Устройство поэлементной синхронизации Советский патент 1983 года по МПК H04L7/02 

(54) УСТРОЯСТВО ПОЭЛЕМЕНТНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

12

Изобретение относится к технике электро- и радиосвязи и может использоваться в системах передачи и приема цифровой информации в каналах с замираниями сигнала.

Известно устройство поэлементной синхронизации, содержащее последовательно соединенные задающий генератор и распределитель импульсов запи.си, каждаай выход которого соединен с управляющим входом одного из ключей, а также первый элемент ИЛИ 1. Однако устройство обладает низкой помехоустойчивостью из-за большой динамической погрешности и малого времени поддержания синхронизма при наличии шумов.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.

Для достижения поставленной целив устройство поэлементной синхронизации, содержащее последовательно соединенные задающий генератор и распределитель импульсов записи, каждый выход которого соединен с управляющим входом одного из ключей, а также первый элемент ИЛИ, введены счетчик фронтов, п парциальных счетчиков, делитель частоты, счетчик синхроимпульсов, второй и третий элемент ИЛИ, селектор

фронтов, элементы И, формирователи импульсов и инвертор, при этом выход селектора фронтов подключен ко входу счетчика фронтов непосредственно и через ключи - к входам п парциальных счетчиков, к входам Сброс которых и к входу Сброс счетчика фронтов через первый формирователь импульсов подключен выход

10 счетчика фронтов, первые выходы п парциальных счетчиков соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а вторые выходы - с соответствующими входами второго

15 элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ через последовательно соединенные второй формирователь импульсов , первый элемент И и третий элемент ИЛИ подключен ко входу Сброс

20 делителя частоты, к входу которого подключен выход задающего генератора, а выход делителя частоты подключен ко входу формирователя синхроимпульсов, выход второго элемента

25 ИЛИ через третий формйрователь импульсов подключен к другому входу третьего элемента ИЛИ и к входу Сброс счетчика синхроимпульсов, выход которого подключен к другому (

30 входу первого элемента И и через нивертор - к первому входу второго элемента И, ко второму входу которого подключен выход формирователя синхроимпульсов, а выход второго элемента И подключен к входу счетчика синхроимпульсов.

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства.

Устройство содержит селектор 1 фронтов, счетчик 2 фронтов, rt ключей 3, п парциальных счетчиков 4, распределитель 5 импульсов записи, задающий генератор б, элементы ИЛИ 7 9, формирователи 10 - 12 импульсов, элементы И 13 и 14, делитель 15 частоты, формирователь 16 синхроимпульсов, счетчик 17 синхроимпульсов и инвертор 18.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с выхода триггера Шмид та демодулятора поступает на селектор 1 фронтов, который в моменты прихода фронтов принимаемых телеграфных посылок формирует на выходе короткие импульсы.- Эти импульсы поступают на счетчик 2 фронтов и через открытый в момент прихода фронта ключ 3 ,п На соединенный с ним парциальный счетчик 4п. Каждый (т + 1)-й фронт возвращает счетчик 2 фронтов в нулевое состояние. При этом формирователь 10 импульсов вырабатывает импульс сброса, возвращающий,в нулевое состояние п парциальных счетчиков 4. После этого начинается новый цикл работы устройства синхронизации. Ключи 3 с периодичностью, равной длительности посылки Т, поочередно открываются сигналами распределителя 5 импульсов записи. Каждый ключ 3 открывается на время, равное Т/п. Это происходит благодаря перемещению единицы по ячейкам распределителя 5 тактовыми импульсами, поступающими с периодом Т/п от задающего генератора 6. Таким образом посылка, длительностью Т, оказывается разделенной на п одинаковых, вплотную: примыкающих друг к другу участков, каждому из которых соответствует парциальный счетчик 4, подсчитывающий число фронтов, попадающих на данный участок.

При отсутствии помех фронты посылок, следуя с интервалами, кратными Т, попадают на один и тот же ,.т. е. в один и тот же парциальный счетчик 4. Помехи вызывают крае вые искажения и дробление посылок. Поэтому при помехах интервалы между фронтами не всегда кратны Т, и фронты начинают попадать в разные парциальные счетчики 4, рассеиваясь тем больше, чем меньше отношение сигнал/шум. Однако и в этом случае фронты чаше всего попадают на участок, в пределах которого находятся

действительные границы посыпок. Исходя из изложенного, устройство синхронизации фазирует последовательность синхроимпульсов с тем участком посылки, на- котором число фронтов раньще чем на других достигает определенного уровня. Причем фази{)ование выполняется вначале при достижении сравнительно низкого уровня К, а эатем при достижении достаточно высокого УРОВНЯ КА. Как правило, К 3, а Kg равно или незначительно меньше т. Поэтому уровень К даже при малом отнесении сигнгш/шум достигается практически на всех циклах, а достижение, уровня Kg при помехах возможно не на каждом цикле, так как для этого необходимо, чтобы почти все фронты в данном цикле попали в один и тот же парциальный счетчик 4.

.Фазирование ,произвводится сбросом нулевое состояние делителя 15 частоты, из выходного напряжения которого формирователь 16 синхроимпульсов вырабатывает синхроимпульсы. Делитель 15 частоты выполняет деление на п частоты тактовых импульсов, по.ступающих с задающего генератора 6 с периодом Т/г. Отсюда период следования синхроимпульсов равен длительности посылки Т.

Импульсы сброса делителя 15 частоты формируются следующим образом. В начале первого цикла работы устройства счетчик 7 фронтов 2 и все парциальные счетчики 4 находятся в нулевом состоянии, и напряжения на их выходах равны нулю. В счетчик 17 синроимпульсов при включении устройства автоматически записывается число, равное емкости счетчика d . Поэтому на выходе счетчика 17 синхроимпульсов в начале первого цикла присутствует напряжение, а на выходе инверто ра 18 оно отсутствует. Фаза синхроимпульсов в начале первого цикла произвольна. Как только число фронтов, подсчитанных в данном цикле одним из парциальных счетчиков 4, достигне Кх, на первом выходе этого счетчика появляется напряжение, которое через первый элемент ИЛИ 7 поступает на формирователь 11 импульсов. Формирователь 11 импульсов из переднего фронта этого напряжения вырабатывает короткий импульс, проходящий чере первый элемент И 13, так как на второй вход первого элемента И 13 подается напряжение с выхода счетчика 17 синхроимпульсов. С выхода первого элемента И 13 импульс через элемент ИЛИ 9 поступает на шину сброса делителя 15 частоты, фазируя таким образом последовательность синхроимпульсов с участком посылки, на котором раньше чем на других число фронтов достигло уровня К. Напряжение, возникшее на первом выходе парциального счетчика 4 при достижении числом по.павших в него фронтов уровня К, поддерживается до конца цикла. Следовательно, если позднее на данном цикле в другом парциальном счетчике 4 также будет достигнут уровень К, то формирователь 11 импульсов не выработает нового импульса, так как он реагирует только на передний (1)ронт напряжения. Если число фронтов, попавших в данном цикле в один из парциальных счетчиков 4, достигнет уровня К, на втором клходе этого счетчика появляется напряжение, которое через второй элемент ИЛИ 8 проходит на формирователь 12 импульсов, вырабатывающий из переднего фронта напряжения короткий импульс. Этот импульс через элемент ИЛИ 9 проходит на шину сброса делителя 15 частоты, фазируя таким образом последовательность синхроимпульсов с участком, на который в течение цикла попа ло Kj фронтов. Кроме того, импульс с выхода формирователя 12 импульсов поступает на шину сброса счетчика 17 синхроимпульсов и переводит его в нулевое состояние. При этом на выходе счетчика.синхроимпульсов 17 напряжение исчезает, а на выходе инвертора 18 оно появляется. Соответственно первый элемент И 13 перестает пропускать импульсы формирователя 11 импульсов, а второй элемент И 14 начинает пропускать синхроимпульсы на вход счетчика 17 синхроимпульсов. Такое состояние сохраняется и в ряде последующих циклов, пока чис ло синхроимпульсов, подсчитанных счет чиком 17 синхроимпульсов, меньше об. Таким образом, после фазирования по уровню К, фазирование по уровню К. запрещается на время oL Т. Ёмкость счетчика 17 синхроимпульсов оС выбирается такой, чтQбы равнялось

длительности возможных перерывов связи. Если перерывы связи вызываются замираниями сигналов, то oi Т должно превышать интервал корреляции замираний сигнала. Цикл работы заканчивается поступлением (т + фронта принимаемых посылок на вход устройства синхронизации. Следующий цикл протекает полностью аналогйчно предыдущему за исключением того, что, если на предыдущем цикле произошло фазирование по уровню Kj, на новом цикле фазирование по уровню К невозможно.

Рассмотрим процесс синхронизации в канале с замираниями сигнала. В таком канале отношение сигнал/шум меняется от очень больших до очень малых значений. Если в момент начала сеанса связи отношение сигнал/шум велико, то с большой вероятностью фазирование последовательности синхроимпусов с границами посылок по уровню К происходит после поступления первых К фронтов. Затем на первом же цикле.достигается уровень К2, фазирование по которому подтверждает зафиксированную ранее фазу синхроимпульсов и запрещает в течение времени оСТ фазирование по уровню К. Поскольку of. Т превыиает интервал корреляции замираний, запрет на фазирование по уровню К

0 сохраняется даже в периоды замираний сигнала, а во врегля, когда значение сигнала велико, почти на каждом цикле подтверждается фазирование по уровню Kg. Этот уровень настолько

5 высок, что случайное попадание в один парциальный счетчик: Kj фронтов из m фронтов, поступивших в течение цикла, событие практически невозможное. Таким образом, если сеанс

0 связи начинается в момент большого отношения сигнал/шум, синхронизм достигается после поступления на вход устройства первых К фронтови устойчиво поддерживается до конца сеанса

5 связи, несмотря на замирания сигнала. В случае начала сеанса связи в момент глубокого замирания сигнала достихсение уровня К в первом цикле маловероятно, но уровень К, как пра0вило, достигается. На следующих циклах ситуация складывается аналогично. Это продолжается до тех пор, пока отношение сигнал/шум не увеличится и не произойдет фазирование по .-уровню К. После этого процесс поддержания

5 синхронизма полностью аналогичен случаю, когда начало сеанса связи совпадает с большим значением отношения сигнал/Шум. . .

В предлагаемом устройстве решение

0 о подстройке фазы синхроимпульсов выносится не по отдельным фронтам, а по усредненным данным при наличии .двух уровней. Первый уровень К обеспечивает быструю синхронизацию, а

5 второй Kj - высокую помехоустойчивость, благодаря практической невозможности формирования решения по sTorJiy уровню при малом отношении сигнал/шум. В начале сеанса связи

0 производится синхронизации по уровню К. Затем синхронизация по уровню Kj, которая подтверждаетили поправляет результат первой синхронизации, запрещая ее в дальнейшем до конца

5 сеанса связи.

После синхронизации по уровню

к

2 запрет на синхронизацию по уровню К распространяется только на интервал oL Т, но этот интервал выбирается таким, что он .практически всег-да превышает продолжительность одного запирания. Поэтому еще до окончания интервала cL Т происходит новая синхронизация по уровню К, и отсчет интервала otT счетчиком синхроимпульсов начинается сначала. Так продолжается до конца сеанса связи.

Таким образом удается повысить помехоустойчивость при малом времени синхронизации. Решения, принимаемые устройством (как по уровню К, так и по уровню К 2 ) содержат информацию о необходимой фазе синхроимпульсов и реализуются скачкообразно.. Этим достигается независимость времени синхронизации от начальной растройгки принимаемых посылок и синхроимпульсов.

Динамическая погрешность синхронизации (т.е. погрешность с учетом искажения посылок помехами в устройстве не превышает по абсолютно величине Т/2п, так как большая часть сеанса связи проходит при .синхронизации по уровню Krj, достижение которого за счет помех практически невозможно. В результате синхроимпульсы не выходят за пределы участка, раного Т/Г). Следовательно, выбором п динамическая погрешность может быть снижена до любой заранее заданной величины.

Статическая погрешность синхронизации (т. е. погрешность в случае приема неискаженных посылок j при достаточном быстродействии элементов устройства полностью определяется коэффициентом деления делителя 15 частоты. Увеличив коэффициент деления и соответственно частоту входного напряжения делителя 15 частоты, можно сделать статическую погрешност пренебрежимо малой (при увеличении частоты входного напряжения делителя 15 частоты необходимо между выходом задающего генератора б и входом распределителя 5 ввести вспомогательный делитель частоты, чтобы не изменять период следования тактовых импульсов, поступающих в распределитель 5 импульсов записи ).

Все узлы устройства выпускаются промышленностью в виде компактных и дешевых интегральных схем. Это позволяет выполнить его малогабаритным и доступным по стоимости широкому кругу потребителей. Устройство не нуждается в настройке и регулировке ни при производстве, ни в процессе эксплуатации. Оно универсально в том смысле, что для перехода на прие сообщений, передаваемых с другой .скоростью, необходимо только изменить частоту задающего генератора.

Параметры устройства поэлементной синхронизации п, m , К, К, могут быть различны в зависимости от конкретных условий его применения. Е;СЛИ устройство используется при приеме радиотелеграфных сигнгшов, передаваемых в коротковолновом диапазоне, со скоростями от 50 до 300 бод., то можно рекомендовать следующие значения параметров: п 8, f4 7, К 3, К2 б, d/ выбирается так, чтобы ciT 5 с. Выбор h 8 объясняется тем) что на коротких волнах бессмысленно обеспечивать более высокую точность синхронизации из-за интерференции краев посылок, вызванной многолучевым распространением радиоволн. Значению m 7 соответствует коэффициент счета равный 8, и, следовательно, счетчик общего числа фронтов и каждый из парциальных счетчиков содержат всего по три счетных триггера.

Формула изобретения

Устройство поэлементной синхронизации, содержащее последовательно соединенные задающий генератор и распределитель импульсов записи, каждый выход которого соединен с управляющим входом одного из ключей, а также первый элемент ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены счетчик фронтов, п парЦиальных счетчиков, делитель частоты, счетчик синхроимпульсов, второй и третий элемент ИЛИ, селектор фронтов, элементы И, формирователи импульсов и инвертор, при этом выход селектора (фронтов подключен к входу счетчика фронтов непосредственно и через ключи к входам п парциальных счетчиков , к входам Сброс которых и входу Сброс счетчика фронтов через первый форг/шрователь импульсов подключен выход счетчика фронтов, первые выходы п парциальных счетчиков соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а вторые выходы с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ через последовательно соединенные второй формирователь импульсов, первый элемент И и третий элемент ИЛИ подключен к входу Сброс делителя частоты, к входу которого подключен выход задающего генератора, а выход делителя частоты подключен к входу формирователя синхроимпульсов, выход второго элемента ИЛИ через третий формирователь импул сов подключен к другому входу третьего элемента ИЛИ и входу Сброс счетчика синхроимпульсов, выход которого подключен к другому входу первйго элемента И и через инвертор к первому входу второго элемента И, к второму входу которого подключен выход формирователя синхроимпульсов, а выход второго элемента И подключен к входу счетчика синхроимпульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 644044, кл. Н 04 L 7/02, 1979 (прототип) .