Синхронизация в цифровите мултиплексни системи

РУСЕНСКИ УНИВЕРСИТЕТ „АНГЕЛ КЪЧЕВ”

Факултет: Електротехника, електроника и автоматика

Катедра: Комуникационна техника и технологии

КУРСОВА РАБОТА

по

Мултиплексна техника и технологии

Тема: Синхронизация в цифровите мултиплексни системи

Мария Георгиева СтефановаФак. № 083318Специалност: КТТГрупа: 30Б

Дата на предаване: Проверил:...........................

1.Синхронизация в системите с времеделене на каналитеПроблемите, свързани със синхронизацията са възникнали преди

внедряването на цифровите мултиплексни системи, но те добиват изключително значение с изграждането на цифровите телекомуникационни мрежи, работещи в реално време. Цифровите мултиплексни системи с времеделене на каналите се характеризират с точно и строго управление на всички процеси, свързани с обработката на информацията от съответните канали. Това управление се изразява в следното:

- Постоянна скорост на обработка на сигналите във всички териториално отдалечени точки на мултиплексните системи, което се постига чрез изравняване на честотите на управляващите тактови поредици в тях;

- Наличие на синфазност (постоянно във времето фазово съотношение) между управляващите тактови сигнали в приемника спрямо тези в предавателя, тъй като се пренася и разделя цифрова информация.

Изпълнението на тези две изисквания осигурява състояние на синхронизъм в системата и гарантира необходимото качество на приемане на информацията. В предавателната станция управлението на работата на различните функционални блокове се осъществява от генераторното устройство, а в приемната станция и в регенераторите на цифровия линиен тракт от системите на синхронизация.

Най – общо системите с времеделене се характеризират с два режима на работа:

- режим на устойчив синхронизъм, който е нормалния режим на работа на преносната мултиплексна система и се характеризира с продължителност Tнорм ;

- режим на нарушен синхронизъм, който е невелателен, защото работата на системата е нарушена и тя се намира в състояние на временен отказ с продължителност tотк.

Причините за нарушен синхронизъм между предавателя и приемника в мултиплексната система, освен при началното й пускане в действие са: изкривяване на синхронизиращия сигнал или прекъсване по линийният тракт, повреда в системата за синхронизация в приемната страна, повреда в генераторното устройство в предавателната страна.При прекъсване на състоянието на устойчив синхронизъм е необходимо синхронизацията да се възстанови незабавно, т.е. да е в сила условието:

tотк << Tнорм.

2 Синхронизация в цифровите мултиплексни системи

Времената Tнорм и tотк са случайни величини. Чрез тях се оценява качеството на предаване в мултиплексните системи, и с прието да се

използват техните средни значения : и t . По време на

неустойчив синхронизъм системата за синхронизация търси синхронизиращите сигнали и преминава последователно в две състояния –

“лъжлив синхронизъм” , характеризиращо се с време и търсене на ново

синхронно състояние, характеризиращо се с време , т.е.:

t = .

Наличието на неустойчиш синхронизъм в системата води до грешно приети или неприети битове от цифровия сигнал и следователно до загуба на информация в приемника спрямо предадената.Резултатът е влошаване на каяеството на предавне.За да се защитят абонатите от подобно състояние в преносните системи е прието при загубен синхронизъм да се изключват незабавно каналите на системите за синхронизация:

- За мултиплексните системи, предназначени само за пренасяне на говорна информация при средно време на работа на една 30-канална система от 24 часа, допустимо време на нарушен синхронизъм е tотк д =20÷50ms. Това води до припукване в слушалката на абоната средно веднъж на всеки 1-2 часа.

- При предаване на данни вероятността pc за изкривяване на импулсите на линийния сигнал вследствие нарушаване на синхронизма трябва да бъде най-малко с 1 порядък по-малка от вероятността за грешка по знак поради шумове pш в линийния тракт.

Синхронизмът в системите с ИКМ се осъществява по отношение на няколко различни по функципнално предназначение тактови поредици:

- синхронизъм по тактова честота или по бит;- синхронизъм по кодова група (по канал); ‘- синхронизъм по цикъл;- синхронизъм по свърхцикъл.


Състоянието на синхронизъм по тактова честота означава, че честотата на повторение на стробиращите импулси във всеки един приемник (генератор или крайна станция) е равна на задаващата честота на повторение на груповия цифров сигнал в предавателя. Състоянието на синхронизъм по кодови групи осигурява правилното декодиране на сигналите, т.е. точно идентифициране на всяка кодова група със съответното й ниво на квантуване. Състояниоето на синхронизъм по цикли е необходимо за правилното разграничаване на каналите в системата в приемника спрямо предавателя. Нарушаването на цикловия синхронизъм води до неправилното определяне на границите на съответните канални времена в приемника, в резултат на което информация, предназначена за даден канал попада в друг. Състоянието на синхронизация по свръхцикъл е свързано с правилното разпределение на каналите за пренасяне на сигнали за управление и взаимодействие – СУВ, или както по-често се наричат сигнални канали, необходими за изгравдане на телефонната връзка между два абонатни терминала. Нарушаването на свръхцикловия синхронизъм води до невъзможност да се изграждат телефонни връзки в мрежата или по време на разговор да се разпадне изградена вече такава.

Устройства за подържане на синхронизация по тактова честота обикновено се поставят в регенераторите и във всяка крайна станция.Устройства за синхронизация по кодови групи специално не се създават, защото това се постига косвено чрез системата за синхронизация по цикли.Системата за синхронизация по цикли се поставя във всяко приемно усторйство в крайна станция, където се демултиплексират каналите.Устройствата за свръхциклова синхронизация се поставят в цифровия мултиплексор, ако е предназначен да пренася телефонни разговори, при които се налага обмен на сигнали от/към АТЦ за управление на телефонната връзка.2.Генераторно устройство в първични мултиплексори

Генераторното устройство е част от всеки мултиплексор и служи за създаване на импулсни поредици, чрез които се управляват процесите по:

- дискретизация/разпределяне по време на аналоговите сигнали от/към съответните канали;

- кодиране/декодиране на каналните АИМ сигнали;- формиране на цикли в цифровия поток;- формиране на свърхцикли в цифровия поток.Генераторното устройство съдържа следните основни блокове:

автономен задаващ генератор на тактова честота, делител на честоти Д, разпределители на тактови импулси – поредици, които са задължителни блокове за предавателната част на мултиплексора. В приемната част на мултиплексора тактовата честота, подавана към делителите и разпределителите на тактови импулси се задава от устройството за тактова синхронизация. Тактовата честота се настройва по фаза от приетия цифров


сигнал, т.е. в приемната част няма автономен генератор, какъвто има в предавателната част на крайната станция.

Блоковата схема на генераторното устройство за предавателната страна на един първичен мултиплексор е показана на фиг.1 и е следната:

- Кварцово стабилизиран автономен задаващ генератор ЗГ, който изработва синусоидални колебания, най-често с честота fг = 2fт със стабилност ∆f / fг ≤ 10-6 . За 30/32 канална система задаващата честота е: fг = 4096 kHz;

- Импулсен генератор ИГ, който от хармоничното колебание изработва правоъгълни импулсни с честота равна на тактовата fт;

- Делители Д, които формират импулсни поредици, както следва:fкг = fт/m – импулсна поредица с честота на следване на кодови групи с m разряда,fкг = fт/2m – импулсна поредица с честота на следване на кодовите групи за четните и нечетните канали,

fц = fт/m.N – импулсна поредица с честота на следване за N канали в един цикъл,fсц = fт/m.N.k – импулсна поредица с честота на следване за k цикли в един свръхцикъл;

- Тактови разпределители ТР, които изработват фазово отместени тактови поредици, чрез които се обработват съответно: кодовите групи (бит по бит), дискретите (канал след канал), свръхциклите (сикъл след цикъл).

В приемната страна се изработват същите импулсни поредици (делителите са със същите коефициенти на делене), с тази разлика, че те са в строго фазово съотношение спрямо приемния цифров поток от предавателя съответно по бит, по цикъл и по свръхцикъл. Това фазово съотношение се постига чрез:


- Системата за тактова синхронизация – СТС, която осигурява синфазност на приемната спрямо предавателната тактова честота с точност до един бит.

- Система за циклова синхронизация – СЦС. Която осигурява точност на цикловата честота в приемника с точност до 1 цикъл спрямо предавателя.

- Система за свръхциклова синхронизация – ССЦС, която с точност до 1 свръхцикъл управлява процеса по приемане и разпределение на СУВ (входящо повикване) към АТЦ от насрещната станция.3.Тактова синхронизация

По отношение на източника, задаващ честотата и фазата на сигнала за тактова синхронизация, последната бива независима (плезиохронна) и зависима (принудителна). По отношение на технологията за реализация, системите за тактова синхронизация се класифицират съгласно схемата на фиг.2.

Тактовата честота в демултиплексиращата част на цифровите сигнали трябва да съответства по честота и по фаза на тактовата честота в мултиплексиращата част – предавателя на системата. Съществуват два


метода за тактова синхронизация на приемника спрямо предавателя: чрез предаване на тактов синхросигнал в мревата, който се приема от всички приемници. Този метод се използва в синхронните мултиплексори.В плезиохронните мултиплексори тактовата честота в приемника се синхронизира само чрез приетия информационен цифров поток, т.е. не се предава специална синхронизираща информация за такта.

Този метод мове да реализира чрез два принципно различни подхода: чрез управление на местен задаващ автогенератор известен като фазово автоподстройка на честотата (PLL), или чрез управление на резонансен кръг настроен на същата честота, при който тактовата честотата се “извлича директно” от приетия сигнал. Фазовата автоподстройка на честотата изисква фазов дискриминатор, чрез който се прави допълнително изравняване на фазата на автогенератори, работещи на по-високи честоти и се използва в плезиохронните мултиплексорни системи с по-високите скорости. В първичните мултиплексори е приложим резонансния начин, чието предимство е простата реализация.

- Джитерът – води до увеличаване на грешките при приемане на цифровия сигнал,поради грешна регистрация на информационните битове, тъй като стробиращата тактова честота е отместена спрямо номиналните граници на двоичните елементи;

- Уондерът – представлява източник на шум при дискретизацията в каналите в приемника. Изразява се като паразитна фазова модулация на приетия групов сигнал на изхода на декодера, което води до занижаване качеството на приетата информация (телефонни разговори).

Условната граница между джитер и уондер се счита скорост на флуктоация 10 Hz. Ефектът на джитер се предизвиква най-вече от появата на дълги поредици “0” в цифровия поток, особено когато по дадени канали в системата не се предава (не са заета съораженията). Използват се различни прийоми,за да се намали случайното изменение на фазата на тактовата честота в приемника спрямо фазата на предадения тактов сигнал:

-Увеличаване на броя на “1” в цифровия поток чрез подходящо двоично кодиране при ИКМ, или чрез скремблиране в груповия сигнал преди постъпването му в линията;

-Използване на линейно кодиране на груповия сигнал за намаляване на постоянната съставка на енергетичния спектър на линийния сигнал, чрез което се избягват изкривяванията, внесени от праговото устройство на СТС.

4.Циклова синхронизацияСъгласуването на работата на предавателната и приемната страни на

системи с вределене с цел правилното декодиране и разпределение на


декодираните канални сигнали се извършва чрез системи за циклова синхронизация. Те са част от груповите съоръжения на мулкиплексните системи и се състоят от предавател и приемник.

В цифровите мултиплексни системи се е наложил метод за циклова синхронизация, базиращ се на въвеждане на неинформационен излишък (кодова комбинация) в груповия цифров сигнал,което играе ролята на маркер и се нарича синхросигнал по цикъл. Синхросигналът представлява кодова комбинация със строго определена структура,заемаща постоянно място в цикъла на цифровия сигнал. Структурата и периодичността на повторение на синхронизиращата комбинация позволява в приемната страна да се следи системата. Основните изисквания към системите за циклова синхронизация са :

-Времето за влизане в синхронизъм след загуба и възстановяването му да бъде възможно най-малко;

-Обемът на предаваната синхронизираща информация (маркерния сигнал) да бъде възможно най-малък, за да се намалява пропускателната способност на системата;

-Приемникът на синхросигнала да работи устойчиво, дори и когато шумовете по канала са високи, за да се осигури възможно най-голямо време за устойчив синхронизъм.

Принципът на действие на системата за циклова синхронизация е чрез пълзящо търсене в цифровия поток на кодовата дума, приемането на която установява синфазност между приетата спрямо предадената рамка. В началото на цикъла, формиран в предавателя преди въвеждането на информацията, подлежаща на пренос се въвежда синхронизиращата кодова дума. В приемника синхронизиращата комбинация се проверява последователно в определеното време. При вярно разпознаване на синхрокода в груповия цифров сигнал и в съответния момент се регострира наличие на устойчив синхронизъм.4.1.Критерии за синхронизация по цикъл

Най – важната част на системата за циклова синхронизация е приемникът на синхронизиращия код по цикъл.

● Основни функции, които изпълнява приемникът на синхрокода са:

- Установяване на състояние на синхронизъм при включване на мултиплексната система;

- Контрол върху синхронното състояние в нормален работен режим;

- Регистриране на състояние на загубен синхронизъм;- Възстановяване на състояние на синхронизъм.● Режимите на работа на цифровата система, които се управляват от приемника на синхрокода в системата за цифрова синхронизация са:


- Режим на устойчив циклов синхронизъм, когато в началото на всеки четен цикъл в приемника се открива синхрокода. Това е нормален режим на работа на цифровата система.

- Режим на нарушен циклов синхронизъм, когато синхрокодът не се открива в съответното време.

- Режим на търсене на циклов синхронизъм, който започва от момента на загубата му.

● Критерий за нарушен циклов синхронизъм в приемника е откриване в 4 последователни четни цикли липсата на синхрокода 3 пъти. По този критерий приемникът на синхрокода въвежда мултиплексната система в режим на нарушена циклова синхронизация, при която се извършва следното:

- изключват се телефонните канали към комутационните съоръжения;

- блокират се сигналните канали;- включват се алармен сигнал до 6 ms след регистриране на липса

на синхокод; ● Критериите за възстановяване на цикловата синхронизация в приемника в режим на “търсене” на синхрокод са:

- Приет верен синхрокод в четен цикъл;- Приет b2 = 1 в следващ нечетен цикъл; - Приет верен синхрокод в следващ четен цикъл.При изпълнение на тази последователност от условия, системата за

синхронизация по цикъл се връща в “режим на устойчив синхронизъм” , при което се извършват следните действия:

- деблокират се телефонните изходящи канали;- деблокират се сигналните канали;- изключва се аларменият сигнал.

4.2.Приемник на циклова синхронизацияЕдна възможна реализация на приемника на синхрокода за

синхронизация по цикъл е показана на фиг.3 и съдържа следните функционални блокове:

- Селектор на синхрокода, който отделя от цифровия групов поток, пристигащ по линията, комбинацията, съответстваща на кода. На изхода на селектора се появява “1” само когато е разпозната комбинацията – независимо дали тя е истинската или е имитирана от кодовите групи на разговорните канали, или е резултат на грешка по линийния тракт;

- Сравняващо устройство СУ, свързано към изхода на селектора и управлявано от тактовия разпределител в приемника. Състои се от две логически схеми: схема И, сработваща по време, когато се очаква регистрирането на сихрокода, ако селекторът е разпознал вярно комбинацията за циклова синхронизация: схема И-НЕ,


сработваща по времето на регистриране на синхрокода, ако селекторът не го е разпознал.

- Решаващото устройство, управлявано от сигналите на сравняващото устройство при открит или неоткрит синхрокод. Решаващото устройство изпълнява процедурата “нарушен” или възстановен синхронизъм според критериите. В режим на нарушена циклова синхронизация изработва съответните управляващи сигнали.

След възстановяване на цикловата синхронизация тактовото устройство започва начално отброяване на времевите интервали в цикъла чрез нулиращ сигнал, изработен от решаващото устройство, с което се установява устойчива работа на мултиплексната система.5.Свръхциклова синхронизацията

Свръхцикловата синхронизация е част от процеса на еднозначно установяване на фазата на тактовите поредици в приемната страна спрямо тези в предавателя.

Системата за свръхциклова синхронизация СЦС се състои от предавател и приемник на синхрокод по свръхцикъл , които са част от груповите устройства на първичната цифровата система с времеделение. В предавателя.

Системата за свръхциклова синхронизация СЦС се състои от предавател и приемник на синхрокод по свръхцикъл, които са част от груповите устройства на първичната цифровата система с времеделене. В предавателя в крайната станцич се генерира комбинация за свръхциклова синхронизация – синхрокод от предавател на синхрокод. В приемната страна от цифровия поток се отделя чрез приемника на СЦС синхрокода и чрез него се синхронизира разпределението на сигналните канали към съответнитетелефонни канали.5.1. Критерии за синхронизация по свръхцикъл

Системата за свръхциклова синхронизация управлява групообразуващото устройство за линийна сигнализация. Загубата на синхронизацията по свръхцикъл би довела до несъответствие в приемника между поредните номера на телефонните канали и отнасящите се към тях сигнални канали. Товш състояние предизвиква:грешно избиране на абонат, разпадане на вече изградена връзка или невъзможност за избиране.

Комбинацията за СЦС, разпозната в началото на свръхцикъла е критерий за правилна работа на мултиплексната система, т.е. приетите сигналнич състояния в цифровия поток, които са пренесени чрез системата са валидни и могат да се разпределят към съответните телефонни канали. В противен случай, когато не е разпозната комбинацията за СЦС, пренесената информация е невалидна.

● Критериите за загубен свръхциклов синхронизъм са:-или неразпознат верен синхрокод 0000 във ВИ 16 на цикъл 0,


-или установен поток от “0” в рамките на един свръхцикъл.Първото условие означава, че е изкривен синхрокода вследствие

шумове в линията на цифровата система. Второто условие означава, че е прекъснат цифрович канал за предаване на сигналната информация. Преди това трябва да е открита загуба на синхронизъм. Действията при загубен СЦС са следните:

-Блокиране на сигналните канали за посока приемане – поставят се в изключено състояние веригата за входящо повикване към АТЦ;

-Блокиране на предавателните сигнални сигнали – вериги за изходящо повикване, което се извършва чрез изпращане на алармен сигнал в насрещната страна – “дистанционна аларма”(бит D6 в байта на ВИ на Ц0 се поставя в състояние „1”).-Задействане на местна звукова или светлинна алармена сигнализация

● Критериите за вярно приет синхрокод за свръхцикъл са :-Правилно разпознат код в съответните раздели на ВИ 16 на цикъл 0.-Установено приемане на байтове, отличени от 0 в преходния

свръхцикъл, т.е. приет е поне един байт отличен от 0.- установено приемане на байтове, отличени от 0 в преходния

свръхцикъл, т.е. приет е поне един байт отличен от 0 , което означава , че канала за предаване на сигнална информация не е прекъснат.

За разлика цикловата сигнализация, критериите за поддържане на СЦС са по-занижени, защото тази синхронизация се установява и се следи след цикловата, за която критериите са по-строги. Действията след възстановяване на свръхцкловата синхронизация са аналогични на тези при цикловата синхронизация:

- Деблокиране на сигналните канали;- Поставяне на бит D6 в състояние „0”; - Изключване на алармените сигнали;- Нулиране на тактовия разпределител за начално отброяване на

времевите интервали в свръхцикъла.5.2. Приемник на свръхцикловата синхронизация

Системата за свръхциклова синхронизация се състои от предавател и приемник. Предавателят въвежда под управлението на тактовия разпределител свръхцикловия код за синхронизация в началото на свръхцикъла. Приемникът не се отличава по принцип на работа от този за цикловата синхронизация. Той е включен към входа на линията и изпълнява алгоритъм, реализиращ критериите за загубен, респективно въстановен синхронизъм по свръхцикъл. Системата за свръхциклова синхронизация е показана на фиг.5 и съдържа следните функционални блокове:


От входния сигнал, постъпил във входния регистър се отделя чрез селектор появата на синхрокода в линейния групов сигнал, както и откриването на байтове, значещи „0” чрез селектор „0”. Когато не се открие синхрокода в съответния момент на ВИ 16 на цикъла 0 от свръхцикъла, то се извършва запис в паметта - „загубена СЦС”. Този сигнал през схема ИЛИ се подава към решаващото устройство за анализ.

По другия вход на схемата ИЛИ постъпва сигнал от брояч до 16, който брои байтове със съдържание „0”. Импулси към входа на този брояч постъпват от селектора „байт 0” , който следи информационния входен поток. Ако във времето броячът до 16 се запълни, то се изработва чрез решаващото устройство състояние „загубен свръхциклов синхронизъм” със съответните алармени сигнали.

Възстановяването на синхронизма по свръхцикъл се извършва чрез сработване на схемата И при разпознат правилен синхрокод „1” на изхода на селектора на синхрокод и при установен в преходния цикъл байт, различен от „байт 0”.

Работата на решаващото устройство се управлява от тактовия разпределител на приемника чрез тактова честота, съответстваща на ВИ 16 на ЦО на всеки свръхцикъл. Ако не се получи пълно съвпадение на търсените логически условия за възстановен синхронизъм, то се изработва сигнал от решаващото устройство, който нулира тактовия разпределител по цикли до появата на условията за свръхциклов синхронизъм.


Синхронизация в цифровите мултиплексни системи

Documents