Методы синхронизации МДВУ

Имеются 6 классов методов синхронизации МДВУ:

1) Метод случайного доступа.

Каждой станции разрешается случайный доступ. В простейшем случае информации о временных соотношениях не требуется, следовательно, некоторые пакеты перекрываются.

Пример: переключение пакетов в системе ALONA и в системе ARPANET и адаптация.

2) Методы вида “опорный пакет + автоматическая синхронизация”.

В сети станций, совместно использующих некоторый ретранслятор, одна станция передает опорный пакет, который проходит через ретранслятор и принимается всеми станциями. Каждая станция использует этот опорный пакет для установления кадровой синхронизации. Относительно получающейся точки отсчета станция может занять заданный временной интервал, но лишь приблизительно, так как точные значения задержек в линиях неизвестны. Каждая станция наблюдает за своей передачей и точно устанавливает положения своих пакетов; это называется автоматической синхронизацией или автоматическим определением длины пути.

3-подкласса:

- Подкласс INTELSAT - самая большая группа систем.

Применение опорных посылок, автоматическая синхронизация каждой станции (все станции охватываются главным лепестком глобального луча антенны ИСЗ), использование вводной части пакета со сложной структурой, распределенное управление. Опорные пакеты передаются с частотой кадров постоянной ведущей станцией. Эти короткие пакеты модулированы опорным кодовым словом. Каждая станция принимает их с целью обеспечения кадровой синхронизации путем апертурного стробирования. После предварительного определения дальности сигналами малого уровня станция, осуществляющая доступ, передает только вводную часть, располагаемую в середине выделенного временного интервала. Станция принимает свое кодовое слово, сравнивает его время прихода со временем прихода опорного кодового слова и синхронизирует свою передачу относительно опорных пакетов.

Вход в синхронизм около 3 с. Используется обычное оборудование, необходимое для непрерывной синхронизации. Обязательно нужен опорный пакет. При выходе из строя опорной станции возможен перевод обычной станции в режим ведущей. Точность синхронизации связана с величиной защитных интервалов. Минимально достижимая величина их около 50 нс, при скорости передачи 60 Мбит/с, защитный интервал равен длительности трех символов.

При двухфазной ФМ длина кодового слова равна 20 бит, при четырехфазной ОФМ длина слова равна 10 символам.

Пример: INTELSAT, TTT (Япония), TDMA SYSTEM1 (Германия), SMAX (Япония), TELESAT (Канада), проект NTT (Япония), национальные системы США.

- Подкласс “широкий луч - узкий луч”.

МДВУ при использовании спутников с остронаправленными антеннами.

Метод синхронизации подкласса INTELSAT используется в глобальном луче, а потоки сообщений передаются в узком луче. Каждый синхропакет в ретрансляторе с широким лучом имеет формат, подобный вводной части обычного пакета. Все требуемые временные соотношения при передаче пакетов через ретранслятор с узкими лучами обеспечиваются с помощью синхронизации, осуществляемой широким лучом и метод сравнения фаз для синхронизации при работе с широким лучом. Каждая станция передает общую частоту 1,33 кГц, соответствующую частоте следования кадров при их длительности 750 мкс. Этой частотой модулируется частота несущей, выделенной только для данной станции (МДВУ). Все ЗС принимают собственные сигналы и сигналы опорной станции, после чего производят сравнение фаз. Момент пересечения синусоидой нулевого уровня при положительной производной определяет начало кадра.

- Подкласс “шлейф через партнера”.

При использовании узконаправленных антенн. Каждой станции придается партнер, находящийся в зоне облучения. Партнер должен возвращать синхросигнал, обеспечивая тем самым возможность автоматической синхронизации через два пролета. Принцип называется также обратной петлей, а его разновидность “МДВУ с обратной связью”.

3) Синхронизация с помощью m - последовательностей.

Используют свойства последовательностей максимальной длины. С помощью сигналов (широкополосных) низкого уровня с хорошими корреляционными характеристиками можно осуществить точную синхронизацию с минимальными помехами для системы. На этом принципе основана синхронизация системы оборонной связи (DSCS).

4) Метод окна.

Метод основан на коммутации узконаправленных антенн на борту спутника в сочетании с МДВУ и МДПУ - это многостанционный доступ МДПУ/ПБ/МДВУ. ЗС должны синхронизироваться по коммутирующей последовательности, за которой осуществляется слежение в цепях подачи сигнала в антенну спутника. В коммутирующей последовательности создается временной зазор ограниченной длительности (обычно 1 мкс). ЗС передает сигнал синхронизации, который должен пройти через это окно. Когда такое условие выполнено с требуемой степенью точности, ЗС считается засинхронизированной. Синхронизация станции осуществляется в 3 этапа: в период “грубого поиска” оценивается положение пакета станции относительно окна; далее путем “точного поиска” уменьшается ошибка синхронизации. Ошибки, обусловленные движением спутника, сокращаются на третьем этапе, где осуществляется режим слежения.

На этапе грубого поиска для оценки временных параметров используются ФМ сигналы двух типов: либо пакеты с ФМ; либо непрерывные поисковые ФМ сигналы.

В первом случае пакеты, поступающие на спутник в неподходящие моменты времени, отсекаются окном. Если такие пакеты не принимаются, поиск продолжается до попадания пакетов в окно.

Во втором случае закодированная часть ФМ сигнала возвращается с целью получения приблизительного результата.

В процессе точного поиска периодически производится сравнение на каждом кадре переданного и принятого сигналов.

5) Определение дальности + предсказание.

Благодаря предсказуемости орбиты, при соответствующем учете особенностей распространения, проблему синхронизации можно свести к точному определению дальности от станции до спутника и предсказанию дальности на будущее время. Принцип синхронизации: на станции, осуществляющей доступ, поданным предсказанной дальности генерируется пакет, поступающий на спутник в заданный временной интервал.

Построение системы МДВУ этого класса непосредственно по описанному принципу потребовало бы, чтобы каждая станция независимо определяла расстояние до спутника. Необходима взаимная синхронизация всех станций с помощью предоставленного канала ретранслятора, используется опорный пакет и соответствующее управление; класс систем с автоматической синхронизацией удалось усовершенствовать настолько, что определение дальности и предсказания оказались не нужными. Связь между способами автоматической синхронизации и способом определения дальности с предсказанием очевидна: главное отличие состоит в том, что в системах определения дальности с предсказанием собирается достаточное количество информации о дальности с целью обеспечения пассивной синхронизации станций относительно спутника, называется также синхронизацией с разомкнутым кольцом.

а) Централизованная синхронизация и определение дальности.

Производятся лишь необходимые измерения задержек с числом станций, участвующих в измерениях дальностей, не менее трех. Полученная информация предоставляется всем станциям. Каждая станция синхронизируется модулированным синхропакетом, демодулирует данные и использует информацию о собственных координатах для обеспечения точной синхронизации.

б) Предсказание орбиты.

Представляется возможным предсказание орбиты по последним значениям орбитальных параметров для обеспечения синхронизации с заданной точностью.

Пример: система CENSAR (Канада).

Центральная управляющая станция передает необходимую информацию о задержках в каналах и скоростях, о временных положениях кадров и информационных символов, о состоянии управления, а также команды управления. Скорость передачи 500 бит/с. Каждая станция измерения дальности передает измерительный пакет в момент времени, задаваемый центральной станцией управления, которая в свою очередь производит измерение полной задержки и соответствующим образом корректирует данные управления. Длительности защитных интервалов могут быть меньше длительности двух символов.

6) Грубая синхронизация.

Под действием различных сил ИСЗ (геостационарный) движется в большом объеме пространства, причем движение сопровождается дрейфом со случайными возмущениями. В редких случаях коррекции положения спутнику придают небольшое ускорение. Без слежения за этими возмущениями возможна лишь грубая синхронизация, обеспечивающая точность около 5 мкс; метод неприменим для эффективных систем МДВУ. Но метод используется в военных и морских системах МДВУ.

В будущем в системах МДВУ, предназначение только для передачи цифровых потоков информации, можно будет использовать очень длинные кадры порядка 200 мкс. В таких системах даже при использовании грубой синхронизации и больших защитных интервалов кадровая эффективность будет высокой.