Материал: 637_Nosov_V.I._Seti_radiodostupa_CH.2_

показан пример для приемника, генератор тактовых импульсов которого функционирует с опережением по отношению к входному сигналу. В данном случае начало интервала опережающего интегрирования попадает на предыдущий интервал передачи бита, тогда как запаздывающее интегрирование по-прежнему выполняется в пределах текущего символа. При запаздывающем интегрировании энергия накапливается за интервал времени (T-d), как и в случае, изображенном на рис. 2.17, а; но опережающее интегрирование накапливает энергию всего за время (T d) 2 , где – часть интервала

опережающего интегрирования, приходящаяся на предыдущий интервал передачи символа.

Рис. 2.17 Символьная синхронизация: а) точная синхронизация приемника; б) синхронизация с опережением

Следовательно, для этого случая сигнал рассогласования будет равен

2 , что приведет к снижению входного напряжения ГУН на рис. 2.16. Это,

всвою очередь, приведет к снижению выходной частоты ГУН что вызовет уменьшение выходной частоты генератора и приближение скорости таймера приемника к скорости входного сигнала.

Используя рис. 2.17 как образец, можно видеть, что если таймер приемника опаздывает, объемы энергии, накопленные при опережающем и запаздывающем интегрировании, будут обратны к полученным ранее и, соответственно, поменяется знак сигнала рассогласования. Таким образом, запаздывание таймера приемника приведет к увеличению напряжения ГУН, что вызовет увеличение выходной частоты генератора и приближение скорости таймера приемника к скорости входного сигнала.

Впримере, проиллюстрированном на рис. 2.17, неявно подразумевалось, что до и после рассматриваемого символа происходит

41

изменение информационного состояния. Если переходов нет, можно видеть, что опережающее и запаздывающее интегрирование приведет к одинаковым результатам. Следовательно, если не происходит изменения информационного состояния, сигнал рассогласования не генерируется, так как в этом случае отсутствует информация о тактовой частоте символов во входном сигнале. Это всегда следует иметь в виду при использовании любых символьных синхронизаторов. Для устранения эффекта отсутствия информации о тактовой частоте в принимаемом сигнале чаще всего осуществляется его скремблирование [23]

2.3.2 Кадровая синхронизация

Практически все потоки цифровых данных имеют некоторую кадровую структуру. Другими словами, поток данных разбит на равные группы бит. Если поток данных – это оцифрованный телевизионный сигнал, каждый пиксель в нем представляется словом из нескольких бит, которые группируются в горизонтальные растровые развертки, а затем в вертикальные растровые развертки. Компьютерные данные обычно разбиваются на слова, состоящие из некоторого числа 8-битовых байт, которые, в свою очередь, группируются в пакеты, кадры или файлы. Любая система, использующая кодирование с защитой от блочных ошибок, в качестве основы кадра должна брать длину кодового слова. Оцифрованная речь обычно передается пакетами или кадрами, неотличимыми от других цифровых данных.

Чтобы входной поток данных имел смысл для приемника, приемник должен синхронизироваться с кадровой структурой потока данных. Кадровая синхронизация обычно выполняется с помощью некоторой специальной процедуры передатчика. Данная процедура может быть как простой, так и довольно сложной, в зависимости от среды, в которой должна функционировать система.

Вероятно, простейшим методом, используемым для облегчения кадровой синхронизации, является введение маркера или кадрового синхросигнала. Маркер кадра – это отдельный бит или краткая последовательность бит, периодически вводимая передатчиком в поток данных. Приемник должен знать эту последовательность и период ее введения.

Приемник, достигший синхронизации данных, сопоставляет (проверяет корреляцию) эту известную последовательность с потоком поступающих данных в течение известного периода введения. Если приемник не синхронизирован с кадровой последовательностью, корреляция будет слабой. При синхронизации приемника с кадровой структурой, корреляция будет практически идеальной, повредить которую может только случайная ошибка детектирования.

Преимуществом маркера кадра является его простота. Для маркера может быть достаточно даже одного бита, если перед принятием решения, находится ли система в состоянии кадровой синхронизации, было выполнено достаточное число корреляций. Основной недостаток состоит в том, что данное достаточное число может быть очень большим; следовательно, большим может быть и время,

42

требуемое для достижения синхронизации. Таким образом, наибольшую пользу маркеры кадров представляют в системах, непрерывно передающих данные, подобно многим телефонным и компьютерным каналам связи, и не подходят для систем, передающих отдельные пакеты, или систем, требующих быстрого получения кадровой синхронизации. Еще одним недостатком маркера кадра является то, что введенный бит (биты) может повысить громоздкость структуры потока данных.

В качестве примера можно привести цифровой поток Е1 первого иерархического уровня Европейской плезиохронной цифровой иерархии ПЦИ со скоростью 2 Мбит/с. Этот цифровой поток широко используется в телефонных сетях в Европе. Структура кадра Е1 длительностью 125 мкс, включает в себя 32 байта, первый из которых является маркером кадра (кадровым синхросигналом) размером 8 бит, вводимого после каждого набора из 32 байт (каждый из информационных байт представляет один из 30 возможных потоков речевой информации)[15, 23]. При таком подходе возникает информационная кадровая структура, кратная 256 бит.

В системах с неустойчивыми или пульсирующими передачами либо в системах с необходимостью быстрого получения синхронизации рекомендуется использовать синхронизирующие кодовые слова. Обычно такие кодовые слова передаются как часть заголовка сообщения. Приемник должен знать кодовое слово и постоянно искать его в потоке данных, возможно, используя для этого коррелятор на согласованных фильтрах. Детектирование кодового слова укажет известную позицию (обычно – начало) информационного кадра. Преимуществом подобной системы является то, что кадровая синхронизация может достигаться практически мгновенно. Единственная задержка – отслеживание кодового слова. Недостаток – кодовое слово, выбираемое для сохранения низкой вероятности ложного детектирования, может быть длинным, по сравнению с маркером кадра. Здесь стоит отметить, что сложность определения корреляции пропорциональна длине последовательности, поэтому при использовании кодового слова коррелятор может быть относительно сложным.

Хорошим синхронизирующим кодовым словом является то, которое имеет малое абсолютное значение "побочных максимумов корреляции". Побочный максимум корреляции – это значение корреляции кодового слова с собственной смещенной версией. Следовательно, данное значение побочного максимума корреляции для сдвига на k символов N-битовой кодовой последовательностиXi описывается следующим выражением:

значения ±1, а соседние информационные символы (соотнесенные со значениями индекса i > N) предполагаются равными нулю. Пример вычисления

43

по (2.37) побочного максимума корреляционной функции приведен на рис. 2.18. 5-битовая (N = 5)последовательность в данном примере имеет неплохие корреляционные свойства: наибольший побочный максимум в пять раз меньше основного, С0. Последовательности, в которых, как на рис. 2.16, максимальный побочный максимум равен 1, называются последовательностями или словами Баркера (Barker word) [19]. Не существует известного конструктивного метода поиска слов Баркера, и в настоящее время известно всего 10 уникальных слов, наибольшее из которых состоит из 13 символов. Известные слова Баркера перечислены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Синхронизирующие кодовые слова Баркера

Свойства кодовых слов Баркера основываются на предположении о нулевом значении соседних символов рис. 2.16. Это приближение к равновероятным случайным двоичным данным, когда символы, соседствующие со словом Баркера, принимают значения ±1.

К сожалению, последовательности Баркера слишком коротки, чтобы это приближение во всех случаях давало лучшее кодовое слово при передаче случайной двоичной информации. Используя компьютерное моделирование, Уиллард (Willard) [19] нашел последовательности для случайных соседних символов, имеющие такую же длину, как и слова Баркера, но лучшие с точки зрения минимальной вероятности ложной синхронизации. Последовательности Уилларда приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 Синхронизирующие кодовые слова Уилларда

t

C0 5

t

t

C1 0

t

t

C2 1

t

t

C3 0

t

t

C4 1

t

Рис. 2.18 Вычисление побочного максимума корреляционной функции

Система, использующая синхронизирующее слово, описывается двумя вероятностями – вероятностью пропущенного детектирования и вероятностью

45