Лекция №8

Тема №4. СИНХРОНИЗАЦИЯ В ЦСПИ

Тема лекции. ПРОБЛЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ В ЦСПИ

Введение

При рассмотрении в рамках темы №3 вопросов связанных с реализацией устройств приема цифровых сигналов предполагалось, что проблема синхронизации, например, при срабатывании ключа на входе порогового устройства выдающего оценку информационного параметра, уже решена. На самом деле данная проблема представляется очень сложной, поскольку точно отследить момент появления и окончания элементов цифрового сигнала при приеме достаточно трудно (постоянно изменяется протяженность линии связи, сказывается нестабильность частоты передатчика, проявляется эффект Доплера и т. д.). Без решения проблемы синхронизации качественный прием цифровых сигналов не возможен. Кроме того, повышение эффективности ЦСПИ непосредственно связано с проблемой синхронизации при приеме и обработке цифровых сигналов.

4.1. Назначение и виды синхронизации

Синхронизация в цифровых системах связи предназначена для обеспечения синфазного начала обработки элементов цифрового сигнала - тактовая синхронизация, фиксации начала и конца кодовых комбинаций (слов) –цикловая синхронизацияи однозначного распределения принятых кодовых комбинаций по адресатам -синхронизация по кадрам (групповая синхронизация). Необходимость синхронизации обусловлена недостаточной стабильностью тактовых частотпередатчика и приемника, также изменением времени распространения сигнала между абонентами. Цикловая и кадровая частоты могут быть сформированы изпутем выбора соответствующих коэффициентов деления частоты. В когерентных системах связи также необходима синхронизация по фазе опорного сигнала с принимаемым сигналом -фазовая синхронизация.

Основным звеном ряда устройств синхронизации цифровых систем связи является система фазовой автоматической подстройки частоты(ФАПЧ), структурная схема которой представлена на рис. 4.1. ФАПЧ в том или ином виде входит в устройства фазовой синхронизации (УФС) и устройства тактовой синхронизации (УТС). В фазовом детекторе ФД сравниваются по фазе колебания входного сигнала и колебания подстраиваемого (синхронизируемого) генератора ПГ.

Выходное напряжение ФД через фильтр нижних частот ФНЧ и управляющий элемент УЭ воздействует на ПГ, приводя его частоту в соответствие с частотой входного сигнала.

Если систему ФАПЧ рассматривать как четырехполюсник, в котором выходным сигналом являются колебания подстраиваемого генератора, то по своим свойствам она подобна следящему полосовому фильтру с частотной характеристикой .

Работа такого следящего фильтра характеризуется следующими параметрами:

1. Шумовой полосой - важнейшим показателем качества работы ФАПЧ

.

2. Полосой удержания F_у, характеризующей максимально допустимое отклонение частоты входного сигнала от собственной частоты ПГ при условии обеспечения состояния синхронизма. Под собственной частотой ПГ понимается частота системы ФАПЧ в установившемся режиме в отсутствие управляющего напряжения.

3. Полосой захвата F_з- максимальной расстройкой между частотой входного колебания и частотой подстраиваемого генератора, при которой после включения ФАПЧ начинает следить за фазой входного колебания (входит в синхронизм). При этом предполагается, что в начальный момент времени отсутствует режим синхронизации, а собственная частота ПГ и частота входного сигнала различны.

4. Временем ввода в синхронизм Т_сх, которое характеризует продолжительность переходного процесса от момента появления сигнала на входе до момента установления равенства частот входного сигнала и сигнала ПГ.

Если предположить, что входом цепи ФАПЧ является гармоническое колебание , а выходом ПГ, то сигнал на выходе ФД

. (4.1)

Низкочастотный фильтр ФНЧ устраняет компоненту удвоенной частоты и обычно выбирается исходя из простоты передаточной функции.

Отметим, что для ФАПЧ всегда выполняется неравенство , и стремление сузить шумовую полосу приводит к уменьшению полосы захвата и увеличению времени ввода в синхронизмT_сх. Это противоречие может быть разрешено, если применить дополнительные поисковые процедуры или изменять параметры ФНЧ на этапе ввода в синхронизм. В первом случае на вход ПГ следует подать пилообразное напряжение, которое изменяет его частоту. В определенный момент, разность частот входного и опорного сигналов оказывается такой, что происходит захват и система входит в синхронизм. Амплитуда пилообразного напряжения должна обеспечивать перестройку генератора в требуемом диапазоне частот, а его период должен быть достаточен для завершения переходных процессов в системе ФАПЧ

Зависимость (4.1) управляющего сигнала от разности фазы и ее оценкихарактеризуют систему как нелинейную, и выбор оптимального режима требует моделирования системы ФАПЧ. Если частоты входного и опорного сигналов совпадают, а фазовое рассогласование не превышает, сигнал на выходе ФНЧ, систему ФАПЧ можно заменить эквивалентной линеаризованной моделью, что существенно упрощает ее анализ в условиях помех.