ПЗ ТІМ №4

Тема лекції: СИНХРОНИЗАЦИЯ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ

Мета лекції: Ознакомится с задачами и методами организации синхронизации современных транспортных сетей. Изучить способы выделения синхросигналов из трактового информационного потока.

Изучить организацию синхронизации в сетях стандарта PDH и SDH. Ознакомиться с характеристиками устройств синхронизации и их влиянием на функционирование сетей.

План заняття

1.Распределение сигналов синхронизации в цифровых системах связи

2.Основные структуры сетевой синхронизации

3.Организация синхронизации в сетях стандарта PDH

4.Организация синхронизации в сетях стандарта SDH

5.Пример построения сети синхронизации

Література: 1. Н. Л. Бирюков, В.К. Стеклов. Транспортные сети и системы электросвязи. Киев. „Політехніка” , 2003

2. Н.Н. Слепов. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей. М.

Радио и связь. 2000

1. Распределение сигналов синхронизации в цифровых системах связи

Определение понятия синхронизации зависит от места ее использования:

тактовая синхронизации (бит-синхронизация или синхронизация по битам) – выделение из периодической структуры рабочего сигнала синхросигнала для согласования работы цифровых устройств во времени на уровне единичных тактовых интервалов;

цикловая синхронизация (синхронизация по циклам) – определение начала и конца цикла (кадра) потока бит для правильного распределения бит или кодовых групп различных источников на приеме;

синхронизация пакетов – определение начала и конца поступающих пакетов с целью построения правильной последовательности пакетов на приеме, что особенно важно при передаче по пакетной сети сигналов реального времени.

Основные задачи синхронизации:

генерирование детерминированных периодических сигналов, называемых тактовыми сигналами или сигналами синхронизации;

установление связи между генераторами синхронизации для согласования их совместной роботы.

Сетевая синхронизация – динамический процесс подстройки автоколебательных систем устройств синхронизации узлов связи путем взаимодействия между ними при условии выполнения следующих условий:

существование ведущей автоколебательной системы, способной самостоятельно генерировать тактовые сигналы синхронизации;

способность ведомой автоколебательной системы захватывать и отслеживать сигналы синхронизации ведущей системы;

существование связей между ведущей и ведомой автоколебательными системами для обеспечения их взаимодействия.

1. Распределение сигналов синхронизации в цифровых системах связи

Локальные схемы распределения синхросигналов

Сигналы тактовой частоты необходимы для правильной работы цифровых устройств при приеме и обработке данных, т.е. для определения (стробирования) моментов времени принятия решения о значении принятой цифры данных.

Согласование работы цифровых устройств во времени можно свести к согласованию процессов записи и чтения в этих устройствах бита данных по единому синхросигналу. Запись и считывание данных производится в момент времени (обычно в середине тактового интервала), определяемого фронтом (переднего или заднего) тактового импульса.

Для правильной записи (чтения) данных необходимо поддерживать определенные временные соотношения между тактовыми импульсами и импульсами данных, т.е. синхронизм. Такая задача легко решается в рамках одного устройства или локальной сети, однако, вызывает значительные затруднения в транспортных глобальных сетях.

1. Распределение сигналов синхронизации в цифровых системах связи

Для восстановления сигналов при прохождении по линии используют линейные регенераторы. Работа регенераторов синхронизируется по тактовому сигналу, выделяемому из линейного сигнала.

Такая схема синхронизации цифровой линии является двунаправленной, т.е. передача ведется по двум цифровым каналам, каждый из которых осуществляет независимую однонаправленную цифровую передачу между двумя точками.

Восстановление тактовой чистоты

В цифровых трактах PDH и SDH используется метод «самосинхронизации», т.е. сигнал тактовой частоты извлекается непосредственно из входного информационного сигнала. Эта операция выполняется в оконечном оборудовании – мультиплексорах, а также в промежуточных устройствах – регенераторах. Регенераторы применяются на длинных линиях, где вследствие различных неблагоприятных факторов (шумы, межсимвольные помехи, джиттер) необходимо восстанавливать передаваемый сигнал.

Основные функции регенератора:

Восстановление формы сигнала: усиление сигнала, уменьшение уровня шумов и межсимвольной интерференции. Эта функция реализуется усилителем-корректором линейных искажений, иногда с функциями автоматической регулировки усиления.

Восстановление тактовой частоты: выделение тактового сигнала из линейного информационного сигнала. Эта функция реализуется блоком выделения тактовой частоты (ВТЧ).

Регенерация сигнала: принятие решения, какой сигнал (0 или 1) был передан и формирование выходного сигнала такого-же значения. Эта функция реализуется D-триггером, который управляется выделенной тактовой частотой.

Тактовый сигнал, генерируемый блоком ВТЧ, должен удовлетворять трем основным условиям:

•работать на частоте, соответствующей скорости передачи данных (например, при передаче данных со скоростью 10 Гбит/с нужен тактовый сигнал с частотой 10 ГГц);

•сохранять определенное фазовое соотношение с сигналом данных, что обеспечивает оптимальное стробирование информационных бит тактовым сигналом;

•вносить как можно меньший джиттер в выходной сигнал данных.

1. Распределение сигналов синхронизации в цифровых системах связи

С точки зрения физической реализации различают три метода выделения сигнала тактовой частоты из полезного сигнала.

1. Метод выделения тактовой частоты на основе фазовой автоподстройки частоты

U1(t)~ φ

U2(t)

Цепь выделения тактовой частоты на основе ФАПЧ представляет собой систему с отрицательной обратной связью.

Фазовый компаратор реализован на RS-триггере, на один вход которого (S) поступает тактовый сигнал S0(t) с выхода генератора, управляемого напряжением (ГУН), на другой вход (R) – выделенная в результате фильтрации первая гармоника информационного сигнала S1(t). На выходе фазового компаратора (Dвых) формируются импульсы U1(t) с длительностью, пропорциональной разности фаз сигналов S0(t) и S1(t), поступающие на вход ФНЧ. ФНЧ подавляет пульсации и формирует сигнал U2(t), амплитуда которого прямо пропорциональна величине фазового рассогласования сигнала S0(t) относительно сигнала S1(t). Сигнал U2(t) поступает на управляющий вход генератора ГУН и регулирует его частоту так, чтобы скомпенсировать фазовую рассогласование относительно входного информационного сигнала.

ФАПЧ достаточно проста в реализации и получила широкое распространение в цифровом оборудовании. Однако она имеет ряд недостатков (джиттер, искажения сигнала и др.), которые особенно существенны при работе на высоких скоростях.

1.Распределение сигналов синхронизации в цифровых системах связи

2.Резонансный (фильтровый) метод выделения тактовой частоты

Входная импульсная последовательность поступает на высокодобротный резонансный контур, настроенный на частоту следования импульсов. После контура сигнал становится синусоидальным и подается на пороговый детектор, который срабатывает при переходе сигнала от положительного фронта через ноль. Полученный сигнал запускает местный задающий генератор импульсов.

Контур ударного возбуждения можно рассматривать как «электронный маховик» – тактовая информация может выдаваться только при высокой плотности импульсов возбуждения. Длинная последовательность нулей ведет к редкому возбуждению колебательного контура и вследствие этого к смещении частоты выходного тактового синхросигнала на собственную резонансную частоту колебательного контура. Переменная плотность импульсов во входном информационном сигнале приводит к колебаниям фазы выходного сигнала тактовой частоты, т.е. к росту джиттера.

1.Распределение сигналов синхронизации в цифровых системах связи

3.Выделение тактовой частоты по методу сдвига (задержки)

Этот метод эффективен при использовании самосинхронизирующихся кодов, например, манчестерского, бифазного и т.д. Для этих кодов значение бита в такте определяется направлением фронта импульса в середине тактового интервала. Схема выделения тактовой частоты включает:

линию задержки, реализованную на логическом элементе И (&);

сумматор по модулю 2 (=1);

одновибратор, формирующий тактовую последовательность С(t);

RC-цепочка, задающая длительность импульса >Т/2 на выходе одновибратора.

Линия задержки и сумматор по модулю 2 формируют короткие импульсы с длительностью tз в моменты следования переднего и заднего фронтов импульсов информационного сигнала. Эти импульсы служат запускающими импульсами для одновибратора, который формирует импульсы длительностью больше половины тактового интервала. Поэтому входные импульсы, поступающие на вход одновибратора через половину тактового интервала (перечеркнуты на рисунке), отфильтровуются и не влияют на выходную последовательность синхроимпульсов.