Оценка параметров системы цикловой синхронизации

Оценку основных параметров систем цикловой синхронизации для на­глядности проведем применительно к неадаптивному приемнику синхро­сигнала.

Система цикловой синхронизации может находиться в одном из сле­дующих состояний:

1) система находится в синхронизме и режиме захвата (основное со­
стояние);

2) система находится в состоянии синхронизма, но в режиме поиска;

3) система вне синхронизма, но в режиме захвата (ложный синхро­
низм);

4) система вне синхронизма и в режиме поиска;

5) система в синхронизме и в режиме контроля;

6) система вне синхронизации, но в режиме контроля.
Рассмотрим параметры, характеризующие процесс перехода системы

из основного режима в режим поиска. Будем считать, что система перехо­дит в режим поиска в том случае, если при v последовательных опробова­ний не подтверждается наличие циклового синхросигнала на контроли­руемых позициях цикла. Значение v фактически определяет емкость на­копителя по выходу из синхронизма. Поскольку точный момент выхода системы из синхронизма является случайным, то можно считать, что в среднем он возникает в середине цикла. Тогда минимальное время обна­ружения выхода из синхронизма - длитель­ность одного цикла.

Если цикловой синхросигнал состоит из d_a._c, символов и при каждом опробовании допускается искажение не более с символов синхросигнала (при этом он считается правильно принятым), то вероятность имитации р_ии синхросигнала, т.е. возникновения ложной синхрогруппы, будет скла­дываться из вероятностей полной имитации, имитации с искаженными одним, двумя и, наконец, с символами. В этом случае вероятность имита­ции синхросигнала равна

а вероятность обнаружения выхода из синхронизма

(5.4) Обычно с = 0, и выражения (5.3) и (5.4) принимают вид

Результаты расчетов величины (для с — О) приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Число симво-	Вероятность обна-	Число оп-	Время обнаружения
лов в синхро-	ружения выхода из	робываний,	выхода из синхронизма,
сигнале, dac	синхронизма, /7о6я	И	•вых
	0,5
	0,75
	0,825
	0,9375
	0,9688
	0,9844

Однако для обнаружения выхода из синхронизма, как правило, требу­ется произвести опробований, причем Ожидаемое значение можно получить из соотношения

(5.5)

Число опробований (X, необходимых для обнаружения выхода из син­хронизма (округленное до ближайшего целого), приведено в табл. 5.1 (для v= 3).

Если зафиксировать отношение а = d_a,_c ID (D - общее число символов в цикле передачи), например, взять а = 0,01, то, используя данные табл. 5.1, можно найти зависимость времени обнаружения выхода из синхронизма *вых, выраженного в количестве временных тактовых интервалов, от дли­ны циклового синхросигнала. Результаты соотвествующих расчетов при­ведены в табл. 5.1.

Выбор структуры синхросигнала. Анализ результатов свидетельст­вует о том, что существует оптимальная длина циклового синхросигнала, при которой обеспечивается минимальное время обнаружения выхода из синхронизма. При этом с точки зрения обеспечения минимального сред­него времени обнаружения выхода из синхронизма наилучшими являются короткие цикловые синхросигналы, а для достижения высокой вероятно­сти обнаружения (свыше 90%) предпочтительными выглядят более длин­ные синхросигналы.

Определение оптимальной структуры синхросигнала заключается в выборе такой комбинации символов, которая при фиксированной дли­тельности цикла обеспечивает минимальное время поиска. При равной вероятности формирования 1 и 0 в групповом ИКМ сигнале вероятность формирования кодовых групп любой структуры одинакова, а следовательно одинаково их среднее число в рассматриваемом отрезке группово­го сигнала. Однако среднее время поиска синхросигнала при использова­нии в качестве синхронизирующих кодовых групп различной структуры весьма различно.

Поэтому при выборе структуры синхросигнала необходимо оценить суммарное время его поиска:

гд< - среднее время поиска синхросигнала в зоне случайно-

го сигнала, включающего в себя импульсных позиций в цикле, на

которых кодовые группы длиной символов формируется без участия символов синхросигнала; - среднее время поиска синхросигнала, включающего в себя - 1 импульсных позиций, на которых кодовые группы длиной формируются с использованием хотя бы одного сим­вола синхросигнала.

Поскольку кодовые группы различной структуры группируются в слу­чайном цифровом потоке по-разному, то в зависимости от структуры син­хросигнала будет изменяться время его поиска в каждой из указанных зон.

В результате многочисленных исследований было предложено не­сколько групп импульсных последовательностей определенной структу­ры, рекомендованных к использованию в качестве синхросигнала. Один из методов анализа различных кодовых групп основан на понятии крити­ческих точек.

В соответствии с этим понятием кодовая группа длиной d_uc символов имеет критические точки после тех первых i символов, которые оказыва­ются идентичными последним j символам. Тогда наименьшее число кри­тических точек в кодовых группах - одна (например, в группе 0111...1 -на последнем символе), а наибольшее - (в кодовой группе 111... 1 - на каждом символе). Кодовая группа вида 0101...01 имеет в своем составе d_nc /2 критических точек на всех символах.

Сравним среднее время поиска синхросигнала при использовании в качестве синхрогрупп с одной и критическими точками. Среднее вре­мя поиска синхросигнала в зоне случайного сигнала определяется выра­жением

где а - число информационных символов в цикле; Ь - число символов от начала кодовой комбинации до i-й критической точки; к - число критиче­ских точек; Г_ц - период следования циклов.

Тогда при использовании кодовых групп с одной критической точкой

том случае, когда поиск ведется в зоне самого синхросигнала и в ка­честве синхрогрупп выбраны кодовые группы с одной критической точ­кой, вероятность формирования ложного синхросигнала равна нулю, а время поиска синхросигнала в этой зоне равно ее длительности, т.е.

Для кодовых групп с критическими точками среднее время поиска в зоне синхросигнала можно определить по формуле

а при кодовых группах с критическими точками

Тогда общее время поиска синхросигнала при использовании в качест­ве синхрогруппы кодовых комбинаций с одной критической точкой со­ставит

Рассмотрим в качестве примера цикл вторичной ЦСП, имеющий сле­дующие параметры: число информационных символов в цикле а = 1048,

число синхросимволов d_uc = 8, Гц = 125 мкс. В этом случае Af,(f_n) = (1041/255 + 1055/1056) 125 = 625 мкс, M₂(t_n) = (1041/2-255 + 1055/1056 + 3,2) 125 = 775 мкс,

т. е. применение в качестве синхрогрупп кодовых комбинаций с одной критической точкой обеспечивает меньшее время восстановления син­хронизма. При более длинных циклах кодовые группы, имеющие в своем составе d_ux критических точек, оказываются более эффективными.

На рис. 5.24 показаны зависимости среднего времени поиска синхро­сигнала М_п (выраженного числом циклов) от длительности цикла Г_ц (вы­раженного числом импульсных позиций в цикле D) при использовании в качестве синхросигнала кодовых групп с одной (сплошные линии) и d_UJ. (штриховые линии) критическими точками. Представленные зависимости можно использовать различным образом:

- при заданных значениях среднего времени поиска M(t_n) и длительно­
сти цикла Гц определяются параметры синхросигнала (его длительность и
число критических точек);

- при заданных Г_ц и параметрах синхросигнала оценивается среднее
время поиска M(t_n);

- при заданных параметрах синхросигнала и M(f_n) определяется длина
цикла.

500 ЮОО 1500 2000 Рис. 5.24. Зависимость среднего времени поиска синхросигнала от длины цикла

Как видно из рис. 5.24, среднее время поиска синхросигнала M(t_n) можно сократить, если увеличить длительность цикла передачи при одно­временном увеличении длины синхросигнала. Это можно объяснить тем, что при линейном увеличении Г_ц и d_n._c среднее время поиска синхросиг­нала уменьшает

Однако следует иметь в виду, что чрезмерное увеличение числа ин­формационных и синхронизирующих импульсов в цикле приводит, как правило, к ухудшению некоторых других параметров ЦСП (в частности, увеличивается объем памяти, усложняется ГО, увеличиваются фазовые дрожания и т. п.). Это является одной из причин уменьшения длительно­сти цикла в ЦСП высших порядков (например, для первичной ЦСП пото­ка Е1 Г_ц = 125 мкс, а для четверичной ЦСП потока Е4 Г_ц = 15,625 мкс).

Выбор коэффициентов накопления в приемниках синхросигнала. Основные параметры цикловой синхронизации во многом зависят от ем­кости накопителей по выходу и входу в синхронизм, которые, по сути дела, являются решающими устройствами, вырабатывающими информа­цию о наличии или отсутствии состояния синхронизма. В соответствии с этой информацией в неадаптивных приемниках синхросигнала осуществ­ляется переход от режима поиска синхронизма к режиму его удержания и от режима удержания к режиму поиска. В адаптивных приемниках син­хросигнала реализуется переход от режима удержания прежнего состоя­ния синхронизма к режиму удержания его нового состояния (поиск син­хронизма производится параллельно в дополнительной цепи). Рассмотрим требования, предъявляемые к каждому из этих накопителей.

В неадаптивных приемниках решение о переходе от режима удержа­ния к режиму поиска принимается при отсутствии синхросигнала на ана­лизируемых позициях. Уменьшение вероятности ошибочного решения о потере синхронизма связано с увеличением коэффициента накопления г накопителя по выходу из синхронизма. Однако с увеличением этого ко­эффициента возрастает и среднее время восстановления синхронизма, поскольку процессу поиска синхросигнала при потере синхронизма долж­но предшествовать его отсутствие на г подряд следующих анализируемых позициях. Поэтому расчет накопителя по выходу из синхронизма заклю­чается в определении минимального значения коэффициента накопления г, при котором можно практически не считаться с вероятностью ложного сбоя синхронизации. При этом необходимо выполнение двух условий:

1) вероятность искажения символов р„ из-за сбоев синхронизации, вы­званных искажениями синхросигнала, должна быть на два - три порядка меньше вероятности искажения символов из-за воздействия помех, т. е.

(5.7)

где M(t_ya)_n - среднее время между двумя сбоями синхронизации, вызван­ными воздействием помех (т. е. время удержания синхронизма);

2) вероятность того, что время восстановления синхронизма в ЦСП бо­лее высокого уровня превысит время накопления накопителем по выходу из синхронизма в ЦСП более низкого уровня, должна составлять 10"²... 10~³. <

Сбой синхронизации из-за воздействия помех происходит после г сле­дующих подряд искажений синхросигнала. При этом среднее время меж­ду двумя соседними сбоями определяется выражением, характеризующим среднее время достижения первого успеха, заключающегося в формиро­вании г импульсов подряд на входе накопителя по выходу из синхрониз­ма. Каждому импульсу соответствует прием искаженного синхросигнала с вероятностью р_ис. Для этого случая

(5.8)

где p_nc=l-(l-pj^d*<.

Поскольку M(t_B) I [M(t_B) + M(t_yJ,)_n] = M(t_B) I M(t_B), а также с учетом того, что при/7_и «1. р_ис = d_wp_K< из (5.7) получим

где А \х\ - округленное до большего целого значения х. Так, при Т_ц I M(t_B) < < 5-1(Г² и d_uc = 8 получаем г_х = 3.

Для выполнения второго условия необходимо по интегральной функ­ции распределения времени восстановления синхронизма в ЦСП и-го по­рядка определить такое значение времени восстановления синхронизма г_в^(п), вероятность превышения которого составляет 1(Г²...1(Г³. Для этого

случая

(5.9)

где Гц'" ^1} - следования синхросигнала в ЦСП (и - 1)-го порядка.

Как правило, для выполнения условия (5.9) требуется большее значе­ние коэффициента накопления, чем для реализации условия (5.7). Обычно г_{1 =} 4...6.

При использовании адаптивного приемника синхросигнала условие (5.7) имеет еще меньшее значение, поскольку сбой синхронизации из-за воздействия помех происходит в данном случае после г_{ следующих под­ряд искажений синхросигнала и формирования к этому моменту гг лож­ных синхрогрупп.

Среднее время удлинения процесса восстановления синхронизма за счет включения накопителя по выходу из синхронизма определяется вы­ражением, аналогичным (5.8) и отличающимся тем, что появление 1 на входе накопителя происходит при отсутствии ложного синхронизма, ве­роятность чего равна 1—

Тогда

(5.10)

Обычно цикловой синхросигнал не защищается от искажений, поэтому ис­кажение любого его символа равносильно полному искажению всего сигнала.

Решение о переходе от режима поиска синхронизма к режиму его удержания принимается только после r-i следующих подряд повторений синхросигнала на анализируемых позициях, после чего по сигналу из на­копителя по входу в синхронизм накопитель по выходу из синхронизма переходит в нулевое состояние. С уменьшением коэффициента накопле­ния по входу в синхронизм возрастает вероятность перехода в режим удержания состояния ложного синхронизма. В то же время с увеличением коэффициента накопления возрастает вероятность того, что после обна­ружения состояния синхронизма первое же искажение синхросигнала вы­зовет начало процесса поиска синхронизма. Поэтому выбор коэффициен­та накопления по входу в синхронизм заключается в минимизации време­ни восстановления синхронизма.

Обычно коэффициент накопления по входу в синхронизм выбирается равным 2...3. При таком коэффициенте обеспечиваются достаточно ма­лые вероятности как повторного поиска состояния синхронизма, так и ложной фиксации состояния синхронизма.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные виды синхронизации в ЦСП ИКМ-ВРК и их назначение.

2. Основные требования, предъявляемые к системам синхронизации, и их фи­
зическая сущность.

3. Способы организации тактовой синхронизации.

4. Сущность пассивной фильтрации тактовой частоты.

5. Сущность активной фильтрации тактовой частоты.

6. Структурная схема выделителя тактовой частоты и временные диаграммы
его работы.

7. Фазовые дрожания, причины их возникновения, их оценка и влияние на ка­
чество передачи различных сообщений.

8. Проскальзывания, причины их возникновения и влияние на качество пере­
дачи различных сообщений.

9. Принципы нормирования количества проскальзываний.

10. Необходимость тактовой сетевой синхронизации.

11. Принципы построения тактовой синхронизации.

12. Требования к источникам сигналов тактовой синхронизации, их классифи­
кация.

13. Обобщенная схема передачи сигналов тактовой синхронизации в сети син­
хронной цифровой иерархии.

14. Причины нарушения цикловой синхронизации оконечных станций ЦСП
ИКМ-ВРК и их влияние на качество передачи различных сообщений.

15. Основные блоки системы цикловой синхронизации и требования к ним.

16. Синхросигналы цикловой синхронизации (ЦС) и их основные параметры.

17. Классификация синхросигналов ЦС и способы их передачи.

18. Основные характеристики приемников синхросигналов ЦС и их классифи­
кация.

19. Алгоритм функционирования приемника синхросигнала ЦС с задержкой
контроля и одноразрядным сдвигом.

20. Алгоритм функционирования приемника синхросигнала ЦС со скользя­
щим поиском и одноразрядным сдвигом.

21. Алгоритм функционирования неадаптивного приемника синхросигнала ЦС.

22. Алгоритм функционирования адаптивного к вероятности ошибки прием­
ника синхросигнала ЦС.

23. Алгоритм функционирования полностью адаптивного приемника синхро­
сигнала ЦС.

24. Основные принципы определения структуры синхросигнала ЦС.

25. Основные принципы определения емкости накопителей по выходу из син­
хронизма и по входу в синхронизм приемника синхросигнала ЦС.