Методы синхронизации и фазирования сигнала
Содержание
Методы
синхронизации и фазирования в СПДИ
Оптимальный
измеритель синхропараметра
Классификация
устройств синхронизации по элементам
Устройства
синхронизации
Заключение
Список
литературы
Методы синхронизации и фазирования в
СПДИ
Необходимость синхронизации и фазирования
Две последовательности событий называются
синхронными, если соответствующие события в них происходят одновременно и в
одинаковом порядке.
Синхронизация - это процесс установления и
поддержания синхронного состояния. В системах связи одна последовательность
событий происходит в передатчике, а другая - в приемнике. Они сдвинуты на
постоянное время - время распространения сигнала от передатчике к приемнику. Их
принято считать синхронными, если одноименные события в них происходят в
одинаковом порядке через равные интервалы времени.
При передаче дискретных сообщений, сигналы - это
последовательность единичных элементов определенной длинны. Поэтому необходима
синхронизация отсчетов времени в передатчике и приемнике.
Очень часто отсчеты времени называют тактами, а
синхронизацию - тактовой. На приемной стороне переданное сообщение
восстанавливается путем обработки каждого элемента решающим устройством.
Синхронизированная последовательность отсчетов времени, тактовых импульсов, из
которых формируются импульсы РУ должна находиться в определенном фазовом
соотношении с принимаемым сообщением. Расстояние между импульсами опроса в
приемнике зависит от способа обработки дискретных сообщений. Известны 2
способа:
в целом;
поэлементный.
кодовая комбинация определяется как
единичный сложный сигнал. В этом случае если кодовая комбинация имеет n
импульсов, то опросные импульсы должны следовать через 
, (в конце
каждого интервала).
Опросные импульсы должны следовать с
. После
приема решения о каждом элементе, принимается решение о букве, знаке.
Это означает, что возможно 2 вида
синхронизации:
по элементам;
по циклам.
В аппаратуре ПДИ синхронизацию по
элементам выполняет устройство синхронизации(УС), а по циклам - устройство
циклового фазирования УЦФ. Необходимость синхронизации возникает и при
детекторной обработке сигнала.
В любом случае задача систем
синхронизации - вырабатывать опорный сигнал, один или несколько параметров
которого совпадают с соответствующими параметрами принимаемого сигнала.
Опорные сигналы используются для
обеспечения работы узлов приемного устройства: детектора, декодера,
преобразователя частоты, селектора импульсов и т.д. Из этого следует, что
система синхронизации решает 2 задачи:
измерение синхропараметра 
(время,
фаза, частота);
формирование опорного сигнала с
навязанными значениями λ:
.
Структура систем синхронизации
определяется структурой измерителя синхропараметра.
Формирование опорного сигнала
трудностей не вызывает.
Оптимальный измеритель
синхропараметра
Рассматривается задача измерения λ сигнала S(t,λ) на фоне
белого гаусовского шума, со спектральной плотностью No. Обычно рассматривают
задачу с позиции критерия максимального правдоподобия. По этому критерию
оценкой является
такое значение λ,
которое
обеспечит max функции правдоподобия.
, n(t) - белый гаусовский шум.
Отношение (функция) правдоподобия:
Е - энергия сигнала.
Нужно найти такое значение λ, которое
обеспечит max 
. Е от λ не зависит,
второй множитель можно не учитывать.
*
- уравнение правдоподобия.
Его решение - максимально
правдоподобная оценка. Возможны 2 случая:
)когда уравнение решается в явном
виде:
тогда реализация - оптимальный
измеритель. Но чаще всего это уравнение точно не выполняется. Тогда используют
численное решение - нужно найти устройство, которое решает это уравнение в
реальном масштабе времени.
Нужно знать приближенное начальное
значение 
, а затем
получаем следующие значения 
и т.д. Для этого выражение * в
окрестности представляют
рядом Тейлора. И этот ряд подставляют в уравнение и получают решение:
Дискриминатор, который вычисляет
разность между ожидаемым (предыдущим) решением и новым.
Структурная схема измерителя:
Г - генератор;
Д - дискриминатор.
При прямоугольной форме импульса:
После интегратора ставится накопитель, чтобы
избавиться от шумов.
Классификация устройств
синхронизации по элементам
синхронизация фазирование
дискриминатор измеритель
Принцип действия УСЭ основан на анализе
поступающей на его вход последовательности единичных элементов и использование
результатов анализа для формирования синхроимпульсов.
синхронизация фазирование дискриминатор сигнал
АС - анализатор сигнала (дискриминатор)
предназначен для извлечения из сигнала информации о положении значащих
моментов. Эта информация выделяется в виде коротких импульсов и должна быть
проанализирована, с целью сведения до минимума искажений входного сигнала.
Определяя более вероятное положение ЗМ.
ФСИ устанавливает и непрерывно поддерживанием
фазовое соотношение СИ с поступающими единичными элементами. В качестве входных
сигналов для УСЭ могут использоваться как специально формируемые на приемнике
сигналы, так и сами информационные сигналы. В первом случае кроме
информационных каналов должен быть канал синхронизации, либо выделена часть
информационного канала для передачи пилот-сигналов. В этом случае требуются
затраты полосы частот или мощности, или требуется снижение скорости передач.
На практике чаще всего входными сигналами УСЭ
являются рабочие информационные сигналы.
По способу формирования СИ УСЭ делятся на: 1)
разомкнутые (без ОС); 2) замкнутые (с ОС).
В разомкнутых ОС СИ формируются непосредственно
из канала с помощью различных высокоизбирательных устройств. Такие устройства
называются резонансными. В замкнутых устройствах СИ формирует ЗГ, а АС
определяет положение ЗМ входного сигнала и измеряет их отклонения от положения
СИ. Результаты этого измерения используются для коррекции фазы СИ - системы
ФАПЧ.
Схема УСЭ:
Устройства синхронизации
Устройство синхронизации с пилот-сигналами.
Сущность метода в том, что тактовая частота
передающего распределителя подается на приемную сторону по отдельному каналу
связи. Этот способ очень прост, но экономически целесообразен только тогда,
когда количество каналов не менее 8-10 и работают от одного генератора.
Резонансное устройство синхронизации.
В этих устройствах тактовые импульсы
выделяются непосредственно из информационного сигнала с помощью узкополосных
фильтров, настроенных на частоту 
:
Но в спектре двухполярных
информационных сигналов такой составляющей нет. Поэтому, чтобы получить эту
частоту сначала делают нелинейные преобразования сигнала. Это преобразование
заключается в дифференцировании информационного сигнала, выпрямлении
продифференцированных импульсов и формировании из этих импульсов прямоугольных
импульсов длительностью 
.
Эта схема формирует две
последовательности СИ с периодом повторения и сдвинутых друг относительно друга
на . Такие две
последовательности необходимы для работы устройства регенерации и регистрации
сигнала. Рисунок нарисован для ситуации, когда ноль и 1 повторяются. Если
рисунок сигнала изменяется, то и характер выходного напряжения тоже меняется.
Амплитуда напряжения на выходе УФ и его фаза зависят от частоты повторения
фронтов импульсов. Наибольшая амплитуда - нулевая фаза соответствует
чередованию 0 и 1. Изменение рисунка сигнала приводит к сдвигу фазы тактовых
импульсов. Прекращение поступления импульсов на выход УФ вызовет затухание
колебания на выходе через некоторое время 
(время синхронизации) сигналы на
выходе
Полностью исчезают - срыв
синхронизации. Время затухания увеличивается с увеличением добротности контура.
Однако с увеличением добротности увеличивается время вхождения
в синхронизм после включения
аппаратуры и после перерывов. Предъявляются более жесткие требования к
стабильности контура. Обычно Q=80-100.
Устройства синхронизации с
непосредственным воздействием на частоту местного генератора.
Эти устройства можно в обобщенном
виде изобразить так:
На вход схемы поступают сигналы из КС
(прямоугольные импульсы).
Д - дискриминатор;
ГОК - генератор опорных колебаний;
ГУН - генератор, управляемый напряжением;
УУ - устройство управления.
Установившемуся процессу соответствует нулевое
значение напряжения. Однако реально из-за действия шумов установившееся
напряжение не достигается, всегда имеют место динамический ошибки. Чтобы их
уменьшить используют накопление сигнала, который фильтрует случайное колебание.
Сигнал управления несет информацию не об абсолютном значении, а об отклонении
фазы формированного сигнала от поступившего сигнала.
В большинстве существующих практических систем
для подстройки частоты генератора используют ФАПЧ. Дискриминатор является
фазовым дискриминатором. Это Д сравнивает фазу принятого сигнала с фазой ГУН.
Если частота генераторов ГУНа отличается от частоты и фазы сигнала на передаче,
то получается фазовое рассогласование, на выходе дискриминатора появляется
сигнал рассогласования, пропорциональный величине разности фаз. И это
напряжение через инерциальный элемент (фильтр) воздействует на ГУН.
Такие устройства существуют в 2-х видах:
с плавным управлением частотой;
с релейным.
)
Временные диаграммы выглядят следующим образом:
В синхронном режиме постоянная составляющая = 0.
)
ДЦ - дифференциальная цепь.
Выпрямленные фронты посылок сигналов
преобразовываются в короткие импульсы, которые должны в идеальном случае с
фронтами импульсов местного генератора Г. Они перебрасывают Тр в единичное состояние
или в нулевое. Когда Тр находится в единичном состоянии, обмотка реле находится
под током, контакт замыкается и соединяется с Г. Дополнительный элемент
(конденсатор, индуктивность). Когда импульсы другие, обмотка обесточивается и
контакт размыкается.
Частота генератора:
Системы с непосредственным воздействием на Г
имеют существенные недостатки:
низкая стабильность;
невозможность использования одного Г для работы
нескольких систем или устройств синхронизации.
В последнее время наибольшее распространение
получили устройства без непосредственного воздействия, обладающие высокой
стабильностью частоты. Общая идея работы заключается в подстройке фазы
выходного колебания в промежуточном преобразователе (ПП), через который
проходит напряжение местного Г.
В качестве ПП используется делитель частоты
импульсов. В качестве управляющего элемента используют устройство подавления
или исключения импульсов.
Г - высокостабильный генератор;
ДВ - схема добавления или исключения импульсов;
ДЧ - делитель частоты;
Д - дискриминатор, определяет знак
рассогласования и подает сигналы на схему ДВ, чтобы добавить или исключить
импульсы.
Принцип управления фазой можно пояснить с
помощью следующей временной диаграммы:
Диаграммы показывают, один
добавленный импульс (в промежутке между остальными) смещает выходной сигнал
влево дискретно на величину 
. Каждый исключенный импульс смещает
выходной сигнал вправо на такую же величину. Эта величина задает
точность фазирования. Конкретные схемы зависят от того, что хочет получить
разработчик. В этой схеме, так же как и схеме с непрерывным управлением,
возможно негативное влияние шумов. Поэтому ставится накопитель в виде
реверсивного счетчика. Его емкость 2n-1 (т.е. 2n-1 устойчивое состояние).
Сигнал на выходе ДВ появляется только после того, как устойчивое
рассогласование будет наблюдаться в n циклах. РС фиксирует переключение в
отрицательную и положительную стороны.
Заключение
Для передачи сигналов электросвязи
еще в шестидесятые годы начаты организация и строительство Единой
Автоматизированной Сети Связи (ЕАСС). Она предназначена для удовлетворения
потребностей передачи любой информации, преобразованной в сигналы электросвязи.
Термином “информация” с древнейших
времен обозначали процесс разъяснения, изложения, истолкования. Позднее так
называли и сами сведения и их передачу в любом виде. Еще Ожегов в “Словаре
русского языка” термин “информация” объяснил, как сообщение, осведомляющее о
положении дел, состоянии чего-нибудь.
Информация - не только сведения о
свойствах объектов и процессов, но и обмен этими сведениями между людьми,
человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и
растительном мире, передача признаков от клетки к клетке, от организма к
организму. Под информацией нужно понимать не сами объекты и процессы, или их
свойства, а представляющие характеристики предметов и процессов, их отражение
или отображение в виде чисел, формул, описаний, чертежей, символов, образов и
других абстрактных характеристик.
Информационная наука находит
применение в самых разнообразных областях. В связи с этим нет всеобщего для
всех наук классического определения понятия “информация”. В каждом направлении
используют определение ее отдельных составляющих, наиболее важных для данной
науки. Для теории систем информация выступает как мера организации системы. Для
теории познания важно, что информация изменяет наши знания. Под информацией
понимают не все получаемые сведения, а только те, которые еще не известны и
являются новыми для получателя, В этом случае информация является мерой
устранения неопределенности. Для машинной обработки информация должна быть
представлена в виде сообщений на определенном языке. Специалистам связи важно,
что информация-это сведения, являющиеся объектом передачи и обработки.
Список литературы
1. Кловский
Д.Д. Теория передачи сигналов.- М.,“Связь”, 1973.
2. Ткаченко
А.П. Бытовая радиоэлектронная техника. Энциклопедический справочник. - Мн.:
БелЭн, 1995.
. Шинаков
Ю.С. Теория передачи сигналов в электросвязи. - М.: Радио и связь, 1989.