Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 152
Текст из файла (страница 152)
Вероятность пропуска для !У-битового слова, если допустимым является 1 или меньше ошибок, описывается следующим выражением: (10.82) Глава 10. Синхоониэация Здесь Р— вероятность битовой ошибки, допушенной детектором. Вероятность лож- ной тревоги, вызванная !У битами случайной последовательности данных, описывается следуюшим выражением: б )гА ~ я з=о (10.83) 1 0.3.
Сетевая синхронизация Для систем, используюших методы когерентной модуляции, одностороннюю связь, такую как в широковешательных каналах, или одноканальную связь, как в большинстве микроволновых или оптоволоконных систем, оптимальный подход — зто возложить все задачи синхронизации на приемник.
Для систем связи, использующих методы некогерентной модуляции, или систем, где множество пользователей получают доступ к одному центральному узлу, например во многих системах спутниковой связи, функцию синхронизации часто имеет смысл возложить (полностью или частично) на оконечные устройства. Это означает, что для получения синхронизации модифицируются параметры передатчиков оконечных устройств, а не приемника центрального узла. Этот подход применим в системах, используюших множественный доступ с временным разделением (йпе-01т(з(оп пш1йр1е ассезз — ТРМА). В схеме Т1)МА каждому пользователю выделяется сегмент времени, в течение которого он может передавать информацию.
Передатчик оконечного устройства должен синхронизироваться с системой, чтобы переданные им пакеты данных прибгявали на центральный узел в тот момент, когда узел готов принимать данные. Синхронизация передатчика также имеет смысл в системах, объединяющих обработку сигналов на центральном узле с множественным доступом с частотным разделением (Йег(пепсу-Йиз(оп пш16р!е ассезз— Е()МА). Если оконечные устройства предварительно синхронизируют свои передачи с центральным узлом, узел может использовать конечный набор фильтров каналов и единое эталонное время для обслуживания всех каналов. В противном случае узел будет требовать возможности захвата и сопровождения длительности и частоты каждого 10.3.
Сетевая синхоонизаиия Видно, что при малых Р Р растет с увеличением к, приблизительно как степенная функция. К сожалению, с увеличением А Рв,„уменьшается, приблизительно как степенная функция. Для одновременного получения приемлемых значений Р„и РгА при данном значении р разработчику системы часто требуются значения А!, большие тех, которые дают последовательности Баркера и Уилларда. К счастью, в литературе приводится довольно много примеров подходяших длинных последовательностей.
Большинство из них было найдено в результате обстоятельного компьютерного поиска. Спилкер (Брййег) [20[ перечисляет последовательности с А' до 24, найденные Ньюманом ()(езггпап) и Хофманом (Нобпап) [28[, и упоминает, что в их оригинальной работе указаны последовательности с г( до 100. Ву (%и) [29) дает перечень последовательностей Мори-Стайлза (Мапгу-Бгу!ез) длиной до !у = 30 и перечень последовательностей Линдера (Ыпдег) длиной до 40.
Кроме того, он приводит довольно полное обсуждение синхронизируюших последовательностей, в том числе конструктивных методов нахождения разумных, но неоптимальных последовательностей, а также рассматривает процедуры кадровой синхронизации некоторых спутниковых систем цифровой связи. входного сигнала; кроме того, придется учитывать возможность интерференции сигналов из соседних каналов. Очевидно, что синхронизация передатчика оконечного устройства является более разумным решением при синхронизации сети. Процедуру синхронизации передатчика можно отнести либо к открытой (без обратной связи), либо к замкнутой (с обратной связью). Открытые методы не зависят от измерения каких-либо параметров сигнала на центральном узле.
Оконечное устройство заранее регулирует свою передачу, используя для этого знания о параметрах канала, которые предоставляются извне, но, возможно, могут модифицироваться при наблюдениях сигнала, приходящего с центрального узла. Открытые методы зависят от точности и предсказуемости параметров канала связи. Лучше всего их применять в системах с практически фиксированной архитектурой, где каналы непрерывно проработали достаточно длительный промежуток времени после установки/настройки. Зги методы достаточно трудно использовать эффективно, если геометрия канала связи нс является статической или оконечные устройства нерегулярно получают доступ к системе.
Основными преимушествами открытых методов является быстрое получение синхронизации (метод может работать без обратного канала связи) и малый объем требуемых вычислений в реальном времени. Недостаток состоит в том, что требуется наличие внешнего источника знаний о требуемых параметрах канала связи; кроме того, этот источник должен быть относительно неизменным. Отсутствие каких бы то ни было измерений характеристик системы в реальном времени означает, что система не может быстро приспособиться к любому незапланированному изменению условий.
С другой стороны, замкнутые методы требуют незначительных алриорлых знаний о параметрах канала; эти знания помогуг снизить время, требуемое для достижения синхронности, но они не обязательно должны быть такими точными, как в случае открытых методов. Замкнутые методы включают измерения точности синхронизации передач от оконечных устройств, поступающих на центральный узел, и возврата результатов этих измерений посредством обратного канала связи. Таким образом, замкнутые методы требуют обратного канала, обеспечиваюшего отклик на передачу„возможности распознавания, на что был этот отклик, и возможности соответствуюшей модификации характеристик передатчика, основываясь при этом на полученном отклике. Из этих требований вытекает необходимость довольно значительной обработки в реальном времени, производимой на оконечном устройстве, и двустороннего канала связи каждого оконечного устройства с центральным узлом.
Итак, недостатком замкнутых методов является требование значительной обработки в реальном времени, производимой на оконечном устройстве, двусторонний канал связи каждого оконечного устройства с центральным узлом и то, что получение синхронизации требует относительно длительного промежутка времени. Преимушество состоит в том, что для работы системы не требуется внешнего источника знаний, а отклик по обратному каналу связи позволяет системе быстро и легко приспосабливаться к изменению геометрии системы и условий связи.
10.3.1. Открытая синхронизация передатчиков Открытые системы можно разделить на те, которые используют информацию, полученную по каналу обратной связи, и те, которые не используют подобной информации. Последние являются наиболее простыми из возможных (с точки зрения требований к обработке в реальном времени), но качество связи в этом случае весьма сильно зависит от устойчивости характеристик канала. Во всех схемах синхронизации передатчиков предварительно пытаются скорректировать отсчет времени и частоту передачи сигнала так, чтобы сигнал прибывал на приемник с ожидаемой частотой и в ожидаемый момент времени.
Итак, для предварительного согласования времени передатчик делит расстояние до приемника на скорость света (что даст время передачи), после чего прибавляет к полученной величине время действительного начала передачи. При своевременной передаче сигнал поступит на приемник в соответствующее время. Время поступления сигнала определяется следующим выражением: Т~ =Т, + —. с (10.84) В данном случае Т, — действительное время начала передачи, Ы вЂ” расстояние передачи, с — скорость света. Подобным образом лля предварительного согласования частоты передачи передатчик дсажен вычислить доплеровское смещение, происходяшее вследствие относительного движения передатчика и приемника. Угловая частота передачи должна определяться следующим образом: (10.85) Здесь с — скорость света, 1г — относительная скорость (больше нуля при уменьшении расстояния между приемником и передатчиком), а гла — номинальная угловая частота передачи.
К сожалению, на практике ни предварительное согласование времени, ни предварительное согласование частоты точно выполнить невозможно. Даже спутники на геостационарных орбитах несколько изменяют свое положение относительно точки на земной поверхности, а поведение временных и частотных эталонов на оконечном устройстве и центральном узле невозможно предсказать идеально точно. Следовательно, всегда будет существовать некоторая ошибка предварительного согласования частоты и времени.
Временные сбои можно записать следующим образом: Т, = — +Лг, Ге с (10.86) В данной ситуации г, — ошибка в определении расстояния, а Ы вЂ” разность между эталонным временем терминала и эталонным временем приемника. Ошибку по час- тоте можно выразить следуюгцим образом: (еюа ю,= ' +Лю. с (10.87) частот. Эталонное время для 10 Ч Г'е татаа гмееепонизмееа 666 Здесь )г, — ошибка в измеренной или предсказанной относительной скорое~и передатчика и приемника (доплеровская ошибка), а Ьга — разность между эталонными частотами приемника и передатчика.
Помимо указанных, существует множество других источников временных и частотных ошибок, но, как правило, они менее важны. В работе 1201 приводится полный список источников временных и частотных ошибок лля спутниковых систем. Члены е!ц и Ага обычно возникают вследствие случайных флуктуаций эталонных передатчика или приемника обычно получается посред- ством подсчета периодов частотного эталона, так что ошибки точности измерения времени и частоты взаимосвязаны. Флуктуации эталонной частоты очень сложно описать статистически, хотя спектральная плотность мошности флуктуаций аппроксимируется последовательностью степенных сегментов 115]. Частотные эталоны часто характеризуются максимальным относительным изменением частоты за день. Ьсо б = — Гери/(Герц за день) соо (10.88) типичные значения 8 находятся в диапазоне от 10 ' до 1О ~ для недорогих кварцевых генераторов, от 1О до 1О " — для высококачественных кварцевых генераторов; до 10 "— для рубидиевых и 1О " — для цезиевых.
Следствием задания системного эталона частоты через максимальную относительную частоту является то, что при отсутствии внешнего воздействия номинальная частота сов может линейно расти со временем. г Ьсо(т) =сов ~8 (с+Ьс(О) =юобт+Ьсо(О) Герц о (10.89) Для эталонного времени, определяемого подсчетом периодов, суммарный сдвиг времени связан с суммарной фазовой ошибкой эталонной частоты. Ь«(т) = 3' — Ис+Ьх(0) = ' Ьсо(с) о соо = /8««1«+ ~ — с(с+Ьс(О) = ' Ьсо(0) о о «оо бт + Ь (()т+Ьг(О) соо (10.90) Следовательно, при отсутствии внешнего воздействия ошибка эталонного времени может квадратично расти со временем. Для систем открытой синхронизации передатчиков данный квадратичный рост временной ошибки часто определяет, насколько часто должна поставляться информация извне для обновления знаний оконечного устройства о ходе времени в приемнике или для сброса эталонного таймера приемника и передатчика до номинальных значений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
