книги / Основы построения цифровых систем передачи
..pdfТретьим символом кодируется знак перехода: «нулем» отмечается переход от «нуля» к «единице» и «едини цей» — переход от «единицы» к «нулю».
|
|
|
|
|
|
|
t |
д> 1 1 1 1 1 П И |
I |
I I I |
I I I I L I I J J I |
I I I I I 1 1 1 I I |
r |
||
|
|
|
|
|
|
|
t |
1 . М |
1 |
1 |
I I |
................... 1 - 1 |
и . . |
'LL- |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
Рис. 3.15. Временная диаграмма работы устройства ввода дискретной информации с кодированием вре менного положения фронтов передаваемых сигналов: а) дискретный сигнал; б) стробирующая последова тельность; в) кодовые группы, соответствующие вре менному положению передаваемых сигналов
Таким образом, поскольку на минимальный интервал между переходами приходится не менее трех стробирую щих импульсов, коэффициент использования группового тракта по пропускной способности при таком способе передачи не превышает 0,33. Так как временное положе ние фронта квантуется с точностью до половины перио да следования стробирующих импульсов, краевые иска жения не превосходят 1/6 длительности элементарной посылки, что составляет ±8,3%- Если требуется обес печить меньшие краевые искажения, то необходимо уве личить частоту следования стробирующих импульсов. Так, увеличение числа стробирующих импульсов, приходящихся на одну элементарную посылку, до четы рех позволяет передавать информацию о временном по ложении фронта с точностью до 1/4 периода стробиро вания, в результате чего краевые искажения не превос ходят 1/16 длительности элементарной посылки, что со ставляет ±3,1%. Однако при этом коэффициент исполь зования группового тракта по пропускной способности уменьшается до 0,25.
Недостатком изложенного способа является то, что при передаче следующих подряд нескольких одноимен ных посылок искажение символа, несущего информацию о полярности перехода, вызывает инверсию всех этих по сылок вплоть до следующего перехода.
Для устранения этого недостатка можно периодичес ки передавать информацию о полярности посылок в приемное устройство и при отсутствии перехода (59], тем
111
более, что в описанном выше способе информационная емкость канала используется только при передаче пер вой из числа следующих подряд одноименных посылок.
Дальнейшее повышение коэффициента использования группового тракта по пропускной способности можно обеспечить, если значительно уменьшить частоту считы вания, а возникающие при этом временные сдвиги, пре вышающие допустимые, обнаруживать и корректировать в приемном устройстве {44, 60, 61].
Пусть соотношение частот записи и считывания со ставляет 2/3. В этом случае в считанной импульсной по следовательности (рис. 3.16а) имеет место регулярное
й11 |
м |
11 |
1 1 и |
м |
t i n |
|
|
^ 1 1 1 1 |
1 1 , 1 1 , 1 1 1 „I 1 , 1! . . . |
||||||
s \ I |
I |
I |
I I , I I „ I „ I |
I „ I |
I „ I I |
..' |
|
Рис. |
3.16. |
Временная |
диаграмма, |
иллюстрирующая |
вид |
||
однородной импульсной последовательности (а), с от рицательными 'неоднородностями (б) <я с положитель ными неоднородностями (в)
чередование двух .информационных символов и одного временного сдвига. Следовательно, на одной из трех следующих друг за другом позиций передается регуляр ная последовательность нулей (на позициях временных сдвигов), а на других двух позициях — случайное чере дование нулей и единиц. Анализ сигналов, передавае мых на этих трех позициях, позволяет довольно просто обнаружить позиции, на которых формируются времен ные сдвиги. Однако при сопряжении асинхронных сиг налов соотношение частот записи и считывания может быть либо несколько больше 2/3 (рис. 3.166), либо не сколько меньше 2/3 (рис. 3.16s), в результате чего в считанной импульсной последовательности будут возни кать неоднородности.
В первом случае эти неоднородности приводят к фор мированию в считанной импульсной последовательности трех информационных символов между двумя времен ными сдвигами. Во втором случае неоднородности про являются в формировании в считанной импульсной по следовательности одного информационного символа между двумя временными сдвигами.
112
В приемном устройстве необходимо обнаруживать и корректировать временные сдвиги с учетом возникаю щих неоднородностей. На рис. 3.17 приведена структур ная схема устройства, с помощью которого осуществля ются обнаружение и коррекция временных сдвигов при соотношении частот записи и считывания, несколько
Рнс. 3.17. Структурная схема обнаружителя и корректора временньгх сдвигов
больше 2/3. В обнаружителе временных сдвигов осуще ствляется контроль сигнала с выхода канального рас пределителя с частотой, равной 1/3/сч. При контроле им пульсных позиций временных сдвигов, на которых пере даются нули, сигнал на выходе анализатора (Л) отсут ствует. При контроле импульсных позиций, на которых передаются информационные символы, первая же еди ница в информационном сигнале вызывает формирова ние запрещающего сигнала на выходе анализатора, "что, в свою очередь, вызывает сдвиг контролирующей после довательности на один период тактовой частоты считы вания.
Эти сдвиги осуществляются до тех пор, пока не бу дет достигнуто состояние, при котором временное поло жение контролирующей последовательности соответст вует моментам формирования временных сдвигов. В ре зультате сигнал на выходе делителя частоты (ДЧ) бу дет соответствовать моментам формирования времен ных сдвигов, а следовательно, по этому сигналу необхо димо на один такт осуществлять запрет записи переда ваемого сигнала в ЗУ корректора временных сдвигов.
113
При возникновении неоднородности на контролируемой импульсной позиции передается информационный сим вол. Если первым символом будет единица, то на вы ходе анализатора сформируется сигнал запрета, кото рый снова приведет сигнал с выхода делителя частоты в соответствие с моментами возникновения временных сдвигов. В реальном сигнале формированию единицы может предшествовать несколько нулей. Однако при этом ошибок в работе обнаружителя не происходит, по скольку запрет записи в запоминающее устройство ин формационных нулей компенсируется записью следую щих за ними нулей, формируемых при временных сдви гах. Первая же единица, переданная после возникнове ния неоднородности, зафиксирует наличие этой неодно родности и осуществит запрет на один такт контроли рующей последовательности. В корректоре временных сдвигов с помощью генератора, управляемого напряже нием, осуществляется выравнивание скорости передавае мого цифрового потока.
Как видно, процесс обнаружения временных сдвигов аналогичен процессу поиска состояния цикловой синхро низации при передаче сигналов с переменным циклом1). Циклом в данном случае является период следования временных сдвигов. При таком способе передачи дискрет ных сигналов повышение коэффициента использования пропускной способности группового тракта связало с бы стрым ростом среднего времени поиска позиций времен ных сдвигов.
Среднее время анализа одной позиции M(t{) пред ставляет собой среднее время ожидания первой едини цы в случайном сигнале, передаваемом на анализируе мых позициях:
М й ) = RT„ (1 - Р) j ip> = |
ЯГСЧ, |
(3.8) |
/=о |
р |
|
где R — количество информационных символов, переда ваемых между двумя соседними временными сдвигами; р — вероятность формирования нуля в анализируемом сигнале.
о В такой системе любая ошибка на позиции временного сдвига вызывает начало процесса поиска этой позиции. Практическая реа лизация накопителей, позволяющих уменьшить влияние подобных ошибок, довольно затрудшггельна.
114
При малой частоте возникновения неоднородностей можно считать, что количество анализируемых позиций равно числу информационных символов, передаваемых между двумя временными сдвигами. Тогда среднее вре мя поиска позиций временных сдвигов определяется вы ражением
я ( U » |
+ я г я = RT„ (^-pR+1). (3.9) |
При /7=1/2 |
М (7Сди) & R T c4(R+l). |
При коэффициенте использования группового тракта по пропускной способности £, равном 0,75, среднее вре мя поиска позиций временных сдвигов составляет ЗГсч-4= 127’сч; при £=0,9 M(tCxn) =90ТСч, а при £=0,95 Лфсдв) =3807'сч. Если, например, Гсч=125 мкс, то при
£=0,75 М(/Сдп) = 1,5 мс, а при £=0,9 М(/Сдв) состав ляет уже 11,25 мс. Поэтому коэффициент использования группового тракта по пропускной способности в систе мах, построенных по такому способу, выбирают обычно от 0,5 (что позволяет наиболее просто решать вопрос обнаружения временных сдвигов) до ОД
ГЛАВА
4.
Цикловая синхронизация цифровых систем передачи
4.1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ ЦИКЛОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ
Система цикловой синхронизации включает в себя передатчик и приемщик синхросигнала. Передатчик син хросигнала формирует в передающем устройстве кодо вую группу определенной структуры, расположенную в начале цикла передачи. В приемнике синхросигнала осуществляются опознавание этой кодовой группы и установка по ней в начальное положение генераторного оборудования приемного устройства. Структурная схе ма приемника синхросигнала (рис. 4.1) включает в себя опознаватель синхросигнала, накопители по входу в син хронизм и выходу из синхронизма, а также схемы уп равления генераторным оборудованием и накопителями.
Групповой цифровой сигнал поступает на вход опознавателя синхросигнала, состоящего из регистра сдви га (PC) и дешифратора (ДШ). Каждая комбинация символов, аналогичная синхронизирующей, вызывает формирование сигнала на выходе ДШ. Если система передачи находится в состоянии синхронизма, то сиг нал с выхода опознавателя совпадает по времени с сиг налом с выхода генераторного оборудования. При этом па выходе логического элемента НЕТ, соединенного с накопителем по выходу из синхронизма, сигнал отсут ствует, а на выходе логического элемента Иь соединен ного с накопителем по входу в синхронизм, формирует ся сигнал, соответствующий моменту опознавания син хрокомбинации. В результате накопитель по входу в синхронизм (рассчитанный обычно на два-три подряд следующих импульсов) оказывается заряженным, а на копитель по выходу из синхронизма (рассчитанный на четыре—шесть подряд следующих импульсов) — разря женным.
116
Ложные синхрогруппы, формируемые в групповом сигнале вследствие случайного сочетания единиц и ну лей информации, не совпадают, естественно, по времени с сигналом на выходе генераторного оборудования (ГО), а следовательно, и не участвуют в процессе на копления.
Рнс. 4.1. Структурная схема приемника синхросигнала с последовательной работой накопителя и опознавателя син хросигнала
При кратковременных искажениях синхросигнала; возникающих либо под воздействием помех, либо присбоях синхронизации в системах более высокого поряд ка, сигнал с выхода генераторного оборудования про ходит через логический элемент НЕТ на вход накопи теля по выходу из синхронизма. Однако если накопитель не успеет зарядиться, то сбоя синхронизации не проис ходит, и по первому же неискаженному синхросигналу осуществляется сброс в нулевое состояние накопителя, по выходу из синхронизма.
При отсутствии синхронизма в г{ подряд следующих циклах (п — коэффициент накопления в накопителе по выходу из синхронизма) логический элемент Иг откры вается и первый же импульс, сформировавшийся на вы ходе опознавателя из ложной синхрогруппы, сбросит генераторное оборудование и накопитель по входу в синхронизм в нулевое состояние, а накопитель по вы ходу из синхронизма — в состояние, соответствующее-
—1 импульсу на его входе.
117
Если ложная синхрогруппа сформируется на одних ш тех же позициях в цикле меньше, чем г2 раза подряд (г2— коэффициент накопления накопителя по входу в •синхронизм), накопитель по выходу из синхронизма окажется заряженным, и следующий импульс, сформи ровавшийся из ложной синхрогруппы, пройдя через от крытый логический элемент И2, установит ГО в нулевое •состояние. Процесс опознавания группового сигнала будет продолжаться таким образом до тех пор, пока не будет найдено состояние синхронизма. Практически в течение всего этого времени накопитель по выходу из •синхронизма оказывается заряженным, в результате не происходит существенного замедления процесса поиска синхросигнала.
При обнаружении истинного синхросигнала накопи тель по входу в синхронизм заряжается и сбрасывает накопитель по выходу из синхронизма в нулевое со стояние, в результате чего обеспечивается достаточная инерционность системы цикловой синхронизации в ре жиме синхронной работы. Таким образом, время вос становления синхронизма складывается из времени на копления и времени поиска синхросигнала. Уменьшение времени восстановления синхронизма за счет сокраще ния времени накопления ведет к резкому уменьшению помехоустойчивости системы цикловой синхронизации, а увеличение длительности синхросигнала ограничивается возможностями построения цикла передачи.
Можно уменьшить время восстановления синхрониз ма без ухудшения параметров системы передачи {62], если накопление по выходу из синхронизма и поиск син хросигнала осуществлять параллельно (рис. 4.2). В этом случае по первому же импульсу на входе накопителя по выходу из синхронизма начинается процесс поиска синхросигнала, осуществляемый с помощью дополни тельной цепи контроля синхросигнала, в то время как генераторное оборудование продолжает сохранять пре дыдущее состояние до тех пор, пока не будет зафикси ровано отсутствие синхронизма.
В состоянии синхронизма накопитель по выходу из синхронизма разряжен и, следовательно, сигнал сброса на входе генераторного оборудования отсутствует. При этом временное положение импульсных последователь ностей с выходов ГО и делителя частоты (ДЧ) совпа дает, вследствие чего сигнал на входе логического эле мента НЕТ2 запрещается сигналом с выхода опознава-
N8
теля и триггер Т удерживает логический элемент в закрытом состоянии.
При сбое синхронизации элемент Иг продолжает оставаться закрытым в течение времени заряда нако пителя по выходу из синхронизма, а элемент И3 откры-
Рис. 4.2. Структурная схема приемника синхросигнала с па раллельной работой накопителя н опознапателя синхросигнала
вается сигналом с выхода триггера, и первый же лож ный синхросигнал, сформировавшийся в групповом сиг нале, установит делитель частоты и триггер в нулевоесостояние. В результате логический элемент И3 оказывается закрытым до тех пор, пока на анализируемой' позиции не сформируется комбинация символов, отли чающаяся от синхронизирующей, после чего следую»- щий ложный синхросигнал вновь установит делитель, частоты и триггер в нулевое состояние. Таким образомосуществляется процесс поиска синхросигнала незави симо от состояния накопителя по выходу из синхро низма.
Если к моменту обнаружения истинного синхросиг нала накопитель по выходу из синхронизма окажется* заряженным, то синхроимпульс, сформировавшийся на выходе опознавателя, совпадет по времени с сигналом’ на выходе ДЧ и установит ГО в нулевое состояние* (естественно, что время поиска синхросигнала, осущест вляемого с помощью дополнительной цепи контроля син хросигнала, никогда не превосходит времени поиска, осуществляемого основным оборудованием).
Если к моменту обнаружения истинного синхросиг нала накопитель по выходу из синхронизма окажется не полностью заряженным, то делитель частоты будет удерживать состояние синхронизма (при условии отсут ствия искажений синхросигнала), и первый же импульс, сформировавшийся на его выходе после заряда нако пителя, установит генераторное оборудование в нулевое состояние, соответствующее состоянию синхронизма.
Первый способ — с последовательным процессом на копления и поиска синхросигнала — целесообразно ис пользовать в первичных цифровых системах передачи, в которых некоторое увеличение времени восстановле ния синхронизма не оказывает влияния на другие си стемы передачи. Второй способ — с параллельным про цессом накопления и поиска синхросигнала — целесо образно использовать в цифровых системах передачи высших порядков.
Существует возможность уменьшения времени поис ка синхросигнала увеличением -числа цепей контроля группового сигнала или путем изменения последователь-
.ности контроля позиций {63] (вначале контролируются позиции, расположенные в зоне синхросигнала, а затем уже остальные позиции в цикле передачи), что оказы вается весьма эффективным при искажении стаффиигсигнала в системах передачи высших порядков.
4.2. ОСОБЕННОСТИ ЦИКЛОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
Основной особенностью цикловой синхронизации цифровых систем передачи является влияние сбоев син хронизации систем высших порядков на все компонент ные системы более низкого порядка.
Это влияние выражается в отсутствии синхронизма в компонентных системах более низкого порядка при сбоях синхронизации в системах любого более высокого порядка. Если сбой синхронизации в системе /г-го по рядка длится дольше, чем время накопления в системе >(я—1)-го порядка, это вызывает начало процесса поис ка синхросигнала и в системе {п— 1)-го порядка, т. е. происходит «размножение» сбоев цикловой синхрони зации. Если сбой синхронизации в системе п-го порядка длится меньше, чем время накопления в системе (п—1) -го порядка, то «размножения» процесса поиска •синхронизации не происходит. Следовательно, для за
120