4.4. ЦИКЛОВАЯ И КАДРОВАЯ СИНХРОНИЗАЦИИ

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Системы и сети передачи информации. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 138 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

ственным воздействием и без непосредственного воздействия на генера-

ФНЧ УЭ СДИИ ДЧ

тор. Недостатком схемы следящего фильтра с непосредственным воздействием на генератор является низкая стабильность частоты подстраиваемого ГТИ из-за непосредственного воздействия на генератор. Поэтому более широкое распространение получила схема без непосредственного воздействия на ГТИ.

Схема следящего фильтра без непосредственного воздействия на

генератор, представлена на рис. 4.9.

Генератор Г формирует последовательность импульсов с частотой в m раз выше тактовой частоты и затем делитель частоты ДЧ с коэффициентом деления преобразует частоту генератора к тактовой частоте. Сигнал с выхода ФД воздействует через ФНЧ и УЭ на схему добавления и исключения импульсов СДИИ. В зависимости от знака рассогласования в СДИИ добавляется или исключается один импульс. Добавление или исключение одного импульса в СДИИ приводит к сдвигу тактовой последовательности на выходе ДЧ влево или вправо на величину Т/d.

Графики, поясняющие принцип функционирования схемы следящего фильтра без непосредственного воздействия на генератор, приведены на рис. 4.10.

ФД

dff

тг

Рис. 4.9. Структурная схема следящего фильтра

без непосредственного воздействия на генератор

dff

тг

dТ

Рис. 4.10. Процесс формирования тактовых импульсов на основе схемы

следящего фильтра без непосредственного воздействия на генератор

Вследствие того, что непосредственного воздействия на ГТИ не происходит, стабильность тактовой частоты не понижается, и время установления синхронизации уменьшается. Притом, чем выше частота генератора Г, тем точнее может осуществляться настройка. Повысить точностные характеристики УФС и УТС можно, если выполнить совместное оценива-

ние фазы опорного сигнала и временной задержки сигнала.

4.4. ЦИКЛОВАЯ И КАДРОВАЯ СИНХРОНИЗАЦИИ

Устройство цикловой синхронизации предназначено для определения начала и конца кодового слова (кодовой комбинации) синхронизации. Цикловая синхронизация обеспечивается либо с помощью специальных сигналов, либо с помощью внутренней избыточности кодовых слов. В обоих случаях цикловая синхронизация реализуется за счет понижения скорости передачи информации.

В качестве циклового синхросигнала можно использовать периодически повторяющиеся от слова к слову сосредоточенные или распределенные синхрогруппы. На приемной стороне синхросигнал, генерируемый местным генератором МГ, сравнивается с входной последовательностью элементов при различных взаимных временных положениях. Совпадение элементов принимаемого и опорного сигналов во времени фиксируется как режим синхронизма. Наиболее просто реализуется цикловая синхронизация при передаче одноэлементного синхросигнала в начале кодового слова или группы кодовых слов. Структурная схема устройства цикловой синхронизации, реализующего шаговый поиск одноэлементного синхросигнала, приведена на рис. 4.11.

Импульсы с частотой fц (частотой следования слов), формируемые с помощью делителя частоты ДЧ и схемы исключения импульса СИИ из тактовой частоты fт, подаются на схемы совпадения СС1 и СС2, на другие входы которых поступают элементы передаваемой последовательности. В зависимости от знака этих элементов на реверсивный счетчик РСч поступают импульсы по одному из двух входов: суммирующему +1, если знак совпадает со знаком синхроэлемента, и вычитающему –1, если знак не совпадает. Счетчик импульсов интервала анализа СчИИА определяет отрезок времени длиной в несколько слов, через который число, записанное в реверсивный счетчик, сравнивается с порогом в решающей схеме РС. Если порог не превышен, то в решающей схеме формируется строб, которым с помощью схемы исключения импульса вычеркивается один из подаваемых на ДЧ тактовых импульсов и точка анализа синхронизации в кодовом слове смещается на один символ.

Устройства цикловой синхронизации могут находиться либо в режиме поиска синхронизации (входа в синхронизм), либо в установившемся режиме контроля за появлением элементов синхросигнала.

ГТИ

СИИ

СС1

ДЧ

СС2

-1

РСч

РС

МГ

Входная

последовательность

СчИИА

Рис. 4.11. Структурная схема устройства цикловой синхронизации, реали-

зующего шаговый поиск одноэлементного синхросигнала

Важной характеристикой устройства цикловой синхронизации является среднее время установления синхронизма Тп (время поиска). Процесс поиска позиции, на которой передается синхросигнал, продолжается до тех пор, пока единица не повторит на проверяемой позиции требуемое число раз l на интервале анализа в g циклов (рис. 4.12).

Цикл

Синхроэлемент

Рис. 4.12. Процесс поиска позиции, на которой передается синхроэлемент

Кодовые комбинации, n=4

...

1 1

Величины l и g, по которым принимается решение о наличии циклового синхронизма, зависят от вероятности ложного синхронизма Pлс и пропуска синхронизма Pпс. Для равновероятного появления единичных и нулевых элементов на информационных позициях цикла

лс

2)1(

. (4.7)

∑

При n больше 30

лс

, (4.8)

∑

т.е. вероятность ложного синхронизма при больших n от длины кодовой комбинации практически не зависит.

Основой для построения устройств цикловой синхронизации, исполь-

(i)

(i )

(i)

(i+1)

зующих синхронизирующие свойства кодов, является то, что при отсутствии цикловой синхронизации вероятность появления обнаруживаемой избыточным кодом ошибки значительно больше, чем при синфазной работе. Если на приемной стороне системы передачи информации декодер установит, что число искаженных кодовых слов превысит пороговое значение, то устройство цикловой синхронизации переключится в режим поиска циклового синхронизма. В этом режиме дискретно (на один такт за каждый цикл) изменяется момент начала записи в декодер принятого кодового слова. Как только слово будет записано правильно (от начала до конца), обнаружение ошибок прекращается, и на выходе декодера сформируется импульс, блокирующий работу управляющего устройства. Если число правильно принятых слов превысит соответствующее пороговое значение, то УЦС выйдет из режима поиска. В дальнейшем наличие цикловой синхронизации будет проверяться по правильности приема информации.

Подобный способ фазирования можно реализовать в системах передачи информации, где для обнаружения ошибок используется код, пригодный для синхронизации. Пригодным кодом для синхронизации считается такой, у которого вероятность появления разрешенной комбинации в последовательности из символов, входящих в два соседних кодовых слова (пересечение двух слов), очень мала. Например, при передаче сообщения, приведенного на рис. 4.13, вероятность появления разрешенной комбинации в последовательности символов должна быть очень малой. Код, у которого эта вероятность равна нулю, называется кодом «без запятой». Ограничения при использовании рассмотренного метода цикловой синхронизации связаны с большой избыточностью самосинхронизирующихся кодов.

Кадровая (групповая) синхронизация необходима в системах переда- чи информации с временным уплотнением каналов и отвечает за правильность распределения кодовых слов по адресатам. Каждый кадр начинается с кадрового слова, которое по своей структуре должно существенно отличаться от всех возможных кодовых комбинаций, образуемых при передаче дискретной информации, и обеспечивать наилучшие условия его

1-е слово

2-е слово

, θ

,..., θ

,.. . , θ

, θ

Пересечение двух слов

, θ

,..., θ

Рис. 4.13. Последовательность из символов, входящих

в два соседних кодовых слова

поиска и обнаружения в информационной последовательности символов

∆

даже при наличии искажений принимаемых посылок. Используя повторяемость импульсов синхронизации кадров, можно, накапливая их, увеличить помехоустойчивость устройства кадровой синхронизации.

Перспективным методом кадровой синхронизации является метод, при котором специальные кодовые группы используются для синхронизации как кадров, так и слов. Однако требования к длине и, главным образом, к структуре кадрового синхрослова, существенно повышаются. Действительно, в рассматриваемой ситуации устройство кадровой синхронизации должно выделить кадровое синхрослово на основе анализа всей поступающей на его вход последовательности символов, в которой теперь уже не известны границы отдельных кодовых слов.

Для уменьшения времени установления кадровой (и одновременно цикловой) синхронизации необходимо, чтобы вероятность ложного появления кадрового синхрослова в принимаемой последовательности посылок была минимальна. Вероятность ложного фазирования определяется длиной (числом разрядов) и структурой кадрового синхросигнала, а также числом информационных посылок в переданном сообщении.

В ряде систем передачи информации цикловую и кадровую синхронизацию обеспечивают передачей в начале сообщения специального синхросигнала, называемого командой фазового пуска. Такой режим оправдан, когда длительность передаваемых сообщений ограничена, и потеря даже части сообщения недопустима.

4.5. ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТИ ОЦЕНКИ СИНХРОПАРАМЕТРОВ НА КАЧЕСТВО РАБОТЫ СИСТЕМ СВЯЗИ

Работа отдельных ступеней системы синхронизации по-разному сказывается на качестве работы РСПИ. Погрешности в работе УЦС приводят к неправильному приему всего сообщения или части его, а УФС и УТС – к снижению его достоверности. Погрешности

УФС приводят к

уменьшению отношения сигнал−шум на выходе устройства обработки, а при фазовой манипуляции к изменению коэффициента корреляции между сигналами в ансамбле. Поэтому, оценивая достоверность принимаемого сообщения с учетом ошибок УФС, можно ввести условную вероятность ошибки

корреляции случайного процесса

)( ϕ∆eP

Если скорость флуктуаций ошибок ФС мала (интервал

много больше длительности по-

)(t

сылок), средняя вероятность ошибки

,)()()(

∫

π−

ϕ∆ϕ∆ϕ∆= dpPP

где

∆

-3

-4

-5

− плотность вероятности распределения погрешности

)(

УФС.

Сложность зависимости

)( ϕ∆eP

не позволяет получить точной фор-

мулы для

, поэтому пользуются либо приближенными соотношениями,

найденными при тех или иных упрощениях, либо численными методами с привлечением ЭВМ. Влияние ошибок ФС на помехоустойчивость можно оценить по приближенной формуле, справедливой для систем с фазовой манипуляцией любой кратности [31]:





−≈

Ф1









, (4.9)



σ+

ϕ∆





где среднеквадратическое отклонение оценки фазы от ее истинного значе-

ния

задано в радианах. Зависимости вероятности ошибки когерентно-

ϕ∆

го приема ФМн-радиосигнала от квадрата отношения сигнал−шум

/22NEq =

при различных фазовых погрешностях приведены на рис. 4.14.

Погрешность тактовой синхронизации

приводит к тому,

τ−τ=τ∆

что момент отсчета напряжения на выходе коррелятора или согласованного фильтра не соответствует моменту окончания посылки. Тогда при смене символов на входе решающей схемы будут накапливаться сигналы от

посылок разного знака и отношение сигнал–шум

будет уменьшаться.

Сравним степень влияния на помехоустойчивость ошибок фазовой и тактовой синхронизации при заданном отношении сигнал−шум в канале. Для этого допустим, что тактовая частота формируется из опорной, равной частоте несущей, путем деления на коэффициент kд. Тогда флуктуа-

100 q

Рис. 4.14. Зависимости вероятности ошибки когерентного приема

ФМн-радиосигналов при наличии погрешностей фазовой синхронизации

(закон распределения р(∆∆∆∆ϕϕϕϕ) гауссовский):

1 – σ∆ϕ = 0,5; 2 – σ∆ϕ = 0,4; 3 – σ∆ϕ = 0

ции фазы тактовой частоты будут меньше флуктуаций фазы опорной частоты в kд раз. Из этого следует, что в режиме слежения, когда неоднозначность отсчета фазы тактовой частоты устранена, в основном будут влиять на помехоустойчивость ошибки УФС. Это утверждение справедливо и тогда, когда опорная и тактовая частоты формируются от разных генераторов.

5. МОБИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

5.1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Системы мобильной (подвижной) связи обеспечивают одновременную передачу большого количества сообщений между многими парами абонентов, которые постоянно перемещаются в зонах обслуживания данных систем или даже выходят за пределы этих зон. Очевидно, что в силу самого принципа организации подобных систем основу их должна составлять радиосвязь. Поэтому далее будем делать акцент на том, что мобильные системы связи (МСС) – это системы мобильной радиосвязи (СМР).

В настоящее время, доминирующее положение в области МСС или СМР занимают:

− профессиональные (частные) системы подвижной радиосвязи

(ProfessionalMobileRadio – PMR; PublicAccessMobileRadio – RAMR);

− системы сотовой подвижной радиосвязи (CellularRadioSystems);

− системы персонального радиовызова (PagingSystems);

− системы беспроводных телефонов (CordlessTelephony).

Перечисленные виды СМР отличаются друг от друга, как по принципам построения, так и по видам решаемых задач.

Профессиональные (частные) СМР исторически появились первыми. В первых профессиональных системах передатчик и приемник проектировались для работы на определенной фиксированной частоте. Каждый радиоканал был закреплен за сравнительно небольшой группой абонентов. Если число абонентов превышало возможности одного канала, образовывали другую группу, за которой закрепляли другой радиоканал. По такому принципу построены так называемые транкинговые системы связи.

Проблему организации мобильной связи для густонаселенных районов с большим количеством потенциальных абонентов, которые могли бы одновременно пользоваться услугами данного вида связи, удалось решить путем построения систем сотовой подвижной радиосвязи (ССПР).

Достаточно часто возникает необходимость обеспечения односторонней беспроводной передачи информации в пределах обслуживаемой зоны. Например, в системах оповещения различного рода. Реализацию

такого рода услуг в СМР обеспечивают системы персонального радиовызова (СПРВ) или пейджинговые системы, которые гармонично сопряга-

ются с системами радиосвязи и передачи данных.

Системы беспроводных телефонов (СБТ) первоначально были ориентированы на ограниченное по территории использование, например, в условиях квартиры или офиса. Однако по мере их развития они стали составлять значительную конкуренцию ССПР. Это стало возможным, прежде всего, за счет увеличения дальности связи, обеспечиваемой при помощи аппаратов (радиостанций) СБТ.

В настоящее время все СМР развиваются чрезвычайно быстрыми темпами, захватывая все новые и новые сегменты рынка услуг подвижной связи. Значительной трудностью при этом является совмещение разнообразных стандартов, заложенных в этих системах. Поэтому глобальной стратегией развития СМР на ближайшие годы является разработка и внедрение единых международных стандартов, а также создание на их основе международных (глобальных) сетей связи общего пользования [26, 34].

Далее, более детально остановимся на принципах построения, нашедших в настоящее время наибольшее применение в системах транкинговой, сотовой и пейджинговой связи. При этом необходимо рассмотреть также принципы построения сетей связи, заложенных в основу этих систем, которые определяются, главным образом, условиями функционирования МСС.

5.1.1. Условия функционирования мобильных систем связи

Условия функционирования МСС обусловлены, прежде всего, особенностями района земной поверхности, на котором они разворачиваются [35]. Чтобы обеспечить связью как можно большее число абонентов, в СМР используются, как правило, радиоволны УКВ-диапазона, который имеет значительную частотную емкость. Поэтому основным фактором, определяющим условия их функционирования, является характер земной поверхности, на которой обеспечивается связь, т.е. степень пересеченности местности и размещение местных предметов, влияющих на распространение радиоволн УКВ-диапазона.

Исходя главным образом, из местных условий и обеспечивается выбор архитектуры СМР, которая ориентирована на использование следующих принципов организации данных систем и размещения их на местности:

1. Принцип зонового радиодоступа – когда в центре обслуживаемой территории размещается базовая станция (БС) радиодоступа, через которую организуются соединения между абонентами системы. Могут строиться как однозоновые системы, когда используется лишь одна БС, так и многозоновые, когда одновременно используются несколько БС. В последнем случае БС объединяются в единую систему с помощью использо-

вания мобильных коммутаторов с возможностью выхода на стационарные сети связи общего пользования либо напрямую подсоединяются с помощью АТС к стационарным сетям связи общего пользования.

2. Принцип частотного планирования используется в многозоновых СМР. Он подразумевает повторное применение одинаковых частот радиосвязи в разных зонах, расположенных на таком расстоянии друг от друга, которое позволяет осуществлять радиосвязь требуемого качества с учетом минимально возможной величины помех, создаваемых соседними БС. В свою очередь, зона обслуживания одной БС может быть поделена на секторы, которые определяются количеством направленных антенн, размещенных на БС.

3. Принцип прямых связей между абонентами в пределах прямой видимости предполагает, что дальность связи между абонентами в таких системах напрямую зависит от энергетических характеристик приемопередающих устройств, используемых в составе абонентского оборудования.

4. Комбинированный принцип организации связи между абонентами

в беспроводной системе связи, когда в пределах прямой видимости абоненты могут связаться между собой в соответствии с принципом организации прямых связей, а для осуществления связи между абонентами, находящимися вне пределов прямой видимости, используются узлы доступа (шлюзы), находящиеся в пределах прямой видимости «своих» абонентов.

Разделение обслуживаемой СМР-территории на зоны действия отдельных БС (определяемых ниже как соты) может быть реализовано статистическим либо детерминированным способом. Статистический способ основан на измерении статистических параметров распространения сигналов в системах связи, а детерминированный – на измерении или расчете параметров распространения сигналов для конкретного района.

Описанные принципы построения сетей подвижной связи в той или иной степени реализуются во всех СМР в зависимости от условий их функционирования. Рассмотрим принципы построения подобных систем более детально.

5.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И АЛГОРИТМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ СВЯЗИ

С ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

5.2.1. Транкинговые системы связи

Транкинговыми называют системы подвижной связи, имеющие функцию автоматического выбора свободного канала (trunking). К таким системам относятся профессиональные системы подвижной радиосвязи (PMR и PAMR). При этом системы, обеспечивающие взаимодействие с

телефонными сетями общего пользования, получили название частных (PAMR), а не обеспечивающие такого взаимодействия – профессиональ-

ных (PMR), т.е. обеспечивающих связью замкнутую группу абонентов.

В транкинговых системах всем абонентам (Аб.) сети доступна группа каналов, т.е. реализуется принцип общедоступного «пучка» каналов связи. При поступлении вызова за парой абонентов закрепляется один из свободных в этот момент каналов. После отбоя канал освобождается и может быть предоставлен любой другой паре абонентов. Иллюстрируется подобный принцип организации связи на рис. 5.1. На данном рисунке группе из девяти абонентов доступен «пучок» из трех радиоканалов.

Радиоканал

Аб.3

Аб.2

Аб.1

Рис. 5.1. Принцип организации транкинговой связи

Аб.4

Аб.5 Аб.6

Аб.7 Аб.8 Аб.9

Доступ абонентов к каналам осуществляется двумя основными способами:

1. Последовательным поиском радиостанцией свободного канала

(например, по специальному маркерному сигналу незанятости). Данный

способ применяется при небольшом количестве каналов (до 5…8), поскольку на установление соединения затрачивается значительное время.

2. Специально выделенным общим каналом сигнализации, на который настроены все радиостанции сети в режиме дежурного приема. Такие системы являются наиболее распространенными.

Пропускная способность транкинговых систем с общедоступным «пучком» каналов существенно выше пропускной способности систем с закрепленными каналами. Например, в системе с закрепленными каналами при вероятности блокировки (занятости) канала 0,1 и средней продолжительности сеанса связи 2,5 мин, 20 каналов, используемых порознь, позволят обслуживать в час наибольшей нагрузки до 50 абонентов. При тех же условиях транкинговая система с общедоступным «пучком» каналов сможет обслужить до 420 абонентов, т.е. пропускная способность возрастает более чем в 8 раз.

Сети профессиональной радиосвязи в транкинговых системах проектируются по аналогии с вещательными сетями. Достаточно мощный передатчик работает через высоко подвешенную антенну, охватывая в пре-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 138 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]