Слайд 1Проектирование информационных и телекоммуникационных систем
Слайд 2Введение:
Наиболее удачным базовым примером ИС ТКС
является
радиотелеметрическая система авиакосмического назначения.
Слайд 3 Причина:
1) Это то, что РТС - много канальная
информационно измерительная система с очень большим числом источников информации, с
огромным разнообразием этих источников.
2) Космическая РТС имеет в своем составе очень развитую многоканальную систему передачи информации или ТКС.
Введение:
Слайд 4Общая структура РТС
Передающая часть
Слайд 5Где:
Д - датчики
К - коммутатор
УУС – устройство управления синхронизаций
ФК -
формирователь кадра
Мод - модулятор
Прд – передатчик
Слайд 6Общая структура РТС
Передающая часть
Эта система цифровая. Эта простая схема позволяет
рассматривать сложные проблемы многоканальных систем.
Слайд 8Где:
КСГ – кадровая синхрогруппа(начало кадра)
УУС задаёт tк (начальный интервал, в
течение этого времени мы опрашиваем каждый канал, шаг, тактовый канал
τ0)
Тк – длительность кадра
С.С. – сигнал синхронизации слова(начало слова)
Шаг дискретизации равен Тк, в течение времени tk опрашивается каждый канал
τ0 - длительность элементарного двоичного символа
Следовательно изображена классическая, самая простая РТС
Слайд 9Основные параметры задаются УСС:
- частота
опроса
- частота переключения каналов
- тактовая частота
- техническая скорость передачи информации
Слайд 11Приемная часть
В этой структуре представлены все основные уровни синхронизации:
Кадровая
Словная
Тактовая
Слайд 12Приемная часть
У нас система с временным уплотнением каналов(каждый источник передает
информацию в определенное время) => один канал передачи информации, но
система все равно многоканальная, т.к. много источников и потребителей.
Т.к. система многоканальная, должен быть ансамбль сигналов (каждый сигнал существует в свое время).
Слайд 13Приемная часть
ЕЦП – единый цифровой поток.
ПК - приемный коммутатор
ЛПЧ
– линейная часть приемника
Слайд 14Приемная часть
Основная задача - выделение(демодуляция) информационных двоичных символов и выделение
сигналов синхронизации. И на этой основе решаются основные задачи, определения
от какого источника информации в соответствующий момент времени поступает информация.
Слайд 15Приемная часть
К.С. – кадровая синхронизация
С.С. – словная синхронизация
Т.С. – тактовая
синхронизация
Слайд 16Приемная часть
Принципиально всю систему приема можно разделить на 2 части.
1-я
часть чаще всего выполняется в виде специальной аппаратуры.
2-я часть
выполняется в виде ПО, которое работает на универсальных вычислительных средствах.
Слайд 17Приемная часть
Помехоустойчивость демодуляции намного ниже помехоустойчивости систем синхронизации, т.к.
время фильтрации демодуляции τ0 ограничено, а время фильтрации сигналов синхронизации
может быть довольно большим.
При многократном воспроизведении улучшаем условия(возможности) фильтрации. В реальном времени есть много ограничений применяется в системах дальней космической связи.
Слайд 18Классификация РТС
1)По назначению:
Военные
Космические
Исследовательские и т.д.
2)По виду передачи информации:
Аналоговые
Цифровые
Совмещенные(по отдельным каналам
не происходит цифро-аналогового преобразования, а передаются непосредственно значения параметров. Это
применяется, когда много сигналов и они разнообразны по частотным характеристикам.
Слайд 19Классификация РТС
3)По виду телеметрического сигнала
Для цифровых систем это
кодово- импульсная модуляция
Для аналоговых систем это амплитудно
– импульсная модуляция, которую можно преобразовать в широко – импульсную.
4)По способу уплотнения и разделения каналов(речь идет о передающей части системы, если говорят об уплотнении и о приемной, если о разделении):
Уплотнение – это способ передачи от многих источников по одному каналу.
Слайд 20Классификация РТС
Уплотнение – это способ формирования ансамбля сигналов. Один из
основных принципов формирования ансамбля сигнала является то, что свертка сигнала
должна стремиться к нулю:
сигналы
противоположные
Слайд 21Классификация РТС
Временное уплотнение и разделение каналов(сигналы ортогональны)
Частотное разделение каналов
Кодовая разделение
каналов
Комбинированное уплотнение
Слайд 22Классификация РТС
5)Способы уплотнения можно разделить на линейные и нелинейные:
Линейные –
групповой сигнал, является линейной комбинацией
Существуют способы нелинейного уплотнения с линейным
и нелинейным разделением.
Слайд 23Классификация РТС
6)По виду модуляции несущей:
ЧМ
ФМ
Многопозиционные виды
модуляции
7) По точности:
Высокоточные (до 1%)
Средней точности
(до 3%)
Слаботочные
Слайд 24Классификация РТС
По информативности:
Информативность определяется как суммарная частота опроса по каналу
(число измерений в секунду)
Uk =
Uk=nFonp[Гц]
Малой информации
Средней
Высоко информационные
Слайд 25Информационная гибкость
(Гибкая информативность)
Из теоремы котельникова
Fg=2Fmax - частота опроса
(если выбрать частоту опроса таким образом, то сможем восстановить сигнал
со сколь угодно малой ошибкой) частота дискретизации.(Fmax - максимальная частота в измеряемом процессе)
Слайд 26Информационная гибкость
(Гибкая информативность)
ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ – СИНУСОИДЫ(ОНИ ИМЕЮТ НЕОГРАНИЧЕННЫЙ СПЕКТР)
Детерминированные
процессы(например синусоида) при бесконечной реализации имеют ограниченный спектр. Спектр конечной
реализации измеряемого процесса является неограниченным.
Слайд 27Информационная гибкость
(Гибкая информативность)
Fg = Fопр – частота дискретизации(опроса)
Слайд 28Информационная гибкость
(Гибкая информативность)
Eg=
- относительная
ошибка восстановления
Слайд 29Информационная гибкость
(Гибкая информативность)
Fопр≈(5÷10)Fmax – на практике зависит от требуемой
точности восстановления
На практике должен быть набор частот опроса, тогда система
обладает гибкой информативностью
Слайд 30Уменьшение избыточности измерительной информации(адаптивная телеметрия)
Оппертурные методы уменьшения избыточности.
Уменьшение избыточности часто
определяется термином сжатие данных. Если частота опроса источников информации выбрана
правильно(оптимально, т.е. обеспечивает заданную достоверность или точность восстановления) то никакого сжатия(уменьшения избыточности) не требуется, она не имеет смысла. Но скорость передачи информации будет падать.
Слайд 31Уменьшение избыточности измерительной информации(адаптивная телеметрия)
На основе предыдущих отсчетов можно по
тому или и ному алгоритму предсказать значение следующего отсчета.
Xn –
предсказанное значение методом линейной экстраполяции
X` - избыточный отсчет
С.О. – существенный отсчет(т.к. вышел за опертуру)
Слайд 32Уменьшение избыточности измерительной информации(адаптивная телеметрия)
Если внутри апертуры, то избыточный отсчет
, его можно выкинуть.
Это был полиномиальный предсказатель
Другой путь уменьшения
избыточности основан на статистическом корреляционном анализе.
Х=X1R(Tопр) – предсказанное значение является условным средним
R(τ) – коэффициент корреляции, вычисленный по предыдущему отсчету.
Слайд 33Уменьшение избыточности измерительной информации(адаптивная телеметрия)
Если для определения коэффициента корреляции используется
много предыдущих отсчетов, то ошибка Eg начинает возрастать
Неоправданно использование для
предсказания номиналов очень высокого характера, ошибка тоже увеличивается.
Слайд 34Сжатие данных
Сжатие данных без потерь – сжатие данных без
уменьшения избыточности.
Выигрыш за счет того, что уменьшается количество передаваемых бит,
уменьшается длина сообщения, увеличивается быстродействие, сжатие без потерь.
Сжатие без потерь – оптимальная передача.
Слайд 35СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РТС С ОПЕРТУРНЫМ УМЕНЬШЕНИЕМ
ИЗБЫТОЧНОСТИ(СЖАТИЕМ).
Передающая часть
УКЗ –
устройство контроля заполнения БЗУ
К – коммутатор
БЗУ – буферное запоминающее устройство
УУИ
– устройство уменьшения избыточности
УУС – устройство управления синхронизацией
ФК – формирователь кадра
ПНП – предсказатель нулевого порядка
Слайд 36СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РТС С ОПЕРТУРНЫМ УМЕНЬШЕНИЕМ
ИЗБЫТОЧНОСТИ(СЖАТИЕМ).
К1 осуществляет опрос источников
информации с заведомо завышенной частотой. АЦП осуществляет квантование по уровню
с шагом меньшим требуемого. УУИ осуществляет исключение избыточных отсчетов с помощью ПНП с фиксированной или плавающей апертурой.
Слайд 37Характеристики адаптивной РТС с аппертурным методом уменьшения избыточности.
Определение коэффициента
сжатия.
1) Коэффициент сжатия по выбору Кв, определяется отклонением частоты выборок
в системе без сжатия к частоте существенных отсчетов в системе с сжатием.
+ не учитываются дополнительная служебная информация, которую необходимо передавать в системе сжатия (например задержка)
Слайд 38Характеристики адаптивной РТС с аппертурным методом уменьшения избыточности.
2) Коэффициент сжатия
по полосе частот Кс, который определяется как отношение количества двоичных
единиц в единицах времени переданных в системе без сжатия к количеству двоичных единиц в единицу времени в системе с сжатием.
Кв > Кf
Количество переданных двоичных единиц равна технической скорости передачи
Rт≈Δfc≈Δfэ
Слайд 39Характеристики адаптивной РТС с аппертурным методом уменьшения избыточности.
По энергии сигнала
( по пороговому сигналу) Это отклонение энергии, необходимо для передачи
одного отсчета в системе без сжатия к энергии необходимой для передачи одного отсчета в системе с сжатием при одинаковой достоверности передачи измерительной информации.
Избыточные отсчеты могут быть использованы приемной частью для исключения сбоев (в системе без сжатия)
Слайд 40Интенсивность существенных отсчетов
Интервал времени между отсчетами существенно случайная величина
поэтому интенсивность существенных отсчетов λ, в принципе это средняя частота
существенных отсчетов, и ее можно определить как:
λ=Fопр(1-Р)
Р – вероятность того, что отсчет будет несущественный
Р = , l – число уровней квантования
Pi – вероятность того, что отсчет будет несущественны в i-ой апертуре.
Слайд 41Интенсивность существенных отсчетов
Задача и сводится к определению Рi. Надо определить
функции распределения W(X,X1), W(X1)
Будем полагать, что исходный измеряемый процесс имеет
гауссовское распределение с дисперсией δ2с и нулевым средним.
Слайд 42Интенсивность существенных отсчетов
Мы полагаем, что исходные входные сигналы относятся к
гауссовским. Перед нами стоит задача определения вероятности того, что отсчет
Хi будет избыточным.
Слайд 43Интенсивность существенных отсчетов
Если исходный процесс имеет нормальное распределение, то распределение
величин Хi будет тоже нормальным
W(X/X1) =
* exp -
- условное
распределение случайного отсчета Х
R(Tопр) – условное среднее
δ2 =δ2 с[1-R2(Топр)] – дисперсия
Распределение величины X1 – гауссовское
W(X1) =
Т.о. вероятность того, что в i-ой апертуре отсчет будет избыточным(отсчет Xi пойдет в i-ю апертуру.
Pi =
Слайд 44Интенсивность существенных отсчетов
Слайд 45Интенсивность существенных отсчетов
Сжатие имеет смысл только тогда, когда Топр завышено.
Вопрос в том, насколько нужно ее зависеть
Слайд 46Интенсивность существенных отсчетов
Для высокой точности наша частота опроса должна быть:
Топр2πFm
ω;
В этом случае обеспечивается приемная точность восстановления
Поэтому мы понимаем,
что наше предположение будет верно.
Если частота опроса не зависима, то это выражение выполняется и устройство сжатия не работает. В этом случае возникает зависимость от Топр интенсивности существенных отсчетов.
Когда Топр завышено и происходит эффективное сжатие, то нет зависимости от Топр.
Слайд 47Интенсивность существенных отсчетов
Следует понимать, что реально сжатие осуществляется в том
случае, если частота опроса существенно завышена и превышает среднеквадратическую ширину
спектра на два порядка и более. В этом случае интенсивность существенных отсчетов определяется выражением (2), т.е. среднеквадратичной шириной спектра, дисперсией и апертурным уменьшением избыточности.
Слайд 48Интенсивность существенных отсчетов
Если условие (3) не выполняется, а это
значит, что частота опроса сравнена со среднеквадратической шириной спектра или
даже меньше, то интенсивность существенных отсчетов определяется выражением (1) и зависит еще от частоты опроса, т.е. в этом случае принципиально(практически) уменьшения избыточности не происходит, сжатия нет.
Слайд 49Интенсивность существенных отсчетов
Слайд 50Интенсивность существенных отсчетов
Слайд 51Интенсивность существенных отсчетов
Можно использовать выражение для односвязного Марковского процесса, в
котором каждое
Рj=
Последующее состояние зависит только от предыдущего. Используя эти
выражения и условие нормированности: Ро+Р1+…+Pn=1, можно записать систему линейных уравнений:
Ро =(Ро+Р1)е-λТо
*
*
PN =
которая решается рекуррентно, т.е. выражением с вероятностью с большими номерами через выражение с вероятностью с меньшим номером.
Слайд 52Интенсивность существенных отсчетов
q=λTo – коэффициент загрузки БЗУ
Слайд 53Вероятность переполнения буфера
Ро = Рхх ρ = λТо –
коэффициент загрузки
Слайд 54Вероятность переполнения буфера
По каждому каналу буфер имеет память объемом N.
Достаточно небольшого разброса коэффициента загрузки и вероятность опустошения
меняется очень здорово.
ρ = λ/Fo
Вероятность потери существующего отсчета (вероятность переполнения буфера)
Берем m тактов: mTo – интервал времени.
Рпотр = lim mώ
Рпотр = 1 -
Слайд 55Кривые вероятности потери:
Потеря одиночной выборки не приводит к фатальным последствиям
при передаче аналоговой информации(температура и др) Предпочтительнее коэффициент загрузки 0.95,
взять N=100, можно получить низкие вероятности потери, но увеличиться вероятность холостого хода(но это ничего страшного)
Слайд 56Кривые вероятности потери:
Рассматриваем интервал (KTo, (K+1)To); KTo=
в радио линию
Наши отчеты имеют случайную задержку, которая состоит из
задержек на целое число тактов, и на некоторую случайную задержку:
τз = Кто + τ , где τ – случайная величина(задержка)
к – случайная величина
кТо определяется состоянием БЗУ (величиной очереди), вероятностью Рj
Слайд 57Кривые вероятности потери:
Вероятность того, что в БЗУ
будет 1 выборка, равна вероятности трех несовместимых событий. В БЗУ
было в интервале предшествующий тактовому интервалу 2 выборки одна вышла, одна осталась; в БЗУ был 1 существенный отсчет один вывели, один поступили, в БЗУ не было ни одного отсчета, один поступил после момента кТо
Слайд 59Вероятность переполнения буфера
Полагаем, что процесс у нас гаусовский с дисперсией
δ2с. Процесс дифференцируемый и в пределах апертуры можно аппроксимировать его
прямой с наклоном θ, где θ – производная нашего случайного(гаусовского) измеряемого процесса.
Слайд 61Вероятность переполнения буфера
И учитывается такой факт, что ошибка обусловленная потерей
существует относительное время равное 2Рпот. И тогда, у нас получается:
Рпот
– ошибка чисто обусловленная потерей
В выражении (1)
1–е слагаемое - ошибка, обусловленная экстраполяцией
2-е слагаемое - ошибка обусловленная потерей
3-е слагаемое - ошибка, обусловленная задержкой
Ошибка задержки определяется дисперсией задержки и интенсивностью существенных отсчетов( чем больше интенсивность, тем больше задержек)
То, что мы рассматриваем, нужно относить к сжатию с потерями(используется при аналоговой информации)
Слайд 62Вероятность переполнения буфера
Принципиально под сжатием без потерь понимают оптимальные передачи
информации или передачу информации с предсказанием.
Хз=Хз-Хзn – передается разница
– это оптимальная передача (увеличивается скорость передачи информации, уменьшается кодовая последовательность)
При передаче аналоговой информации можно сначала использовать сжатие с потерей, а затем сжатие без потерь(это более эффективно)
Слайд 63Система сбора информации
Коммутаторы (мультиплексоры)
Общие характеристики
Коммутаторы делятся на:
Передающие
Приемные
Слайд 64Система сбора информации
Коммутаторы (мультиплексоры)
Общие характеристики
Характеристики:
Число каналов n
Частота опроса
источников fo
Информативность коммутатора
Коэффициент передачи Кn={
Входное сопротивление Rвх
Выходное сопротивление Rвых
Входной диапазон
сигналов
Выходной диапазон сигналов
Уровень собственных шумов
Слайд 65Система сбора информации
Коммутаторы (мультиплексоры)
Общие характеристики
Коммутаторы бывают:
Контактные
Без контактные
К без контактным следует
отнести электронный коммутатор,
который строится по следующей схеме:
Приемный электронный
коммутатор
Распределитель – устройство с n устойчивыми состояниями. Распределитель широко используется в устройствах кодирования и декодирования
Слайд 66Система сбора информации
Коммутаторы (мультиплексоры)
Общие характеристики
Прямоугольный электронный коммутатор
Слайд 67Система сбора информации
Коммутаторы (мультиплексоры)
Контактные коммутаторы
В качестве ключа используется геркон
высокое
быстродействие( до 20 кГц)
Далее шло ВИМ – преобразование(временно импульсная модуляция),
ШИМ – преобразование(широко импульсное).
Затем осуществлялась частотное преобразование КИС( кадровый синхроимпульс удвоенной длительности), чтобы обозначить начало кадра.
Основной кадр – 40 каналов
В новых кадровая частота стала 8 кГц, информативность 320 кГц. Остальные основные черты те же.
Каждая новая система сбора должна была понимать старую систему сбора, потому до сих пор сохранились основные черты.
Слайд 68МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации
Частоты опроса локальных и опорных коммутаторов должны выдерживаться
в определенных соотношениях.
Задача распределения частот опроса основного
коммутатора(скорость передачи информации) между разнообразными источниками информации является существенной.
Слайд 69МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации
Последовательный опрос в многоступенчато системе.
Ток = m Тек;
tk= Ток/m n
Tkok = Тек – канальный интервал основного коммутатора
Тек
– период локального коммутатора
Fопр = 1/Топр; Топр=Ток – период опроса 1-го датчика
Слайд 70МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации
Чередующийся опрос в многоступенчатой системе
За канальный интервал
локального коммутатора осуществляется цикл опорного коммутатора
Ток = Тек/n ; tek
= Ток ; Топр = Тек;
В чистом виде последовательный и чередующийся опрос встречаются очень редко, в основном они встречаются в сочетании.
Слайд 71МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации
Схема такой многоступенчатой коммутации реализуется при помощи адресных
программируемых коммутаторов с использованием адресов
Многоступенчатый опрос с локальными коммутаторами позволяет
осуществлять распределение информативности системы сбора и скорости передачи информации
Fa = Иок = Rт[отсч/сек] – частота опроса точки А
Иок – интенсивность основного коммутатора
Rт – техническая скорость передачи
Fa = 1/ tk
Слайд 72МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ системы коммутации
Это частота распределения между всеми источниками информации. Такое
распределение (простое) в реальных случаях для больших информационных систем мало
пригодна. И частот опроса требуется много (разнообразных) с другой стороны технические характеристики объекта диктуют архитектуру системы сбора, которая совершенно необязательно будет такой симметричной (она будет произвольной) Поэтому возникает достаточно сложная задача распределения частей опроса, которое наверное принудительно не имеет общего решения, а распределение частот опроса в многоступенчатой системе сбора информации. Однако частные решения есть.
Слайд 73Распределение частот опроса при помощи древовидного графа.
Определение:
Степенью вершины будем называть
число лучей, исходящих из предыдущей вершины. Степень вершин Б1 –
Б4 равна 4, т.к. из А исходит 4 луча. Соответственно вершины В1 – В3 имеют степень 3, т.к. из Б1 выходит 3 луча, В4 –В5 имеют степень 2.
Слайд 74Распределение частот опроса при помощи древовидного графа.
Частота опроса вершины равна
частоте опроса предыдущей вершины деленная на степень данной вершины:
Нельзя принципиально
найти общее решение, т.к. нельзя принципиально поставить общую задачу.
Слайд 75Адаптивные коммутаторы.
Принцип адаптивной дискретизации.
Есть измеряемый аналоговый параметр. Назначается шаг по
уровню Δ. И отсчеты берутся только при превышении этого уровня.
Это примеры адаптивной дискретизации.
Т – существенно случайная величина
Здесь имеет место уменьшение избыточности. Этот метод эквивалентен апертурному методу уменьшения избыточности.
Слайд 76Адаптивные коммутаторы.
Принцип адаптивной дискретизации.
Такой принцип достаточно просто реализуется таким путем:
Схема
памяти предыдущего отсчета - как только последующее значение превысит предыдущее
на Δ, принимается решение об отсчете К – ключ
Это схема для канальной системы.
Слайд 77Адаптивные коммутаторы.
Принцип адаптивной дискретизации.
В многоканальной системе несколько анализаторов активности и
диспетчер, который принимает решения о принятии какого – либо канала
Главной
задачей является выбор диспетчера
Слайд 78Адаптивный коммутатор 1(адаптивный коммутатор с временным приоритетом)
ЛСВК - Логическая
схема выбора канала
С.П.М.Т.О. – схема памяти моментов поступления требований на
обслуживание
ДМС – детектор максимального сигнала
ПК – адресный программируемый коммутатор
Слайд 79Адаптивный коммутатор 1(адаптивный коммутатор с временным приоритетом)
То – такт передачи
1
– момент получения требования на обслуживание от 1-го канала
2- передача
сигнала 1-го канала
Слайд 80Адаптивный коммутатор 1(адаптивный коммутатор с временным приоритетом)
В данной схеме
происходит сжатие с потерями. Здесь нет БЗУ. Согласование с радиолинией
осуществляет сам адаптивный коммутатор.
Т.к. исключена потеря существенных отсчетов в БЗУ, то это система эквивалентна или близка к системе с обратной связью с контролем заполнения БЗУ
УКЗ БЗУ – устройство контроля заполнения БЗУ
УУИ – устройство управления избыточности
Скорость должна быть выбрана так, чтобы максимальная задержка между моментом активизации канала и моментом передачи отсчета в радиолинию не должна приводить к существенной потере информации или к недопустимым ошибкам при восстановлении информации.
Слайд 81Адаптивные коммутаторы
ФФП – формирователи функции приоритета
УВК с max приоритетом
- устройство выбора канала с мах приоритетом
Слайд 82Адаптивные коммутаторы
Уровень квантования взят с запасом. Шаг дискретизации выбирается, исходя
из наиболее высокочастотного компонента
ФФП формируют приоритет в каждом канале (берут
разность между переданным в предыдущий момент времени и текущим значением, если разность больше, чем у остальных, то передаем)
Слайд 83Адаптивные коммутаторы
Уменьшается избыточность малоинформационного параметра S2 через интервал То производится
проверка фронта.
ω1i≈2πf1i
Слайд 85СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ
Задачи системы синхронизации.
Задачей системы синхронизации является:
Формирование ансамбля
сигналов, необходимых для передачи информации от источников информации к различным
потребителям информации. Эту задачу решает система сбора информации и система передачи информации. Т.о. передающую часть системы синхронизации практически невозможно отделить от системы сбора и передачи информации. Т.о. система формирования и передачи сигналов одновременно является системой формирования сигналов синхронизации. Приемная часть выделяет сигналы синхронизации. В передатчике есть генератор несущей частоты. fo – несущая частота.
Слайд 86СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ
Задачи системы синхронизации.
Первый уровень синхронизации: формирование несущей и
выражение ее в приемнике
Элементная синхронизация (тактовая) fт –
тактовая частота. В приемной части задается тактовая частота кfт = fo
Канальная частота fк или частота следования слов задается системой сбора (например в коммутаторе)
Кадровая частота Fo(Tк)
3) и 4) – групповая синхронизация (блоковая синхронизация)
Принципиально синхронизацию по несущей можно отнести к элементной.
Вторая часть системы синхронизируемая часть, задача которой - выделение сигналов синхронизации.
Слайд 87СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ
Задачи системы синхронизации.
Задачи синхронизации всегда неразрывно связаны с задачами
формирования, выделение и приема сигналов.
В многоканальных системах задачи синхронизации
более сложные вследствие того, что возрастает размер ансамбля сигналов по сравнению с одноканальной системой. В многоканальной системе вследствие различия источников информации возникают подуровни сигналов групповой синхронизации.
Слайд 88СИНХРОНИЗАЦИЯ РТС с ВИМ
Передающая часть
ВИМ – временно – импульсная модуляция.
УС
– устройство сравнения
ГПн – генератор пилообразного напряжения.
Слайд 89СИНХРОНИЗАЦИЯ РТС с ВИМ
Передающая часть
Слайд 90СИНХРОНИЗАЦИЯ РТС с ВИМ
Передающая часть
Начало кадра обозначается кадровой синхрогруппой КСГ
с определенным фиксированным интервалом между импульсами КСГ.
И.И. – измерительные импульсы.
О.И.
– опорные импульсы.
В приемной части системы необходимо сформировать канальные и кадровые сигналы.
На выходе коммутатора есть сигналы AU. Они поступают на УС. С другой стороны на УС поступает пилообразное напряжение.
Слайд 91Приемная часть системы
Задачей приемной части системы является выделение сигналов канальной
синхронизации(фактически это опорные импульсы) и сигналов кадровой синхронизации.
В данном
случае канальная синхронизация является элементной, а кадровая – групповой
Слайд 93Приемная часть системы
Система ФАП – основной фильтрующий элемент. В него
включен делитель, кадровый сигнал групповой синхронизации во входном сигнале не
присутствует, тем не менее система его выделяет, т.к. канальная и кадровая частоты связаны жестким соотношением: nFo=fк. Эта связь позволяет имея один сигнал, формировать другие сигналы.
Сигналы синхронизирующие в этой системе также необходимы для дешифровки, чтобы измерить интервал между О.И. и И.И.
Слайд 94Приемная часть системы
Другая особенность - селектор КСГ:
Вследствие дестабилизирующих факторов возникает
смещение. Принятие решения о КГС происходит в зависимости от временного
перекрытия.
Ошибка 1 рода – пропуск
Ошибка 2 рода – ложное обнаружение(синхронизация)
Слайд 95Приемная часть системы
Для борьбы с ложной синхронизацией нужно увеличивать число
импульсов в КГС. Это увеличение может повлечь пропуск, т.к. условия
формирования усугубляются. Также можно выбрать 7 импульсов и решить, что если 5 из 7 совпали, то обнаружена КГС. Это увеличение порога принятия решения.
Т.о. рассматривается задача выбора порога. Он определяется допустимыми соотношениями между ошибками 1-го и 2-го рода.
В случае ошибок 1 рода будут возникать скачки по частоте и фазе.
Слайд 96Система синхронизации цифровой РТС
Передающая часть
С.С. – сигнал синхронизации слов
Слайд 97Система синхронизации цифровой РТС
Передающая часть
Это формирует УСС – устройство управление
синхронизацией.
Рассматриваем равномерный циклический опрос система последовательная
Слайд 98Система синхронизации цифровой РТС
Приемная часть
I – аппаратная часть
II – программная
реализация
Слайд 99Система синхронизации цифровой РТС
Приемная часть
Оптимальный приемник и хороший демодулятор нуждается
в тактовой синхронизации.
Тактовая синхронизация - это определение границ сигнала
прием, оптимальный, когда фазовый детектор и тактовая синхронизация имеют перекрестные связи.
На входе блока тактовой синхронизации мы имеем последовательность нулей и единиц, из которых надо выделить сигнал тактовой синхронизации.
Слайд 100Система синхронизации цифровой РТС
Приемная часть
Блок тактовой синхронизации.
Слайд 101Система синхронизации цифровой РТС
Приемная часть
(-) Но возникает принципиальный вопрос: по
тем или иным причинам тактовая частота может сдвигаться, из-за этого
затрудняется фильтрация, нужен узкополосный следящий фильтр. Этот сдвиг не может учитываться при формировании τ0/2. Принципиально получится ошибка при формировании сигнала тактовой синхронизации.
Слайд 102Система синхронизации цифровой РТС
Приемная часть
Расщеплять фазу надо в передатчике.
В
этом случае такой ошибки нет.
Слайд 103Система синхронизации цифровой РТС
Приемная часть
Во 2-м варианте, когда используется двоичный
код с расщепленной фазой, этот вариант обладает более высокими синхросвойствами
по сравнению с 1-м, т.к. всем возможным сдвигом по частоте и фазе подвергается сигнал тактовой синхронизации на выходе приемника демодулятора(То/2 изменяется из-за этих факторов), в 1-ом варианте То/2 формируется в приемнике и эти сдвиги не учитываются.
Слайд 104Блок тактовой синхронизации слов.
Можно выделить 2 способа:
1.Послед. Анализа
2.Параллельного анализа
n – объем анализа(количество прошедших слов)
Слайд 105Блок тактовой синхронизации слов.
Последовательный метод не является оптимальным с точки
зрения времени поиска. Достаточно просто предложить устройство или алгоритм, который
позволит за интервал времени равный длительности слова, выделить импульс(сигнал), который соответствует сигналу синхронизации слова (сигнала слова).
Слайд 106Блок тактовой синхронизации слов.
Решающее устройство содержит:
- обнаружитель единиц,
-
счетчик на заданном интервале,
- схему критерия решения.
Слайд 107Блок тактовой синхронизации слов.
Всегда существует вероятность того, что на заданном
объеме анализа МП накопим по каналу большее число, чем порог
решающего устройства при равномерном потоке нулей и единиц. Получим следующий результат:
Рош=(m-1)[0.5 – Ф()]
Робн =0,99 – вероятность обнаружения единиц,
Рнеобн =0,01 – вероятность обнаружения нулей
При m=10 (длина слова):
Робн ≥0,99,
Рнеобн ≤0,01
Слайд 108Блок кадровой синхронизации.
Образец кадровой синхрогруппы дает возможность формировать кадровую синхронизацию
в приемном устройстве.
Главная задача: какой код выбрать для обозначения начала
кадра.
Слайд 109Блок кадровой синхронизации.
Устройство Кадровой Синхронизации:
m – дискретная длина кадровой кодовой
комбинации
Т – длительно КСГ
Слайд 110Блок кадровой синхронизации.
На выходах регистра сдвига циклически генерируется код синхронизации
во всех возможных m фазах.
Распределитель генерирует импульсы сброса через интервал,
равный длительности кадра со сдвигом 1 такт. Таким образом, в том случае, когда на входе появится код синхронизации (с демодулятора), один из каналов коррелятора будет согласован с этим кодом и на выходе соответствующего интегратора имеем максимальный сигнал, который выделяет решающее пороговое устройство. На выходе решающего устройства можно реализовать ФАП в цифровом виде, если будут возникать проблемы с выделением сигнала кадровой синхронизации. (это эквивалентно дополнительной фильтрации)
Слайд 111Блок кадровой синхронизации.
Проблемы:
1. Выбор оптимального кода синхронизации.
Код синхронизации
должен обладать хорошими корреляционными свойствами. В то же время он
должен иметь разумное ограничение по своей длине.
Слайд 112Блок кадровой синхронизации.
АВТОКОРРЕЛЯЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ
Код Баркера
110
1110010
1110001010
Достоинства:
- достаточно маленькие
- хорошие
корреляционные свойства
Слайд 113Блок кадровой синхронизации.
2.Проблема выбора порога.
Выбирается с учетом соотношений ……, и соотношения ошибок первого
и второго рода. На практике выбирают порог высоким, но не абсолютным ( ~ 0,9 для автокорреляционной функции).
Следовательно, появляется ощутимая вероятность ложной синхронизации.
При обеспечении низкой вероятности ложной синхронизации, появляется следующая задача:
Слайд 114Блок кадровой синхронизации.
В передающей части системы необходимо осуществить проверку перехода
КСГ для устранения подобных сдвигов.
В середине кадра может имитироваться КСГ.
Следовательно, нужно проводить тотальную проверку.
Ложный сигнал – это бросок по частоте или фазе. Если этот скачек уходит за пределы удержания системы ФАП, то система ФАП переходит в режим биения. Если пропустили сигнал кадровой синхронизации, то система ФАП продолжает выдавать сигнал кадровой синхронизации.
Слайд 115ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Постановка задачи
Должно быть осуществлено квантование
по времени и по уровню. Нам необходимо создать ансамбль сигналов
или систему кодов, которые осуществляли бы это наилучшим образом.
Слайд 116ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Наиболее оптимальным критерием качества системы
кодирования является коэффициент корреляции
При равной энергии, которая уходит на
каждый сигнал, коэффициент корреляции меняется в следующих пределах: -1< ρ ≤ 1.
Для противоположных систем кодов сигналов ρ = -1. Следовательно, А1(t) = -А2(t) - не удается получить ансамбль сигналов.
Слайд 117ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
С одной стороны, очень удобно,
когда все сигналы кода имеют одинаковую энергию и коэффициент взаимной
корреляции различных сигналов является одинаковым, такая система называется системой равноудаленных сигналов.
С другой стороны, если коэффициенты корреляции различных сигналов одинаковы, то с точки зрения точности восстановления и передачи измерительной информации, такая система сигналов не является заведомо оптимальной.
А1(t)/А2(t)Рош
А1(t)/АL(t)Рош
Слайд 118ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
ВЕРОЯТНОСТЬ ПЕРИМЕНОВАНИЯ А1 в А2
или АL
Поэтому на практике часто используется система неравноудаленных сигналов (защита
старших разрядов)
А1(t)/А2(t)Рош1
А1(t)/АL(t)Рош2
Рош2<< Рош1
Слайд 119ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Оптимальные системы равноудаленных сигналов существуют.
Параметры оптимизации, точность восстановления, энергия или скорость передачи информации –
это система квазиортогональных сигналов.
Что касается оптимальных систем неравноудаленных сигналов, то таких систем пока не существует, хотя они широко применяются на практике.