Что такое синхронизация цифровых систем связи?

Цикловая синхронизация

Устройство цикловой синхронизации (УЦС) предназначено для определения начала и конца кодового слова (кодовой комбинации) синхронизации. Цикловая синхронизация обеспечивается либо с помощью специальных сигналов, либо с помощью внутренней избыточности кодовых слов. То есть в обоих случаях цикловая синхронизация реализуется за счет понижения скорости передачи информации.

В качестве циклового синхросигнала можно использовать периодически повторяющиеся от слова к слову сосредоточенные или распределенные синхрогруппы. На приемной стороне синхросигнал, генерируемый местным генератором МГ, сравнивается со входной последовательностью элементов при различных взаимных временных положениях. Совпадение элементов принимаемого и опорного сигналов во времени фиксируется как режим синхронизма. Наиболее просто реализуется цикловая синхронизация при передаче одноэлементного синхросигнала в начале кодового слова (рис.7.7) или группы кодовых слов.

Рис.7.7. Структурная схема устройства цикловой синхронизации, реализующего шаговый поиск одноэлементного синхросигнала

Импульсы с частотой следованиякодовых комбинаций f_ц, формируемые с помощью делителя частоты ДЧ и схемы исключения импульса СИИ из тактовой частоты f_т, подаются на схемы совпадения СС1 и СС2, на другие входы которых поступают элементы передаваемой последовательности. В зависимости от знака этих элементов на реверсивный счетчик РСч поступают импульсы по одному из двух входов: суммирующему +1, если знак совпадает со знаком синхроэлемента и вычитающему -1, если знак не совпадает. Счетчик импульсов интервала анализа СчИИА определяет отрезок времени длиной в несколько слов, через который число, записанное в реверсивный счетчик, сравнивается с порогом в решающей схеме РС. Если порог не превышен, то в решающей схеме формируется строб, которым с помощью схемы исключения импульса вычеркивается один из подаваемых на ДЧ тактовых импульсов и точка анализа синхронизации в кодовом слове смещается на один символ.

Устройства цикловой синхронизации могут находиться либо в режиме поиска синхронизации (входа в синхронизм), либо в установившемся режиме контроля за появлением элементов синхросигнала на синхропозиции цикла.

Важной характеристикой устройства цикловой синхронизации является среднее время установления синхронизма Т_п (время поиска). Процесс поиска позиции на которой передается синхросигнал, продолжается до тех пор, пока единица не повторится на проверяемой позиции требуемое число раз l на интервале анализа в g циклов (рис.7.8).

Рис.7.8. Процесс поиска позиции на которой передается синхросигнал

Величины l и g, по которым принимается решение о наличии циклового синхронизма, зависят от вероятностей ложного синхронизма p_лс и пропуска синхронизма p_{пс .} Получим аналитические выражения для вероятности ложного синхронизма. Введем следующие обозначения:

событие А_i- в выбранной позиции за g циклов единица повторится i раз;

событие А - на выбранной позиции за g циклов единица повторится l и более раз.

событие В - анализируется позиция, в которой передаются информационные элементы. Вероятность ложного синхронизма

p_лс=P(AB).

С учетом независимости событий А и В

p_лс=P(A)P(B).

Так как события A_i составляют полную группу несовместных событий, то

где P(1)- вероятность появления в кодовых комбинациях единицы;

Вероятность события В

где n - длина кодовой комбинации.

Таким образом

(7.4)

Для равновероятного появления единичных и нулевых элементов на информационных позициях цикла

При n³ 30

то есть от n практически не зависит.

Выражение для вероятности пропуска синхронизма p_пс выводится аналогично и имеет вид

(7.5)

где Р_е - вероятность ошибки при приеме синхроэлемента.

Если значения p_лс и p_пс заданы, то, решая систему уравнений, можно определить минимальное значение g_min,а затем вычислить время поиска

T_п= (n+1)t_э g_min. (7.6)

Основой для построения устройств цикловой синхронизации, использующих синхронизирующие свойства кодов, является то, что при отсутствии цикловой синхронизации вероятность появления обнаруживаемой избыточным кодом ошибки значительно больше, чем при синфазной работе. Если на приемной стороне системы передачи информации декодер, установит, что число искаженных кодовых слов превысит пороговое значение, то устройство цикловой синхронизации переключится в режим поиска циклового синхронизма. В этом режиме дискретно (на один такт за каждый цикл) изменяется момент начала записи в декодер принятого кодового слова. Как только слово будет записано правильно (от начала до конца), обнаружение ошибок прекращается и на выходе декодера сформируется импульс, блокирующий работу управляющего устройства. Если число правильно принятых слов превысит соответствующее пороговое значение, то УЦС выйдет из режима поиска. В дальнейшем наличие цикловой синхронизации будет проверяться по правильности приема информации.

Подобный способ фазирования можно реализовать в системах передачи информации, где для обнаружения ошибок используется код, пригодный для синхронизации. Пригодным кодом для синхронизации считается такой, у которого вероятность появления разрешенной комбинации в последовательности из символов, входящих в два соседних кодовых слова (пересечения двух слов), очень мала. Например, при передаче сообщения вида

b₁⁽ⁱ⁾,b₂⁽ⁱ⁾,...,b_j⁽ⁱ⁾,...,b_n⁽ⁱ⁾,b₁⁽ⁱ⁺¹⁾,b₂⁽ⁱ⁺¹⁾,...,b_j⁽ⁱ⁺¹⁾,...,b_n⁽ⁱ⁺¹⁾

вероятность появления разрешенной комбинации в последовательности символов

b_j⁽ⁱ⁾,..., b_n⁽ⁱ⁾, b₁⁽ⁱ⁺¹⁾, b₂⁽ⁱ⁺¹⁾,..., b_j⁽ⁱ⁺¹⁾

должна быть очень малой. Код, у которого эта вероятность равна нулю, называется кодом “без запятой”. Ограничения при использовании рассмотренного метода цикловой синхронизации связаны с большой избыточностью самосинхронизирующихся кодов.

Кадровая синхронизация

Кадровая (групповая) синхронизация необходима в системах передачи информации с временным уплотнением каналов и отвечает за правильность распределения кодовых слов по адресатам. Каждый кадр начинается с кадрового слова, которое по своей структуре должно существенно отличаться от всех возможных кодовых комбинаций, образуемых при передаче дискретной информации, и обеспечивать наилучшие условия его поиска и обнаружения в информационной последовательности символов даже при наличии искажений принимаемых посылок. Используя повторяемость импульсов синхронизации кадров, можно, накапливая их, увеличить помехоустойчивость устройства кадровой синхронизации.

. Перспективным методом кадровой синхронизации является метод, при котором специальные кодовые группы используются для синхронизации как кадров, так и слов. Однако требования к длине и, главным образом, к структуре кадрового синхрослова существенно повышаются. Действительно, в рассматриваемой ситуации устройство кадровой синхронизации должно выделить кадровое синхрослово на основе анализа всей поступающей на его вход последовательности символов, в которой теперь уже не известны границы отдельных кодовых слов.

Для уменьшения времени установления кадровой (и одновременно цикловой) синхронизации необходимо, чтобы вероятность ложного появления кадрового синхрослова в принимаемой последовательности посылок была минимальна. Вероятность ложного фазирования определяется длиной (числом разрядов) и структурой кадрового синхросигнала, а также числом информационных посылок в переданном сообщении.

В ряде систем передачи информации цикловую и кадровую синхронизацию обеспечивают передачей в начале сообщения специального синхросигнала, называемого командой фазового пуска. Такой режим оправдан, когда длительность передаваемых сообщений ограничена и потеря даже части сообщения недопустима.

Заключение

Таким образом, в лекции рассмотрены основные виды синхронизации, применяемые при передаче цифровых сообщений. Тема следующего занятия посвящена рассмотрению интереснейшего вопроса “Сети передачи информации”.

 

 

ЧТО ТАКОЕ СИНХРОНИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ?

Качественная синхронизация цифровых систем - основа их нормальной работы. При объединении различных цифровых систем передачи и коммутации в единую систему передачи информации возникает необходимость в обеспечении точного соответствия фазы хронирующего сигнала, управляющего всеми элементами цифровой телекоммуникационной сети. Для этого предназначена система ТСС. Основной ее задачей является обеспечение синхронной работы генераторного оборудования цифровой сети операторов связи.

Создание и развитие системы ТСС имеет важнейшее значение при организации и совершенствовании цифровых сетей общего пользования, особенно в период создания телекоммуникационных сетей следующего поколения (NGN).

Синхронизацией называется процесс подстройки значащих моментов цифрового сигнала для установления и поддержания требуемых временных соотношений. За счёт синхронизации поддерживается непрерывность передаваемой информации и обеспечивается её целостность, т.е. определяется положение пепредаваемых кодовых слов и их последовательность.

Тактовая синхронизация - это процесс установления точного временного соответствия между принимаемым сигналом и последовательностью тактовых импульсов. Здесь под тактовыми импульсами понимают периодически повторяющиеся импульсы, с частотой, равной частоте повторения символов (битов) в информационном сигнале.

Синхросигналы (СС) в системах передачи искажаются под воздействием помех, т.е. меняется их временное положение. При частоте изменения более 10 Гц происходит так называемое дрожание, а при частоте менее 10 Гц, - блуждание. В системах передачи применяется синхронизация по символам, тактам и циклам, а в системах коммутации - по битам и циклам.

Подавляющее большинство проблем синхронизации относится именно к частотной синхронизации, поэтому далее будем рассматривать только ее. В цифровых системах с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), использующих плезиохронную и синхронную цифровую иерархию(ПЦИ/PDH, СЦИ/SDH), основной вид синхронизации - тактовая, она определяет остальные (по фреймам и мультифреймам) виды синхронизации. Проблемы синхронизации возникают, когда несколько простых локальных сетей (узлы имеют топологию "звезды" и настолько близки друг к другу, что временем распространения сигналов между ними можно пренебречь), причем каждая со своим источником тактовой сетевой синхронизации (ТСС), объединяются в сложную сеть передачи.

Если на передающем и принимающем узлах частоты источников тактовой синхронизации (хронирующих источников, или таймеров) не совпадают, за определенное время накапливается ошибка временного интервала (ОВИ/TIE), равная разности момента прихода (tп) n-го импульса цифровой последовательности и момента генерации (tг) n-го импульса источником тактовой синхронизации принимающего узла. Частота местного источника ТСС может быть выше или ниже частоты принимаемой последовательности. В зависимости от этого, когда ОВИ становится соизмеримой с длиной тактового интервала, происходит либо пропадание одного импульса, либо формирование лишнего - что приводит к срыву синхронизации. Данное явление называют проскальзыванием или слипом (slip). При передаче аудиосигнала слипы воспринимаются как щелчки - до определенного уровня это терпимо. Однако при передаче данных они приводят к нарушению связи.

Качество синхронизации можно оценить периодом времени, за который накопленная ОВИ приводит к срыву тактовой синхронизации, или частотой проскальзываний в единицу времени. Учитывая, что отдельные участки сложной сети могут синхронизироваться от источников различной точности, важно определить предельно допустимые значения частоты слипов. В соответствии с руководящими техническими материалами Министерства связи (РТМ МС) РФ все системы ТСС классифицируются по четырем типам:

синхронный - слипов фактически нет;

. псевдосинхронный - допускается 1 слип/70 дней;

. плезиохронный - 1 слип/17 часов и

. асинхронный - 1 слип/7 с.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: