5.6.3. Полностью адаптивный приемник синхросигнала

При непродолжительном поиске синхросигнала, что соответствует ре­жиму работы с низкой вероятностью ошибок, емкость накопителя по вы­ходу из синхронизма не уменьшается, что эквивалентно увеличению ем­кости накопителя по входу в синхронизм, и, следовательно, приводит к неоправданному росту времени восстановления синхронизма. От этого недостатка свободен полностью адаптивный приемник синхросигнала, (рис. 5.23) как при повышении, так и понижении вероятности ошибок.

Рис. 5.23. Структурная схема полностью адаптивного приемника синхросигнала

Цепи удержания и поиска синхронизма такого приемника аналогичны выше рассмотренному, а схема в целом отличается тем, что выходы нако­пителей подключены к схеме не прямо, а через сумматор и пороговое устройствоПУ. В этом случае сброс осуществляется при достижении суммарной емкостью накопителей уровня, установленногоПУ.

Суммирование производится с учетом коэффициентов, соответствую­щих весу сигналов с выходов накопителей. Например, при вероятности ошибок в линейном тракте и десятисимвольном синхросигнале коэффициенты суммирования, прии десятисимвольном синхросигнале коэффициент суммирования для накопителя по выходу из синхронизма, для накопителя по входу в синхронизм. В полностью адаптивном приемнике обеспечивается сокращение времени восстановления синхронизмаза счет того, что в режиме работы с низ­кой вероятностью ошибок уменьшается емкость накопителя по выходу из синхронизма, а в режиме работы с высокой вероятностью ошибок умень­шается емкость накопителя по входу в синхронизм.

Полностью адаптивный приемник синхросигнала используется прак­тически во всех ЦСП ИКМ-ВРК нового поколения.

5.7. Оценка параметров системы цикловой синхронизации

Оценку основных параметров систем цикловой синхронизации для на-цности проведем применительно к неадаптивному приемнику синхро­сигнала.

Система цикловой синхронизации может находиться в одном из сле­дующих состояний:

1) система находится в синхронизме и режиме захвата (основное со­ стояние);

2) система находится в состоянии синхронизма, но в режиме поиска;

3) система вне синхронизма, но в режиме захвата (ложный синхро­низм);

4. система вне синхронизма и в режиме поиска;

5. система в синхронизме и в режиме контроля;

6) система вне синхронизации, но в режиме контроля. Рассмотрим параметры, характеризующие процесс перехода системы из основного режима в режим поиска. Будем считать, что система перехо­дит в режим поиска в том случае, если при последовательных опробований не подтверждается наличие циклового синхросигнала на контроли­руемых позициях цикла. Значениефактически определяет емкость на­копителя по выходу из синхронизма. Поскольку точный момент выхода системы из синхронизма является случайным, то можно считать, что в среднем он возникает в середине цикла. Тогда минимальное время обна­ружения выхода из синхронизма- длитель­ность одного цикла.

Если цикловой синхросигнал состоит из символов и при каждом опробовании допускается искажение не болеес символов синхросигнала (при этом он считается правильно принятым), то вероятность имитации синхросигнала,т.е. возникновения ложной синхрогруппы, будет скла­дываться из вероятностей полной имитации, имитации с искаженными одним, двумя и, наконец, с символами. В этом случае вероятность имита­ции синхросигнала равна

(5.3)

а вероятность обнаружения выхода из синхронизма

. (5.4)

Обычно с = 0, и выражения (5.3) и (5.4) принимают вид

Результаты расчетов величины (для с = 0) приведены в табл. 5.1.

Однако для обнаружения выхода из синхронизма, как правило, требу­ется произвести опробований, причем. Ожидаемое значениеможно получить из соотношения

. (5.5)

Число опробований , необходимых для обнаружения выхода из син­хронизма (округленное до ближайшего целого), приведено в табл. 5.1 (для).

Если зафиксировать отношение (D - общее число символов в цикле передачи), например, взять _, то, используя данные табл. 5.1, можно найти зависимость времени обнаружения выхода из синхронизма , выраженного в количестве временных тактовых интервалов, от дли­ны циклового синхросигнала. Результаты соотвествующих расчетов при­ведены в табл. 5.1.

Выбор структуры синхросигнала. Анализ результатов свидетельст­вует о том, что существует оптимальная длина циклового синхросигнала, при которой обеспечивается минимальное время обнаружения выхода из синхронизма. При этом с точки зрения обеспечения минимального сред­него времени обнаружения выхода из. синхронизма наилучшими являются короткие цикловые синхросигналы, a для достижения высокой вероятно­сти обнаружения (свыше ) предпочтительными выглядят более длин­ные синхросигналы.

Определение оптимальной структуры синхросигнала заключается в выборе такой комбинации символов, которая при фиксированной дли­тельности цикла обеспечивает минимальное время поиска. При равной вероятности формирования 1 и 0 в групповом ИКМ сигнале вероятность формирования кодовых групп любой структуры одинакова, а следовательно одинаково их среднее число в рассматриваемом отрезке группово­го сигнала. Однако среднее время поиска синхросигнала при использова­нии в качестве синхронизирующих кодовых групп различной структуры весьма различно.

Поэтому при выборе структуры синхросигнала необходимо оценить суммарное время его поиска:

,

Где - среднее время поиска синхросигнала в зоне случайного сигнала, включающего в себя.импульсных позиций в цикле, на которых кодовые группы длинойсимволов формируется без участия символов синхросигнала;- среднее время поиска синхросигнала, включающего в себя- 1 импульсных позиций, на которых кодовые группы длинойформируются с использованием хотя бы одного сим­вола синхросигнала.

Поскольку кодовые группы различной структуры группируются в слу­чайном цифровом потоке по-разному, то в зависимости от структуры син­хросигнала будет изменяться время его поиска в каждой из указанных зон.

В результате многочисленных исследований было предложено не­сколько групп импульсных последовательностей определенной структу­ры, рекомендованных к использованию в качестве синхросигнала. Один из методов анализа различных кодовых групп основан на понятии крити­ческих точек.

В соответствии с этим понятием кодовая группа длиной символов имеет критические точки после тех первыхi символов, которые оказыва­ются идентичными последним j символам. Тогда наименьшее число кри­тических точек в кодовых группах - одна (например, в группе 0111...1 -на последнем символе), а наибольшее - (в кодовой группе 111... 1 - на каждом символе). Кодовая группа вида 0101...01 имеет в своем составекритических точек на всех символах.

Сравним среднее время поиска синхросигнала при использовании в качестве синхрогрупп с одной и критическими точками. Среднее время поиска синхросигнала в зоне случайного сигнала определяется выра­жением

,(5.6)

где а - число информационных символов в цикле; b - число символов от начала кодовой комбинации до i-й критической точки; к - число критиче­ских точек; - период следования циклов.

Тогда при использовании кодовых групп с одной критической точкой

,

а с критическими точками

.

В том случае, когда поиск ведется в зоне самого синхросигнала и в ка­честве синхрогрупп выбраны кодовые группы с одной критической точ­кой, вероятность формирования ложного синхросигнала равна нулю, а время поиска синхросигнала в этой зоне равно ее длительности, т.е.

.

Для кодовых групп с критическими точками среднее время поиска в зоне синхросигнала можно определить по формуле

.

Тогда общее время поиска синхросигнала при использовании в качест­ве синхрогруппы кодовых комбинаций с одной критической точкой со­ставит

,

а при кодовых группах с критическими точками

.

Рассмотрим в качестве примера цикл вторичной ЦСП, имеющий сле­дующие параметры: число информационных символов в цикле а = 1048,

число синхросимволов ,. В этом случае

,

,

т. е. применение в качестве синхрогрупп кодовых комбинаций с одной критической точкой обеспечивает меньшее время восстановления син­хронизма. При более длинных циклах кодовые группы, имеющие в своем составе критических точек, оказываются более эффективными.

На рис. 5.24 показаны зависимости среднего времени поиска синхро­сигнала (выраженного числом циклов) от длительности цикла(вы­раженного числом импульсных позиций в циклеD) при использовании в качестве синхросигнала кодовых групп с одной (сплошные линии) и (штриховые линии) критическими точками. Представленные зависимости можно использовать различным образом:

• при заданных значениях среднего времени поиска и длительности циклаопределяются параметры синхросигнала (его длительность и число критических точек);

• при заданных и параметрах синхросигнала оценивается среднее время поиска;

• при заданных параметрах синхросигнала и определяется длина цикла.

Как видно из рис. 5.24, среднее время поиска синхросигнала можно сократить, если увеличить длительность цикла передачи при одно­временном увеличении длины синхросигнала. Это можно объяснить тем, что при линейном увеличенииисреднее время поиска синхросигнала уменьшается экспоненциально.

Рис. 5.24. Зависимость среднего времени поиска синхросигнала от длины цикла

Однако следует иметь в виду, что чрезмерное увеличение числа ин­формационных и синхронизирующих импульсов в цикле приводит, как правило, к ухудшению некоторых других параметров ЦСП (в частности, увеличивается объем памяти, усложняется ГО, увеличиваются фазовые дрожания и т. п.). Это является одной из причин уменьшения длительно­сти цикла в ЦСП высших порядков (например, для первичной ЦСП потока Е1 , а для четверичной ЦСП потока Е4).

Выбор коэффициентов накопления в приемниках синхросигнала. Основные параметры цикловой синхронизации во многом зависят от ем­кости накопителей по выходу и входу в синхронизм, которые, по сути дела, являются решающими устройствами, вырабатывающими информа­цию о наличии или отсутствии состояния синхронизма. В соответствии с этой информацией в неадаптивных приемниках синхросигнала осуществ­ляется переход от режима поиска синхронизма к режиму его удержания и от режима удержания к режиму поиска. В адаптивных приемниках син­хросигнала реализуется переход от режима удержания прежнего состоя­ния синхронизма к режиму удержания его нового состояния (поиск син­хронизма производится параллельно в дополнительной цепи). Рассмотрим требования, предъявляемые к каждому из этих накопителей.

В неадаптивных приемниках решение о переходе от режима удержа­ния к режиму поиска принимается при отсутствии синхросигнала на ана­лизируемых позициях. Уменьшение вероятности ошибочного решения о потере синхронизма связано с увеличением коэффициента накопления r накопителя по выходу из синхронизма. Однако с увеличением этого ко­эффициента возрастает и среднее время восстановления синхронизма, поскольку процессу поиска синхросигнала при потере синхронизма долж­но предшествовать его отсутствие на г подряд следующих анализируемых позициях. Поэтому расчет накопителя по выходу из синхронизма заклю­чается в определении минимального значения коэффициента накопления r, при котором можно практически не считаться с вероятностью ложного сбоя синхронизации. При этом необходимо выполнение двух условий:

1) вероятность искажения символов из-за сбоев синхронизации, вы­званных искажениями синхросигнала, должна быть на два - три порядка меньше вероятности искажения символов из-за воздействия помех, т. е.

, (5.7)

Где - среднее время между двумя сбоями синхронизации, вызванными воздействием помех (т. е. время удержания синхронизма);

2) вероятность того, что время восстановления синхронизма в ЦСП бо­лее высокого уровня превысит время накопления накопителем по выходу из синхронизма в ЦСП более низкого уровня, должна составлять

Сбой синхронизации из-за воздействия помех происходит после r сле­дующих подряд искажений синхросигнала. При этом среднее время меж­ду двумя соседними сбоями определяется выражением, характеризующим среднее время достижения первого успеха, заключающегося в формиро­вании r импульсов подряд на входе накопителя по выходу из синхрониз­ма. Каждому импульсу соответствует прием искаженного синхросигнала с вероятностью . Для этого случая

, (5.8)

Где

Поскольку, а также с учетом того, что при, из (5.7) получим

,

где- округленное до большего целого значениях. Так, при

получаем .

Для выполнения второго условия необходимо по интегральной функ­ции распределения времени восстановления синхронизма в ЦСП n-го по­рядка определить такое значение времени восстановления синхронизма , вероятность превышения которого составляет. Для этого случая

, (5.9)

Где - следования синхросигнала в ЦСП (и - 1)-го порядка.

Как правило, для выполнения условия (5.9) требуется большее значе­ние коэффициента накопления, чем для реализации условия (5.7). Обычно .

При использовании адаптивного приемника синхросигнала условие (5.7) имеет еще меньшее значение, поскольку сбой синхронизации из-за воздействия помех происходит в данном случае после следующих подряд искажений синхросигнала и формирования к этому моментуложных синхрогрупп.

Среднее время удлинения процесса восстановления синхронизма за счет включения накопителя по выходу из синхронизма определяется вы­ражением, аналогичным (5.8) и отличающимся тем, что появление 1 на входе накопителя происходит при отсутствии ложного синхронизма, ве­роятность чего равна .

Тогда

_. (5.10)

Обычно цикловой синхросигнал не защищается от искажений, поэтому ис­кажение любого его символа равносильно полному искажению всего сигнала.

Решение о переходе от режима поиска синхронизма к режиму его удержания принимается только после следующих подряд повторений синхросигнала на анализируемых позициях, после чего по сигналу из на­копителя по входу в синхронизм накопитель по выходу из синхронизма переходит в нулевое состояние. С уменьшением коэффициента накопле­ния по входу в синхронизм возрастает вероятность перехода в режим удержания состояния ложного синхронизма. В то же время с увеличением коэффициента накопления возрастает вероятность того, что после обна­ружения состояния синхронизма первое же искажение синхросигнала вы­зовет начало процесса поиска синхронизма. Поэтому выбор коэффициен­та накопления по входу в синхронизм заключается в минимизации време­ни восстановления синхронизма.

Обычно коэффициент накопления по входу в синхронизм выбирается равным 2...3. При таком коэффициенте обеспечиваются достаточно ма­лые вероятности как повторного поиска состояния синхронизма, так и ложной фиксации состояния синхронизма.