Лекция №15

Тема №7.СИНХРОНИЗАЦИЯ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Тема лекции. СИНХРОНИЗАЦИЯ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Введение

В ходе рассмотрения материала, посвященного передаче дискретных сообщений, предполагалось, что осуществляется точная синхронизация. На практике это, естественно, не имеет место. Предлагаемая лекция позволяет получить знания по основным видам синхронизации.

7. Синхронизация в цифровых системах связи

7.1.Назначение и виды синхронизации

Синхронизация в цифровых системах связи предназначена для обеспечения синфазного начала обработки элементов цифрового сигнала и однозначного распределения кодовых комбинаций по адресатам. Необходимость синхронизации обусловлена недостаточной стабильностью тактовых частот передатчика, приемника и изменения времени распространения сигнала между абонентами.

Виды синхронизации подразделяются следующим образом:

1)тактовая синхронизация - фиксируются моменты окончания элементов кодовых комбинаций;

2)цикловая синхронизация - фиксируется начало и конец кодовых комбинаций;

3) синхронизация по кадрам (групповая синхронизация) - распределение кодовых комбинаций по адресатам.

Примечание.В когерентных системах связи также выполняется синхронизация по фазе опорного сигнала.

Основные характеристики системы синхронизации:

1) время достижения (поиска)синхронизма;

2) вероятность срыва синхронизации;

3) время поддержания синхронизма при пропадании сигнала на входе;

4) вероятность ложной синхронизации при заданном времени анализа.

7.2.Тактовая синхронизация

Тактовая синхронизация обеспечивает синфазную обработку элементов цифрового сигнала. Генератор тактовых импульсов на передающей стороне обеспечивают требуемый период следования элементов цифрового сигнала. На приемной стороне тактовые импульсы управляют работой ключа в схемах приема цифровых сигналов (см. рис. ). Погрешность тактовой синхронизации приводит к тому, что моменты замыкания ключа в схеме приема не соответствуют моментам окончания элементов кодовых комбинаций. Допустимая погрешность тактовой синхронизации  составляет0,03 - 0,05 от длительности элемента цифрового сигнала _э.

Различают автономную и принудительную тактовую синхронизацию. При автономной синхронизации в начале сеанса связи передается специальный синхронизирующий сигнал и по нему осуществляется вход в синхронизм. Дальше работа устройства синхронизации осуществляется в автономном режиме. После прекращения синхронизации между колебаниями тактовых генераторов на передающей и приемной сторонах возникает фазовый сдвиг, обусловленный их нестабильностью, которая стечением времени возрастает и может превысить допустимые пределы. Определим, какое количество элементов цифрового сигналаnможно передавать в автономном режиме, не превысив допустимый фазовый сдвиг.

Относительный фазовый сдвиг за время одного такта (длительности одного элемента)

(7.1)

где =f  / f_т -относительная нестабильность частот тактовых генераторов,f - учитывает уход частоты тактовых генераторовf_т как на приемной, так и передающей сторонах. Фазовый сдвиг заn тактов

(7.2)

Предельное значение _n =  , и с учетом (7.2) допустимое количество элементов цифрового сигнала, передаваемых в автономном режиме

(7.3)

Например, если =10^-8, то количество элементов цифрового сигнала, передаваемых в автономном режимеn=(3-5)10⁶.

Принудительная синхронизация обеспечивает постоянную регулировку тактовой частоты. Синхронизация может осуществляться по специальным импульсам тактовой синхронизации, однако на практике сведения о тактовой частоте чаще извлекается из передаваемой информационной последовательности с использованием демодуляторов цифрового сигнала без синхронизации. Структурная схема демодулятора ЧМн сигналов без синхронизации приведена на рис.7.1.

Рис.7.1. Демодулятор цифрового сигнала без синхронизации

На выходе вычитающего устройства формируется биполярный сигнал, поступающий после интегратора на вход решающего РУ с порогом h=0. В момент достижения сигналом порогового уровня на выходе решающего устройства вырабатывается тактовый импульс, смещенный относительно начала элементов на половину длительности элемента. Процесс формирования тактовых импульсов с использованием демодулятора ЧМн сигнала без синхронизации поясняется на рис.7.2.

Рис.7.2. Процесс формирования тактовых импульсов на основе демодулятора ЧМн сигналов без синхронизации

Недостатком такого способа формирования тактовой последовательности является отсутствие импульсов на интервале группирования элементов одного знака в передаваемой информационной последовательности.

Для увеличения точности синхронизации, окончательная оценка фазы тактовой частоты, может производится по ряду измерений в следящем фильтре.

Следящие фильтры подразделяются на схемы с непосредственным воздействием и без непосредственного воздействия на генератор.

Структурная схема следящего фильтра с непосредственным воздействиена генератор представлена на рис.7.3.

Рис.7.3. .Структурная схема следящего фильтра с непосредственным воздействия на генератор

На вход фазового детектора ФД поступают тактовые импульсы 1сформированные, например, демодулятором ЧМн сигналов без синхронизации или же демодулятором специальных импульсов тактовой синхронизации (рис.7.4). Сигнал с выхода фазового детектора , пропорциональный фазовому сдвигу, между последовательностями1и 2, воздействует через фильтр нижних частот ФНЧ и управляющий элемент УЭ на генератор тактовых импульсов ГТИ, подстраивая его таким образом, чтобы свести рассогласование по фазе к минимуму.

Рис.7.4. .Формирование тактовых импульсов на основе следящего фильтра с непосредственным воздействием на генератор

Недостатком такой схемы следящего фильтра является низкая стабильность частоты подстраиваемого ГТИ из-за непосредственного воздействия на генератор.

Схема следящего фильтра без непосредственного воздействия на генераторпредставлена на рис.7.5.

Рис.7.5. Структурная схема следящего фильтра без непосредственного воздействия на генератор

Генератор Г формирует последовательность импульсов с частотой в dраз выше тактовой частотыf_т. Делитель частоты ДЧ с коэффициентом деленияd преобразует частоту генератораf_г к тактовой частоте. Сигнал с выхода ФД воздействует через ФНЧ и УЭ на схему добавления и вычитания импульсов СДИИ и в зависимости от знака рассогласования в СДИИ добавляется или исключается один импульс, что приводит к сдвигу тактовой последовательности на выходе ДЧ влево или вправо на величину_э /d. Графики, поясняющие принцип функционирования схемы следящего фильтра без непосредственного воздействия на генератор, приведены на рис.7.6.

Фазовый сдвиг между последовательностями 1 и 3 отсутствует

Смещение последовательности 1 относительно последовательности 3 на величину влево

Смещение последовательности 1 относительно последовательности 3 на величину вправо

Рис.7.6. Формирование тактовых импульсов на основе схемы следящего фильтра без непосредственного воздействия на генератор

В следствии того, что непосредственного воздействия на ГТИ на происходит стабильность тактовой частоты не понижается и время установления синхронизации уменьшается. При том, чем выше частота генератора Г, тем точнее может осуществляться настройка.