально доказано, что частота сбоев синхронизма по этим причинам может достигать нескольких раз в день {29]. На радиорелейных линиях к. потере тактовой синхронизации приводят замирания и метеороло­ гические возмущения, а также перерывы при переходе от основно­ го оборудования к резервному.

Воздействие помех на линейный сигнал приводит к искажению синхросигнала, что, в свою очередь, вызывает сбои циклового син­ хронизма. Экспериментальные исследования на городских теле­

292

реходного затухания кабеля, количества систем на данном участке линии связи, их загрузки, а также от типа станционного оборудо­ вания. В некоторых случаях помехи могут приводить к кратковре­ менным «вспышкам» ошибок в линейном сигнале; частость иска­ жения символов во время «вспышки» может достигать 1 • 1{г~3Ч- -4-3-1СН [30]. На симметричных и коаксиальных кабелях, а также на волноводах помехи носят стационарный случайный характер (частость искажения символов составляет примерно 1-10- 6 , не из­ меняясь во времени). На радиорелейных линиях в диапазоне от 2 до 6 ГГц в результате замираний наблюдаются длинные «вспыш­ ки» ошибок, причем частость искажения символов может состав­ лять 1-10 3 при длительности «вспышек» от 100 мс до нескольких секунд.

К выходу системы из состояния циклового синхронизма могут привести и другие причины, например сбои в работе устройств ге­ нераторного оборудования или несоблюдение правил обслужива­ ния аппаратуры и выполнения ремонтных работ. Однако сбои син­ хронизма по этим причинам могут быть сведены к минимуму при правильном расчете, и конструировании аппаратуры и выполнении правил ее эксплуатации.

Каковы же основные методы борьбы со сбоями циклового син­ хронизма? Прежде всего принимают меры по увеличению стабиль­ ности работы выделителя колебаний тактовой частоты. С этой целью повышают добротность узкополосных фильтрующих уст­ ройств (например, применяют кварцевые фильтры), используют системы автоматической подстройки частоты и фазы тактового колебания на приеме, применяют коды с повышенным числом «единиц». Подробно эти вопросы рассмотрены в гл. 7.

С целью защиты устройств синхронизации от помех в прием­ ник синхросигнала вводится решающее устройство. Решающее уст­

накопления, определяется по результатам измерения статистичес­ ких характеристик распределения длительности и интенсивности помех и перерывов на линиях связи.

Если в результате воздействия помех сформируется одиночный импульс или серия импульсов ошибки, число которых і меньше коэффициента накопления, т. е. i<d, решающее устройство не сра­ батывает и система остается в состоянии синхронизма (рис. 8.26). Если число импульсов ошибки превышает коэффициент накопле-

293

ния, т. е. i^d, срабатывает пороговый элемент, включенный на выходе накопителя, открывается элемент И и каждый последую­ щий импульс с выхода анализатора вызывает сдвиг (торможе­ ние) последовательностей генераторного оборудования. Из режима накопления приемник переходит в режим поиска состояния син­ хронизма.

:При реализации решающих устройств в системах с ИКМ в ка­ честве накопителя часто используются простые по выполнению аналоговые интегрирующие устройства (диодно-емкостные инте­ граторы, интеграторы Миллера и т. д.). Рисунок 8.26 иллюстрирует

Рис. 8.26. Динамика работы решающего устройства

динамику работы узлов решающего устройства с аналоговым на­ копителем в зависимости от степени концентрации ошибок. В пос­ леднее время в системах скользящего поиска в качестве накопи­

ные [31]. Хотя цифровые устройства сложнее аналоговых, они мо­ гут быть построены на интегральных логических элементах, что является решающим фактором при микроминиатюризации аппара­ туры.

Помехоустойчивость приемника синхросигнала при заданном коэффициенате накопления можно оценить путем подсчета среднего времени повторения сбоев синхронизма1 ). С другой стороны, ис­ пользуя эти данные как исходные, можно выбрать коэффициент накопления d, при котором обеспечивается заданная помехоустой­ чивость системы.

4 ) Среднее время повторения сбоев синхронизма иногда называют средним временем удержания синхронизма.

294

Среднее время повторения сбоев синхронизма и обнаружения выхода из синхронизма

При приеме многосимвольного синхросигнала импульс ошибки, поступающий на накопитель, является результатом иска­ жения кодовой синхрогруппы. Предположим, что приемник син­ хросигнала допускает искажение о из г синхросимволов. Тогда ве­ роятность искажения кодовой синхрогруппы р 0 шк г определяется выражением

Так как к сбою синхронизма приводит формирование d импуль­ сов ошибки подряд, то среднее число контрольных испытаний, предшествующих сбою синхронизма, определяется по ф-ле (8.23)

при р = р о ш , <7=-1—Рош, С І = 0 и v=d:

где Гц — период следования синхросигнала.

где >No — число символов в цикле передачи, а Т — период тактовой частоты.

В общем случае для оценки помехоустойчивости любых типов

На рис. 8.27 представлены графики зависимости нормированно­ го среднего времени повторения сбоев синхронизма от числа сим­ волов в синхрогруппе г и коэффициента накопления d, рассчитан-

сутки, месяц, год), определенные с учетом конкретных величин В А (193 и 64) :и Г і ( 6 5 0 и 490 не соответственно).

296

Из графиков рис. 8.27 следует, что сбои синхронизма на кабель­ ных линиях, где обычно р о ш ^ Ю - 6 , достаточно редки. Поэтому ко­ эффициент накопления системы синхронизации на кабельных ли­ ниях обычно выбирают небольшим (порядка 3-4-4). Для аппара­ туры радиорелейной связи коэффициент накопления обычно зна­ чительно больше, так как приходится ориентироваться на частость искажения символов порядка 1-Ю- 3 .

сбое работы генераторного оборудования. Действительно, в этом случае приемник начинает контролировать произвольные позиции

І=І

бок подряд срабатывает накопитель и фиксируется сбой синхро­ низма. Тогда среднее время обнаружения сбоя синхронизма опре­ деляется выражением

При увеличении длины синхрогруппы г вероятность p0_s стремит-

ся к единице, принимая значения —— , а среднее время Т0ы стре­

мится к пределу — — Гц.

Poms

Среднее время обнаружения выхода из синхронизма вместе со средним временем восстановления синхронизма определяет общеевремя несинхронной работы аппаратуры. С другой стороны, вели­ чина Г0 бн находится в прямой зависимости от коэффициента на­ копления d, определяющего помехоустойчивость системы. С целью уменьшения величины Г0 бн при сохранении заданной помехоустой­ чивости системы связи (d = const) выход из синхронизма можно фиксировать с помощью специального устройства, контролирую­ щего, например, генераторное оборудование приемной части ап­ паратуры.

Оценка реальной помехоустойчивости приемников синхросигнала с аналоговыми накопителями

Рассмотренный выше метод оценки помехоустойчивости приемников синхросигнала предполагал использование в них нако­ пителей, регистрирующих прием кодовых групп только заданного' типа (d «единиц» подряд). Вместе с тем аналоговые накопители импульсных сигналов в силу специфики их реализации, воздейст­ вия дестабилизирующих факторов и ряда других причин, как пра­ вило, реагируют на совокупность кодовых групп, по структуре

297

близких к заданной. Это приводит к снижению помехоустойчивости реальных аналоговых накопителей импульсных сигналов. Оценим помехоустойчивость приемников синхросигнала, использующих ана­ логовые накопители импульсов.

Рассмотрим метод вычисления производящей функции вероят­ ности срабатывания накопителя при воздействии любой из сово­ купности Ѳ кодовых групп, приводящих к превышению порога.

С помощью производящей функции определим среднее значе­ ние £(Ѳ) числа испытаний, предшествующих срабатыванию нако­ пителя.

Метод вычисления производящей функции, рассмотренный ни­ же, является обобщением метода, изложенного в 8.5, применитель­ но к формированию кодовой группы заданной структуры. Обозна­ чим через Bz(n) рекуррентное событие, состоящее в срабатывании накопителя при м-м испытании под воздействием 2-й кодовой груп­ пы ( z = l , 2, ..., Ѳ), а В(п)—событие, состоящее в срабатывании накопителя при воздействии любой из Ѳ кодовых групп, причем

2 = 1

и задача нахождения производящей функции (8.52) сводится к на­ хождению частных производящих функций uz(s). Метод решения задач такого типа рассмотрен в работах (32, 33]. Используя резуль­ таты этих работ, можно показать, что для кодовых групп 1111 и 10111, приводящих к превышению порога, производящая функция

298

Для определения среднего числа импульсных позиций £ (Ѳ), предшествующих первому срабатыванию накопителя, необходимо предварительно найти производящую функцию Y(s) вероятности

непоявления этого события Y (s) =- — , а затем определить

( l - s ) t f ( s )

£ (Ѳ), имея в виду, что £ (Ѳ) = У(1). Представим результаты расче-

та в виде отношения -=^~ , где £ (1 ) — среднее число испытании до

Е (Ѳ)

первого срабатывания накопителя, регистрирующего d «единиц*

8,76 и 8,9 при величинах р, .равных 0,5; 0,1; 0,01; 0,001 'соответ­ ственно.

Таким образом, среднее значение и дисперсия числа испыта­ ний до первого срабатывания накопителя, реагирующего на сово­ купность кодовых групп, при малых р снижаются примерно в Ѳ и Ѳ2 раз соответственно по сравнению с теми же характеристиками накопителя, реагирующего на d «единиц» подряд.

299