Разные лабы / ЛР6_синхра_13

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Национальный исследовательский университет

«Московский институт электронной техники»

Кафедра: Телекоммуникационные системы

Дисциплина: Синхронизация в высокоскоростных сетях передачи данных

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №6

«Схемы тактовой синхронизации без обратной связи»

ВАРИАНТ №13

Москва 2021

Цель работы: Исследование принципов работы разомкнутых схем тактовой синхронизации

Задание на лабораторную работу: Собрать модель двух разомкнутых схем тактовой синхронизации и протестировать их работу.

Порядок выполнения работы

1. Собрать в среде Matlab Simulink модель цифровой системы связи.

2. Убедиться в корректности работы схемы в отсутствие шумов. Убедиться в том, что при изменении тактовой частоты в рамках заданного рассогласования полосовой фильтр позволяет правильно выделить переходы двоичных символов.

3. Убедиться в работоспособности схемы при наличии шума в канале. Убедиться в работоспособности схемы, формируя в источнике сигналы с тактовой частотой, отличной от номинального значения, а также добавляя в канал связи случайную задержку, приводящую к фазовому рассогласованию тактовой частоты.

Таблица 1. Вариант задания

Вариант	Тактовая частота, кГц	Рассогласование тактовой частоты, %
13	50	5

Выполнение.

1. Собрать в среде Matlab Simulink модель цифровой системы связи.

Соберем в среде Matlab Simulink модель цифровой системы связи, состоящей из источника дискретных сообщений (Repeating Sequence Stair) с тактовой частотой 20 кГц, согласованного фильтра, канала с АБГШ и полосового фильтра с полосой пропускания от 19,6 кГц до 20,4 кГц (рисунок 1.1). Схемы двух устройств тактовой синхронизации (далее УТС) представлены на рисунках 1.2 и 1.3.

Рисунок 1.1 – Модель цифровой системы связи

Рисунок 1.2 – УТС с согласованным фильтром и нелинейностью четного порядка

Рисунок 1.3 – УТС с задержкой перемножением

На рисунке 1.1 помимо двух УТС на осциллограф поступает сигнал с источника дискретных сообщений с тактовой частотой 50 кГц для того, чтобы убедиться в корректности тактовой синхронизации.

2. Убедиться в корректности работы схемы в отсутствие шумов. Убедиться в том, что при изменении тактовой частоты в рамках заданного рассогласования полосовой фильтр позволяет правильно выделить переходы двоичных символов.

Убедимся в работоспособности каждой УТС в отдельности. Для этого будем попарно рассматривать УТС и меандр с частотой одного символа 100 кГц. Для УТС с перемножением с задержанным сигналов результаты представлены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Результаты иммитационного моделирования УСТ с задержкой

Убедимся в работоспособности УТС с согласованным фильтром и нелинейностью четного порядка. Результаты имитационного моделирования представлены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Результаты имитационного моделирования УТС с нелинейностью четного порядка

Проверив оба УТС можно избавиться от избыточной ветви генерации меандра частотой 100 кГц и проверить работоспособность двух УТС между собой. Как очевидно частоты выходных сигналов будут одинаковые (рисунок 2.3), отличаться сигналы будут лишь в задержке.

Рисунок 2.3 – Временное сравнение выходов двух УТС (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)

Изменим тактовую частоту источника дискретных сообщений в пределах полосы фильтра. Ожидается, что в этих пределах тактовая синхронизация будет успешна, а за пределами нет. Для первого исследования установим тактовую частоту источника равную 50*0.95 кГц. Результаты имитационного моделирования представлены на рисунке 2.4. Сравнивая полученный результат с идеальным, видим, что тактовая синхронизация выполнена успешно. Аналогичная ситуация, при тактовой частоте источника 50*1.05 кГц (рисунок 2.5). Так как система корректно работает на границах фильтра, следовательно, в области пропускания результат будет аналогичным, поэтому для следующего исследования зададим тактовую частоту источника как 40 кГц (рисунок 2.6). Сравнивая полученный результаты с идеальным, видим, что тактовая синхронизация выполнена не корректно. Аналогичная ситуация при тактовой частоте источника 60 кГц (рисунок 2.7).

Рисунок 2.4 – Временное сравнение выходов двух УТС при частоте 47.5 кГц (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)

Рисунок 2.5 – Временное сравнение выходов двух УТС при частоте 52.5 кГц (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)

Рисунок 2.6 – Временное сравнение выходов двух УТС при частоте 40 кГц (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)

Рисунок 2.7 – Временное сравнение выходов двух УТС при частоте 60 кГц (сверху УТС с нелинейностью, снизу – с задержкой)

Исследования за пределами диапазона частот от 47.5 кГц до 52.5 кГц показали, что успешная тактовая синхронизация возможна только в пределах диапазона и на его границах. В других случаях тактовая синхронизация выполняется не корректно.

3. Убедиться в работоспособности схемы при наличии шума в канале. Убедиться в работоспособности схемы, формируя в источнике сигналы с тактовой частотой, отличной от номинального значения, а также добавляя в канал связи случайную задержку, приводящую к фазовому рассогласованию тактовой частоты.

Проверим работоспособность схемы при наличии шума в канале. Результаты имитационных моделирований для каждой ветви продемонстрированы в таблице 2.

Таблица 2. Результаты имитационного моделирования при различных отношениях сигнал-шум в канале (измерения проводились на 1 000 000 символов).

Отношение сигнал-шум в канале, дБ	Кол-во ошибок в ветви с УТС с нелинейностью	Кол-во ошибок в ветви с УТС с задержкой
1000	1	1
100	1	1
20	44 239	1 145
10	84 818	64 748
0	83 034	134 033

Как видно из таблицы 2, система достаточно помехоустойчива,

Убедимся в работоспособности схемы, формируя в источнике сигналы с тактовой частотой, отличной от номинального значения, но в пределах полосы пропускания фильтра, а также добавим в канал связи случайную задержку, приводящую к фазовому рассогласованию тактовой частоты. Результаты имитационных моделирований приведены в таблице 3 (моделировалось 100 000 символов).

Таблица 3. Результаты имитационного моделирования при различных временных задержках в канале (измерения проводились на 100 000 символов).

Тактовая частота источника	Задержка, с	УТС с нелинейностью	УТС с задержкой
19.6 кГц	0	1	1
	1	0	0
	2	0	0
	3	0	0
20 кГц	0	1	1
	1	0	0
	2	0	0
	3	0	0
20.4 кГц	0	1	1
	1	0	0
	2	0	0
	3	0	0

Из таблицы 3 видно, что временные задержки не влияют на восстановление.

Вывод.

В ходе лабораторной работы были исследованы принципы работы разомкнутых схем тактовой синхронизации с нелинейностью четного порядка и с перемножением с задержанным сигналом. Оба метода не имеют обратной связи, в результате чего время подстройки тактовой синхронизации занимало 1 такт. Преимуществами данных методов является большая помехоустойчивость при различных отношениях сигнал-шум в канале и фазовом рассогласовании тактовой частоты, а также стабильная работа в пределах установленного диапазона частот в фильтре.