56. Поэлементная синхронизация в устройствах передачи дискретных сообщений.

Синхронизация – процесс установления и поддержания определенных временных соотношений между процессами передачи и приема. Поэлементная – позволяет на приеме правильно отделить один принятый импульс от другого и обеспечить наилучшие условия для его регистрации. В старт-стопных системах импульсами синхронизации являются импульсы старта и стопа. В синхронных системах работа распределителей поддерживается автоматически. Подстройка осуществляется всегда на приемном конце путем изменения либо параметров задающего генератора (ЗГ) приема, либо другими методами.

В идеале частота ЗГ передачи должна быть равна частоте ЗГ приема. В реальных условиях из-за различных факторов эти частоты не совпадают. Так как ЗГ приема является источником формирования тактовых импульсов в своем полукомплекте аппаратуры, то уход частоты ЗГ приема от номинального значения в большую или меньшую сторону, приводит к отклонению месторасположения тактовых импульсов приема от идеального положения. Если не принять меры, то расхождение по фазе будет нарастать. Расхождение по фазе определяется:  = T / T, где T – разница периодов ЗГ передачи м приема, T - период ЗГ передачи. Время наращивания фазовых расхождений: t = 1 / (kB), где к – коэффициент нестабильности ЗГ, B – скорость дискретной модуляции; k = T / T. Таким образом, фазовые расхождения нарастают тем быстрее, чем больше скорость дискретной модуляции и нестабильность ЗГ. С учетом одновременной нестабильности ЗГ передачи и приема, время расхождения по фазе уменьшается в два раза, т.е. расхождения будут нарастать быстрее. Время рассинхронизации – время, за которое произойдет расхождение по фазе на величину, большую чем  допустимое: t = 1 / (2kB).  допустимое нормируется в долях от t₀ и берется равной 0.03 (3%). Тогда время рассинхронизации: tдоп = доп / (2kB) или tдоп = доп / (200kB). При синхронной передаче на приеме требуется подстройка ЗГ в течение всего сеанса связи. Например, при k = 10^-6, и доп = 40%, время рассинхронизации на скорости 50 Бод: 1час 6 мин 40 сек; на скорости 1200 Бод: 2 мин 46 сек. При k = 10^-5 - соответственно 6мин 40 сек и 17,6 сек. Поэлементная синхронизация при старт-стопном методе передачи. Приемный распределитель запускается стартовым импульсом и останавливается стоповым. Накопившиеся по фазе расхождения между распределителями передачи и приема устраняются при остановке ( = 0 на интервале старт-стопного цикла). Для лучшей (надежной) остановки распределителя приема длительность стопового импульса увеличивается на 50%. Допустимое время, в течение которого наращиваются фазовые расхождения: tдоп = (n+1+0.5)t₀ = (n+1.5)t₀. Например, при доп = 3 %, скорости 200 Бод и n = 5, коэффициент нестабильности k = 2.310^-3. Т.О. для старт-стопной передачи можно использовать невысокостабильный ЗГ. Недостатки старт-стопной передачи: 1) Снижение пропускной способности за счет передачи импульсов старта и стопа. 2) Ниже помехоустойчивость по сравнению с синхронными системами. Достоинства: быстрое вхождение в синхронизм. Старт-стопная передача используется на низких скоростях (до 300 Бод).

Требования: Высокая точность синхронизации ( доп = _­­ 3 %); малое время вхождения в синхронизм как при первоначальном включении аппаратуры, так и после перерыва связи; сохранение синхронизма при наличии помех в канале связи и кратковременных перерывах связи; независимость точности синхронизации от статистической структуры передаваемого сообщения. Классификация. Поэлементная синхронизация может быть обеспечена: за счет использования автономного источника. Метод применяется лишь в тех случаях, когда время сеанса связи, включая вхождение в связь, не превышает tдоп. Метод принудительной синхронизации: использование отдельного канала синхронизации, по которому передаются специальные коррекционные импульсы или использование рабочей (информационной) последовательности. По способу формирования тактовых импульсов: разомкнутые – без обратной связи (резонансные системы синхронизации) и замкнутые – с обратной связью (системы автоматического управления). В разомкнутых устройствах поэлементной синхронизации тактовые импульсы приемного устройства формируются непосредственно из принимаемой информационной последовательности. В информационной последовательности содержатся сведения о частоте ЗГ передачи (через длительность t₀). Формирование синхроимпульсов приема обеспечивается на основе выделения из принятой информационной последовательности сигнала с частотой f = 1 / t₀ с помощью высокоизбирательного резонансного контура. Механизм формирования синхроимпульсов следующий. Из входной последовательности выделяются значащие моменты модуляции с помощью пороговых устройств; далее идет расширение длительности этих импульсов до значения t₀/2. В результате получаем кусочно-периодичную последовательность прямоугольных импульсов. С помощью ФНЧ выделяется основная частота и, таким образом, последовательность преобразуется в гармоническое колебание, затухающее в моменты отсутствия импульсов. Т.к. резонансный контур обладает высокой добротностью (Q = 80 ... 100), то затухание идет с малой скоростью, обеспечивая поддержание амплитуды гармонического колебания относительно продолжительный отрезок времени. Для еще меньшей зависимости уменьшения амплитуды гармонического колебания от вида входного сигнала (различные сочетания «+» и «-»-импульсов) делается преобразование в передатчике входного сигнала в информационную последовательность с высокой плотностью следования единиц. Это обеспечивает уменьшение пауз в информационной последовательности. Далее сигнал усиливается и ограничивается по амплитуде, в результате чего получаем периодическую последовательность прямоугольных импульсов с частотой в 2 раза большей, чем скорость дискретной модуляции входного сигнала. Из этой последовательности легко получить таковые импульсы и синхроимпульсы, соответствующие фронтам и серединам входной информационной последовательности. Тактовые импульсы середины можно использовать для регистрации методом стробирования, таковые импульсы фронтов – для регистрации интегральным методом. Время поддержания синфазности определяется из выражения: tпс = 2Qt₀ / 3. Время вхождения в синхронизм: tc = 2Qt₀, где Q – добротность контура; t₀ – длительность импульса.

Разомкнутые системы поэлементной синхронизации обладают весьма малым временем поддержания синхронизма (ВПС). Так, при Q = 100, B = 1200 Бод, tc = 50 мс. К недостаткам относят: сильная зависимость точности синхронизации от искажений импульсов, проходящих по линии; от статистической структуры текста. Устройства синхронизации такого типа применяется в высокоскоростных системах передачи ПДС.

Замкнутые устройства поэлементной синхронизации широко используются в низко- и среднескоростных устройствах ПДС и делятся на два типа. Первый – с непосредственным воздействием на параметры ЗГ; второй – с косвенным воздействием на параметры ЗГ.

Двухпозиционное УУ. [ti – t1] – нарастание фазовых расхождений. [t1 – t2] – устранение фазовых расхождений. [t2 – t3] – нарастание фазовых расхождений другого знака. [t3 – t4] – устранение фазовых расхождений. Т.к. f1 < f ном < f2, то устройство поэлементной синхронизации поддерживает фазу тактовых импульсов приема с точностью до  доп – допустимая погрешность. При ti – идеальная синфазность. Если ЗГ вырабатывает частоту f2, то колебания ЗГ приема опережают по фазе входящую информационную последовательность и расхождение по фазе будет увеличиваться (ti – t1). При достижении предельного значения + доп с выхода схемы И1 фазового дискриминатора триггер управляющего устройства будет переведен в состояние «ноль» и ЗГ приема станет вырабатывать частоту f1, которая меньше, чем fном и с момента t1 начнется устранение расхождения фаз (до t2), а затем начнут возникать и увеличиваться фазовые расхождения в сторону отставания. В момент t3 фазовое расхождение достигает значения - доп, ФД обнаружит это расхождение и переведет триггер в «единицу» и ЗГ опять будет вырабатывать f2. Относительная разность частот ЗГ при отставании и опережении: Kотст = (fном – f1)/fном; Kопереж = (f2 - fном)/fном. Обычно Котст = Копереж = Кэ (коррекционный эффект). Кэ характеризует степень превышения частоты одного ЗГ по отношению к частоте другого, а следовательно, быстроту исправления расхождения по фазе. С учетом нестабильности передатчика и приемника, девиация частоты выбирается равной: f = (4...6)kfзг , где к – нестабильность ЗГ. Недостатки двухпозиционной системы: при выходе из строя устройства поэлементной синхронизации, кратковременных перерывах связи, расхождения по фазе непрерывно увеличиваются и происходит быстрая потеря синфазности. Этот недостаток устранен в трехпозиционных системах поэлементной синхронизации. В отличие от двух позиционной, в трехпозиционной ЗГ приема вырабатывает третью частоту, равную номинальной и при любых кратковременных нарушениях связи, ЗГ приема работает на этой третей частоте, обеспечивая относительное постоянство расхождения фаз между передающей и приемной аппаратурой. Устройство с плавным управлением отличается от устройств с дискретным управлением лишь управляющей схемой. Она должна обеспечивать плавное изменение частоты ЗГ приема в зависимости от величины расхождения фаз. Для управления частотой ЗГ приема часто используют управляемый реактивный элемент (варикап). Изменение частоты ЗГ приема будет иметь плавный характер, благодаря чему - более высокая точность поддержания синфазности.

При правильном подборе инерционного элемента можно достичь точности  1..2 % от t₀. Это - преимущество систем с плавным управлением. Недостатки: снижение стабильности параметров ЗГ приема  в 10 раз по сравнению с вариантом постоянной настройки ЗГ на одну частоту; трудность получения малого времени вхождения в синхронизм; невозможность использования одного ЗГ приема для работы нескольких устройств синхронизации. Достоинства: относительная простота реализации, особенно на высоких скоростях. Замкнутые устройства с косвенным воздействием на параметры ЗГ. В данных устройствах фаза тактовых импульсов на приеме подстраивается в промежуточном преобразователе (ПП), через который проходят тактовые импульсы от ЗГ. Эти устройства делятся на два вида: устройства, в которых ПП представляет собой делитель частоты с переменным коэффициентом деления частоты; и устройства, в которых в процессе корректировки фазы приема производится добавление или вычитание импульсов на входе делителя частоты. ФД производит сравнение временного положения значащих моментов входного сигнала и вырабатываемых ЗГ приема тактовых импульсов. Сигналы управления (опережения или отставания) изменяют коэффициент деления делителя частоты, что приводит к сдвигу тактовых импульсов на величину t = Tзг, сдвиг по фазе составляет . Данное устройство поэлементной синхронизации можно отнести к устройствам с двухпозиционным управлением. Устройства, в которых происходит добавление или вычитание импульсов, относится к трехпозиционным. Добавление импульса приводит к изменению тактовой последовательности, а значит и момента регистрации на величину +t. Исключение импульса приводит к сдвигу тактовой последовательности на величину -t, где t – коррекционный эффект – смещение фазы регистрирующих импульсов при добавлении или вычитании одного импульса от ЗГ приема t = t₀ / Kд. Смещение фазы тактовых импульсов в долях от t₀ при добавлении или исключении одного импульса от ЗГ называется шагом коррекции. Шаг коррекции зависит от коэффициента деления Кд. В реальных условиях Кд = 50...100.  = t / t₀ или  = 1/ Kд. В условиях воздействия искажений на входной сигнал может происходить ложная подстройка фазы, что приводит к снижению точности синхронизации. Т.к. на практике положительные и отрицательные краевые искажения примерно равновероятны, то эти случайные искажения можно взаимно уравновесить и компенсировать в устройстве приема с использованием реверсивного счетчика (РС). РС – инерционный элемент или интегратор. Позволяет выявить постоянно действующие искажения и отстроится от случайных. Включение РС увеличивает время вхождения в синхронизм.