Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 153
Текст из файла (страница 153)
Рост квадратичной ошибки часто означает, что ошибка синхронизации — это большая проблема, чем частотные ошибки, хотя, вообше-то, это зависит еще и от структуры системы. Если передатчик не обладает информацией об измерениях, поступаюшей по каналу обратной связи, сдвиги частоты и времени, моделируемые согласно уравнениям (10.86)-(10.90), позволят разработчику системы определить максимальную длительность времени между сеансами передачи информации извне. Повторная калибровка временного и частотного эталонов часто представляет собой обременительную процедуру; она должна выполняться как можно реже.
Если оконечное устройство имеет доступ к обратному каналу от центрального узла и возможность проводить сравнительные измерения локального эталона и параметров поступаюшего сигнала, промежуток времени между повторными калибровками можно сделать больше. Большие станции управления спутниками могут измерять и моделировать параметры орбит геостационарных спутников с точностью до нескольких сантиметров в пространстве и до нескольких метров в секунду по скорости относительно наземного терминала. Таким образом, для важного частного случая синхронных спутников первым слагаемым правой части уравнений (10.86) и (!0.87) обычно можно пренебречь. Если это справедливо, разность между параметрами поступающего сигнала и сигнала, генерируемого с использованием эталонных частоты и времени терминала, будет приблизительно равна ~М и Ага. Данные векторы ошибок, измеряемые в обратном канале, могут применяться для вычисления соответствующей коррекции передачи в прямом канале.
С другой стороны, если известно, что частотный и временной эталоны точны, но под вопросом находится геометрия канала — возможно, потому что оконечное устройство мобильно или спутник находится не на геостационарной орбите — некоторые измерения в обратном канале могут использоваться для определения неопределенности по скорости или координате. Данные измерения расстояния или относительной скорости могут затем применяться для предварительной коррекции частоты и отсчета времени в канале "оконечная станция- центральный узел".
Если оконечное устройство может использовать измерения, произведенные над сигналом из обратного канала, это иногда называется квазизамкнутой синхронизаци- ей приемника. Квазизамкнугые системы, очевидно, обладают большей способностью приспосабливаться к неопределенностям в системе связи, чем открытые.
Для корректной работы чистые открытые системы требуют полного алриорлого знания всех важных параметров канала связи. Непредвиденных изменений в канале допускать нельзя. Квазизамкнутые системы, с другой стороны, требуют апряориого знания всех (кроме одного) важных параметров как для синхронизации времени, так и для синхронизации частоты, а оставшийся параметр можно определить из наблюдения обратного канала. Это как усложняет оконечное устройство, так и позволяет адаптироваться к некоторым типам незапланированных изменений в канале, что может значительно снизить частоту требуемых калибровок системы.
10.3.2. Замкнутая синхронизация передатчиков Замкнутая синхронизация передатчиков включает передачу специальных синхронизируюших сигналов, которые используются для определения временной или частотной ошибки сигнала относительно желаемой частоты или отсчета времени поступления сигнала на приемник. Затем полученные результаты по обратной связи подаются на передатчик. Определение ошибок синхронизации может быть явным нли неявным. Если центральный узел имеет достаточные возможности для обработки, он может выполнять действительное измерение ошибки.
Результатом подобного измерения может быть указание величины и направления сдвига или, возможно, только направления. Данная информация будет отформатирована и возвращена на передатчик по обратному каналу. Если центральный узел имеет недостаточные возможности для обработки, особый синхронизируюший сигнал может просто возвращаться на передатчик по обратному каналу. В этом случае интерпретацией сигнала занимается передатчик.
Отметим, что генерация специального синхронизирующего сигнала, который легко и однозначно интерпретировать, может оказаться довольно сложной задачей. Относительные преимущества и недостатки замкнутых систем обоих типов связаны с расположением средств обработки сигнала и эффективностью использования канала. Основным преимушеством обработки на центральном узле является то, что 1п я 1'.отоман гинхпониза~~ия яп[(гоп+а, +ага)г+О) 0<г<дг г(г) = йп((юп+Лгп)г+О) Гзг<гяТ (10.91) Здесь Т вЂ” интервал передачи символов, пъ — частота одного символа, (гпп+ гп,) — частота другого символа, Лгп — ошибка по частоте на центральном узле, дг — ошибка времени по- ступления сигнала на центральный узел, а о — произвольная фаза.
Теперь, если 1 Г х= — з1г(г)созга гпг Т о о (10.92) т 1 У= — 1г(г) Яп сопг Й Т о (10.93) гпппп !п Г:иихоонизаиия рений ошибки, произведенных на узле, может быть короткая цифро- ьность. Подобное эффективное использование обратного канала мом, если обратный канал является единственным на большое количестиспользующих уплотнение с временным разделением. Егде одно потенциальное преимушество состоит в том, что средство измерения ошибки на центральном узле может совместно использоваться всеми терминалами, которые связываются через этот узел. Это, в свою очередь, может значительно снизить потребление ресурсов системы.
Принципиальным потенциальным преимушеством обработки на терминале является то, что связь с центральным узлом не всегда является легкой задачей, а из соображений надежности, возможно, центральный узел должен быть максимально простым. Описанная ситуация — это, например, использование в роли центрального узла космического спутника. Еше одним потенциальным преимуществом обработки на терминале является то, что результат может быть получен быстрее, поскольку при использовании центрального узла всегда имеется некоторая задержка.
Это может быть важно, если параметры канала меняются очень быстро. Основные недостатки заключаются в неэффективном использовании обратного канала и в том, что обратные сигналы может оказаться сложно интерпретировать. Сложность возникает, когда центральный узел является не просто ретранслятором, а выполняет функцию принятия решения относительно значений символов и передает эти решения по обратному каналу. Возможность принятия решения относительно значений символов может значительно снизить вероятность появления ошибки при передаче между терминалами; кроме того, это усложняет процедуру синхронизации.
Это объясняется тем, что сдвиги частоты и отсчета времени неявно присутствуют в обратном сигнале, т.е. постольку, поскольку они влияют на процесс принятия решения относительно значения символов. Рассмотрим в качестве примера передачу сигналов в модуляции ВРБК на центральный узел, принимающий некогерентные двоичные решения. Решения будут зависеть от энергии детектируемого сигнала в детекторах метки и паузы. (Напомним, что "метка" (тагй) — это название двоичной единицы, а "пауза" (зрасе) — двоичного нуля.) Если переданный сигнал — это последовательность чередующихся меток и пауз, сигнал на центральном узле можно смоделировать следующим образом: представляют квадратурные компоненты детектора, то энергию детектируемого сигна- ла можно записать следующим образом: г =хг+ 7 з)п((со, + Ьсо)Ьс/23) 1 з)п(Ьсо(Т - Ьс)/2) ) + (ог, + Ьсо)Т / 1, ЬсоТ (10.94) спз (ЬсоЬс) + соз (ЬсоТ- (со, ч Ьсо) Ьс) - соз (ЬсоТ) — соз (со, Ьс) 2Ьсо(со, 4 Ьсо)Т В частном случае нулевой ошибки времени Ьс уравнение (10.94) упрощается до следующего вида: зсп (ЬсоТ1 2) пг ЬсоТ (10.95) При нулевой ошибке по частоте, получаем следующее: г ~~Т вЂ” Ьс з)п (ог,Ьс!2) г г г = — ) + 2Т ог,Т (10.96) 10.3.
Сетевая синхоонизация Относительно выражений (10.94) — (10.9б) следует сделать одно важное замечание: любая ошибка времени, частопсый сдвиг нли их комбинация снизит энергию принятого сигнала в детекторе, согласованном с истинным сигналом, и увеличит энергию в другом детекторе. Зто приведет к уменьшению эффективного расстояния между сигналами а сигнальном пространстве и повышению вероятности ошибки.
В то же время измерения вероятности ошибки (единственное, что доступно по обратному каналу) не позволяют определить, вызвана ли ошибка в результате сбоя времени или частоты (или их комбинации). Следовательно, передача обычных сигналов не дает отклика, который можно было бы использовать для синхронизации. Полезным методом точной предварительной коррекции частоты для нашего примера передачи сигналов с модуляцией ВГИК является передача постоянного тона, частота которого равна среднему от двух символьных частот. Подобный тон должен создавать случайную двоичную последовательность в обратном канале с равным числом меток и пауз. Смещение частоты со среднего значения приведет к доминированию пауз или меток. Нахождение центральной частоты описанным методом позволяет провести точную предварительную коррекцию частоты сигналов. После нахождения точной частоты передатчик может передавать последовательность чередующихся пауз и меток с целью определения точного отсчета времени.
Изменяя отсчет времени при передаче (в пределах половины интервала передачи символа), передатчик может искать отсчет времени, дающий максимальное число ошибок. Если передача поступает на центральный узел со смещением относительно истинного отсчета времени на половину интервала передачи символа, оба детектора получают равную энергию и последовательность в обратном канале будет случайной, Определив время, когда переданные и полученные сигналы декоррелируют, передатчик вычисляет точное время передачи.
Отметим, что данная процедура дает лучшие результаты, чем попытка найти точку с минимальным числом ошибок. Любая качественно разработанная система будет обладать достаточной энергией передачи, допускающей незначительные погрешности синхРонизации времени; так что безошибочный обратный сигнал может быть получен и при неидеальной синхронизации. Фактически, чем больше отношение сигнал/шум, тем хуже работает процедура нахождения оптимума. В то же время процедура нахождения наихудшего варианта будет хорошо работать в любой качественной системе, а ее потенциальная точность повышается с увеличением опюшения сигнал/шум. Это можно понять интуитивно, поскольку увеличение отношения сигнал/шум позволяет системе справляться с большими погрешностями синхронизации; так что уменьшение вероятности ошибки при уменьшении погрешности отсчета времени от половины времени передачи символа будет более быстрым при большом отношении сигнал/шум.
Таким образом, это позволит точнее определить смешение отсчета времени на половину интервала передачи символа. 10.4. Резюме В данной главе рассмотрены ф)чшаментальные проблемы и вопросы, связанные с синхронизацией в цифровой связи. Компромиссы обычно заключаются между стоимостью и сложностью, с одной стороны, и вероятностью ошибки, с другой. В главе обсуждались синхронизация приемника и контуры фазовой автоподстройки частоты (р)захе-1осЕ 1оор — РЬЬ, ФАПЧ), в частности. Обычно более активную роль в обеспечении синхронизации канала связи играет именно приемник.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
