Системы и сети передачи дискретных сообщений. Контрольная работа по дисциплине Системы и сети передачи дискретных сообщений Вариант 5 ст гр. Ткз18 (группа)

• Название: Контрольная работа по дисциплине Системы и сети передачи дискретных сообщений Вариант 5 ст гр. Ткз18 (группа)
• Дата: 03.04.2023
• Размер: 170.62 Kb.
• Имя файла: Системы и сети передачи дискретных сообщений.docx
• Тип: Контрольная работа; #1034530

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Факультет энергетический

Кафедра физики и техники связи

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Системы и сети передачи дискретных сообщений»

Вариант 5

Выполнил: ст. гр. ТКз-18

^{(группа)}

Лагодин А.А.

^{(фамилия, инициалы)}

Проверил: доцент Таланов С.Б

<sup>(должность, ученая степень, звание,

фамилия, инициалы)</sup>

Чита

2022

1.1.Назначение и виды синхронизации

Синхронизация в цифровых системах связи предназначена для обеспечения синфазного начала обработки элементов цифрового сигнала и однозначного распределения кодовых комбинаций по адресатам. Необходимость синхронизации обусловлена недостаточной стабильностью тактовых частот передатчика,приемника и изменения времени распространения сигнала между абонентами.

Виды синхронизации подразделяются следующим образом:

1) тактовая синхронизация - фиксируются моменты окончания элементов кодовых комбинаций;

2) цикловая синхронизация - фиксируется начало и конец кодовых комбинаций;

3) синхронизация по кадрам (групповая синхронизация) - распределение кодовых комбинаций по адресатам.

Примечание. В когерентных системах связи также выполняется синхронизация по фазе опорного сигнала.

Основные характеристики системы синхронизации:

1) время достижения (поиска)синхронизма;

2) вероятность срыва синхронизации;

3) время поддержания синхронизма при пропадании сигнала на входе;

4) вероятность ложной синхронизации при заданном времени анализа.

1.2.Тактовая синхронизация

Тактовая синхронизация обеспечивает синфазную обработку элементов цифрового сигнала. Генератор тактовых импульсов на передающей стороне обеспечивают требуемый период следования элементов цифрового сигнала. На приемной стороне тактовые импульсы управляют работой ключа в схемах приема цифровых сигналов (см. рис.). Погрешность тактовой синхронизации приводит к тому, что моменты замыкания ключа в схеме приема не соответствуют моментам окончания элементов кодовых комбинаций. Допустимая погрешность тактовой синхронизации составляет 0,03 - 0,05 от длительности элемента цифрового сигнала_э.

Различают автономную и принудительную тактовую синхронизацию. При автономной синхронизации в начале сеанса связи передается специальный синхронизирующий сигнал и по нему осуществляется вход в синхронизм. Дальше работа устройства синхронизации осуществляется в автономном режиме. После прекращения синхронизации между колебаниями тактовых генераторов на передающей и приемной сторонах возникает фазовый сдвиг, обусловленный их нестабильностью, которая стечением времени возрастает и может превысить допустимые пределы. Определим, какое количество элементов цифрового сигналаnможно передавать в автономном режиме, не превысив допустимый фазовый сдвиг.

Относительный фазовый сдвиг за время одного такта (длительности одного элемента)

(1.1)

где =f  / f_т -относительная нестабильность частот тактовых генераторов,f - учитывает уход частоты тактовых генераторовf_ткак на приемной, так и передающей сторонах. Фазовый сдвиг заn тактов

(7.2)

Предельное значение _n = , и с учетом (7.2) допустимое количество элементов цифрового сигнала, передаваемых в автономном режиме

(7.3)

Например, если =10^-8, то количество элементов цифрового сигнала, передаваемых в автономном режиме n=(3-5)10⁶.

Принудительная синхронизация обеспечивает постоянную регулировку тактовой частоты. Синхронизация может осуществляться по специальным импульсам тактовой синхронизации, однако на практике сведения о тактовой частоте чаще извлекается из передаваемой информационной последовательности с использованием демодуляторов цифрового сигнала без синхронизации. Структурная схема демодулятора ЧМн сигналов без синхронизации приведена на рис.1.1.



Рис.1.1. Демодулятор цифрового сигнала без синхронизации

На выходе вычитающего устройства формируется биполярный сигнал, поступающий после интегратора на вход решающего РУ с порогом h=0. В момент достижения сигналом порогового уровня на выходе решающего устройства вырабатывается тактовый импульс, смещенный относительно начала элементов на половину длительности элемента. Процесс формирования тактовых импульсов с использованием демодулятора ЧМн сигнала без синхронизации поясняется на рис.1.2.



Рис.1.2. Процесс формирования тактовых импульсов на основе демодулятора ЧМн сигналов без синхронизации

Недостатком такого способа формирования тактовой последовательности является отсутствие импульсов на интервале группирования элементов одного знака в передаваемой информационной последовательности.

Для увеличения точности синхронизации, окончательная оценка фазы тактовой частоты, может производится по ряду измерений в следящем фильтре.

Следящие фильтры подразделяются на схемыс непосредственным воздействием и без непосредственного воздействия на генератор.

Структурная схема следящего фильтра с непосредственным воздействиена генератор представлена на рис.1.3.



Рис.1.3.. Структурная схема следящего фильтра с непосредственным воздействия на генератор

На вход фазового детектора ФД поступают тактовые импульсы 1сформированные, например, демодулятором ЧМн сигналов без синхронизации или же демодулятором специальных импульсов тактовой синхронизации (рис.1.4). Сигнал с выхода фазового детектора, пропорциональный фазовому сдвигу, между последовательностями1и 2, воздействует через фильтр нижних частот ФНЧ и управляющий элемент УЭ на генератор тактовых импульсов ГТИ, подстраивая его таким образом, чтобы свести рассогласование по фазе к минимуму.



Рис.1.4. .Формирование тактовых импульсов на основе следящего фильтра с непосредственным воздействием на генератор

Недостатком такой схемы следящего фильтра является низкая стабильность частоты подстраиваемого ГТИ из-за непосредственного воздействия на генератор.

Схема следящего фильтра без непосредственного воздействия на генераторпредставлена на рис.1.5.



Рис.1.5. Структурная схема следящего фильтра без непосредственного воздействия на генератор

Генератор Г формирует последовательность импульсов с частотой в dраз выше тактовой частотыf_т. Делитель частоты ДЧ с коэффициентом деленияd преобразует частоту генератораf_гк тактовой частоте. Сигнал с выхода ФД воздействует через ФНЧ и УЭ на схему добавления и вычитания импульсов СДИИ и в зависимости от знака рассогласования в СДИИ добавляется или исключается один импульс, что приводит к сдвигу тактовой последовательности на выходе ДЧ влево или вправо на величину_э /d. Графики, поясняющие принцип функционирования схемы следящего фильтра без непосредственного воздействия на генератор, приведены на рис.1.6.



Фазовый сдвиг между последовательностями 1 и 3 отсутствует



Смещение последовательности 1 относительно последовательности 3 на величину влево



Смещение последовательности 1 относительно последовательности 3 на величину вправо

Рис.1.6. Формирование тактовых импульсов на основе схемы следящего фильтра без непосредственного воздействия на генератор

В следствии того, что непосредственного воздействия на ГТИ на происходит стабильность тактовой частоты не понижается и время установления синхронизации уменьшается. При том, чем выше частота генератора Г, тем точнее может осуществляться настройка.

1.3.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.1.7) или группы кодовых слов.



Рис.1.7. Структурная схема устройства цикловой синхронизации, реализующего шаговый поиск одноэлементного синхросигнала

Импульсы с частотой следованиякодовых комбинацийf_ц, формируемые с помощью делителя частоты ДЧ и схемы исключения импульса СИИ из тактовой частотыf_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 разlна интервале анализа вgциклов (рис.1.8).



Рис.1.8. Процесс поиска позиции на которой передается синхросигнал

Величины l иg, по которым принимается решение о наличии циклового синхронизма, зависят от вероятностей ложного синхронизмаp_лси пропуска синхронизма p_пс. Получим аналитические выражения для вероятности ложного синхронизма. Введем следующие обозначения:

событие А_i- в выбранной позиции заg циклов единица повторитсяi раз;

событие А - на выбранной позиции заgциклов единица повторитсяlи более раз.

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

p_лс=P(AB).

С учетом независимости событий АиВ

p_лс=P(A)P(B).

Так как события A_iсоставляют 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 n 30



то есть от nпрактически не зависит.

Выражение для вероятности пропуска синхронизма p_псвыводится аналогично и имеет вид

(7.5)

где Р_е- вероятность ошибки при приеме синхроэлемента.

Если значения p_лсиp_пс заданы, то, решая систему уравнений, можно определить минимальное значениеg_min,а затем вычислить время поиска

T_п= (n+1)_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

b ₁⁽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.

1.4.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.