Описание процесса передачи информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Методы синхронизации

1.2 Синхронизация в синхронных и асинхронных системах

1.3 Методы и устройства синхронизации по элементам

1.4 Методы и устройства груповой и цикловой синхронизации

Заключение

Список литературы

Введение

С незапамятных времен человечество пыталось решить проблему передачи информации на расстоянии за возможно более короткое время и с меньшими ошибками. В процессе развития науки было придумано множество способов передачи данных. Все они имеют свои достоинства и недостатки. Поэтому эта проблема актуальна и сейчас.

В настоящее время большую роль в жизни человеческого общества играет техника передачи дискретных сообщений. Применение этой техники позволяет обеспечить лучшее использование дорогостоящей высокопроизводительной техники путем создания вычислительных сетей и сетей передачи данных.

1. Методы синхронизации

Две последовательности событий называются синхронными, если соответствующие события в них происходят одновременно и в одинаковом порядке. информация передача высокопроизводительная техника

Синхронизация - это процесс установления и поддержания синхронного состояния. В системах связи одна последовательность событий происходит в передатчике, а другая - в приемнике. Они сдвинуты на постоянное время - время распространения сигнала от передатчике к приемнику. Их принято считать синхронными, если одноименные события в них происходят в одинаковом порядке через равные интервалы времени.

При передаче дискретных сообщений, сигналы - это последовательность единичных элементов определенной длинны. Поэтому необходима синхронизация отсчетов времени в передатчике и приемнике.

Рисунок - 1 Формирование элементов кодовых комбинаций при синхронном методе передачи

Синхронизация бывает поэлементная , группавая , и цикловая. Элементная, групповая и цикловая синхронизация -- это синхронизация переданного и принятого цифровых сигналов данных, при которой устанавливаются и поддерживаются требуемые фазовые соотношения между значащими моментами переданных и принятых соответственно единичных элементов сигналов, групп единичных элементов этих сигналов и циклов их временного объединения. Поэлементная синхронизация позволяет на приеме правильно отделить один единичный элемент от другого и обеспечить наилучшие условия для его регистрации. Групповая синхронизация обеспечивает правильное разделение принятой последовательности на кодовые комбинации, а цикловая синхронизация -- правильное разделение циклов временного объединения элементов на приеме. Обычно задачи цикловой и групповой синхронизаций решаются одними и темн же методами.

В аппаратуре синхронизацию по элементам выполняет устройство синхронизации(УС), а по циклам - устройство циклового фазирования УЦФ. Необходимость синхронизации возникает и при детекторной обработке сигнала. В любом случае задача систем синхронизации - вырабатывать опорный сигнал, один или несколько параметров которого совпадают с соответствующими параметрами принимаемого сигнала.

Опорные сигналы используются для обеспечения работы узлов приемного устройства: детектора, декодера, преобразователя частоты, селектора импульсов и т.д. Из этого следует, что система синхронизации решает 2 задачи:

1) измерение синхропараметра (время, фаза, частота);

2) формирование опорного сигнала с навязанными значениями л: .

1.2 Синхронизация в синхронных и асинхронных системах

В цифровой технике имеется два способа установки этой временной базы:

1) асинхронный способ;

2) синхронный способ.

Первый способ передачи связан с каждым из передаваемых сообщений.Начало сообщения отмечается специальной группой знаков, называемых "стартовыми", они же и завершают сообщение, поэтому комбинация называется "старт-стоповой". С момента принятия старт-стопового знака система начинает прием информации, и генераторы не должны расходиться за время самого большого сообщения. Асинхронная система особо привлекательна для случаев невысокой нагрузки и коротких сообщений. В этом случае на станциях можно иметь генераторы невысокой точности, которые могут сохранять стабильность процесса приемо-передачи в течение короткого отрезка времени.

При синхронном методе передачи передатчик непрерывно формирует элементы сигнала длительностью то, равной единичному интервалу (рис. 1,а). Элементы объединяются в комбинации длительностью Тк. Зная момент начала включения передатчика /о, можно определить время прихода любого единичного элемента, а зная число единичных элементов кодовой комбинации, легко отделить одну кодовую комбинацию от другой. На рисунке 1,в показаны соответственно импульсы, отделяющие один элемент от другого и одну группу элементов от другой. Определив интервалы времени, на которых появляются элементы, можно предсказать время прихода наиболее устойчивой части элементов сигнала. Регистрируя сигнал в этой части, можно снизить вероятность неправильного приема элемента.

Синхронная работа распределителя передатчика н приемника обычно поддерживается автоматически. Для этого в приемнике по мере необходимости вырабатываются сигналы подстройки частоты задающего генератора (ЗГ) приема. Частота этого генератора должна по возможности совпадать с частотой генератора передачи. Пусть частота ЗГ /зп на передаче равна номинальной /_н. Частота ЗГ на приеме вследствие нестабильности может отклоняться от номинального значения /„ на величину Sf . Уход частоты ЗГ на приеме приводит к отклонению тактовой последовательности от ее идеального положения, причем со временем расхождения по фазе будет накапливаться. Пусть в момент fo=0 тактовая последовательность совпадает с идеальной. Определим время, за которое уход по фазе в полях от длительности единичного элемента будет равен величине е. Для этого рассмотрим два гармонических сигнала с частотами fi и /г» вырабатываемых соответственно ЗГ на передаче и приеме. Из этих колебаний формируется тактовая последовательность (последовательность синхроимпульсов).

Рисунок - 2. Гармонические сигналы задающих генераторов передачи и приема.

1.3 Методы и устройства синхронизации по элементам

Требования к устройствам синхронизации по элементам. К устройствам синхронизации по элементам предъявляются следующие требования:

1) Высокая точность синхронизации. Допустимое относительное отклонение синхроимпульсов (тактовых импульсов) от моментов, соответствующих идеальной синхронизации

2) Малое время вхождения в синхронизм как при первоначальном включении, так и после перерыва связи.

3) Сохранение синхронизма при наличии помех и кратковременных перерывов связи.

4) Независимость точности синхронизации от статической структуры передаваемого сообщения.

Методы синхронизации по элементам. Классификация методов синхронизации. Поэлементная синхронизация может быть обеспечена за счет использования автономного источника -- хранителя эталона времени и методов принудительной синхронизации. Первый способ применяется лишь в тех случаях, когда время сеанса связи, включая время вхождения в связь, не превышает время сохранения синхронизации. В качестве автономного источника можно использовать местный генератор с высокой стабильностью.

Методы принудительной синхронизации могут быть основаны на использовании отдельного канала (по которому передаются импульсы, необходимые для подстройки местного генератора) или рабочей (информационной) последовательности. Использование первого метода требует снижения пропускной способности рабочего канала за счет выделения дополнительного синхроканала. Поэтому на практике чаще всего используется второй метод.

По способу формирования тактовых импульсов устройства синхронизации с принудительной синхронизацией подразделяются на разомкнутые (без обратной связи) и замкнутые (с обратной связью).

Разомкнутые устройства поэлементной синхронизации. В разомкнутых (резонансных) устройствах синхронизации синхросигналы (тактовые импульсы) выделяются непосредственно из инофрмационной последовательности элементов.

Формирование синхроимпульсов обеспечивается на основе выделения из принятой последовательности элементов сигнала с частотой f-- 1 /то элементов (ЗМ) с помощью высокоизбирательных резонансных контуров с частотой настройки 2/_т«1/то. Для формирования частоты 2f_T используют нелинейные преобразователи сигнала.

Сигналы информационной последовательности поступают на формирователь импульсов, соответствующих фронтам единичных элементов.Импульсы, соответствующие ЗМ, поступают на расширитель импульсов (одновибратор), который формирует сигналы длительностью то/2. С помощью узкополосного фильтра выделяется гармоническое колебание с частотой /_г, которое усиливается и ограничивается усилителем-ограничителем устройства. Формирователь фронтов выделяет из полученных сигналов две серии импульсов, совпадающих с началами п с серединами единичных элементов.

В резонансных устройствах синхронизации основным узлом является резонансный узкополосный фильтр -- колебательный контур. Каждый импульс действующий на входе контура, вызывает на его выходе затухающее гармоническое колебание с частотой 2/г- Амплитуда напряжения на выходе контура зависит от частоты следования этих импульсов , т. е от статистической структуры передаваемой последовательности. Наибольшее напряжение возникает при приеме последовательности вида 1:1. Случайные краевые искажения усредняются контуром. Период колебаний в контуре может рассматриваться как случайная величина с математическим ожиданием а=то и дисперсией , где о -- среднеквадратическое отклонение краевых искажений; Прекращение поступления импульсов на входе контура при перерывах вызовет процесс затухания колебаний на его выходе. Если импульсы действуют с интервалами, которые меньше времени затухания колебаний контура, то амплитуда на его выходе растет до установившегося значения.

Рисунок - 3 Временная диаграмма работы резонансного устройства поэлементной синхронизации.

К достоинствам резонансных систем следует отнести простоту реализации, к недостаткам -- сильную зависимость точности синхронизации от статистической структуры текста и искажений единичных элементов, нарушение синхронизма при кратковременных перерывах связи.

В настоящее время для уменьшения влияния статистической структуры текста на точность и время поддержания синхронизма используют скремблирование. При этом на передаваемую последовательность накладывают (заранее известную) псевдослучайную последовательность, а на приеме осуществляют вычитание данной последовательности из принятого сигнала. Устройства синхронизации такого типа находят применение в высокоскоростных системах передачи дискретных сообщений.[2]

Замкнутые устройства поэлементной синхронизации. Замкнутые устройства синхронизации широко используются в низко- и среднескоростных системах связи.

Замкнутые устройства синхронизации разделяются на два подкласса: с непосредственным воздействием на задающий генератор синхроимпульсов и с косвенным воздействием.

Рисунок - 4 Структурная схема замкнутого устройства синхронизации

В фазовом дискриминаторе ФД осуществляется сравнение по фазе значащих моментов ЗМ принимаемого сигнала с тактовыми импульсами (ТИ), вырабатываемыми ЗГ. При расхождении по фазе вырабатывается управляющий сигнал, меняющий частоту ЗГ. При этом если ТИ появляются позже ЗМ (ЗГ «отстает»), то частота ЗГ увеличивается. Если ТИ появляются раньше ЗМ (ЗГ «спешит»), то частота ЗГ уменьшается.

Устройства синхронизации с непосредственным воздействием на частоту генераторов по способу управления делятся на две группы:

устройства с дискретным (релейным) управлением, в которых управляющее устройство дискретно изменяет управляющий сигнал время от времени. В интервалах между подстройками управляющий сигнал остается постоянным и зависит от величины расхождения по фазе;

устройства с непрерывным (плавным) управлением, в которых управляющее устройство непрерывно воздействует на генератор синхроимпульсов, а управляющий сигнал пропорционален величине расхождения фаз.

Рисунок - 5 Структурная схема устройства синхронизации с дискретным управлением.

Особенность устройства синхронизации с непрерывным (плавным) воздействием на генератор синхроимпульсов состоит в том, что зависимость изменения частоты от расхождения фаз во времени будет иметь плавный характер . Для управления частотой генератора используют управляемый реактивный элемент (варикап). Благодаря плавному изменению частоты и фазы можно добиться более высокой точности поддержания синфазности, чем при дискретном управлении.

Отметим достоинства и недостатки замкнутых устройств синхронизации с непосредственным воздействием на частоту генератора приемника. Достоинством таких устройств синхронизации является относительная простота реализации, особенно на высоких скоростях работы. К недостаткам следует отнести: небольшую точность синхронизации; трудность обеспечения высокой стабильности вследствие паразитных связей, возникающих за счет подключения к контуру генератора реактивного элемента; выход из синхронизма системы при перерыве связи или при отсутствии ЗМ в принимаемой из канала последовательности, что может иметь место при передаче последовательности из одних нулей (единиц).

В устройствах синхронизации с косвенным управлением фаза подстраивается в промежуточном преобразователе ПП (рис. 4.12), через который проходят импульсы от ЗГ. Устройства синхронизации без непосредственного воздействия делятся на два вида:

1) устройства, в которых промежуточное устройство представляет собой делитель частоты с переменным коэффициентом деления частоты;

2) устройства, в которых в процессе корректировки фазы производится добавление или вычитание импульсов на входе делителя частоты.

Приведена структурная схема устройства синхронизации, использующего делитель частоты с переменным коэффициентом деления. Фазовый дискриминатор устройства производит сравнение временного положения ЗМ и вырабатываемых ТИ. На выходе появляются два сигнала управления, соответствующие опережению или отставанию тактовых импульсов от ЗМ информационного сигнала. В процессе корректирования фазы возможны только два состояния устройства: первое, когда ТИ приемника смещены вправо относительно ЗМ, т. е. приемник «отстает»; второе, когда ТИ смещены влево относительно поступающих ЗМ, т. е. приемник «спешит».

Рассмотренное устройство синхронизации можно отнести к устройствам с двухпозиционным управлением.

Устройства синхронизации без непосредственного воздействие на генератор с добавлением и вычитанием импульсов на входе частоты относятся к трехпозиционным . Здесь возможны три случая: импульсы от генератора без изменения проходят на вход делителя частоты ДЧ; к последовательности импульсов, поступающих от генератора добавляется один импульс; то же, исключается один импульс.

1.4 Методы и устройства групповой и цикловой синхронизации

Групповая - обеспечивает правильное разделение принятой последовательности на кодовой комбинацией.

Цикловая - циклов временного объединения.

В устройствах групповой синхронизации информацию о фазе можно извлеч только при наличии избыточности в передаваемой последовательности.

1) можно использовать избыточность, введенную при помехоустойчивом кодировании, (по резкому возрастанию ошибок).

2) или вводить специальные символы.

Требования к устройствам групповой синхронизации.

К устройствам групповой синхронизации в системах ПДС предъявляются следующие ребования:

обеспечение требуемой точности групповой синхронизации с учетом всех факторов, влияющих на канал и систему связи;

малое время вхождения в синхронизм как при первоначальном включении, так и после кратковременных перерывов;

автоматическое вхождение в синхронизм и поддержание синхронизации в процессе сеанса связи;

минимальные потери пропускной способности канала связи за счет введения синхронизирующей информации в сообщение;

простота и надёжность работы устройств групповой синхронизации.

Этот вид синхронизации имеет исключительно важное значение, так как нарушение синхронизма приводит к неправильному декодировании кодовых комбинаций.

В устройствах групповой (цикловой) синхронизации в отличие от устройств синхронизации по элементам, информацию о фазе можно извлечь лишь тогда, когда в сообщении есть избыточная информация. Для этого можно воспользоваться избыточностью, вводимой для повышения верности передачи информации. В таком случае факт синхронизации подтверждается сравнительно малым числом обнаруженных ошибок, которые обусловлены только действием в канале связи помех. Когда избыточная информация в сообщении отсутствует, необходимо на передаче вводить специальные сигналы, позволяющие на приеме разделить группы элементов, в качестве которых, в частности, могут выступать кодовые комбинации. При этом скорость передачи информации снижается.

В случаях передачи информации в течение сравнительно короткого промежутка времени и при использовании равномерного кодирования для обеспечения групповой синхронизации достаточно определить начало сеанса связи и послать сигнал пуска (стартовый сигнал) перед передачей информации в канал связи. Такой метод одноразовой передачи синхронизирующей информации называют безмаркерным методом групповой синхронизации. Метод, при котором специальные сигналы, позволяющие отделить одну кодовую комбинацию от другой, посылаются в течение всего сеанса связи, называется маркерным.

Безмаркерный метод групповой синхронизации можно использовать только при синхронном способе передачи. На рис. 4.17,а приведена структурная схема организации связи при безмаркерном методе групповой синхронизации. Первоначально запуск распределителя приема производится от специальной кодовой комбинации (или серии комбинаций), называемой фазирующей ФК и формирующейся в датчике фазирующей комбинации. В исходном состоянии источник сообщения ИС заблокирован управляющим устройством УУ и передается фазирующая кодовая комбинация с помощью n-элементного распределителя передачи Рпер. Распределитель передачи в простейшем случае может представлять собой устройство, состоящее из контактной группы и щетки. С помощью щетки происходит считывание элементов сообщения на передаче и запись в соответствующие ячейки распределителя приема Рпр. Фазирующая комбинация регистрируется на приеме приемником ФК. Если приемник не сфазирован с передатчиком, то ФК не будет зарегистрирована. В конце цикла УУ приемника произведет подстройку фазы приемника. Эта подстройка будет происходить до тех пор, пока приемник не будет сфазирован с передатчиком. После того как приемник сфазирован, передатчик начинает передачу информационных кодовых комбинаций.

При безмаркерном методе групповой синхронизации(рис.8,а) подстройка распределителя приемника, как правило, производится на величину, равную длительности одного элемента. Групповой синхронизм после того, как приемник и передатчик сфазировались при данном методе, поддерживается благодаря тому, что приемнику заранее известна длина принимаемых кодовых комбинаций. Моменты начала и конца кодовых комбинаций определены после вхождения в синхронизм на весь сеанс передачи информации.

Недостатки безмаркерного метода: необходимость прекращения передачи информации после любого нарушения групповой синхронизации; отсутствие постоянного контроля синхронизма приемника относительно передатчика (наличие синхронизации можно оценивать лишь косвенно, по появлению большого числа ошибочных кодовых комбинаций); необходимость наличия обратного канала для передачи информации о рассинхронизации приемника. Преимущество безмаркерного метода состоит в том, что фазирование осуществляется без существенного снижения скорости передачи информации.

Маркерный метод можно использовать как при синхронном, так и при стартстопном методах передачи. На рис. 4.18,а приведена структурная схема синхронной системы, использующей маркерный метод групповой синхронизации

Рисунок - 6 Схема организции связи в синхронной системе, использующей маркерный метод групповой синхронизации.

Алгоритм работы устройства состоит в следующем. От источника сообщение поступает на накопитель и с помощью щетки распределителя считывается элементов в канал связи. На - м такте считываются элементы маркера, поступающие от датчика маркера. В данном случае за цикл передачи считывается один элемент маркера, который находится в конце кодовой комбинации.

На приеме кодовая комбинация с помощью щетки распределителя приемника записывается элемент за элементом на Нпр. К - му выходу распределителя подключен приемник маркера, выход которого соединен с управляющим устройством УУ. При расхождении распределителей по фазе маркер не поступает на приемник маркера и УУ смещает щетку распределителя приема на один шаг.

Преимущество маркерного метода групповой синхронизации состоит в том, что при передаче информации осуществляется постоянный контроль за синхронизмом передатчика и приемника. Недостатком маркерного метода является большее, чем при безмаркерном снижение информационной скорости передачи информации.

Цикловая синхронизация.

Цикловая синхронизация или выравнивание кадров предполагает выявление циклового синхросигнала (метки кадра) с тем, чтобы обеспечить корректную работу временного селектора на приеме, обеспечивающего доступ к компонентам цикла.

Цикловой синхросигнал ЦСС представляет собой кодовое слово определенной структуры, занимающее жестко установленное место в цикле. Постоянство структуры и периодичность повторения являются признаками, по которым возможно обнаружение ЦСС и определение порядка расположения в данном потоке его компонентных составляющих: информационных символов и символов, несущих другую информацию.

Системы синхронизации должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) среднее время удержания синхронизма между двумя его сбоями должно быть максимально;

2) среднее время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимальным, поскольку при этом теряется передаваемая информация и, в конечном итоге может произойти рассоединение абонентов;

3) количество разрядов в синхросигнале и частость его повторения должны быть минимальными, так как необходимость передачи синхросигнала приводит к снижению пропускной способности системы передачи.

Сбой циклового синхронизма вызывается потерей синхросигнала приемником. Чаще всего это происходит из-за воздействия помех. [4]Рассмотрим принцип действия системы циклового синхронизма. В большинстве современных ЦТС приемники циклового синхронизма построены по принципу скользящего поиска Принцип этот заключается в том, что вначале производится проверка совпадения первых поступивших на вход приемника b символов потока (b -- число символов в цикловом синхросигнале) с комбинацией, присущей данному синхросигналу. Если эти символы не образуют комбинацию синхросигнала, производится смещение анализатора на один символ («соскальзывание» на один символ) и осуществляется анализ новой комбинации. Данная операция повторяется до тех пор, пока не будет найдена комбинация, совпадающая по своей структуре с синхросигналом. Эта комбинация может быть как истинным синхросигналом, так и ложным (случайно образованным символами других сигналов), поэтому после первого этапа -- поиска синхрогруппы -- осуществляется второй -- проверка синхрогруппы на соответствие истинному синхросигналу (проверка синхрогруппы на истинность). Суть проверки на истинность заключается в проверке появления синхросигнала точно через интервал посылки синхросигнала в данной ЦТС. Существует, конечно, некоторая вероятность, что ложные синхросигналы также могут располагаться в потоке с такими же промежутками, как и истинные, однако, повторяя указанную проверку несколько раз подряд, можно снизить вероятность ошибки проверки на истинность до сколь угодно малой величины. Попутно заметим, что в зоне скользящего поиска различают зону перекрытия -- в которой анализатор захватывает хотя бы один символ истинной синхрогруппы, и зону случайного сигнала --содержащую все позиции, на которых формирование кодовых слов длиной L осуществляется без присоединения символов синхросигнала.

Заключение

Синхронизация - это процедура установления и поддержания определенных временных соотношений между двумя и более процессами. Качественная синхронизация цифровых систем - основа их нормальной работы. В данной работе были рассмотрены способы синхронизации , в частности, поэлементная синхронизация с добавлением и вычитанием импульсов и расчет ее параметров.

Мы узнали что поэлементная синхронизация позволяет на приеме правильно отделить один единичный элемент от другого и обеспечить наилучшие условия для его регистрации. Групповая синхронизация - обеспечивает правильное разделение принятой последовательности на кодовые комбинации, а цикловая синхронизация - обеспечивает правильное разделение циклов временного объединения.

Список литературы:

1. Шувалов В.П «Передача дискретных сообщений» - М.: «Радио и связь» 1990 г.

2. Кловский Д.Д. Теория передачи сигналов.- М.,“Связь”, 1973г.

3. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. -- М.: Эко-Трендз, 1997г.

4. Основы передачи дискретных сообщений: Учебник для вузов/ Ю.П. Куликов, В.М. Пушкин, Г.И. Скворцов и др.: Под ред. В.М. Пушкина. - М.: Радио и связь, 1992 г.

5. Скляр Б. Цифровая связь. М., Санк-П, Киев: Изд. дом «Вильямс», 2003.

6. www.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru