7.1. Синхронизация по элементам

7.2. Групповая и цикловая синхронизация

Синхронизация – это процедура установления и поддержания определенных временных соотношений между двумя и более процессами.

Различают поэлементную, групповую и цикловую синхронизацию.

При поэлементной синхронизации устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами переданных и принятых единичных элементов цифровых сигналов данных. Поэлементная синхронизация позволяет на приеме правильно отделить один единичный элемент от другого и обеспечить наилучшие условия для его регистрации.

Групповая синхронизация – обеспечивает правильное разделение принятой последовательности на кодовые комбинации.

Цикловая синхронизация – обеспечивает правильное разделение циклов временного объединения.

7.1. Синхронизация по элементам

Требования к устройствам синхронизации по элементам

1. Высокая точность синхронизации. (Максимальное отклонение синхроимпульсов от идеального ЗМ ± 3%.)
2. Малое время вхождения в синхронизацию как при включении так и после перерыва связи.
3. Сохранение синхронизации при наличии помех и кратковеременных перерывов связи.
4. Независимость точности синхронизации от статической структуры передаваемого сообщения.

Оценка времени поддержания синхронизма в системе с автономным генератором (без принудительной подстройки).

Есть два генератора (на передаче и на приеме) с частотой f_ном и коэффициентом нестабильности

Пусть в некоторый момент t₀ оба генератора начали работу в одинаковой фазе.

В следствие различия частот (или периодов), рассматриваемых генераторов, между ними появятся расхождения по фазе. С течением времени эти расхождения будут увеличиваться.

Задача. Определим время t_е, за которое уход по фазе относительно длительности единичного импульса составит Е, если нестабильность генераторов приема и передачи k

Под относительным уходом фазы будем понимать – отношение интервала времени между идеальными и действительными ЗМ, отнесенное к длительности единичного интервала.

Если частоты генераторов равны f, а k одинаковы, то в худшем случае произойдет отклонение частот вследствие нестабильности в разные стороны.

Период 1-ого увеличивается на D T, второго уменьшается на D T.

Значит, за каждый период фазовый сдвиг будет возрастать на 2D T.

Зададимся некоторым абсолютным смещением значащих моментов по времени D t , ему будет соответствовать относительный уход фазы Е, причем, учитывая связь , получим D t =Еt ₀

При этом количество периодов, за которое абсолютное смещение достигнет заданного равно , а время, за которое это произойдет равно

. (**)

Выражая D Т через k и Т, получим

Учитывая, что в реальных системах k<<1, то 1-k @ 1.

Тогда D Т@ kT – подставим этот результат в (**), получим

Используя полученное выражение можно найти требуемое k при заданных B, t_e и E.

Итак: при равных условиях время поддержания синхронизации зависит от скорости модуляции в канале! Невозможно долго сохранять синхронизацию без подстройки фазы.

Устройство синхронизации с добавлением и вычитанием импульса

Устройство относится к классу без непосредственного воздействия на частоту генератора и является 3-х позиционным.

При работающей системе синхронизации возможны три случая:

1. Импульсы генератора без изменения проходят на вход делителя частоты.
2. К последовательности импульсов добавляется 1 импульс.
3. Из последовательности импульсов вычитается 1 импульс.

Структурная схема устройства.

Задающий генератор вырабатывает относительно высокочастотную последовательность импульсов. Данная последовательность проходит через делитель с заданным коэффициентом деления. Тактовые импульсы с выхода делителя обеспечивают работу блоков системы передачи и также поступают в фазовый дискриминатор для ставнения.

Фазовый дискриминатор определяет знак расхождения по фазе ЗМ и ТИ задающего генератора.

Если частота ЗГ приема больше, то ФД формирует сигнал вычитания импульса для УДВИ, по которому запрещается прохождение одного импульса.

Если частота ЗГ приема меньше, то импульс добавляется.

В результате тактовая последовательность на выходе D_k сдвигается на D .

Следующий рисунок иллюстрирует изменение положения тактового импульса в результате добавления и исключения импульсов.

ТИ2 – в результате добавления, ТИ3 – в результате вычитания.

Роль реверсивного счетчика:

В реальной ситуации принимаемые элементы имеют краевые искажения, которые изменяются случайным образом положение значащих моментов в разные стороны от идеального ЗМ. Это может вызвать ложную подстройку синхронизации.

• При действии КИ смещения ЗМ как в сторону опережения, так и в сторону отставания равновероятны.
• При смещении ЗМ по вине устройства синхронизации фаза стабильно смещается в одну сторону.

Поэтому для уменьшения влияния КИ на погрешность синхронизации ставят реверсивный счетчик емкости S. Если подряд придет S сигналов на добавление импульса, говорящих об отставании генератора приема, то импульс добавится и следующий ТИ появится раньше на D .

Если сначала придет S-1 сигнал об опережении, потом S-1 об отставании, то добавления и вычитания не будет.

Расчет параметров поэлементной синхронизации

К основным параметрам системы синхронизации относятся:

1. Погрешность синхронизации -максимальное отклонение синхросигналов от их идеального положения, которое может произойти при работе устройства синхронизации с заданной вероятностью. (выражается в долях единичного интервала).
Погрешность синхронизации – складывается из статической , определяемой нестабильностью генераторов и шагом коррекции и динамической , определенной краевыми искажениями.

-коэффициент деления, где - длительность единичного элемента, - шаг коррекции

В силу конечности шага коррекции возникает погрешность:

Вследствие нестабильности генераторов, между двумя подстройками накапливается погрешность равная

где – среднее число принимаемых подряд элементов одного знака

Период корректирования – время между двумя подстройками, в общем случае определяется так:

,

однако нужно понимать, что – случайная величина и определяется структурой сообщения.

Таким образом, общее выражение для статической погрешности:

.

Динамическая погрешность синхронизации

Динамическая погрешность вызывается краевыми искажениями единичных элементов.

Краевые искажения имеют случайный характер со среднеквадратичным значением. Следовательно, динамическая погрешность также случайная величина. Она подчиняется нормальному закону и имеет свое среднеквадратическое значение .

.

Окончательно погрешность синхронизации определяется выражением:

.

2. Время синхронизации(или вхождения в синхронизм) -

- время необходимое для корректирования первоначального отклонения синхроимпульсов относительно границ единичных принимаемых элементов.

В момент включения расхождение по фазе между тактовыми импульсами передачи и приема – случайно и имеет в пределах от 0 до .

Выбирая наихудший случай, когда сдвиг фаз равен получим время синхронизации равное

. Так как , , то окончательно:

.

3. Время поддержания синхронизма -

- время, в течение которого отклонение синхроимпульсов от границ единичных элементов не превысит допустимый предел () при прекращении работы устройства синхронизации по подстройке фазы.

Эта задача аналогична задаче об автономных генераторах, рассмотренной нами выше, поэтому можно записать

.

В качестве - выбирают теоретическую исправляющую способность приемника уменьшенную на погрешность синхронизации. Поэтому окончательно:

.

4. Вероятность срыва синхронизма -

- вероятность того, что под действием помех отклонение синхроимпульсов от границ единичных элементов превысит половину единичного интервала .

-можно уменьшить увеличив время усреднения сигналов коррекции фазы. Т.е. увеличив емкость реверсивного счетчика.

Особенности синхронизации при старт-стопной передаче

Каждая кодовая комбинация начинается со "старта" и оканчивается "стопом". Генератор приема (приемный распределитель) запускается при поступлении каждого сигнала "старт" и останавливается по сигналу "стоп"

Накопившееся за время кодовой комбинации расхождения фазы каждый раз ликвидируется.

+ Высокая стабильность генераторов не требуется
+ Быстрое вхождение в синхронизм.

7.2. Групповая и цикловая синхронизация

Групповая – обеспечивает правильное разделение принятой последовательности на кодовой комбинацией.

Цикловая – циклов временного объединения.

В устройствах групповой синхронизации информацию о фазе можно извлеч только при наличии избыточности в передаваемой последовательности.

• можно использовать избыточность, введенную при помехоустойчивом кодировании, (по резкому возрастанию ошибок).

• или вводить специальные символы.

Безмаркерный и маркерный методы групповой синхронизации

Безмаркерный.

Используется когда передача ведется сравнительно короткое время и используется только при синхроной передаче и равномерном кодировании.

В этом случае достаточно обозначить лишь начало передачи. Далее ведется передача информации. Разделение на кодовые комбинации производится по известной длине.

Принцип БМС.

1. Сначала передается фазирующая комбинация (ФК).
2. На приеме идет подстройка распределителя пока приемник ФК не получит ФК.
3. Далее идет передача информации, пока не произойдет срыв синхронизации. (О чем можно судить по большому количеству ошибок).
4. После чего, по обратному каналу передается сигнал о необходимости фазирования. И все повторяется.

Достоинства: фазирование без существенного снижения скорости

Недостатки:

• отсутствие постоянного контроля синхронизма;

• наличие обратного канала;

• необходимость прекращения передачи после любого нарушения групповой синхронизации.

Маркерный – в течении всего сеанса посылаются специальные сигналы.

1. К кодовой комбинации добавляется 1 элемент (n+1). На приеме (n+1) разряд поступает в приемник маркера.
2. При расхождении распределителей по фазе, маркер не поступает в приемник и щетки распределителя приема смещаются на один шаг и так до тех пор, пока не будет принят маркер.
3. После установления синхронизма выдача информации получателю возобновляется.

Тоже происходит при потере синхронизма.

Частным случаем маркерного метода синхронизации является стартстопный.
В данном случае маркер = старт + стоп = 2 сигнала.

Плюсы: постоянный контроль за синхронизмом
Минусы: большее снижение скорости передачи информации за счет введения элементов синхронизации.

Контрольные вопросы по теме:

1. Дайте определение понятию синхронизации.
2. Перечислите виды синхронизации и их назначение
3. Перечислите требования к устройствам синхронизации по элементам
4. Нарисуйте структурную схему устройства синхронизации с добавлением и вычитанием импульсов. Поясните принцип её работы.
5. Дайте определение погрешности синхронизации.
6. Дайте определение времени синхронизации.
7. Дайте определение времени поддержания синхронизации.
8. К чему приводит добавление (вычитание) импульса в системе синхронизации.
9. К чему приведет увеличение емкости реверсивного счетчика.
10. Как можно уменьшить время вхождения в синхронизм.
11. Маркерный и безмаркерный методы групповой синхронизации.