Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 8. Системи синхронізації   /  Тема 8.5. Циклова (кадрова) синхронізація

Зміст:

8.5.1. Циклова (кадрова) синхронізація

Система циклової синхронізації (СЦС) призначена для відновлення й утримання стану циклового синхронізму між передавальною й приймальною станціями ЦСП, що забезпечує правильний розподіл групових сигналів по окремих каналах, а також синхронну роботу передавального й приймального обладнання часового групоутворення. Циклова синхронізація здійснюється за допомогою циклового синхросигналу (ЦСС), що вводить у відповідні цифрові потоки: Е1...Е4 або STM-N.

У найзагальнішому вигляді канал циклової синхронізації є сукупністю таких основних блоків (рис. 8.5.1): формувач синхросигналу (ФСС), що формує певну структуру синхросигналу; передавач синхросигналу (Пер СС), що забезпечує введення синхросигналу до структури відповідного цифрового потоку; приймач синхросигналу (Прм СС), що виділяє синхросигнал із цифрового сигналу відповідного потоку, блок керування цикловою синхронізацією (БКЦС), що забезпечує керування процесами циклової синхронізації, а саме пошук і підтримка синхронізму, захист від помилкового синхронізму.

Рис. 8.5.1. Канал циклової синхронізації

Вибір способу синхронізації — досить складне технічне завдання, від розв’язання якого залежить виконання вимог щодо швидкодії, надійності й економічності СЦС. Ця обставина призвела до розробки великої кількості способів синхронізації, що відрізняються один від одного як принципами дії, так і обсягом обладнання. Найпростішим методом, використовуваним для забезпечення кадрової синхронізації, є введення синхросигналу. Синхросигнал, що визначає початок кожного циклу, формується на передавальній станції й разом з інформаційними сигналами передається по відповідних трактах ЦСП (рис. 8.5.1). Для виділення синхросигналу на приймальній станції його необхідно відрізнити від інформаційного сигналу.

Синхросигнал (рис. 8.5.2) розрізняють за кількістю символів або розрядів (багаторозрядні й однорозрядні), за структурою (характером чергування імпульсів і пробілів) і за розподілом символів у циклі передачі (зосереджені й розосереджені). В окремому випадку як синхросигнал може бути використана періодична послідовність, що складається з одиночних імпульсів або імпульсів, що чергуються.

Рис. 8.5.2. Класифікація типів синхросигналу

Вибір кількості розрядів у синхросигналі визначається компромісом між необхідним часом відновлення синхронізму й ефективною ємністю ЦСП, а вибір його структури — вимогою забезпечення малої ймовірності формування інформаційних кодових груп, аналогічних за характером й періодичністю переданому синхросигналу (захист від помилкового синхронізму). Способи передачі циклового синхросигналу різної структури зображено на рис. 8.5.3.

Рис. 8.5.3. Способи передачі циклового синхросигналу

На рисунку показано: цикл, що містить однорозрядний синхросигнал (рис. 8.5.3, а); цикл, що містить багаторозрядний зосереджений синхросигнал (рис. 8.5.3, б); цикл, що містить багаторозрядний розосереджений синхросигнал (рис. 8.5.3, в). Найбільшого застосування в цифровому зв’язку набув спосіб передачі багаторозрядного зосередженого синхросигналу.

Перевагою введення циклового синхросигналу є його простота. Для синхросигналу може бути достатньо навіть одного біта, щоб прийняти рішення, чи перебуває система в стані циклової синхронізації. Основний недолік полягає в тому, що певне достатнє число може бути дуже великим, отже, більшим може бути й час, необхідний для досягнення синхронізації. Таким чином, найбільшу користь циклові синхросигнали надають у системах, що безупинно передають дані, подібно до багатьох телефонних і комп’ютерних каналів зв’язку, і не підходять для систем, що передають окремі пакети, або систем, що вимагають швидкого отримання циклової синхронізації. Ще одним недоліком циклового синхросигналу є те, що введений біт (біти) може підвищити громіздкість структури потоку даних.

У системах з нестійкими або пульсуючими передачами або в системах з необхідністю швидкого отримання синхронізації рекомендується використовувати синхронізуючі кодові слова. Зазвичай такі кодові слова передаються як частина заголовка повідомлення. Приймач має знати кодове слово й постійно шукати його в потоці даних, можливо, використовуючи для цього корелятор на погоджених фільтрах. Детектування кодового слова вкаже відому позицію (як правило, початок) інформаційного циклу. Перевагою такої системи є те, що циклова синхронізація може досягатися практично миттєво. Єдина затримка — відстеження кодового слова. Недолік — кодове слово, обиране для збереження низької ймовірності помилкового детектування, може бути довгим порівняно з цикловим синхросигналом. Слід зазначити, що складність визначення кореляції пропорційна довжині послідовності, тому під час використання кодового слова корелятор може бути відносно складним.

Добрим синхронізуючим кодовим словом є те, що має мале абсолютне значення «побічних максимумів кореляції». Побічний максимум кореляції — це значення кореляції кодового слова із власною зсунутою версією. Отже, це значення побічного максимуму кореляції для зсуву на k символів N-бітової кодової послідовності {Xi) описується виразом:

(8.5.1)

де Xi (1 ≤ iN) — окремий кодовий символ, що набуває значення ±1, а сусідні інформаційні символи (співвіднесені зі значеннями індексу i > N) передбачаються такими, що дорівнюють нулю.

Система, що використовує синхронізуюче слово, описується двома ймовірностями — ймовірністю пропуску синхронізму й імовірністю його помилкового встановлення (імовірністю фіктивної тривоги). Імовірність пропуску для N-бітового слова, якщо припустимим є K або менше помилок, описується виразом:

(8.5.2)

де p — імовірність бітової помилки.

Імовірність фіктивної тривоги, викликана N бітами випадкової послідовності даних, описується виразом:

(8.5.3)

Установленню стану синхронізму в ЦСП передує режим його пошуку. Пошук стану синхронізму — це процес контролю імпульсних позицій групового цифрового сигналу з метою виявлення синхросигналу. За результатами кожного контрольного випробування приймається рішення щодо відповідності або невідповідності символів аналізованого групового ІКМ сигналу синхросигналу, а отже, щодо необхідності продовження або припинення пошуку. Стан циклового синхронізму в ЦСП зазвичай вважається досягнутим з виявленням кодових груп синхросигналу певну кількість разів підряд, хоча можливі й інші критерії фіксації стану синхронізму. Приймачі синхросигналу за алгоритмом пошуку стану синхронізму підрозділяються на приймачі із затримкою контролю й на приймачі з ковзним пошуком. У приймачах першого типу кожний наступний етап контролю здійснюється через певний відрізок часу, наприклад, через цикл. У приймачах з ковзним пошуком ця затримка виключається.

Залежно від кількості тактів зсуву при фіксації помилки в процесі пошуку розрізнюють приймачі з багаторазовим і одноразовим зсувом. У приймачах ковзного пошуку здійснюється однорозрядний і багаторозрядний зсув, у приймачах із затримкою контролю — багаторозрядний зсув тільки за наявності групи паралельно працюючих пристроїв контролю. Залежно від структури синхросигналу розрізнюють приймачі односимвольний й багатосимвольний зосередженого або розосередженого синхросигналу.