Устройство тактовой синхронизации

 

И.E. Байдан, В.В. Гинзбург, Б.А. Глянцев, В.А. Данилевский, В.В. Иванов, В.С. Караваев, В.Б. Окунев, Ю/А". йавличенко, Р.С. Рачкаускас, Л.M. Рахович, А.С. Шутов О.И." Шкодин

:1, l 4 (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (5Й) УСТРОЙСТВО ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

Изобретение относится к технике передачи дискретной информации по радиоканалам и может использоваться для тактовой синхронизации (синхронизации границ посылок) многоканальных модемов с ортогональными сигналами и относительной фазовой модуляции,,работающих короткими сеансами связи в КВ радиоканала с длительным поддержанием синхронного состояния модема в перерывах между сеансами.

1Е

Известно устройство тактовой синхронизации, содержащее блок измерителей переходных помех, блок выбора режима подстройки, последовательно

3S соединенные блок вычитания и интегратор, выход которого подключен к входу блока подстройки границ посылок сигнала, причем выход блока измерителей переходных помех подключен к входу блока вычитания $1).

Однако известное устройство имеет длительное время вхождения в синхронизм и низкие помехоустойчивость и точность подстройки при селективных замираниях и сосредоточенной помехе.

Цель изобретения - сокращение времени вхождения в синхронизм и повы" шение помехоустойчивости и точности подстройки при селективных замираниях и сосредоточенной помехе.

Указанная цель достигается тем, что в устройство тактовой синхрониза ции, содержащее блок измерителей переходных помех, блок выбора режима подстройки, последовательно соединенные блок вычитания и интегратор, выход которого подключен к входу блока прдстройки границ посылок сигнала, причем выход блока измерителей переходных помех подключен к входу блока вычитания, введены блок принудительной подстройки, анализатор состояния синхрояизма и накопитель, при этом выход блока измерителей переходных помех через накопитель подключен к сигнальным входам блока выбора режима

932642

1О I5

3 подстройки и блока принудительной подстройки, выходы которого подключены соответственно к другому входу интегратора и к второму входу накопителя, к третьему входу которого и к управляющим входам блока принудительной подстройки, блока измерителей переходных помех, блока вычитания,накопителя, анализатора состояния синхронизма и блока выбора режима подстройки подключен первый выход блока подстройки границ посылок сигнала, второй выход которого подключен к соответствующим входам интегратора и блока принудительной подстройки, к ,соответствующему входу которого подключен первый выход блока выбора режима подстройки, второй выход которого подключен к управляющему входу, блока подстройки границ посылок сигнала и к соответствующему входу анализатора состояния синхронизма, выход которого подключен к четвертому входу накопителя.

При этом блок измерителей переходных помех выполнен в виде последовательно соединенных перемножителя, к опорному входу которого подключен выход опорного генератора, интегратора с цепями обратной связи, выходы которых через блок коммутации подключены к входам блока вычитания, выход которого подключен к входу линейного детектора, причем к управляющим входам блока коммутации и цепей обратной связи интегратора подключен выход распределителя импульсов, вход которого является управляющим входом блока измерителей переходных помех.

Причем накопитель выполнен в виде трех параллельных цепей, каждая из которых состоит соответственно из резистора, последовательно соединенных резистора и переключателя скорости и последовательно соединенных усреднителя, инвертора и резистора, соединенных по выходу с входом операционного усилителя, в цепях обратной связи которого включены последовательно соединенные конденсатор и ключ, причем выход операционного усилителя подключен через ключ сброса к входу операционного усилителя, управляющие входы переключателя скорости, ключа сброса и объединенный управляющий вход ключей цепей обратной связи one рационного усилителя являются соответствующими управляющими входами накопителя, 20

25 зо

4О

4

При этом анализатор состояния синхронизма выполнен в виде последовательно соединенных декодера, счетчика ошибок и триггера, выход которого подключен к одному из входов элемента И, выход которого подключен к установочному входу счетчика интервала синхронного состояния, вход которого соединен с выходом входного элемента И, один из входов которого объединен с входом формирователя интервала счета ошибок, выход которого через элемент задержки подключен к входу, "Установки нуля" счетчика ошибок и триггера, причем к другому входу элемента И подключен выход формирователя интервала счета ошибок.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 — то же, накопителя; на фиг. 3 - то же анализатора состояния синхронизма.

Устройство тактовой синхронизации содержит блок 1 измерителей переходных помех, состоящий из перемножителя 2, опорного генератора 3, интегратора 4 с цепями 5 обратной связи, каждая из которых содержит конденсатор 6, ключ сброса 7 и ключ записи

8, коммутатора 9, блока 10 вычитания, линейного детектора 11 и распределителя 12 импульсов, накопителей 13, блок 14 вычитания, интегратор 15,блок

16 принудительной подстройки, блок

17 выбора режима подстройки, блок

18 подстройки границ посылок сигнала, состоящий из узла 19 добавления (исключения импульсов), формирователя

20 управляющих импульсов, триггерного делителя 21 частоты и высокостабильного опорного генератора 22, анализатор 23 состояния синхронизма.

При этом накопитель выполнен в виде (фиг. 2) трех параллельных цепей, каждая из которых состоит соответственно из резистора 24, резистора 25 и переключателя 26 скорости, усреднителя 27, инвертора 28 и резистора 29, операционного усилителя 30,в ! цепях обратной связи которого включен конденсатор 31 и ключ 32, ключа

33 сброса. Кроме того, анализатор состояния синхронизма состоит (фиг. 3) из декодера 34 и узла 35 управления, содержащего счетчик 36 ошибок, триггер 37, элемент И 38, счетчик 39 интервала синхронного состояния, входной элемент И 40, форми5 9326 рователь 41 интервала счета ошибок и элемент 42 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Интервал посылки принимаемого

S группого сигнала условно разбивается на несколько одинаковых эон (например 10 таких эон). По количеству зон (в нашем случае 1О) устанавливается число цепей 5 обратной связи интегратора 4 блока 1 измерителей переходных помех так, что конденсатор

6 с ключами сброса 7 и записи 8 одной цепи обратной связи обслуживают только одну зону, закрепленную за этой цепью 5 обратной связи. В процессе работы интегратора 4 блока 1 всегда замкнут ключ 8 записи только одной из цепей 5 обратной связи соответствующий интервалу времени, приходящемуся на данную зону. Однако перед замыканием ключа. 8 записи данной эоны результат предыдущего интегрирования по этой зоне предварительно считывается коммутатором 9 на вход блока 10, а затем стирается ключом 7 сброса. Управляющие импульсы для ключей и коммутатора поступают из распределителей 12 импульсов.

На интервале одной посылки групповой сигнал представляет собой сумму. синусоидальных колебаний кратных одной частоте. Тогда, сам групповой сигнал на интервале одной по-. сылки представляет собой периодичес- З кую функцию времени. Отсчеты сигнала, взятые через интервал времени, равный периоду группового сигнала (Т), равны между собой, если оба -отсчета принадлежат одной и той же посылке 40 сигнала. Поэтому разность двух отсчетов будет малой (равной нулю с точностью до помех), если оба отсчета принадлежат одной и той же посылке (между отсчетами не было смены фаз), 4S и будет большой, если отсчеты взяты на разных посылках (при условии,что на границе посылки имел место скачек фазы). В блоке 1 берутся не отсчеты сигнала, а интегрируется на интерва- р ле 4 t (т.е. на интервале зоны) произведение сигнала и опорного колебания среднего по частоте канала. При этом в качестве первого отсчета используется величина SS

42 6 где S(t) — групповой сигнал, (Ио - частота среднего канального сигнала; интервал времени (длительность одной зоны), в нашем случае равный 0,1 длительности посылки.

B качестве второго отсчета определяется такой же интеграл, взятый через время Т. Т+Ы

Ip ) б()Ю ю(7 dt прим " Ж 7, О„МИ(В„ +у„+р„„), где К вЂ” номера каналов, P -. начальные фазы канальных сигналов; к и - разность фаз соседних посылок, Й - число каналов в модеме пе- . редачи данных.

Учитывая взаимную ортогональность канальных сигналов, при которой й)к+Юо= m —, где m - целое число, Г можно показать, что величины интегралов 1о и I> оказываются пропорциональными суммам синусов вида

276 ""(т т- + к+ к,и)

«к=1

Ъ

„ „< (4 т к,и) Если оба интеграла интегрирования попадут на одну и туже посылку, то фазы Я< для обоих интервалов и Ч ки для обоих интервалов будут одинаковыми и разность !р-I окажется равной нулю (с точностью до помехи), если же ин" тервалы попадут на разные посылкиразность I>-1, будет большой по абсолютной величийе) из-эе разности значений фаз.

Таким образом, заряд накопившийся

У в конденсаторе 6 по окончании интегрирования каждой из зон, отражает величину интеграла отсчета произведения, полученного в перемножителе 2 группового сигнала на колебание от опорного генератора 3.

На входы блока 10 считываются (коммутатором) одновременно напряжения от пары конденсаторов 6 цепей обратной связи 5 (так, чтобы получиаь разность I> I@ через интервал Т) в следующем порядке:

X - i„; I T. ; I; Z, Тю X4,; i„ I ; ь ь (Т l1 Х4 1 ;4-.Т t Tg-lgd. наконец снова 1 -1 .

7 9326

Таким образом, на выходах блока

1О формируется (в течвние одной посылки) 10 пар разностей интегралов, взятых через пять зон (р-q 6),т.е. через интервал времени, равный интер- S валу Т. На вход линейного детектора

11 разности Ip -l, взятые для различных пар зон, поступают последовательно во времени, а на выходе линейного детектора 11 (т,е, на выходе блока) формируется напряжение, изменяющееся во времени. Ограничения полосы и помехи приводит к появлению флуктуации. По регулировочной характеристике, полученной на выходе бло- 1З ка 1, можно выполнять следующие режимы работы устройства: вести плавную подстройку фазы тактовых импульсов (режим "стационарная работа");быстро вводить демодулятор в тактовый синх- 20 ронизм, например в начале сеанса связи (режим "вхождение в синхронизм"), определять состояния канала связи (есть групповой сигнал или его нет) с целью выключения подстройки фазы 25 тактовых импульсов в перерывах между сеансами связи (режим "запрет подстройки" или "блокировка" ).

Рассмотрим далее структурные схемы остальных узлов для пояснения ука- зв занных режимов работы предлагаемого устройства.

Задача накопителя — уменьшить обусловленные помехами радиоканала флуктуации регулировочной характерис-З5 тики, а также убрать постоянную составляющую, которая содержит регулировочную характеристику. Усреднитель

27 вычитает постоянную составляющую временной регулировочной характерис- 4О тики, поступающей на вход накопителя 13. Количество цепей обратной связи (конденсатор 31 и ключ 32) операционного усилителя 30 равно числу продетектированных разностей 1Р -1 1, поступающих с выхода блока 1. В нашем случае число этих разностей совпадает с количеством зон измерения.

За каждым значением Ip — ((из всего

1 набора разностей) закреплен один конденсатор 3l и ключ 32, так что замкнуi ключ 32 только этой пары

Ip -lq, которая вычисляется в этот интервал времени блоком 1. По существу в конденсаторах 31 накапливаются электрические заряды, величина напряжения которых является усредненным значением отдельных участков (эон) регулировочной характеристики или другими словами, зти напряжения равны средним значениям абсолютных величин разностей !.р-1, полученных в блоке

1 (пространственная усредненная регулировочная характеристика). На выходе накопителя 13 за счет поочередного замыкания ключей 32 формируется непосредственно сама усредненная временная регулировочная характеристика (т.е. без флуктуационных явлений и беэ постоянной составляющей). Импульсы на управляющий вход накопителя 13 поступают от формирователя 20 управляющих импульсов блока 18 подстройки границ посылок сигнала.

Задачей блока 14 вычитания и интегратора 15 является плавная градиентная (подстройка фазы тактовых импульсов .совместно с блоком 18) при небольших отклонениях минимума регулировочной характеристики от границы. Другими словами, блок 14 совместно с интегратором 1 » обеспечивает режим "стационарная работа" при большом отношении сигнала/помеха в канале связи и после завершения режима "вхождение в синхронизм". На вход блока 17 выбора режима подстройки поступает (с выхода накопителя 13) напряжение временной регулировочной характеристики. В блоке 17 происходит сравнение минимальных значений всей регулировочной характеристики и на выходе формируется команда разрешения подстройки в блоке 16 принудительной подстройки.

Блок 23 предназначен для управления постоянной времени .интегрирования накопителя 13 в зависимости от того, находится ли демодулятор в состоянии синхронизма.

Если в процессе передачи информации отношение сигнал/помеха в канале связи велико, то декодер 34, выполняя защитное декодирование, регистрирует малое количество ошибочно принятых символов и, следовательно, редко исправляет ошибочные символы в течении некоторого интервала времени (например в течение нескольких посылок сигнала). Этот интервал времени назовем интервалом счета ошибок. При небольшом отношении сигнал/помеха ошибочно принятые символы информации исправляются декодером 34 чаще в течении того же интервала счета ошибок. Интервал счета вырабатывает формирователь 4 1 в виде промежутка между короткими отрицательными импульсами, которые че932642 рез элемент 42 задержки устанавливают счетчик 36 ошибок в нулевое сос-, тояние.

Таким образом, если число исправляемых символов за интервал счета не- 5 . велико, то последний триггер счетчика 36 всегда будет в нулевом состоянии, а триггер 37 также будет в нулевом состоянии. Высокий потенциал с выхода нуля триггера 37 будет удер- 16 живать первый элемент И 38 в открытом состоянии и счетчик 39 также будет в нулевом состоянии.

Кроме того, при большом отношении сигнал/помеха в канале связи имеет 15 место режим "стационарная работа" (или "вхождение") и режим "блокировка" включен. На управляющий вход ! узла 35 управления при этом поступает низкий потенциал и входной элемент gg

И закрыт. Тактовые импульсы, поступающие на вход блока 23, на вход счетчика 39 не проходят. На выход блока 23 присоединен вывод единицы, последнего триггера счетчика 39, так 25 что, когда последний не заполнен, низкий потенциал выхода блока 23 подается на управляющий вход накопителя 13, и имеет место большая постоянная времени интегратора накопителя, 5В что соответствует достаточной фильтрации помех и большой памяти RC-цепи интегратора. Это, в свою очередь, соответствует высокому порогу между наибольшим и наименьшим значением регулировочной характеристики накопителя, т.е. высокому качеству прохождения сигнала в канале связи. Емкость счетчика 39 такова, что до его заполнения (установка последнего триггера в "1") нужен интервал времени в несколько десятков минут. Этот интервал является контрольным в перерывах меж" ду сеансами связи при включенном режиме "блокировка". При этом, если перерыв связи между сеансами (при включенном режиме "блокировка" ) не превысил контрольного интервала, тогда в накопителе 13 все время будет. включена большая постоянная времени, при этом помехи канала связи не могут привести к ошибочному выключению режима блокировки, и в накопителе сохраняется "старое" значение регулировочной характеристики относительно

Я 55 зон интегрирования системы тактовой синхронизации.

Новый сеанс связи за счет этого начинается без режима "вхождение в синхронизм". Если, однако, перерыв между сеансами связи превысил контрольный интервал, то устанавливается малая постоянная времени, что соответствует большой скорости накопления накопителя 13. В этом режиме накопитель быстро "отреагирует" на появление сигнала и задержка включения режима "вхождение" будет небольшой.

Однако при малой постоянной времени велика вероятность того, что помехи канала связи приведут к ошибочному выключению режима блокировки и старое значение регулировочной характеристики будет потеряно. На новый сеанс связи предлагаемое устройство будет реагировать как на первый.

Формула изобретения

1.Устройство тактовой синхронизации, содержащее блок измерителей переходных помех, блок выбора режима подстройки, последовательно соединенные блок вычитания и интегратор, выход которого подключен к входу блока подстройки границ посылок сигнала, причем выход блока измерителей переход" ных помех подключен к входу блока вычитания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени вхождения в синхронизм и повышения помехоустойчивости и точности подстройки при селектированных замираниях и сосредоточенной помехе, в него вве" дены блок принудительной подстройки, анализатор состояния синхронизма и накопитель, при этом выход блока из. мерителей переходных помех через накопитель подключен к сигнальным вхо- . дам блока выбора режима подстройки и блока принудительной подстройки, выходы которого подключены соответственно к другому входу интегратора и к второму входу накопителя, к третьему входу которого и к управляющим входам блока принудительной подстройки,блока измерителей переходных помех, блока вычитания, накопителя, анализатора состояния синхронизма и блока выбора режима подстройки подключен первый выход блока подстройки границ посылок сигнала, второй выход которого подключен к соответствующим входам интегратора и блока принудительной подстройки, к соответству1ощему входу которого подключен первый выход блоl1 9326 ка выбора режима подстройки, второй выход которого подключен к управляющему входу блока подстройки границ посылок сигнала и к соответствующему входу анализатора. состояния синхронизма,:вы- . ход которого подключен к четвертому входу накопителя.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что блок измерителей переходных помех выполнен в 16 виде последовательно соединенных перемножителя, к опорному входу которого подключен выход опорного генератора, интегратора с цепями обратной связи, выходы которых через блок ком- мутации подключены к входам блока вычитания, выход которого подключен к входу линейного детектора, причем к управляющим входам блока коммутации и цепей обратной связи интегратора подключен выход распределителя импульсов, вход которого является управляющим входом блока измерителей переходных помех.

3. Устройство по и. 1, о т л и - д ч а ю щ е е с я тем, что накопитель выполнен в виде трех параллельных цепей, каждая из которых состоит соответственно из резистора, последовательно соединенных резистора и переключателя скорости и последовательно соединенных усреднителя, инвертора и резистора, соединенных по выходу с входом операционного усилителя, в цепях обратной связи которо12 го включены последовательно соединенные конденсатор и ключ, причем выход операционного усилителя подключен через ключ сброса к входу операционного усилителя, управляющие входы переключателя скорости, ключа сброса и объединенный управляющий вход ключей цепей обратной связи операционного усилителя являются соответствующими управляющими входами накопителя.

4. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что анализатор состояния синхронизма выполнен в виде последовательно соединенных декодера, счетчика ошибок и триггера,выход которого подключен к одному из входов элемента И, выход которого подключен к установочному входу счетчика интервала синхронного состояния, вход которого соединен с выходом входного элемента И, один из входов которого объединен с входом формирователя интервала счета ошибок, выход которого через элемент задержки подключен к входу "Установка нуля" счетчика ошибок и триггера, причем к другому входу элемента И подключен выход формирователя интервала счета ошибок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 560354, кл. Н 04 L ll/08, 1976 (прототип).

932642 н

Ф

ОЪ

Составитель В. Голуб

Редактор А. Мотыль ТехредМ.Рейвес Корректор M,Ïoæo

Заказ 3802/76 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал flflil "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4