9.4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ СИНХРОНИЗАЦИИ

Расчет параметров устройств поэлементной синхронизации.

Рассмотрим основные параметры устройств синхронизации замкнутого типа и порядок их расчета с учетом влияния помех в каналах связи. Из всех ранее рассмотренных устройств синхронизации практическое применение нашел способ поэлементной синхронизации без непосредственного воздействия на задающий генератор синхроимпульсов (см. рис. 9.15). К основным параметрам, характеризующим устройства такого типа, относятся:

погрешность синхронизации — величина, выраженная в долях единичного интервала и равная наибольшему отклонению синхросигналов от их оптимального (идеального) положения, которое с заданной вероятностью может произойти при работе устройства синхронизации;

время синхронизации — время, необходимое для корректирования первоначального отклонения синхроимпульсов относительно границ принимаемых элементов;

время поддержания синхронизма — время, в течение которого отклонение синхроимпульсов от границ единичных элементов не выйдет за допустимый предел рассогласования при прекращении работы устройства синхронизации по подстройке фазы;

вероятность срыва синхронизма — вероятность того, что из-за действия помех отклонение синхроимпульсов от границ единичных элементов превысит половину единичного интервала.

Погрешность синхронизации целесообразно рассматривать как сумму двух погрешностей:

статической погрешности синхронизации ест, определяемой нестабильностью задающего генератора и шагом коррекции;

динамической погрешности вызываемой краевыми искажениями единичных элементов:

В свою очередь, статическая погрешность синхронизации складывается из двух составляющих: погрешности, обусловленной дискретным шагом синхронизации, и погрешности, обусловленной смещением тактового импульса за время между двумя подстройками:

где — шаг коррекции, т. е. смещение фазы тактовых импульсов в долях единичного интервала на выходе делителя частоты при добавлении или вычитании одного корректирующего импульса; — коэффициент деления делителя; суммарный коэффициент нестабильности задающих генераторов передатчика и приемника; 5 — емкость реверсивного счетчика; 7 — среднее число принимаемых подряд элементов одного знака, определяющее период корректирования

Промежуток времени между сигналами управления является случайной величшюй и зависит от числа ЗМ в принимаемой информационной последовательности. Число ЗМ определяется статистической структурой сообщения. Минимальный период корректирования — это минимальное время между двумя подстройками, зависящее как от емкости реверсивного счетчика 5, так и от длительности единичного элемента то. При т. е. когда отсутствует реверсивный счетчик, корректирование будет происходить при приеме каждого ЗМ информационной последовательности, т. е. . В общем случае

Статическая погрешность ест устройств синхронизации с реверсивным счетчиком тем меньше, чем больше коэффициент деления делителя чем меньше нестабильность генератора k и емкость реверсивного счетчика

Динамическая погрешность синхронизации представляет собой случайную величину и подчиняется гауссовому закону с плотностью вероятности

Среднеквадратическое значение можно рассчитывать по следующей формуле:

где — среднеквадратическое значение краевых искажений единичных элементов.

С вероятностью, близкой к единице, можно утверждать, что случайная величина не будет превышать своего утроенного среднеквадратического значения (известное правило «трех сигм»). Следовательно, для оценки значения можно воспользоваться выражением

Общее выражение для оценки погрешности синхронизации имеет вид:

Определим время вхождения в синхронизм. Это время будет зависеть от первоначального расхождения по фазе тактовой последовательности, вырабатываемой на приеме, и принимаемой последовательности ЗМ. Расхождение по фазе случайно и лежит в пределах от 0 до Рассмотрим случай, когда сдвиг по фазе максимален и ТИ сдвинут относительно идеального положения на (рис. 9.20). Подстройка производится шагами, при каждом шаге тактовые импульсы смещаются на время Тогда число шагов, необходимое для подстройки, будет равно Если подстройка осуществляется через интервал то время, необходимое для вхождения в синхронизм, будет равно

Рис. 9.20. К определению времени вхождения в синхронизм

Рис. 9.21. Два варианта представления синхронизирующей информации при маркерном способе групповой синхронизации

Учитывая увеличение интервала между подстройками за счет реверсивного счетчика, получим окончательно

где

Время поддержания синфазности — время, в течение которого фаза синхроимпульсов не выйдет за допустимые пределы при прекращении работы устройства синхронизации, определяется формулой . В качестве обычно используют величину теоретической исправляющей способности приемника уменьшенную на величину погрешности синхронизации, т. е. . Тогда

Поскольку величина теоретической исправляющей способности приемника определяется способом регистрации и заранее известна, то увеличение с при заданной скорости модуляции В может быть достигнуто лишь уменьшением коэффициента нестабильности задающих генераторов.

Вероятность срыва синхронизации по элементам — это вероятность того, что фаза синхроимпульсов под действием помех сместится на величину, большую Такой сдвиг фазы нарушает работу устройств синхронизации и приводит к сбою групповой синхронизации. Уменьшить величину можно путем увеличения времени усреднения сигналов корректирования, т. е. уменьшения емкости реверсивного счетчика S. Однако время синхронизации будет также расти пропорционально S, а период корректирования уменьшаться. Следовательно, необходимо решать и другую оптимизационную задачу — выбора параметров с учетом конкретных условий передачи для обеспечения минимума.

При проектировании и расчете устройств синхронизации обычно задаются следующие параметры: погрешность синхронизации ; скорость передачи В; среднеквадратическое значение краевых искажений исправляющая способность приемника время синхронизации время поддержания синхронизма

На основании заданных параметров рассчитываются: частота задающего генератора допустимый коэффициент нестабильности генератора емкость реверсивного счетчика S; коэффициент деления делителя

Коэффициент нестабильности задающего генератора определяется из (9.7): . Емкость реверсивного счетчика S и коэффициент деления делителя определим из системы уравнений (9.5) и (9.6) относительно S и

В выражении (9.8) един определено из (9.4). Частота задающего генератора

Расчет параметров устройств групповой синхронизации.

Устройства групповой синхронизации оцениваются в основном двумя параметрами: временем вхождения в синхронизм (фазирования) и временем поддержания синхронизма Последний параметр характеризует помехозащищенность устройства и означает средний промежуток времени работы аппаратуры связи (системы) между интервалами, вызванными нарушениями синхронизма. В правильно спроектированном устройстве время вхождения в синхронизм должно быть минимальным, — максимальным.

Время вхождения в синхронизм и время поддержания синхронизма в приемнике в основном определяются алгоритмом работы устройства групповой синхронизации, а также вероятностью искажения сигналов в канале связи. Время вхождения в синхронизм определяется также видом представления синхронизирующей информации. На рис. 9.21 приведены два варианта представления синхронизирующей информации при маркерном способе групповой синхронизации:

1. В каждом цикле передачи имеется группа единичных элементов, представляющих синхронизирующую комбинацию (на рис. 9.21, а ) и элементов кодового слова.

2. Элементы синхронизирующей комбинации, число которых равно трем, рассредоточены по отдельным циклам (на рис. по трем циклам).

Для установления групповой синхронизации приемника необходимо принять в целом все элементы синхронизирующей комбинации. В первом варианте необходимо принять элементов за один цикл, во втором — элементов за циклов. Снижение пропускной способности канала связи в первом случае составляет а во втором случае . В то же время минимальное время фазирования при сбое синхронизации равно одному циклу в первом случае, а

Рис. 9.22. График зависимости от числа информационных элементов и элементов фазирующей комбинации

Время поддержания синхронизма зависит как от интенсивности помех в канале связи, так помехоустойчивости устройства поэлементной синхронизации в о условиях помех. Время поддержания синхронизма определяется вероятностью поражения помехой синхронизирующей кодовой комбинации и зависит от способа представления синхроинформации.

Наличие помех в каналах связи может привести к ложному корректированию и сбою работы аппаратуры ПДС в целом. Ложная подстройка фазы распределителя приемника произойдет, если под действием помех исказится маркер. Вероятность ложного фазирования связана как со структурой фазирующей кодовой комбинации, так и с соотношением числа элементов кодовой комбинации и числа элементов маркера. На рис. 9.22 приведен график зависимости Оптимизация длины комбинации при данных условиях передачи позволяет уменьшить вероятность

Для уменьшения вероятности ошибки за счет групповой синхронизации величина должна быть как можно больше. Однако передача длинных синхронизирующих кодовых комбинаций снижает пропускную способность каналов. Поэтому выбор должен производиться с учетом как требуемой верности передачи, так и пропускной способности канала связи.

Для стартстопных систем ПДС запуск и остановка распределителя приемника происходит по сигналам «Пуск» и «Стоп» (рис 9.23). В случае действия помех возможно превращение бестоковой (пусковой) посылки в токовую и запуск распределителя приемника со сдвигом во времени от ЗМ информационного элемента (на рис. 9.23 в момент ).

Процесс восстановления синхронизма носит случайный характер и полностью определяется статистической структурой информационной последовательности. При равновероятном появлении всех кодовых комбинаций алфавита сообщений вероятность вхождения в синхронизм может быть представлена в виде графика зависимости (рис. 9.24, где — число циклов).

Рис. 9 23. К определению времени восстановления фазы стартстопных систем синхронизации

Рис. 9.24. График зависимости от числа циклов

Как видно из рис. 9.24, для обеспечения вероятности необходимо восемь циклов. Это значит, что время восстановления групповой синхронизации с вероятностью 0,9 при элементов составит

Оценка влияния точности поэлементной синхронизации на достоверность приема элементов.

Определим влияние погрешности синхронизации на вероятность ошибки. Рассмотрим случай, когда регистрация единичных элементов осуществляется методом стробирования. На рис. 9.25 приведен единичный элемент то, отмечен оптимальный момент регистрации МР (время регистрации и исправляющая способность приемника ). Плотности вероятностей смещения левой и правой границ единичного элемента обозначены соответственно Ошибочная регистрация элемента то произойдет в следующих случаях: левая или правая граница единичного элемента сместится вправо на величину одновременно обе границы сместятся внутрь единичного элемента и смещение превысит исправляющую способность приемника

Вероятность ошибочной регистрации где — соответственно вероятности смещения левой и правой границ на величину больше Как видно из рис. 9.25,

Наличие статической и динамической погрешностей корректирования приведет к уменьшению верности приема единичного элемента.

Пусть устройство поэлементной синхронизации вырабатывает синхроимпульсы (стробирующие импульсы) с некоторым смещением (погрешностью ) (см. рис. 9.25). В этом случае

Рис. 9.25. К определению вяиия поэлементной синхронизации на достоверность приема элемента

Если плотности вероятности (б) и описываются гауссовым законом с параметрами акри и то вероятности можно выразить через функцию

где Как показывает анализ выражений (9 11) и (9 12), погрешность синхронизации вызывает увеличение вероятности ошибки. Статическая погрешность корректирования регулярна и поэтому может быть в значительной степени скомпенсирована Основное значение имеет динамическая погрешность синхронизации, величина которой может быть обеспечена порядка при значении . При нарушении групповой синхронизации вероятность ошибки на элемент увеличивается.