Тема 2. 2. Синхронизация и фазирование при обработке адресних сигналов

Лекция №12

Синхронизация и фазирование при обработке адресных кодограмм При обработке адресных кодограмм (кадров) возникает задача определения моментов начала (конца) элементарных сигналов (фронтов импульсов), поступающих из канала (тактовая синхронизация) и определения начала информационного кадра (фазирование).

При прохождении элементарных сигналов по реальному каналу вследствие помех и искажений форма импульса на приемной стороне может быть существенно искажена. В этом случае демодулятор приемной станции будет работать неустойчиво. Устойчивость работы демодулятора в общем случае будет зависеть от параметра связности дискретного канала. При приеме дискретной последовательности параметр связности v = h должен превышать некоторое пороговое значение. В этом случае регистрация символов будет осуществляется без искажений:

где p с - среднее значение мощности элементарного сигнала вместе приема;

- длительность элементарного сигнала (импульса);

Ош - спектральная плотность мощности аддитивных помех (шума) на входе демодулятора;

Рэф- эффективная полоса частот сигнала;

6,a - коэффициент асинхронизма.

Неидеальность тактовой синхронизации приводит к уменьшению

параметра h2. Анализ показывает [34], что среднеквадратичное значение

рассогласования фронтов передаваемого и принимаемого импульсов равное Ати < 0,05 т0 наступает уже при значении коэффициента асинхронизма £а В цифровых системах передачи тактовая синхронизация обеспечивается путем формирования в демодуляторе так называемых стробирующих импульсов следующих один за другим через периоды Тстр = ти, временное положение которых соответствует положению фронтов поступающих импульсов (рис.2.2).

U(t) f.„ то». 2то

Стробирование при приеме элементарных сигналов Длительность стробирующих импульсов тстр значительно меньше длительности информационных импульсов тстр«ти, что соответствует синхронизации по принципу укороченного контакта [21]. Это позволяет устанавливать фронты стробирующих импульсов в моменты максимальных амплитуд огибающей сигнала символов S(t), поступающих из канала. По статистике эти моменты соответствуют средней части т„. Для проведения такой операции генератор стробирующих импульсов должен иметь возможность их автоматического сдвига. Информация по установлению тактовой синхронизации поступает из канала связи. Для этого вначале каждой адресной кодограммы (кадра) передается последовательность единиц и нулей (точки), позволяющая корректировать фазу генератора стробов на опережение или отставание. После окончания процесса стробирования демодулятор приемной радиостанции считается засинхронизированным с модулятором передающей радиостанции.

Устройство тактовой синхронизации работает по функциональной схеме. Принцип работы устройства тактовой синхронизации На вход дифференцирующего устройства (ДУ) поступают сигналы тактовой последовательности (точки). На выходе ДУ формируется последовательность коротких импульсов. Временной дискриминатор (ВД) вырабатывает управляющее напряжение Uy(t) пропорциональное временному рассогласованию коротких импульсов с импульсами, поступающими с выхода управляемого генератора стробов (УГС). Напряжение U/t) через фильтр нижних частот (ФНЧ) поступает на вход УГС и изменяет частоту следования опорных стробов. Временное рассогласование входной и выходной последовательностей уменьшается до минимума Ати мин.

Фазирование (цикловая синхронизация) в системе адресного

установления радиосвязи предназначено для определения начала адресной

кодограммы (кадра). В асинхронных адресных системах это необходимо

выполнять при каждом сеансе установления связи, так как моменты вхождения в связь являются неопределенными. Определение начала кодограммы может осуществляться стартстопным и синхронным методом. Стартстопная система формирует после окончания сеанса радиосвязи так называемый стоповый сигнал, который постоянно поступает в канал. В момент установления адресной связи излучается стартовый сигнал, означающий начало передачи кадра. Такая система проста в реализации, но не пригодна для работы в каналах радиосвязи, так как канал (рабочая частота) оказывается постоянно занятым стоповым сигналом и не может быть использован другой парой радиостанций.

Существенным недостатком такого метода является также низкая помехоустойчивость. В синхронных адресных системах синхронизация поддерживается постоянно независимо от того осуществляется установление связи или нет. Существо метода синхронизации состоит в формировании и передаче специальной синхронизирующей последовательности которая имеет специальные отличительные признаки по сравнению с рабочими информационными последовательностями (адресами). Важным требованием, предъявляемым к синхронизирующему сигналу, является его высокая помехоустойчивость к воздействию внешних и внутрисистемных помех. Другими словами корреляция синхронизирующего сигнала с сигналами адресов и помех должна быть минимальной.

В качестве сигналов фазирования часто используются специальные цифровые сигналы, называемые M - последовательностями [24]. Функция автокорреляции ум(т) M - последовательности длительности т определяется выражением:

УмОО= І 'o

VV у- JS(t) -S(t +r)dt '

0 0

где S(t)=So^y^1, nrect(T - т) ~ сигнал М-последовательности;

.4* и

rect(T-TH) - прямоугольная огибающая сигнала.

Из видно, что функция автокорреляции имеет вид ломаной линии,

изменяющей свой наклон в точках Т=кти. В точке T=0 функция имеет

максимальное значение, а в точках T= кти (к-нечетное) функция равна нулю

Автокорреляционная функция фазирующего сигнала Коэффициент взаимной корреляции между двумя M-последовательностями равен - 1, то есть обеспечивается максимальная различимость и помехоустойчивость цифровых сигналов.

Адресное установление связи в ССПС

Принцип обработки цифрового сигнала (М-последовательность в виде одинадцатиэлементного кода Уиллярда) для реализации фазового запуска показан на функциональной схеме.

Рис.2.5. Принцип регистрации сигнала фазового запуска. Синхронизирующая последовательность с выхода демодулятора Sa(t) поступают на вход линии задержки (ЛЗ), которая имеет 11 отводов для выделения каждого элементарного импульса т„. Инверторы (И) на 2,3,4,10,11 выходах ЛЗ изменяют полярность поступающих элементов. Таким образом, происходит синхронное накопление энергии сложного сигнала в сумматоре (S). Фильтр на выходе сумматора согласован с видеоимпульсом длительностью ти. В момент окончания 11-го импульса на выходе СФ образуется импульс значительной амплитуды Us(t) соответствующий центральному пику автокорреляционной функции х|/0(т). Пороговое устройство (ПУ) обеспечивает выделение максимального импульса и подавление других импульсов. Таким образом обеспечивается высокая точность регистрации начала адресной кодограммы при вхождении в связь. В реальных ССПС могут использоваться другие М последовательности, например 7-элементный код Баркера. Функция \)/o(t) такого сигнала ниже, но уменьшается также и время синхронизации.

Помехоустойчивость приема в каналах мобильной связи После окончания процедур тактовой синхронизации и фазирования осуществляется регистрация информационной части адресных кодограмм. Каждый из элементарных сигналов, поступающих из канала, обрабатывается и принимается решение о его правильном или ошибочном приеме. Количественной величиной (параметром) помехоустойчивости является вероятность ошибочного приема элементарного сигнала Рош.

При оценке помехоустойчивости связных систем чаще всего используют критерий максимального правдоподобия, определяющий максимум апостериорной вероятности передачи элементарного сигнала Ь; при условии, что принят сигнал S(t) MaXi[P(bi/S] [8]. Условная плотность распределения вероятности [S(bj)j является функцией правдоподобия гипотезы передачи символа fy при реализации принимаемого сигнала S(t). Принятый сигнал считается более правдоподобным, если выполняется условие maxi[W(S(bj)] и Max;[lnW(S(bi)].

Для бинарных систем с активной паузой и неопределенной фазе сигнала (например для системы мобильной связи стандарта NMT-450J) критерий максимального правдоподобия записывается в виде Max;[k /E. ], где k коэффициент передачи канала, а Е; - энергия 1-го элементарного сигнала на выходе передатчика. Данный критерий позволяет применять выражение вероятности ошибочного приема элементарного сигнала для бинарной системы с частотной манипуляцией